genome ti thể và lục lạp

Genome ti thể lục lạp •  Nguồn gốc tiến hóa ti thể lục lạp •  Tại ti thể lục lạp có vật chất di truyền riêng? •  Cơ chế trì genome ti thể lục lạp tế bào •  Phương thức di truyền ti thể lục lạp •  Cấu trúc genome: số lượng gene đặc điểm quan trọng •  Vai trò ti thể lão hóa bệnh tật •  Sự khác biệt genome ti thể lục lạp Ti thể Genome ty thể Genome ty thể Chức năng/ Sản phẩm   Gen   Bộ máy dịch mã   RNA ribosome   rrn5, rrn18, rrn26   Protein ribosome   rps1,rps3, rps7, rps12   Bán phân tử nhỏ   rps13, rps14, rps19   Bán phân tử lớn   rp12, rp15, rp116   RNA vận chuyển   Ít 16   Các bán phân tử chuỗi hô hấp   NADH dehydrogenase   nad1, nad2, nad3, nad4, nad41, nad5, nad6, nad7, nad9   Cytochrome b   Cob   Cytochrome c oxidase   cox I, coxII, coxIII   ATP synthase   atp1, atp16, atp9   Cytochrome c biogenesis   Ít gen   Khung đọc mã bảo thủ   Ít biết 10 gen   (conserved open reading frames)   Genome ty thể •  Số lượng genome ty thể chưa biết rõ: - có từ – 10 genome/ty thể -  Ví dụ: Mỗi ty thể người có khoảng 10 phân tử giống (khoảng 8000/tế bào), S cerevisiae số lượng khoảng 6500, gần 100 genome /1 ty thể •  DNA ty thể tồn chủ yếu dạng mạch vòng kép, có xuất dạng mạch thẳng như: nấm men, Paramecium, Chlamydomonas Genome ty thể •  Thông tin di truyền genome ty thể: genome ty thể chứa gen mã hóa cho rRNA ty thể số enzyme protein tham gia vào chuỗi hô hấp •  Ngoài ra, ty thể chứa gen mã hóa tRNA, protein ribosome số protein khác liên quan đến trình phiên mã, dịch mã, vận chuyển protein khác vào ty thể từ tế bào chất Chức Ty thể •  Chu trình Krebs: –  Pyruvate, sản phẩm glycolysis tạo tế bào chất –  Đươc vận chuyển vào ty thể (bên màng) Sau chuyển hoá thánh acetyl CoA –  Acid béo vận chuyển vào ty thể chuyển hoá thành acetyl CoA –  Chu trình Krebs chuyển hoá acetyl CoA thành CO2 electrons cao năng, vận chuyển NADH FADH2 Chức Ty thể •  Vận chuyển Electron: –  Electrons cao giải phóng từ NADH FADH2, vận chuyển trông qua phức hợp proteins đính màng –  Mỗi phức hợp sử dụng lượng electrons để đẩy inon H+ vào khoảng gian bào màng –  Phức hợp protein cuối đưa electrons tới Oxy, tạo thành phân tử nước –  Inon H+ đưa trở lại matrix, theo gradient nồng độ thấp, thông qua phức hợp thứ 4, ATP synthase (ATPase), tạo ATP từ ADP nhóm phosphate Chức ty thể Các gen lục lạp chức Gen   Số Intron   Chức   trnL – UAA     tRNA   TrnI - GAU     tRNA   TrnA - UGC     tRNA   TrnV - UAC     tRNA   TrnG - UCC     tRNA   TrnK - UUU     tRNA   Rps12   exon   Protein ribosome   AtpF1     Bán phân tử ATP synthase   Rps16     Protein ribosome   NdhA     Bán phân tử NADH dehydrogenase   NdhB     Bán phân tử NADH dehydrogenase   23 Sr ADN     23S rRNA   Ghi   Gắn Trans   60 61 Ứng dụng •  Do đặc thù di truyền dòng mẹ à Chuyển gene sử dụng plastid •  Giảm nguy rủi ro an toàn sinh học hạt phấn gây 62 Tiến hóa genome •  So sánh genome •  Hiện tượng lặp gene, động lực tiến hóa •  Hiện tượng chuyển gene •  Tiến hóa genome 63 ü  ü  ü  ü  Biểu gene điều hòa biểu gene Gene, số lượng gene biểu gene Các gene biểu (housekeeping gene) Các gene chịu kiểm soát chế điều hòa (induced genes) Tại tế bào cần có chế điều hòa hoạt động gene? 64 Số lượng gen 6000 genes nấm men; 18,500 giun; 13,600 ruồi dấm; 25,000 Arabidopsis; khoảng 20,000 tới 25,000 chuột người; lúa lại có tới 40 000 gene Số lượng gen số sinh vật nhân chuẩn Số gen NST số sinh vật Loài DNA tổng số (bp) Số nhiễm sắc thể (2x) Số lượng gen Vi khuẩn (Escherichia coli) 4.639.221 4.405 Nấm men (Saccharomyces cerevisiae) 12.068.000 16 6.200 Tuyến trùng(Caenorhabditis elegans) 97.000.000 12 19.000 Thực vật (Arabidopsis thaliana) 125.000.000 10 25.500 Ruồi dấm (Drosophila melanogaster) 180.000.000 18 13.600 Lúa nước (Oryza sativa) 480.000.000 24 57.000 Chuột (Mus musculus) 2.500.000.000 40 30.000-35.000 Người (Homo sapiens) 3.200.000.000 46 30.000-35.000 Kích thước genome Biểu gene điều hòa biểu gene ü  Tế bào tổng hợp protein nhiều hay nhu cầu tế bào tuỳ giai đoạn phát triển thể ü  ADN nằm thể nhiễm sắc có cấu trúc bện xoắn phức tạp trước phiên mã, thể nhiễm sắc phải tháo xoắn ü  Sự điều hòa hoạt động gen sinh vật nhân chuẩn qua nhiều mức điều hòa, qua nhiều giai đoạn như: thể nhiễm sắc tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, dịch mã biến đổi sau dịch mã ü  Trong loại tế bào, loại mARN có tuổi thọ khác ü  Các protein tổng hợp xong tiếp tục chịu chế kiểm soát enzym ü  Enzym phân giải protein bị sai lệch không cần thiết đồng thời tổng hợp protein khác thay 68 Biểu gene điều hòa biểu gene ü  Ở sinh vật nhân chuẩn bên cạnh vùng khởi động (promotor) phiên mã người ta thấy có yếu tố điều hòa khác gen tăng cường (enhancer), gen bất hoạt (gen im lặng- silencer) ü  Các gen tăng cường tác động lên gen điều hòa gây nên biến đổi cấu trúc nucleoxom; ü  Gen bất hoạt làm ngừng qúa trình phiên mã ü  Về tín hiệu, tín hiệu đóng mở gen có tế bào chất đến từ môi trường có nhiều tín hiệu đến từ tế bào bên cạnh, từ mô quan khác nhau,ví dụ chất sinh trưởng (growth factors), hormon steroid tín hiệu hoạt hóa gen ü  Về chế phức tạp thể điều chỉnh theo nhiều cấp độ, lệ thuộc vào phối hợp với 69 Biểu gene điều hòa biểu gene Sự điều hòa hoạt động gen thực cấp độ khác nhau: 1.  Tổ chức ADN thể nhiễm sắc bao gồm tổ chức phân tử, siêu hiển vi hiển vi 2.  Sự phiên mã ADN thành ARN, bao gồm nhân tố tham gia phiên mã như: ARN polymeraza, phức hợp nhân tố phiên mã, nhân tố liên kết với vùng điều chỉnh gen (nhân tố liên kết gọi TRANS, vùng ADN bị liên kết gọi CIS) 3.  Qúa trình xử lý, chế biến ARN sau phiên mã, gồm qúa trình chín ARN 4.  Sự chuyên chở mARN từ dịch nhân qua lỗ màng nhân tế bào chất, nơi cần để dịch mã 5.  Sự dịch mã riboxom để tạo thành protein: protein cấu trúc, protein enzym protein điều chỉnh 6.  Sự tồn phân giải mARN - tuổi thọ mARN 7.  Các biến đổi protein sau dịch mã bao gồm gluxit hóa (glycosylation), photphorin hóa, tạo thành cấu trúc 3D 8.  Sự cung cấp protein địa chỉ, nơi tế bào thể cần sử dụng 9.  Sử dụng phân giải protein tổng hợp 70 House keeping genes Tế bào soma động vật có xương sống bậc cao có khoảng 20 - 20.000 gen hoạt động, thuộc loại: - Những gen phổ biến gọi “gen giữ nhà” (house keeping genes) gen chiếm đa số, hoạt động tất dạng tế bào Ví dụ, gen mã hóa cho enzym qúa trình đường phân - Những gen đặc thù hoạt động số dạng tế bào Các gen chịu trách nhiệm biệt hóa tế bào cấu tạo chức Các gen hoạt động (mở) số tế bào không hoạt động (đóng) số tế bào khác, - ví dụ gen mã hóa cho hemoglobin hoạt động dòng tế bào tuỷ xương biệt hóa thành hồng cầu, tế bào biểu bì da gen mã hóa cho keratin trạng thái hoạt động, gen mã hóa cho hemoglobin bị đóng 71 The list is based on DNA-microarray data : E Eisenberg and E.Y Levanon, Trends in Genetics 29, (2013) 72 73 [...]... lục lạp •  Cấu trúc genome: số lượng gene và những đặc điểm quan trọng •  Vai trò của ti thể trong lão hóa và bệnh tật •  Sự khác biệt của genome ti thể và lục lạp 22 Tại sao ti thể và lục lạp có vật chất di truyền riêng? Vi khuẩn có ti thể, lục lạp? 23 Genome ti thể và lục lạp •  Nguồn gốc ti n hóa của ti thể và lục lạp •  Tại sao ti thể và lục lạp có vật chất di truyền riêng? •  Cơ chế duy trì genome. .. Ribosome ti thể: 70S (so sánh với 80S ở eukaryote) •  Các gene ti thể được phiên mã theo kiểu “multigenic transcripts”, sau đó được phân cắt và polyadenyl hóa để tạo ra mRNA trưởng thành 21 Genome ti thể và lục lạp •  Nguồn gốc ti n hóa của ti thể và lục lạp •  Tại sao ti thể và lục lạp có vật chất di truyền riêng? •  Cơ chế duy trì genome ti thể và lục lạp trong tế bào •  Phương thức di truyền ti thể và lục. .. genome ti thể và lục lạp trong tế bào •  Phương thức di truyền ti thể và lục lạp •  Cấu trúc genome: số lượng gene và những đặc điểm quan trọng •  Vai trò của ti thể trong lão hóa và bệnh tật •  Sự khác biệt của genome ti thể và lục lạp 24 Sự phân ly không đều gây ra sự đa dạng ở tế bào soma Nguyên phân à phân chia không đều 25 Genome ti thể và lục lạp •  Nguồn gốc ti n hóa của ti thể và lục lạp • ... của ti thể và lục lạp •  Tại sao ti thể và lục lạp có vật chất di truyền riêng? •  Cơ chế duy trì genome ti thể và lục lạp trong tế bào •  Phương thức di truyền ti thể và lục lạp •  Cấu trúc genome: số lượng gene và những đặc điểm quan trọng •  Vai trò của ti thể trong lão hóa và bệnh tật •  Sự khác biệt của genome ti thể và lục lạp 26 Phân chia và di truyền •  Ti thể phân chia tương tự như vi khuẩn,... eukaryote •  Quá trình ti n hóa à hoạt động của cả 2 genome (ti thể và genome) •  Chuyển gene từ genome ti thể sang genome eukaryote (gene nhân) để có sử kết hợp tốt hơn và chịu sự kiểm soát của gene nhân •  Quá trình chuyển khác nhau tùy thuộc vào tế bào chủ (ti thể nấm men khác với ti thể người) 20 Bằng chứng •  Genome dạng vòng, các gene ti thể nhỏ, không chứa intron •  Genome DNA ti thể chứa các gene... tinh, một lượng “áp đảo” ti thể có nguồn gốc từ tế bào trứng (so với tinh trùng) Do đó, các tính trạng ti thể có thể coi xuất phát từ dòng mẹ •  Thực tế có sự đa dạng về ti thể trong 1 tế bào Không có các cơ chế sửa chữa Không có cơ chế bảo vệ trong quá trình sao chép cũng như DNA Liệu có sự tái tổ hợp giữa các bản copy? Có sự tham gia của ti thể của tinh trùng? 28 Cấu trúc tinh trùng 29 30 Di truyền... thấy tinh trùng có 2 loại ti thể –  1 loại dạng thon dài cung cấp năng lượng cho đuôi vận chuyển –  1 loại nhỏ hơn nằm gần “pronucleus” của tinh trùng (paternal DNA) •  Cho dù việc tương tác giữa các ti thể vẫn còn chưa rõ, ảnh hưởng của nó thể hiện chưa rõ ràng trong việc hình thành các thế hệ ti thể 31 Ty thể (Mitochondrial Eve) •  Giả thiết một lượng lớn di truyền dòng mẹ, phân tích DNA ti thể người... (α2ββ’δ) Nguồn gốc ti n hóa của ti thể •  Ti thể có nhiều điểm chung với prokaryote •  Giả thuyết: nguồn gốc từ các prokaryote nội cộng sinh •  Ti thể chứa DNA, dạng vòng •  Mã hóa cho 22 tRNA •  Sử dụng bộ mã di truyền giống α-Proteobacteria à tổ ti n VK •  Khả năng có mối quan hệ gần gũi với rickettsia •  Chính xác nguồn gốc: chưa xác định được 17 18 19 Nguồn gốc ti n hóa ti thể •  Khoảng 2000 triệu... chia ti thể thường đi kèm với chu kỳ tế bào •  Ở các Eukaryote đa bào (động vật có vú) phân chia khi cần cung cấp thêm năng lượng à Mối quan hệ ? •  Sự phân bố vào các tế bào sau khi phân chia là hoàn toàn ngẫu nhiên •  Các gene ti thể của mỗi cá thể không di truyền giống như các gene ở nhân •  Ở động vật có vú: quá trình thụ tinh (di truyền theo mẹ) 27 Di truyền dòng mẹ •  Trong trứng đã thụ tinh,... http://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitochondria/mitochondria.html Genome ty thể động vật •  Kích thước: 14kb - 42kb •  Có khoảng 37 gene: Daphnia pulex (15,333bp) –  12S and 16S rRNA –  13 proteins –  22 tRNAs •  •  •  •  •  Không tái tổ hợp Rất ít intergenic DNA Không introns Vùng điều hoà đa dạng Mang thông tin gi truyền 13 Genome ty thể thực vật 200kb - 2400kb Chứa các gen: Marchantia polymorpha (184,000 bp) (Cây rêu tản) ... charge 34 Sự dung hợp ti thể http://www.sciencedaily.com/releases /20 10/04/100415 125 9 42. htm Cell 141, 28 0 28 9, April 16, 20 10 20 10 Elsevier35 Inc Nếu có tái tổ hợp ti thể từ nguồn gốc Liệu xét... Krebs chuyển hoá acetyl CoA thành CO2 electrons cao năng, vận chuyển NADH FADH2 8 Chức Ty thể •  Vận chuyển Electron: –  Electrons cao giải phóng từ NADH FADH2, vận chuyển trông qua phức hợp proteins... –  13 proteins –  22 tRNAs •  •  •  •  •  Không tái tổ hợp Rất intergenic DNA Không introns Vùng điều hoà đa dạng Mang thông tin gi truyền 13 Genome ty thể thực vật 20 0kb - 24 00kb Chứa gen: Marchantia