Sinh học phân tử là khoa học nghiên cứu các hiện tượng sống ở mức độ phân tử. Phạm vi nghiên cứu của môn học này có phần trùng lặp với một số môn học khác trong sinh học đặc biệt là di truyền học và hóa sinh học. Sinh học phân tử chủ yếu tập trung nghiên cứu mối tương tác giữa các hệ thống cấu trúc khác nhau trong tế bào, bao gồm mối quan hệ qua lại giữa quá trình tổng hợp của DNA, RNA và protein và tìm hiểu cách thức điều hòa các mối tương tác này. Hiện nay, sinh học phân tử và sinh học tế bào được xem là nền tảng quan trọng của công nghệ sinh học. Nhờ phát triển các công cụ cơ bản của sinh học phân tử như các enzyme cắt hạn chế, DNA ligase, các vector tạo dòng, lai phân tử, kỹ thuật PCR... sinh học phân tử ngày càng đạt nhiều thành tựu ứng dụng quan trọng.
Vai trò của các DNA-binding protein trong điều hòa biểu hiện gene Vai trò của các DNA-binding protein trong điều hòa biểu hiện gene • Khái niệm DNA-binding protein • Các protein điều hòa nhận dạng tương tác với DNA • Helix-Turn-Helix Motif • Vai trò Zinc finger • Vai trò Leucine Zipper Motif Câu hỏi? u Làm tế bào xác định gene cần phải phiên mã số hàng nghìn gene? Sự phiên mã gene điều khiển vùng điều hòa DNA gần vị trí phiên mã (vùng promoter) u Điều khiển q trình khởi đầu phiên mã liên quan đến hệ thống gồm thành phần bản: (1) đoạn DNA ngắn vùng trình tự định (2) protein điều hòa gene (gene regulatory proteins) nhận gắn với trình tự Ví dụ 1 • lambda repressor mã hóa virus xâm nhiễm vi khuẩn • Chất ức chế tắt gene mã hóa cho protein virus genome virus nằm im lặng NST vi khuẩn, chép với NST vi khuẩn điều kiện thuận lợi cho sinh trưởng vi khuẩn Ví dụ 2 • Tắt gene khơng cần thiết chưa cần sử dụng • lac repressor, ức chế trình phiên mã gene operon lac lactose vắng mặt mơi trường Câu hỏi • Tại protein repressor lại nhận vùng trình tự định phân tử DNA? • Thay đổi cấu trúc phân tử ảnh hưởng đến khả tương tác với vùng đó? Xác định mơ hình điều hòa biểu gene? • Phân lập dạng đột biến mà tắt gene định • Ngun nhân khơng thể tắt thiếu số protein hoạt động chất ức chế (repressor) • Do protein ức chế thường có mặt với lượng nhỏ phân lập khó khăn • Khi phân lập sử dụng kỹ thuật footprinting để phát trình tự DNA có liên quan đến điều hòa biểu gene Tương tác giữa protein điều hòa và DNA • Các protein điều hòa hoạt đơng gene phải nhận trình tự nucleotide định có trình tự DNA (NST) • Trước người ta nghĩ protein điều hòa tương tác với liên kết hydrogen cặp base thông qua liên kết hóa học • Hiên cho trình tự DNA chứa thơng tin cho phép protein điều hòa nhận mà khơng cần phải can thiệp vào liên kết sợi DNA Tương tác giữa protein điều hòa và DNA • Các protein điều hòa thường gắn vào rãnh (major groove) cấu trúc DNA (chứa rãnh nhỏ lớn) • Tùy thuộc vào trình tự DNA mà cấu trúc vùng khác protein phân biệt mà khơng cần phải tháo xoắn DNA 10 DNA-binding Zinc Finger Mo`fs • Nhóm 1: protein hoạt hóa phiên mã gene mã hóa rRNA eukaryote • Nhóm chứa α helix β sheet giữ với Zn để đảm bảo cho chuỗi α helix tương tác với rãnh DNA 27 DNA-binding Zinc Finger Mo`fs • Nhóm 2: Một dạng cấu trúc gần giống với helix-turn-helix motif, chuỗi xoắn α kết nối lại với với nguyên tử Zn • Giống với helix-turn- helix proteins, protein thường tạo thành dimer cho phép chuỗi tương tác với rãnh DNA • Mặc dù cấu trúc zinc finger khác chúng có đặc điểm: Có Zn chuỗi xoắn α có khả nhận diện gắn với rãnh lớn DNA 28 DNA-binding Zinc Finger Motifs Một dạng zinc finger protein Proteins thuộc nhóm Cys-Cys-His-His 29 (A) Cấu trúc đoạn protein điều hồ biểu gene chuột, bám vào vị trí đặc thù DNA Protein nhận DNA zinc fingers dạng Cys-Cys-His-His xếp đường hướng lặp lại (B) fingers có trình tự amino acid tương tự tương tác với DNA với cách thức tương tự Cả (A) (B), nguyên tử Kẽm Zn++ finger biểu hiện.30 31 Leucine Zipper Motif (Eukaryote transcription factor) • Một motif gọi leucine zipper motif (tên gọi xoắn α, monomer, kết hợp với tạo thành "coiled-coil • xoắn alpha giữ với tương tác kị nước chuỗi bên amino acid • Do dimer hóa, phần tương tác chuỗi xoắn alpha tạo thành cấu trúc dạng chữ Y, cho phép chuỗi bên chúng tiếp xúc với rãnh lớn DNA • Phần dimer giữ chặt DNA sợi kép giống khóa kéo 32 Leucine Zipper Mo`f 33 Tương tác với DNA 34 Các phương pháp xác định protein binding DNA 35 Kỹ thuật thay đổi tính linh động gel (gel mobility shift assay) Dựa vào ảnh hưởng protein liên kết với phân tử DNA di chuyển điện trường 36 Gel-Mobility Shift • DNA tích điện âm di chuyền cực âm tách riêng khác kích thước • Các phân tử protein bám với phân tử DNA làm cho di chuyển chậm • Các phân tử protein lớn tốc độ giảm • Đây sở gel-mobility shift assay, cho phép tìm protein bám DNA 37 38 Sắc ký lực 39 Protein điều hồ gene có thể được nhận biết bởi một trình tự DNA 40 A Chromatin Immunoprecipitation 41 ... mạnh phản ứng proteinDNA 17 Tương tác protein điều hòa DNA • Mỗi protein điều hòa nhận dạng loại trình tự DNA • Các nghiên cứu x-ray crystallographic NMR hàng trăm protein nhiều protein chứa... gắn với DNA • Các motif thường có dạng xoắn α phiến β để gắn với rãnh lớn DNA • Rãnh lớn chứa đủ thơng tin để phân biệt trình tự DNA DNA khác 18 DNA binding protein • Các protein gắn DNA liên... mức độ tương đối chặt tương tác DNA protein 15 Tương tác DNA Protein 16 Tương tác protein với rãnh lớn DNA Chỉ tương tác minh hoạ Cụ thể, nội tương tác protein- DNA chứa từ 10 đến 20 tương tác,