Bài giảng sinh học phân tử 1

Nhập môn sinh học phân tửMục tiêu: - Trình bày được lịch sử và phương pháp nghiên cứu sinh học phân tử - Nêu được mục tiêu và đối tượng môn học - Nắm được các thành tựu hiện đại do sinh

Sinh học phân tử

ĐỀ CƯƠNG HƯỚNG DẪN HỌC TẬP MÔN HỌC

Tài liệu tham khảo

CHỦ YẾU :

Nguyễn Văn Thanh Sinh học phân tử NXB Giáo dục 2007.

CÁC TÀI LIỆU KHÁC :

Hồ Huỳnh Thùy Dương Sinh học phân tử NXB Giáo Dục 1997

Swarbrick J Pharmaceutical Gene Delivery Systems Marcel

Dekker Inc New York 2003

Lê Ðình Lương Nguyên lý kỹ thuật di truyền NXB Khoa học Kỹ thuật 2001

Phạm Thành Hổ Di truyền học NXB Giáo Dục 1998

Richard A Harvey, Pamela C Champe Biochemistry 3rd ed

Lippincott Williams and Wilkins, Baltimore 2005

Richter, J D in Translational Control of Gene Expression

(Hershey, J W B , Mathews, M B , and Sonenberg, N., eds), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY 2000

Sambrook, J., Fritsch, E., và Maniatis, T Molecular Cloning: A

Laboratory Manual, 2 Ed., Vol 3, Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York 1989

Smith C A and Wood E J Molecular biology and Biotechnology Chapman & Hall 1991

Strachan T and Read A P Human Molecular Genetics Bios

NỘI DUNG CỦA MƠN HỌC

• gồm 8 bài

• Bài 1 Nhập mơn sinh học phân tử

• Bài 2 Sao chép ADN

• Bài 3 Các loại ARN

• Bài 4 Sự phiên mã và mã di truyền

• Bài 5 Sinh tổng hợp protein

• Bài 6 Điều hịa hoạt động gen

Bài 1 Nhập môn sinh học phân tử

Mục tiêu:

- Trình bày được lịch sử và phương pháp nghiên cứu sinh học phân tử

- Nêu được mục tiêu và đối tượng môn học

- Nắm được các thành tựu hiện đại do sinh học phân

tử đem lại

Lược sử

Giai đoạn hình thành các tiền đề

1865, Gregor Mendel - Các quy luật di truyền và nhân tố

di truyền (Gen)

1869, Frederic Miesher phát minh DNA (acid nucleic)

1910-1920, Morgan - Thuyết DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ

Giai đoạn sinh học phân tử ra đời

1953, J Watson, Fr Crick: chuỗi xoắn kép DNA

1961, M Nirenberg, J Matthei: bộ mã di truyền đầu tiên

1961, F Jacob và J Monod: cơ chế di truyền điều hòa

tổng hợp protein

1962, W Arber: enzym cắt giới hạn trong tế bào vi khuẩn

1967, enzym ADN ligase được chiết xuất

1970, H Smith chiết được enzym cắt giới hạn

1973, Kỹ thuật di truyền ra đời

2000, Giải trình tự bộ gen người

Lược sử

Năm 1865, Gregor Mendel  Các quy luật di truyền và

nhân tố di truyền (= gen) Năm 1900, Di truyền học ra đời, phát minh lại các quy

luật Mendel

DI TRUYỀN HỌC MENDEL

Vào năm 1868, Miescher, nhà sinh hóa học người Thụy Sĩ,

phát hiện trong nhân tế bào bạch cầu một chất không phải

protein và ông gọi là nuclein (chất nhân) Về sau thấy chất

này có tính axit nên gọi là nucleic axit Có hai loại là

desoxyribonucleic axit (viết tắt là DNA) và ribonucleic axit

(viết tắt là RNA) Chất mà Miesher tìm ra là DNA Năm 1914,

nhà bác học Đức R Fulgen đã tìm ra phương pháp nhuộm

màu DNA Năm 1944, vai trò mang thông tin di truyền của

DNA mới được chứng minh và đến năm 1952 mới được

công nhận

PHÁT MINH ADN

Năm 1868, JF Miesher , nhà sinh hóa học người

Thụy Sĩ, ở tuổi 25, đã tìm ra một chất acid từ nhân

tế bào bạch huyết của mủ và đặt tên là nuclein ,

mà sau này gọi là nucleic acid

Nếu Mendel được xem là cha đẻ của di truyền học cổ

điển, thì Thomas Hunt Morgan (đại học Columbia) được

xem là cha đẻ của di truyền học hiện đại Morgan

nghiên cứu về những biến đổi trong di truyền trên ruồi

giấm (fruit fly) với tên khoa học là Drosophila

melanogaster, năm 1904

THUYẾT DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ

Năm 1910–1920, T.H.Morgan,

Thuyết di truyền nhiễm sắc thể,

chứng minh gen là một locus trên

nhiễm sắc thể

“information cannot be

transferred back from protein to

either protein or nucleic acid”

Nature

MÔ HÌNH CẤU TRÚC DNA CỦA

WATSON-CRICK

– Năm 1953, mô hình cấu trúc phân tử

DNA của Watson-Crick đặt nền móng

cho sự phát triển của SHPT

– " Học thuyết trung tâm " của SHPT

(Crick F 1958; sửa đổi 1970, Baltimore

và Temin)

Watson và Crick với mô hình ADN năm 1953

(1921-1958) Ảnh chụp nhiễu xạ tia X với mẫu DNA M.H.F.Wilkins

C«ng bè ®Çu tiªn vÒ Chuçi xo¾n kÐp DNA

1 Chương trình bộ gen người

Đầu năm 1990, dự án giải trình tự

nucleotide bộ gen người (Human Genome

Project – HGP), 3 tỉ USD, 15 năm

Viện sức khỏe Quốc gia Hoa Kỳ NIH phối

hợp với Anh, Pháp, Đức, Trung Quốc và

Nhật Bản (18 cơ quan khoa học lớn trên

toàn thế giới trực tiếp tham gia chương

trình)

Nhóm Consortium (Liên hiệp các công ty)

chủ trì đầu tiên – J Watson, sau - F.Collins

BỘ GEN NGƯỜI

• Nhóm thứ hai

• 1998, Celera Genomics

• Craig Venter chủ trì, ra đời chậm

hơn nhưng đạt kết quả nhanh với chi

BỘ GEN NGƯỜI

2 Bản phác thảo (the Draft) đầu tiên năm 2000

Ngày 26/6/2000, dưới sự chủ trì của Tổng thống Mỹ Bill Clinton và Thủ tướng Anh Tony Blair,

Fr Collins và C.Venter lần đầu tiên công bố về giải

trình tự bộ gen người gần xong (99%)

là một kì công vĩ đại của loài người

còn hàng ngàn lỗ trống (gap) và nhiều sai sót nên

nó được gọi là bản phác thảo (the Draft)

giúp định hướng khai thác nên còn gọi là bản phác thảo hành động (the Working Draft)

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Sinh học phân tử là một bộ phận của sinh học, khoa học về sự sống

Đối tượng nghiên cứu: sự sống ở cấp độ phân tử, tập trung vào các khía cạnh về cấu trúc, sự sao chép

và biểu hiện của gen ; sự tương tác và chức năng

sinh lý của ADN, ARN và sinh tổng hợp protein, các tương tác này được điều hòa như thế nào

Các khoa học khác như sinh học và hóa học, đặc

biệt là di truyền học và hóa sinh cũng nghiên cứu

sinh học ở mức độ phân tử, tuy nhiên thiên về chức năng sinh học của gen hay sản phẩm của gen hơn là chính các phân tử này

Học thuyết trung tâm (Central Dogma)

Francis Crick, 1958

“Thông tin khi đã chuyển sang protein thì không thể lấy ra lại được”

Các phương pháp nghiên cứu

Tạo dòng biểu hiện

PCR

Điện di gel

Lai vết Southern ( Southern, 1975, ADN) , Northern

Lai vết Western và hóa miễn dịch

Những đóng góp lớn của shpt hiện nay

Genomics : giải mã bộ gen và ngành hệ gen học

Proteomics : phân tích biến động protein và ngành hệ protein học

Tương tác của các protein Nhận diện protein

Các kỹ thuật được sử dụng trong proteomics

Genomics, proteomics và sự phát triển thuốc

Pharmacogenomics và chiến lược phát triển thuốc Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc

Sản xuất và sử dụng chip ADN

Chuyển gen vào cây trồng

Genomics, proteomics và sự phát triển thuốc

Thử lâm sàng

I II III Phát minh thuốc Tiền lâm sàng Phê chuẩn IV Tiêu thụ

Các gen Các phân tử

nhỏ Các đích

thuốc tế bào Thử

Dẫn thuốc thuốc Thử trên người Thử Thuốc Bán và tiếp thị

Cơ

hội

Hiểu về bệnh, đích ưu tiên, nhận định đích mới

Genomic

dự đoán độc tính trên người

Thử độ an toàn, hiệu quả, dấu hiệu sinh học

Nhận diện tỉ

lệ, các yếu tố nguy cơ cho

sự an toàn

và sự can thiệp làm thuốc an toàn hơn trong tương lai

Pharmacogenomics và chiến lược phát triển thuốc

Các lợi ích

Cho các thuốc công hiệu hơn

Cho các thuốc tốt hơn, an toàn hơn ngay từ đầu

Xác định liều thuốc thích hợp bằng pp chính xác hơn

Tiến xa trong sàng lọc bệnh

Cải tiến trong phát minh, phát triển thuốc

Giảm chi phí trong chăm sóc sức khỏe

Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc

Chip ADN

Lai chip ADN + sản phẩm phiên mã của genome

cơ thể  các chấm ADN đổi màu tương ứng với

mức độ hoạt động của những gen tương ứng trong

cơ thể ở trạng thái và thời điểm nghiên cứu

Công cụ chẩn đoán trong công nghiệp lên men vi sinh, trong y học dự phòng, trong kiểm dịch và an

20 x 40 mm, những chấm ADN thay cho transitor

Chuyển gen vào cây trồng

Gen tăng cường khả năng kháng sâu bệnh

gen kháng sâu nhĩm oxy/VIP, gen kháng virus nhĩm CP/Nbi, gen kháng thuốc diệt cỏ nhĩm bar

Thực vật cĩ biểu hiện gen lạ giống như E coli

đưa gen sản xuất vaccin, gen sản xuất dược chất, các chất dinh dưỡng,… để cây trồng từ lương thực thực phẩm trở thành cây sản xuất dựơc liệu cĩ giá trị kinh tế cao.

cải dầu  chất giảm đau enkephalin, khoai tây  serum albumin,

cây thuốc lá  globine máu ,

lúa  lysozyme và lactoferrin

Chuyển gen vào cây trồng

Tin sinh học - Bioinformatics

các phương pháp khai thác nhanh ngân hàng dữ liệu, phân tích trình tự và cấu trúc ADN và protein xử lý phân tích số liệu, dự đoán vùng hoạt động, vùng ngưng nghỉ của bộ gen, phỏng đoán phản ứng tế bào đối với tác nhân ngoại sinh, thiết lập nên các cấu trúc phân tử có hoạt lực cao và định hướng phân hóa tế bào một cách hiệu quả

Một số thành tựu nổi bật của tin sinh học:

NMR đa chiều thiết lập cấu trúc không gian protein

FASTA so sánh trình tự gen và protein

Công nghệ tin sinh học

3 ngân hàng dữ liệu gen lớn nhất lưu trữ> 9 tỷ dữ liệu về gen

World Gene Bank (Mỹ), EMBL (European Molecular Biology Laboratory - Châu Âu) JDDB (ADN Data Bank of Japan - Nhật bản)

Công nghệ nano sinh học

- Thu nhận những thông tin về hệ thống sinh học ở mức chấm lượng tử, tạo đầu dò kích thước nano

tới kích thước một phân tử riêng rẽ dùng trong

chẩn đoán bệnh

- In situ mới cung cấp thông tin tốt hơn về chức

năng tế bào

- Vận chuyển và phân phối thuốc hoặc gen vào mô

và tế bào thông qua việc khống chế kích thước hạt, hoạt hóa và giải phóng hoạt chất thuốc thông qua