Vật chất di truyền bài giảng

Tài liệu công nghệ Sinh học, gene, phân tử, di truyền thực vật, động vật, Căn cứ Điều 13, khoản 2, điểm a Nghị định số 1552016NĐCP của Chính phủ ngày 18 tháng 11 năm 2016 quy định về xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bảo vệ môi trường;

1. Deoxyribonucleic acid (DNA)

II. Gen và mã di truyền

có tính acid

 Là đại phân tử sinh học có phân tử lượng lớn

 Cấu tạo từ chuỗi nucleotide nhằm truyền tải thông

tin di truyền

 2 loại: deoxyribonucleic acid (DNA)

ribonucleic acid (RNA)

 Có mặt ở hầu hết tế bào sống và virus

 Tính đặc hiệu của nucleotide do base nên thường

gọi là cặp base, kí hiệu bp (base pair) hay kb

(kilobase – 1000 cặp base)

4

 Thành phần cấu tạo hóa học:

6

• Số lượng A=T, G=C

trúc phân tử DNA

ngược chiều quanh một trục chung

phosphat và pentose quay ra ngoài tạo phần mặt của hình trụ

• Chiều cao mỗi vòng xoắn là 34Ao, 10 cặp base Đường kính

20Ao

10

• Trong môi trường nồng độ muối cao hay môi trường có thêm cồn, DNA chuyển sang dạng A (chiều xoắn phải) với 11

bp một vòng

vòng

• Hai chỉ số dùng để đánh giá DNA

Xoắn 3 (triple helix) N – xanh, O – đỏ, H – vàng Dạng G-Quadruplex

 DNA trong tế bào không đơn điệu, tùy trạng thái

sinh lý mà DNA ở dạng này hoặc dạng khác

12

• Phân tử DNA bị đứt liên kết hydro và tách rời nhau gọi là biến

được dùng trong lai phân tử

tính (renaturation)

• Những chứng minh gián tiếp cho thấy DNA là vật chất

di truyền:

i. DNA có trong tế bào của tất cả các vi sinh vật, thực vật,

động vật; giới hạn trong nhân và là thành phần chủ yếu của nhiễm sắc thể

sóng 260nm, đây chính là bước sóng mà DNA hấp thụ tia tử ngoại nhiều nhất

protein Do đó cần có chứng minh trực tiếp để khẳng định

DNA là vật chất di truyền

14

• Hiện tượng biến nạp do Griffith phá hiện ở vi khuẩn

• Chứng minh trực tiếp bằng thí nghiệm biến nạp của Griffith

• Kết luận: Vi khuẩn S không tự sống lại mà truyền tính gây bệnh cho tế bào R  hiện tượng biến nạp (transformation)

biến nạp

Tinh sạch thể biến nạp

DNase RNase Protease

Siêu ly tâm

Phân hủy protein Phân hủy RNA Phân hủy DNA Loại chất béo

Chuyển vào

tế bào R Chuyển vào

tế bào R Chuyển vào

tế bào R Chuyển vào

tế bào R

Tế bào R (biến nạp)

Tế bào R (biến nạp)

Tế bào R (không biến nạp)

Tế bào R (biến nạp)

Dạng R sống

Dạng S chết do

nhiệt trong môi

trường

 Hiện tượng biến nạp là một chứng minh sinh hóa xác nhận

• Thể thực khuẩn phage T2 ký sinh ở vi khuẩn E.coli

protein (chỉ có nguyên tử lưu huỳnh – S)

(màu xanh) (màu đỏ)

Không có lưu huỳnh trong tế bào

Xuất hiện phốtpho trong tế bào

3 Ly tâm

1 Truyền nhiễm

2 Pha trộn

18

• Mang thông tin di truyền ở virus

mã thành phân tử protein tương ứng

protein từ mRNA tương ứng

2. RNA

là vật chất di truyền của một

số virus

đốm thuốc lá (tobacco mosaic

nhiễm khi không có protein

• Kết quả, virus thế hệ con giống

hoàn toàn với virus ban đầu

B Singer tái xác nhận trong thí nghiệm “lắp ráp chéo” giữa lõi

(HRV) và vỏ protein của tobacco mosaic virus (TMV)

HRV RNA TMV RNA

TMV protein

Virus lai do lắp ráp chéo giữa lõi RNA của HRV và

vỏ protein của TMV

Virus lai thể hiện trên lá Lốm đốm

HRV trên lá cây thuốc lá Virus HRV

con được tách chiết từ vết thương

Thí nghiệm “lắp ráp chéo”

của Fraenkel Conrat virus

20

 Nucleic acid nói chung (bao gồm cả RNA và DNA)

mang thông tin di truyền DNA luôn luôn là vật chất di

truyền Trong khi đó, RNA thường không phải là vật

chất di truyền, chỉ trong những hệ thống đặc biệt không

có DNA, RNA sẽ là vật chất di truyền

a. Các quan niệm của Mendel và Morgan về gen:

hạt riêng biệt, xác định một tính trạng cụ thể trong cặp tính trạng tương phản

nhiễm sắc thể đã khẳng định rằng các gen là những đơn vị cơ

sở và không chia nhỏ của vật chất di truyền về cả cấu trúc lẫn chức năng

alkapton niệu (alcaptonuria) bắt nguồn từ một sai hỏng của một enzyme đặc thù và được di truyền theo kiểu lặn nhiễm sắc thể thường

bằng các thí nghiệm gây đột biến bằng tia X ở Neurosporora

•  Giả thuyết một gen – một enzyme mở đường cho sự ra đời

di truyền sinh hóa

22

đột biến bằng tia X

Phối hợp với bào tử của nấm trong tự nhiên

Sự phát triển xảy ra trong môi trường đủ dinh dưỡng

Nấm không mọc trong môi trường tối thiểu

Vitamins

Amino acids

Nucleic acid

Thí nghiệm Beadle

và Tatum

23

• Về sau mở rộng thành “một gen – một protein” và “một gen –

một polypeptide”

các phân tử RNA chức năng (rRNA và tRNA)

di truyền

thành đơn vị nhỏ hơn

không chia nhỏ tương ứng là đột biến, tái tổ hợp và chức năng

nên không còn sử dụng nữa

• Cistron của Benzer có ý nghĩa là đơn vị chức năng di truyền

không chia nhỏ

24

• Nếu đột biến xuất hiện trên cùng một gen thì gọi là allele Nếu

đột biến xuất hiện trên hai gen khác nhau thì chúng không allele với nhau

Cis

Kiểu hình tự nhiên

Trans Kiểu hình tự nhiên

Cis Kiểu hình tự nhiên

Trans Kiểu hình đột biến Kiểu hình từ hai gen allele

Kiểu hình từ hai gen không allele

• Ví dụ: sự đột biến mất khả năng tổng hợp adenine ở

Neurospora crassa liên quan đến 9 loại gen

hợp adenine, mà còn là đơn vị chức năng nhỏ nhất,

kiểm tra giai đoạn nào đó của chu trình

3. Gen cấu trúc có 3 vùng:

phiên mã

Vùng điều hòa Vùng mã hóa

Vùng kết thúc

Mạch mã gốc 3’

Mạch bổ sung 5’

5’

o Vị trí: nằm ở đầu 3’ của mạch mã gốc của gen

động quá trình phiên mã, đồng thời cũng chứa trình tự nucleotide điều hòa quá trình phiên mã

P O

Vùng điều hòa Vùng mã hóa

Vùng kết thúc

Vùng kết thúc

o Gen không phân mảnh: các gen ở thực vật nhân sơ có vùng mã

hóa liên tục gọi là cistron

Các cistron xếp thành từng nhóm chung vùng điều hoà tạo thành 1 operon

Kiểu tổ chức di truyền này giúp vi khuẩn thích nghi với sự thay đổi của điều kiện ngoại cảnh

không liên tục chứa đoạn không mã hoá (intron) xen kẽ với đoạn

mã hoá (exon)

một số ít gen không có intron như gen mã hoá cho protein histone

Ở nhiều gen, tổng độ dài intron lớn hơn exon như gen

mã hoá cho albumin, conalbumin

Các đoạn intron sẽ bị cắt bỏ trong quá trình phiên mã

• Vùng kết thúc:

Vùng điều hòa Vùng mã hóa

Vùng kết thúc

• Là trình tự các nucleotit trong gen

trong phân tử protein

• Cứ 3 nu kế tiếp nhau mã hóa cho 1

amino acid

bộ ba

khuẩn T4 do acridin

• Bộ ba mở đầu: khởi đầu dịch mã, quy định amino acid Metionin

ở sinh vật nhân thực và formin metionin ở sinh vật nhân sơ

thúc quá trình dịch mã

cách liên tục, không ngắt quãng

định

lệ AUG mã hoá methionine, UGG mã hoá tryptophan

32

 Tại sao một đoạn dài DNA (1,5 m) lại có thể nằm trong nhân?  Nhiễm sắc thể

1. Khái niệm:

dưới kính hiển vi

34

 1 nhiễm sắc thể gồm 2

chromatid

ở tâm động

 Dựa vào vị trí tâm động, có 3

kiểu hình thái của NST

giữa NST

NST làm 2 phần không đều nhau, một bên dài, một bên ngắn

động nằm ở

Tâm động centromere

 Mỗi NST có 3 bộ phận chủ yếu với các chức năng

Bảo vệ NST, làm cho các NST không dính vào nhau

Trình tự khởi đầu nhân đôi DNA

Những điểm tại đó DNA bắt đầu nhân đôi

36

nguyên phân, khi NST rút ngắn cực đại

Cà chua 2n=24 NST Ruồi giấm

2n=8 NST Tinh tinh

2n=46 NST

 Các mức cấu trúc

(mức xoắn 1)

nhiễm sắc (mức xoắn 2)

(mức xoắn 3)

b. Sinh vật nhân sơ:

có cấu trúc NST như tế bào nhân thực

NST của vi khuẩn E.coli

40

 NST chứa DNA, DNA mang thông tin di truyền

đổi về tính trạng

phân bào

của NST trong giảm phân và thụ tinh là cơ chế di truyền

ở cấp độ tế bào

2. - Lê Thanh Hòa & Đái Duy Ban – Công nghệ sinh học đối với cây

trồng vật nuôi và bảo vệ môi trường

Kỹ thuật

về công nghệ sinh học