Giới thiệu tin sinh học

MỤC TIÊU MÔN HỌC •  Kiến thức: tin học ứng dụng công nghệ sinh học như: –  sở liệu (CSDL) sinh học phân tử, –  phương pháp phân tích trình tự sinh học thuật toán tin học –  số hướng nghiên cứu giới liên quan đến tin sinh học TIN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG (Introduction to Bioinformatics) PGS.TS Trần Văn Lăng Email: langtv@vast.vn Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  Kỹ năng: Sử dụng số phần mềm thông dụng việc: •  Định hướng nghề nghiệp: Giải vấn đề sinh học phân tử đặt cho: –  so sánh trình tự, –  phân tích trình tự, –  phát sinh loài, –  truy cập đến CSDL sinh học lớn để tìm kiếm tương đồng trình tự sinh học Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY –  công nghệ sinh học, –  y học, –  dược liệu học Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY NỘI DUNG •  Phương pháp gióng hàng (bắt cặp) hai nhiều trình tự sinh học ClustalX, •  Phương pháp BLAST việc tìm kiếm tương đồng trình tự sinh học từ ngân hàng trình tự nhằm dự đoán chức cho trình tự mục tiêu •  Những khái niệm tin sinh học •  Cách thức khai thác số ngân hàng liệu lớn trình tự sinh học NCBI, EMBL, DDJB, PDB Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY TÀI LIỆU HỌC TẬP •  Cách thức sử dụng số phần mềm thông dụng đề thiết kế mồi, lập đồ enzyme, phát sinh loài •  Một số hướng nghiên cứu lĩnh vực Tin sinh học giới quan tâm Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  Trần Linh Thước, et al, Thực tập Bioinformatics, tài liệu lưu hành nội Khoa Sinh học, Trường ĐHKHTH, 2012 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY TÀI LIỆU ĐỌC THÊM TÀI LIỆU ĐỌC THÊM •  Trần Văn Lăng, Ứng dụng Tin học việc giải số toán Sinh học phân tử Nxb Giáo dục, 2008, 230tr Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  Nguyễn Văn Cách, Tin – Sinh học, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 2008, 144tr (eBook) TÀI LIỆU HỌC TẬP 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO •  Robert John, Introduction to Bioinformatics http://macdevcenter.com/pub/a/mac/ 2004/06/11/bioinformatics.html, 2004 •  Arthur M Lesk, Introduction to Bioinformatics, Oxford University Express, 2002 (eBook) •  Trần Nhân Dũng, Nguyễn Vũ Linh, Giáo trình Tin sinh học, Nxb Đại học Cần Thơ, 2011, 168tr Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 11 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 12 PHẦN MỀM HỖ TRỢ •  Blast: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi •  A.D Baxevanis, B.F F Ouellette, Bioinformatics: A practical guide to the analysis of genes and proteins, Third Edition, 2005, http://books.google.com.vn •  Cynthia Gibas, Per Jabeck, Developing Bioinformatics Computer Skills O’Reilly & Associates, Inc., USA, 2001, http://books.google.com.vn Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 13 ClustalX 14 TreeView •  http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/treeview.html 15 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 16 AnnHyb BioEdit •  http://www.bioinformatics.org/annhyb Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY http://www.mbio.ncsu.edu/BioEdit/bioedit.html 17 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 18 http://www.bioinformatics.org/sms2 Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ TIN SINH HỌC Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 19 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 20 Who am I ? •  •  •  •  •  NỘI DUNG Assoc Prof Tran Van Lang, PhD Born: 18 Dec 1959, Quang Tri, Vietnam Residence: Saigon, Vietnam Nationality: Vietnam Fields: Computer Science •  •  •  •  –  High Performance Parallel and Distributed Computing –  Bioinformatics –  Scientific Computation Methods •  Institutions: Vietnam Academy of Science and Technology •  Alma mater: Lịch sử Định nghĩa Sự cần thiết Một số khái niệm –  HCM University of Natural Science (1977) –  Dorodnitsyn Computing Center (1991) •  And: I have two daughters Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 21 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 22 1.1 Lịch sử •  Một tảng sinh học tế bào (cell) •  DNA chứa gen mã hóa RNA mà sinh protein, để từ điều chỉnh tất trình phát triển sinh vật Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 23 •  Tất thể sống (living thing), bao gồm người, tạo thành từ tế bào •  Chẳng hạn, với người có khoảng 100 ngàn tỷ 1014 tế bào (100 trilion cells) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 24 •  Bên tế bào (ngoại trừ hồng huyết cầu trưởng thành – mature red blood cell) có nhân (nucleus) chứa tất thị di truyền (genetic instruction) •  Mỗi tế bào người có 46 nhiễm sắc thể, tổ chức thành 23 cặp •  Mỗi nhiễm sắc thể cấu thành phân tử DNA dài (gọi trình tự DNA) •  Những thị chức tế bào, để phân biệt cá thể với cá thể khác Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 25 •  Trình tự DNA cấu tạo base A, C, G, T •  Những base bắt cặp xếp chồng với tạo thành dạng thang xoắn gấp (twisted ladder) hạy dạng xoắn kép (double helix) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 26 •  Có khoảng tỷ cặp base cho phân tử DNA •  Một gene đoạn DNA với trình tự base đặc trưng – cụ thể, gọi mã di truyền (genetic code) để xác định chức tế bào (hay physical trait – nét vật chất) •  Mỗi nhiễm sắc thể có khoảng 30.000 gene 27 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 28 •  Chúng ta thiếu thông tin cần thiết để hiểu cách đầy đủ vai trò DNA bệnh cụ thể, để hiểu chức hàng ngàn protein sản sinh •  Trong có hiểu biết trình tự gene mã hóa thành protein cụ thể Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 29 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 30 Ngoài ra, •  Sự đột biến (mutation) thay đổi hay nhiều base phân tử DNA •  Điều dẫn đến biến đổi đặc trưng (trait) dẫn đến bệnh di truyền •  Sự đột biến chuyển xuống hệ sau từ cha mẹ •  Chẳng hạn, có đột biến nhiễm sắc thể số tế bào tinh trùng –  Chẳng hạn, màu mắt Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 31 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 32 •  Nó mang nhiễm sắc thể có đột biến ghép với nhiễm sắc thể số bình thường tế bào trứng •  Từ tạo tế bào mới, gọi hợp tử (zygote), từ phát triển thành phôi (embryo), mà có đột biến nhiễm sắc thể số Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 33 •  Vì vậy, phong phú đa dạng sống tồn •  Mà hiểu biết người lại ỏi •  Từ cần: phương pháp dùng để tập hợp, lưu trữ, khôi phục, phân tích Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 34 Một ngành học đời •  Mục đích cung cấp cho nhà khoa học cách thức lý giải: •  Từ tìm mối tương quan núi thông tin phức tạp nhóm lại ngành gọi BIOINFORMATICS (Tin sinh học) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY –  tiến triển sinh học bình thường –  trục trặc trình phát triển dẫn đến bệnh tật –  cách thức tiếp cận để cải thiện việc khám phá thuốc điều trị (drug discovery – no invention) 35 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 36 Chức tin sinh học •  Xây dựng ngân hàng liệu để lưu trữ quản lý liệu sinh học phân tử •  Tìm phương pháp để xác định mối quan hệ mặt sinh học liệu •  Xây dựng công cụ để phân tích từ có hiểu biết rõ nguồn liệu sinh học Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 37 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 38 •  1891: Albrecht Kossel, người Đức thủy phân xác định Nucleic acid có đường, phosphate base hữu cơ, có loại DNA RNA •  Nhận giải Nobel Sinh lý năm 1910 •  1869: Friedrich Meischer, người Thụy Sĩ khám phá nhân tế bào chất có tính acid, Ông ta gọi đò Nuclein hay Nucleic acid Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TIN SINH HỌC 39 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 40 10 •  Đại phân tử Nucleic acid gồm loại đa phân tử giống nhau: –  DNA: Deoxyribonucleic Acid –  RNA: Rebonucleic Acid DEOXYRIBONUCLEIC ACID Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 149 Deoxyribonucleic Acid Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 150 Deoxyribonucleic Acid •  Chuỗi nucleotide DNA bao gồm •  Đại phân tử DNA chuỗi xoắn kép gồm mạch đơn, mạch đơn chuỗi nucleotide Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY –  Phosphate, –  Đường Desoxyribose –  Và base hữu Adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) Thymine (T) 151 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 152 38 •  Trong hai mạch đơn liên kết với thì: •  Các nucleotide mạch đơn liên kết với liên kết cộng hóa trị –  G mạch liên kết với C mạch –  A mạch liên kết với T mạch –  liên kết hình thành nguyên tử hay nhiều cặp electron chung •  Hai mạch đơn liên kết với liên kết hydro hình thành base –  tương tác tĩnh điện yếu phần tử Hydro mang điện tích dương với phần tử mang điện tích âm Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 153 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 154 Cấu trúc DNA •  Lưu ý rằng, DNA chuỗi xoắn kép liên kết chuỗi thông qua liên kết A-T C-G •  Nên trình tự DNA người ta thường gọi AT CG cặp base (base pair) •  Từ đó, chiều dài trình tự DNA thường đo base pase (bp) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 155 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 156 39 •  Do Nucleotide khác thành phần base hữu cơ, •  Nên đại phân tử DNA trình tự sinh học (Biology sequence) gồm base là: –  A (Adenine), –  C (Cytosine), –  G (Guanine), –  T (Thymine) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 157 •  Điều thuận lợi biểu diễn đại phân tử DNA máy tính chuỗi ký tự chứa bốn ký tự chữ A, C, G, T •  Như vậy, với chuỗi nucleotid người nghiên cứu tin học coi chuỗi gồm ký tự chữ Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 159 C5H6N2O2 C5H5N5 C4H5N3O C5H5N5O Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 158 •  Khi đó, số lượng chuỗi nuleotide lớn –  Ví dụ, chuỗi có 10 nucleotide, số loại DNA khác 410 = 220 = 1.048.576 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 160 40 Ribonucleic Acid •  Đại phân tử RNA tương tự DNA có điểm khác nhau: –  Là chuỗi xoắn đơn –  Đường Pentose Ribose –  Thymine thay Uracil (U) REBONUCLEIC ACID C4H4N2O2 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 161 162 •  mRNA: RNA thông tin •  Trong tế bào có loại RNA chính, tham gia vào trình dịch mã sang protein: –  Đây trình tự DNA, nhằm chuyển thông tin mã hóa DNA đến máy giải mã protein tương ứng –  mRNA (messenger RNA) –  tRNA (transfer RNA) –  rRNA (ribosomal RNA Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 163 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 164 41 •  tRNA: RNA vận chuyển, đóng vai trò vận chuyển amino acid đến máy dịch mã để tổng hợp protein từ mRNA tương ứng •  rRNA: RNA risbosome, rRNA chiếm phần lớn tổng số RNA tế bào •  Ribosome thành phần máy dịch mã tế bào, tạo thành cách kết hợp rRNA với protein Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 165 166 Amino acid •  Amino acid cấu thành từ base trình tự DNA, •  Có tất 20 Amino acid PROTEIN Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 167 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 168 42 •  Cấu trúc bao gồm –  nguyên tử carbon trung tâm, nguyên tử carbon gắn với nguyên tử Hydro gọi nguyên tử C-α (α-carbon) –  Nguyên tử C-α liên kết với thành phần khác nhóm amino (NH2), nhóm carboxylic (COOH) gốc amino acid ký hiệu R •  Các gốc amino acid khác tạo amino acid với tính chất hóa học khác •  Chẳng hạn, với amino acid: Alanine, Serine Alanine Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 169 Serine Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  Trình tự base DNA định trình tự amino acid protein tương ứng •  Mỗi amino acid có base, nên với base A, C, G, T có số lượng amino acid lý thuyết 43 = 64 (gọi 64 codon) •  Tuy nhiên, phát 20 amino acid với mã di truyền hình Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 171 170 172 43 Bảng mã ký tự 20 amino acid •  Margaret Oakley Dayhoff (American Physical Chemist, pioneer in Bioinformatics) đề xuất dùng one-letter code để mã hóa 20 amino acid Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 173 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 174 Mã di truyền •  Nên có codon mã hóa amino acid •  Bảng mã di truyền chuẩn Marshall Warren Nirenberg (Giải Nobel Y học 1968) Matthaei đưa năm 1961 hình Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 175 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 176 44 Bảng 20 amino acid Công thức hóa học 20 amino acid •  Theo bảng mã này: –  có 61 codon chứa thông tin (mã hóa amino acid cụ thể) –  codon: UAA, UAG, UGA dấu hiệu kết thúc –  Codon AUG vừa amino acid có tên Methionine (Met) vừa dấu hiệu bắt đầu Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 177 •  Trong 20 amino acid có amino acid gọi thiết yếu •  Bởi tạo trực tiếp từ thể người, •  Mà cung cấp thông qua nguồn thực phẩm dinh dưỡng từ bên Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 178 •  amino acid thiết yếu là: histidine, isoliucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, valine 179 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 180 45 Liên kết peptide (Peptide bond) •  Là liên kết đầu Carboxylic (COOH) amino acid với đầu amin (NH2) amino acid khác loại bỏ phân tử nước (H2O) CHUỖI PEPTIDE Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 181 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 182 Chuỗi peptide •  Là chuỗi không nhiều 50 amino acid amino acid liên kết với theo liên kết peptide •  Một đầu chuỗi nhóm amino (H3N+) đầu nhóm carboxylic (COO-) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 183 •  Khi có nhiều 50 amino acid người ta hay gọi chuỗi polypeptide •  Nên thực chất: chuỗi polypeptide chuỗi gồm nhiều chuỗi peptid; dài không phân nhánh Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 184 46 •  Liên kết peptide cấu trúc bậc protein liên kết đặc biệt, –  mạnh liên kết đơn lại yếu liên kết đôi •  Chính điều tạo cho liên kết chuỗi peptide vừa có tính ổn định liên kết đôi, vừa có tính linh động liên kết đơn Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 185 •  Nhờ tính linh động này, phân tử protein tự xoay quanh trục góc nhỏ •  Điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng việc hình thành cấu trúc bậc cao protein Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 186 CẤU TRÚC PROTEIN 187 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 188 47 Cấu trúc bậc I Cấu trúc bậc II •  Do amino acid đơn phân tử cấu thành nên protein, nên chuỗi peptid hay polypeptide protein •  Trong trường hợp quan tâm đến liên kết peptide chuỗi này, ta có cấu trúc bậc protein (protein primary structure) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  Khi amino acid gần liên kết với thông qua liên kết hydro nhóm amin (NH) amino acid với nguyên tử Oxy amino acid khác tạo nên vòng xoắn chuỗi polypeptide •  Khi có cấu trúc bậc II protein (secondary structure) 189 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 190 Cấu trúc bậc III •  Ngoài liên kết hydro để tạo cấu trúc bậc II, nhóm amino acid chuỗi polypeptide liên kết lại •  Chẳng hạn, Cystein liên kết với nhau, Proline liên kết với để hình thành nên nhóm riêng •  Khi tạo nên cấu trúc không gian (3 chiều) tất nguyên tử phân tử protein Gọi cấu trúc bậc III (Protein tertiary structure) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 191 192 48 Cấu trúc bậc IV Tổng kết •  Khi có nhiều chuỗi polypeptite với cấu trúc bậc III liên kết với nhau, tạo nên cấu trúc protein bậc IV (Quaternary structure) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 193 •  Protein chiếm phần lớn cấu trúc tế bào hành động enzyme xúc tác vào phản ứng tế bào •  Có 20 amino acid, số cần thiết cho chế độ ăn uống người •  Tổng hợp: amino acid, peptid bond, protein structure Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 194 CODON •  Như có –  Bộ ba mã hóa (codon) đóng vai trò dịch mã tế bào –  Mỗi codon mã hóa cho amino acid để cấu tạo nên đại phân tử protein GIẢI TRÌNH TỰ (SEQUENCING) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 195 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 196 49 –  Có tất 64 codon, có codon mở đầu AUG (gọi start codon), gọi Methionine đóng vai trò mở đầu trình dịch mã codon (UAA, UAG, UGA) gọi codon kết thúc (stop codon) lại 61 codon mã hóa cho 20 amino acid Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  Trong trình dịch mã, phân tử mRNA mang thông tin di truyền từ nhân tế bào chất với trình tự codon tương ứng với trình tự amino acid tổng hợp 197 ORF 198 Minh họa •  Có thể truy cập trang web Sequence Manipulation Siute (Ver 2.0) http://www.bioinformatics.org/sms2 •  Open Reading Frame – ORF –  Là đoạn trình tự DNA có khả dịch mã thành chuỗi polypeptide –  Một ORF bắt đầu start codon kết thúc stop codon để thực thao tác liên quan đến trình tự sinh học •  Gene: ORF mã hóa cho protein Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 199 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 200 50 Chẳng hạn Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 201 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 202 203 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 204 Sau có trình tự, tìm ORF Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 51 Sequencing •  Mục đích tìm nucleotide gene •  Frederick Sanger đưa phương pháp giải trình tự vào năm 1977, gọi Sanger Sequencing •  Kĩ thuật phổ biến gọi “chain termination“, sử dụng Defective DNA nucleotide (tức nucleotide bị chỉnh sửa làm khả kết hợp thêm nucleotide khác đầu 3′của nó) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 205 52 [...]... TECHNOLOGY 108 27 1.2 Định nghĩa tin sinh học •  Lĩnh vực khoa học kết hợp giữa sinh học (sinh học phân tử) và tin học •  Sử dụng máy tính và tư duy thuật toán để phân tích, rút trích thông tin và quản lý các dữ liệu liên quan đến sinh học phân tử •  Nói cách khác, giải quyết các bài toán nảy sinh từ sinh học phân tử sử dụng phương pháp luận của tin học Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE... với tin sinh học hiện nay là làm sao để các thông tin về các trình tự sinh học phục vụ thiết thực hơn nữa cho sự sống, không dừng ở mức độ lưu trữ thông tin Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 127 128 32 •  Từ đó hướng đến việc –  chuyển đổi thông tin trình tự sinh học sang các tri thức hóa sinh. .. toàn sinh học cho giống ngô biến đổi gene MON 89034 Đây là giống ngô đầu tiên tại Việt Nam được cấp giấy chứng nhận này Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 107 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 106 ĐỊNH NGHĨA TIN SINH HỌC Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 108 27 1.2 Định nghĩa tin sinh học. .. bioinformatics –  computational biology –  computational molecular biology –  biocomputing 109 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 110 •  Chẳng hạn, •  Đôi khi người ta dùng Sinh học tính toán” (Computational Biology) trong trường hợp muốn sử dụng các công cụ toán học, tin học để trích rút các thông tin hữu ích từ những dữ liệu hỗn độn Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM... spectrometry) Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 112 28 1.3 Sự cần thiết •  Phát triển các cơ sở dữ liệu về thông tin sinh học là một nhiệm vụ quan trọng, để có được một kho lưu trữ lớn •  Nhiều cơ sở dữ liệu sinh học lớn trên thế giới đã hình thành và phát triển SỰ CẦN THIẾT Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 113 Assoc Prof Tran Van... khoa học đã cố gắng tìm kiếm những giải pháp để tạo ra nguồn cung cấp tế bào mầm khác để thay thế phôi thai •  Giới khoa học lấy tế bào gốc, hay tế bào mầm từ phôi thai người Tuy nhiên, một bộ phận học giả và dư luận phản đối việc khai thác tế bào gốc từ phôi thai vì cho rằng đó là hành động vô đạo đức Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY –  Kết quả của nhóm ở Đại học. .. Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 137 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 138 1.4 Một số khái niệm cơ bản •  Đại phân tử sinh học: hay đa phân tử sinh học (biopolymer) là một đa phân tử (polymer) có trong các cơ thể sống •  Có 4 đại phân tử không thể thiếu để hình thành nên cơ thể sống; đó là: Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY... 65 •  1981: Thuật toán Smith-Waterman về việc bắt cặp trình tự (sequence alignment) được công bố •  1981: IBM giới thiệu máy tính cá nhân (Personal Computer) ra thị trường Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY •  1980: Trình tự gene đầy đủ đầu tiên của một sinh vật (Bacteriophage FX174) được công bố; nó bao gồm 5.386 cặp base trong đó có 9 mã protein Assoc Prof Tran... lớn, đòi hỏi sự hợp tác của nhiều ngành 119 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 120 30 •  Dưới kính hiển vi điện tử, khi xem xét mô não về tế bào học thấy có tổn thương về mặt sinh học, –  đó là sự thoái hóa của các sợi dây thần kinh, –  hoặc bị tổn thương chỉ còn là những ống nhỏ •  Từ đó ngăn cản vận chuyển chất dinh dưỡng nuôi tế bào thần kinh Assoc Prof Tran... SCIENCE AND TECHNOLOGY 52 •  1955: Frederick Sanger (UK) thông báo trình tự protein đầu tiên được phân tích - bovine insulin •  Nhận giải Nobel hóa học 1958, 1980 Assoc Prof Tran Van Lang, PhD, VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 51 13 •  1958: (Tin học) Mạch tích hợp điện tử đầu tiên được xây dựng bởi Jack Kilby (US) •  Nhận giải Nobel Vật lý năm 2000 •  Cũng năm 1958, Tổ chức Advanced Research