Với mong muốn chia sẻ cùng bạn đọc mối quan tâm về Sinh học phân tử, một lĩnh vực đang được học tập và nghiên cứu ở Việt Nam, chúng tôi xuất bản cuốn sách Một số vấn đề cơ bản của Sinh học phân tử nhằm giới thiệu những quá trình quan trọng xảy ra trong tế bào (trình bày trong chương 1, 2, 4, 5, 6 và chương 7) và một số kỹ thuật cơ bản được sử dụng để nghiên cứu những quá trình đó (chương 3). Những quá trình này được nghiên cứu ở mức độ phân tử phần nào làm sáng tỏ sự giống và khác nhau trong cấu trúc của genome, cấu trúc của một gen giữa tế bào prokaryot và eukaryot (chương 1). Những cấu trúc đó liên quan đến các cách thức kiểm soát hoạt động của các gen ở giai đoạn phiên mã, sau phiên mã và dịch mã để tổng hợp protein (chương 2). Quá trình tổng hợp protein, những biến đổi cấu trúc protein và những cách thức để nhận biết và vận chuyển protein đặc hiệu đến những vị trí đích khác nhau trong tế bào hoặc tiết ra bên ngoài được giới thiệu trong chương 4. Ngoài ra, chức năng và hoạt tính của những protein tham gia quá trình truyền tín hiệu được trình bày trong chương 5; của protein tham gia chu trình tế bào được trình bày trong chương 6 và những protein tham gia kiểm
Một số vấn đề sinh học phân tử Võ Thị Hương Lan NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007 181 tr Từ khoá: ADN, GEN, genome, nhiễm sắc thể, ty thể, lục tạp, geomic, ADN, tái tổ hợp, ngân hàng ADNc, cDNA, ADN genome , phản ứng PCR, kỹ thuật gen, phương pháp lai, Protein, tổng hợp protein, vận chuyển protein, tín hiệu tế bào, truyền tín hiệu tế bào, Thụ thể tyrosine kinase, Protein G, sinh trưởng, phát triển, hệ gen lưỡng bội, phơi, chu trình tế vào, phân chia tế bào Tài liệu Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm hình thức chép, in ấn phục vụ mục đích khác khơng chấp thuận nhà xuất tác giả Mục lục LỜI NÓI ĐẦU U Chương ADN VÀ GEN 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.6 1.7 Khái niệm gen Genome (hệ gen) 10 Genome tế bào prokaryot (tế bào nhân sơ) 11 Genome tế bào eukaryot (tế bào nhân thực) 13 Cấu trúc sợi nhiễm sắc tế bào eukaryot 14 Histone cấu trúc nucleosome 15 Methyl hoá ADN 17 Các gen genome eukaryot 18 Các gen họ gen 20 Gen lặp lặp lại liên tục 21 Pseudogen (gen giả) 23 Thành phần ADN lặp lại genome eukaryot 23 ADN vệ tinh (satelitte DNA) ADN tiểu vệ tinh (minisatelitte DNA) 23 Các đoạn ADN có khả di chuyển 24 Tương tác T-ADN với genome thực vật 29 ADN ty thể lục lạp 32 1.7.1 1.7.2 1.8 ADN ty thể 32 ADN lục lạp 33 Genomics 33 1.8.1 So sánh genome 33 1.8.2 Genome người 34 1.8.3 Nghiên cứu Genomics thực vật 35 Chương HOẠT ĐỘNG CỦA GEN TRONG TẾ BÀO .38 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 2.4 Kiểm soát hoạt động gen phiên mã 41 Kiểm soát khởi đầu phiên mã 42 Kiểm soát kết thúc phiên mã 50 Các protein điều khiển (regulatory proteins) 51 Kiểm soát sau phiên mã 53 Kìm hãm dịch mã liên quan đến cấu trúc vùng 5'UTR phân tử ARNm 53 Độ dài đuôi polyA ảnh hưởng tới độ bền vững phân tử ARNm 54 Độ bền vững ARNm 54 ARN anti-sense 55 Phản ứng đọc sửa ARNm - "RNA editing" 56 Kiểm soát giai đoạn dịch mã sau dịch mã 57 Biến đổi phân tử ARNm tế bào eukaryot 59 2.4.1 Phản ứng cắt intron nối exon 60 2.4.2 Các intron có khả tự cắt khỏi phân tử ARNm-Phản ứng self-splicing 62 2.4.3 Phản ứng trans-splicing nối hai exon hai phân tử ARNm 64 2.4.4 Cấu trúc chung phân tử ARNm 64 Chương KỸ THUẬT ADN TÁI TỔ HỢP 66 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.6 3.7 3.7.1 3.7.2 3.8 3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.4 3.8.5 Phân cắt, phân ly ADN 66 Đưa đoạn ADN vào vector 67 Các vector sử dụng kỹ thuật tách dòng 68 Đưa ADN vào vector 70 Ngân hàng ADN 72 Ngân hàng ADNc (cDNA library) 72 Ngân hàng ADN genome (genomic DNA library) 74 Sàng lọc dòng từ ngân hàng ADN 76 Phương pháp sàng lọc chung 76 Phương pháp sàng lọc phân biệt "differential screening" 77 Phương pháp dọc nhiễm sắc thể “chromosome walking” 78 Nhảy bước nhiễm sắc thể “jumping on chromosome” 80 Các phương pháp lai 80 Phương pháp Southern blots 81 Phương pháp northern blots 82 Kỹ thuật lai in-situ 82 Điều kiện phản ứng lai 82 RFLP nghiên cứu genome lập đồ gen 83 Phản ứng PCR (Polymerase Chain Reaction) 86 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng PCR 87 Một số dạng phản ứng PCR 88 Kỹ thuật gen 89 Nghiên cứu vai trò ADN điều khiển, chức gen protein 89 Thay gây đột biến gen 92 Gây tăng cường chức gen 93 Gen báo cáo “reporter gene” 96 Biến đổi genome thực vật 96 Chương TỔNG HỢP VÀ VẬN CHUYỂN PROTEIN 98 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.5 4.6 Vai trò ARN vận chuyển (ARNt) tổng hợp protein 98 Tổng hợp protein máy Ribosome 100 Vận chuyển protein 102 Vận chuyển vào mạng lưới nội chất 103 Vận chuyển protein cấu trúc màng (membrane proteins) 105 Biến đổi sau dịch mã kiểm tra chất lượng protein khoang ER 108 Tạo cầu liên kết disulfide (S-S) cuộn gấp khoang ER 108 Hình thành cấu trúc multimer từ chuỗi peptide 109 Quá trình đường hoá protein 109 Vận chuyển từ mạng lưới nội chất đến Golgi Lysosome 110 Vận chuyển từ Golgi đến bề mặt tế bào: Con đường tiết ngoại bào (exocytosis) 110 Chương TRUYỀN TÍN HIỆU TẾ BÀO .112 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.6 5.7 5.7.1 5.7.2 5.7.3 5.8 Thụ thể bề mặt tế bào 114 Thụ thể nối với protein G 117 Protein G 117 Hoạt hố ức chế cAMPase thơng qua protein G 119 Protein kinase phụ thuộc cAMP (cAPK kinase A) 121 Thụ thể tyrosine kinase protein Ras 124 Thụ thể tyrosine kinase (RTKs) 124 Protein Ras chuỗi phản ứng truyền tín hiệu hoạt hoá thụ thể tyrosine kinase 127 Tín hiệu thứ cấp Ca+2 chuỗi truyền tín hiệu 129 Inositol phospholipid 130 Inositol triphosphate (IP3) vận chuyển Ca+2 khỏi ER 130 Calmodulin- protein tạo phức với Ca+2 tế bào 132 Khuếch đại tín hiệu bên ngồi tế bào 133 Truyền tín hiệu qua thụ thể nối với enzym bề mặt tế bào 135 Thụ thể guanylyl cyclase 135 Các oncogene tín hiệu dẫn truyền từ thụ thể tyrosine kinase 136 Protein MAP kinase 136 Tyrosine kinase phối hợp với thụ thể Thụ thể Tyrosine phosphatase 137 Chương CHU TRÌNH VÀ PHÂN CHIA TẾ BÀO 139 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 Những đặc tính chu trình tế bào 139 Chu trình tế bào giai đoạn phát triển phôi sớm 143 Protein cyclin 145 Nấm men hệ thống kiểm soát chu trình tế bào 147 Kiểm soát phân bào động vật 150 Vai trò sợi vi ống tubulin phân bào 152 Chương SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN 154 7.1 Kiểm sốt xác định giới tính 155 7.2 Phát triển ruồi giấm Drosophila 158 7.3 Hoạt động gen có nguồn gốc từ mẹ q trình hình thành trục đầu-đi trục lưng-bụng 159 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 Nhóm gen định phát triển phần đầu ngực ấu thể (anterior-group genes) 160 Nhóm gen qui định phát triển phần đuôi (posterior-group genes) 162 Nhóm gen qui định phát triển trục lưng-bụng (dorsoventral-group genes) 162 Nhóm gen qui định phát triển cấu trúc tận ấu thể (terminal-group genes)164 7.4 Hoạt động gen hệ gen lưỡng bội (phôi) 164 7.3.5 Các gen tạo đốt "gap" 166 7.3.6 7.3.7 Các gen cặp đốt "pair-rule" 166 Các gen phân cực đốt 167 7.5 Các gen chọn lọc 167 Lời nói đầu Với mong muốn chia sẻ bạn đọc mối quan tâm Sinh học phân tử, lĩnh vực học tập nghiên cứu Việt Nam, xuất sách "Một số vấn đề Sinh học phân tử" nhằm giới thiệu trình quan trọng xảy tế bào (trình bày chương 1, 2, 4, 5, chương 7) số kỹ thuật sử dụng để nghiên cứu q trình (chương 3) Những q trình nghiên cứu mức độ phân tử phần làm sáng tỏ giống khác cấu trúc genome, cấu trúc gen tế bào prokaryot eukaryot (chương 1) Những cấu trúc liên quan đến cách thức kiểm sốt hoạt động gen giai đoạn phiên mã, sau phiên mã dịch mã để tổng hợp protein (chương 2) Quá trình tổng hợp protein, biến đổi cấu trúc protein cách thức để nhận biết vận chuyển protein đặc hiệu đến vị trí đích khác tế bào tiết bên giới thiệu chương Ngoài ra, chức hoạt tính protein tham gia trình truyền tín hiệu trình bày chương 5; protein tham gia chu trình tế bào trình bày chương protein tham gia kiểm sốt biệt hố, phát triển, sinh trưởng hình thành thể giới thiệu chương Để học kiến thức chuyên sâu lĩnh vực sinh học phân tử, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô Khoa Sinh học Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (nay Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) Đồng thời xin chân thành cảm ơn Phó Giáo sư Trương Nam Hải Giáo sư Nguyễn Mộng Hùng có nhận xét góp ý quý báu cho sách Lần đầu xuất bản, chắn sách có thiếu sót, tơi mong nhận phê bình, góp ý bạn đọc đồng nghiệp Với cảm ơn chân thành! Tác giả Chương ADN VÀ GEN 1.1 Khái niệm gen Trải qua thời gian dài, khái niệm định nghĩa gen hình thành dựa vào kết thí nghiệm, trước hết thí nghiệm di truyền cổ điển Đầu tiên, từ phép lai đậu có tính trạng khác theo dõi di truyền chúng, Menden đưa kết luận tính trạng định allen gen Một gen có nhiều allen Mức độ biểu tính trạng phụ thuộc vào kết hợp hai allen Đơn giản gen có allen (Aa) Khi tính trạng biểu mức độ khác nhau: trội (AA), bán trội (Aa), lặn (aa) Tiếp theo đó, với loạt thí nghiệm tiến hành ruồi giấm Drosophila, Morgan cộng nhận thấy số tính trạng định khơng phải alen gen mà nhiều gen Điều quan trọng nữa, dựa vào tần số trao đổi chéo hai nhiễm sắc thể tương đồng trình phân bào giảm nhiễm (meiosis), Morgan lập đồ di truyền (genetic map) cho phép xác định vị trí gen nhiễm sắc thể Hai gen gần tần số trao đổi chéo chúng nhỏ Trên thực tế, đồ di truyền cho biết vị trí gen liên quan đến tính trạng đột biến mà khoảng cách chúng tính tần số trao đổi chéo (cM) Tuy nhiên, trao đổi chéo không xảy vị trí sợi nhiễm sắc thể khiến cho khoảng cách vị trí đồ di truyền lúc tỷ lệ với tần số trao đổi chéo Trước năm 1940, vị trí gen nhiễm sắc thể xem hạt cườm chuỗi Trao đổi chéo xem xảy gen mà xảy gen Vì vậy, từ kết thí nghiệm, nhà di truyền đưa đặc tính để xác định gen: Gen qui định tính trạng quan sát chiếm vị trí nhiễm sắc thể Gen xem đơn vị di truyền nhỏ bị đột biến Gen xem đơn vị di truyền nhỏ mà trao đổi chéo xảy gen Trao đổi chéo thực gen tương đồng Từ đặc tính này, rõ ràng hai tính trạng khơng giống phân biệt phải hai gen khác qui định Rõ ràng, khái niệm gen ban đầu cho phép xác định mối tương quan theo kiểu đột biến - tính trạng - gen Trong thực tế, việc xác định tần số trao đổi chéo để tìm vị trí gen gặp nhiều khó khăn phải sàng lọc cá thể đột biến từ số lượng cá thể lớn hệ cháu qua phép lai khác Mặt khác, phân tích trao đổi chéo, vị trí gen xác định đồ di truyền không phản ảnh chức riêng biệt chúng Nhược điểm khắc phục nhờ thí nghiệm bổ trợ chức (complementation tests) Ví dụ, kết hợp tế bào nấm men Neurospora dạng đơn bội bị đột biến có biểu khả mọc môi trường thiếu histidine, nhà di truyền nhận số tế bào luỡng bội phục hồi khả sinh sơi mơi trường khơng có histidine Kết phép lai dòng tế bào đột biến cho phép xác định tính trạng liên quan đến hai gen khác đường sinh tổng hợp histidine Dựa vào tần số trao đổi chéo, gen có vị trí phân bố điểm khác đồ di truyền Như vậy, thí nghiệm bổ trợ chức cho phép phân biệt gen nhóm gen qui định tính trạng Các nghiên cứu nhà di truyền Clarence P Oliver Melvin M Green thực ruồi giấm phát thấy trao đổi chéo xảy gen Nói cách khác, gen chứa nhiều đột biến khác Nhà di truyền học Seymour Benzer xác định 199 vị trí đột biến gen rIIA thực khuẩn thể T4 Đặc biệt nhờ vào việc khám phá cấu trúc ADN, Charles Yanofsky cộng lần đưa chứng rõ ràng trao đổi chéo xảy nucleotide gen nghiên cứu gen mã cho enzym tổng hợp tryptophan E.coli Nhờ kết đặc biệt quan trọng mà khái niệm gen hoàn thiện Lúc gen xem đoạn nucleotide mang mã di truyền cho acid amin sợi peptide Từ khái niệm ban đầu cho gen hạt cườm chuỗi (chuỗi nhiễm sắc thể genome) trao đổi chéo đột biến xảy hạt cườm nhà di truyền học tìm mối liên hệ tuyến tính mã di truyền ba gen với trật tự acid amin sợi polypeptide Hình 1.1: Hai protein mã đoạn ADN điểm bắt đầu (hoặc kết thúc) trình phiên mã tổng hợp ARNm xảy vị trí khác đoạn ADN tạo sợi ARNm khác (A) điểm khởi đầu dịch mã tổng hợp protein phân bố vị trí khác sợi ARNm (B) Tuy nhiên, khái niệm gen nêu khơng thể giải thích cho số tượng sau: a/ Hiện tượng gen gối lên (overlapping genes): đoạn ADN hai gen không nằm mà gen nằm gối đầu lên gen Như thế, phần ADN có gen nằm gối lên chứa mã di truyền cho hai gen Có thể xảy trường hợp sau: * Hai phân tử ARNm phiên mã từ vị trí bắt đầu kết thúc khác đoạn ADN Kết hai phân tử protein (được dịch mã từ hai sợi ARNm) có chứa đoạn acid amin giống hệ hai protein chức khác tế bào (Hình 1.1A) * Một phân tử ARNm phiên mã từ đoạn ADN dùng làm khuôn để tổng hợp hai chuỗi polypeptide khác điểm bắt đầu dịch mã (start codon) phân bố lệch (hiện tượng lệch khung đọc) Hai protein khác hồn tồn trình tự acid amin chức tế bào (Hình 1.1B) b/ Một đoạn ADN mang mã di truyền gen nên phiên mã tổng hợp nên loại ARNm khác Điều xảy mã di truyền phân bố theo khung đọc khác đoạn ADN (Hình 1.2) Do đó, hai protein có thành phần acid amin chức khác hoàn toàn tổng hợp Một đột biến xảy vị trí đoạn ADN gây ảnh hưởng đến hai gen Điều gây khó khăn cho việc xác lập đồ tính trạng Hình 1.2: Hai gen mã cho hai protein nằm đoạn ADN mã di truyền hai gen phân bố theo khung đọc khác c/ Đối với sinh vật eukaryot, gen thường bao gồm đoạn nucleotide chứa mã di truyền (exon) xen kẽ với đoạn không chứa mã (intron) Các exon intron phiên mã sang phân tử ARN (gọi phân tử tiền thân ARN thông tin-ARNm) Sau đó, intron bị cắt bỏ đi, exon nối lại với theo thứ tự để tạo phân tử ARNm hồn chỉnh Có thể xảy trường hợp số intron tất intron bị loại khỏi phân tử ARNm Mặt khác xảy tất exon số exon nối với Việc lựa chọn intron để cắt tạo phân tử ARNm khác chúng xuất phát từ loại ARNm tiền thân phiên mã từ khn ADN (Hình 1.3) Đây tượng cắt nối intron-exon luân phiên (alternative splicing) Hình 1.3: Quá trình lựa chọn, cắt intron (I) nối exon (E) theo thứ tự khác để tạo phân tử ARNm giống số exon (E1 E3) Chúng mã cho hai chuỗi polypeptide có chức khác tế bào d/ Gen mã cho polyprotein: Polyprotein sản phẩm việc dịch mã từ phân tử ARNm, sau phân tử protein bị cắt thành đoạn peptide nhỏ Phân tử polyprotein khơng có hoạt tính Chỉ có đoạn peptide có chức khác Ví dụ, hormon adrenocorticotropic (ACTH), lipotropic (LPHs), hormon kích hoạt melanocyte (MSHs) enkephalin tạo từ phân tử proopiomelanocortin ban đầu (Hình 1.4) Như thực tế, đoạn ADN chép loại ARNm có nhiều loại protein tạo thành e/ Một số gen không mang thông tin di truyền cho protein: Một điều rõ ràng phân tử ARN ribosome (ARNr), ARN vận chuyển (ARNt) chép từ ADN chúng khơng dịch mã Ngồi ra, nhân tế bào eukaryot tìm thấy phân tử ARNsn kích thước nhỏ (small nuclear RNA) đảm nhiệm nhiều chức khác tham gia vào việc biến đổi phân tử ARNm (cắt intron nối exon), kiểm tra lại thông tin di truyền chúng (cơ chế đọc sửa ARNm), tác động đến độ bền vững ARNm tế bào chất tham gia vào chế bất hoạt gen (ARNi-interference RNA tạm dịch ARN nhiễu) Do đó, đoạn ADN mã cho loại ARN phải xác định gen lẽ đột biến chúng liên quan đến việc xuất tính trạng lạ Hình 1.4: Phân tử proopiomelanocortin phân cắt để tạo hormon MSH, LPH, CLIP β-endorphin có hoạt tính Từ khái niệm gen hình thành thay đổi dần để phù hợp với kết thí nghiệm, sinh học phân tử ngày định nghĩa gen sau: Gen đoạn ADN cần thiết cho tổng hợp polypeptide có hoạt tính phân tử ARN cần thiết cho hoạt động tế bào Như vậy, gen bao gồm vùng chứa mã di truyền (codon region) mà gồm đoạn ADN (các vùng ADN điều khiển (regulatory elements)) cần thiết cho việc phiên mã (Hình 1.5) Mặt khác, có đoạn ADN có cấu trúc hay trình 10 tự nucleotide giống gen chúng không phiên mã không biểu chức nên chúng khơng thể xem gen Hình 1.5: Cấu trúc gen mã cho protein tế bào nhân thực (eukaryote gene) Vị trí nucleotide phiên mã sang phân tử ARN ký hiệu +1 Nucleotide nằm trước vị trí +1 ký hiệu –1 (khơng có vị trí 0) Các nucleotide nằm trước vị trí ( +1) thuộc vùng promoter Các intron nằm xen kẽ exon Intron bị loại khỏi phân tử ARNm phản ứng cắt nối intron-exon (spilicing) Chiều phiên mã mũi tên 1.2 Genome (hệ gen) Genome chứa tồn thơng tin di truyền lập trình đảm bảo hoạt động sống cho tế bào Đa số genome vi khuẩn phân bố nhiễm sắc thể có kích thước nhỏ có dạng vòng khép kín Ngược lại, phần genome nhân tế bào eukaryot thường lớn phân bố nhiễm sắc thể dạng thẳng Thông tin di truyền không nằm trình tự nucleotide (genetic information) mà phụ thuộc nhiều vào cấu hình khơng gian nhiễm sắc thể (di truyền ngoại sinh- epigenetic information) Trình tự nucleotide toàn genome xác định số sinh vật mơ hình (model organisms) đại diện cho giới sinh vật vi khuẩn E.coli, nấm men, ruồi giấm, giun tròn, Arabidopsis người Bản đồ mà khoảng cách vị trí tính đơn vị nucleotide xem xác Bản đồ gọi đồ vật lý (physical map) Ngồi có số loại đồ khác Ví dụ, đồ di truyền (genetic map) cho biết mối liên hệ vị trí nhóm gen với hay thị (markers) nhiễm sắc thể Các thị hình thái (biểu tính trạng), đa dạng protein (protein polymorphisms), đa dạng độ dài đoạn giới hạn (restriction fragment length polymorphisms-RFLPs), đa dạng độ dài trình tự đơn giản (simple sequence length polymorphisms-SSLPs) đa dạng đoạn ADN khuyếch đại ngẫu nhiên (randomly amplified polymorphic DNA-RAPD) Khoảnh cách vị trí đồ di truyền tính cM (centiMorgan) dựa vào tần số trao đổi chéo Hai vị trí gần khó xảy trao đổi chéo chúng phân bào giảm nhiễm Tuy nhiên, trao đổi chéo không xảy vị trí nhiễm sắc thể nên đơn vị centiMorgan khơng phản ảnh xác khoảng cách vị trí đồ di truyền Kết hợp đồ vật lý đồ di truyền cho biết xác khoảng cách gen (tính trạng), thị phân tử liên quan đến tính trạng cần nghiên cứu Genome đơn tập hợp gen Genome vi khuẩn sinh vật eukaryot bậc thấp thường không lớn gen phân bố sát Hầu hết gen có genome bị gián đoạn đoạn ADN không chứa mã di truyền (intron) Ngược lại, thành phần ADN chứa gen chiếm tỷ lệ nhỏ so với toàn genome tế bào eukaryot bậc cao Các gen tế bào eukaryot bậc cao thường chứa nhiều intron phân bố xa Từ năm 70, thí nghiệm gây bão hồ đột biến, nhà di truyền học xác định số gen nằm đoạn nhiễm sắc thể 167 Hình 7.10: Biến đổi nồng độ protein Eve factor hoạt hố Bicoid, Hunchback yếu tố kìm hãm Giant q trình kiểm sốt hoạt động gen eve Phối hợp protein xác định xác ranh giới tiểu phần trước sau đốt thứ hai Một cách tương tự, xuất đốt khác định tổ hợp factor mã gen có nguồn gốc từ mẹ gen phân đốt 7.3.7 Các gen phân cực đốt Gen phân cực đốt qui định trật tự vùng đốt Đây gen mà bị đột biến thường không làm thay đổi số lượng đốt phần đốt bị loại bỏ thay phần lại đốt vị trí đối xứng (hình ảnh gương) Ví dụ, đột biến gen gooseberry khiến cho tiểu phần sau đốt khơng hình thành Thay vào cấu trúc tiểu phần trước xếp theo kiểu hình ảnh gương Hoạt động gen phân đốt xảy tương tự gen có nguồn gốc từ mẹ, tức sản phẩm gen bật mở gen ức chế gen hoạt động trước Như vậy, gen phân đốt hoạt động theo không gian thời gian Hoạt động gen phân đốt phân chia phôi thành phần nhỏ dần dọc theo trục đầu-đuôi Trong phần nhỏ, hoạt động gen chọn lọc qui định đặc tính riêng biệt phần 7.5 Các gen chọn lọc Các gen liên quan đến hình thành đốt phôi ruồi giấm điều khiển theo cách thức cho sản phẩm số gen hoạt động trước định mức độ biểu gen Nhờ đó, nhóm tế bào có chung số phận định phân vùng dọc theo trục đầu đuôi Tuy nhiên, vùng, điều khiến tế bào biệt hố khác để tạo nên cấu trúc đặc thù riêng vùng đó? Nói cách khác quan phân bố vùng định thể? Liệu gây ảnh hưởng đến hoạt động gen để thay đổi vị trí phận hay khơng? Ví dụ, ruồi giấm, gây đột biến để mắt xuất vùng bụng chân xuất vùng đầu hay không? Bằng kỹ thuật gây đột biến sàng lọc cá thể có sai lệch vị trí phận thể, di truyền học phân tử xác định nhóm gen đặc biệt gọi chung gen chọn lọc (selector genes) Đây gen hoạt động liên tục từ giai đoạn phát triển phôi đến thể trưởng thành với chức đảm bảo trì tính đặc thù vùng dọc theo trục đầu đuôi, lưng bụng suốt trình sinh trưởng phát triển Đầu tiên gen gọi gen homeotic đột biến gen gây nên sai lệch vị trí số phận thể Tuy nhiên, tổng hợp kết nghiên cứu gen liên quan đến trì tính biệt hố đặc thù tế bào vùng mà chúng gọi gen chọn lọc Khác với nhóm gen có nguồn gốc từ mẹ hay gen phân đốt hoạt động thời, gen 168 chọn lọc bật mở phải hoạt động liên tục Như hoạt động gen chọn lọc nhằm xác định cấu trúc phần thể khác dọc theo trục suốt thời gian cá thể tồn Các gen chọn lọc hoạt động hoạt động sau gen phân cực đốt Đột biến xảy gen làm cho phần thể biểu tính trạng phần khác phận đốt lại xuất đốt khác Ví dụ, chân mọc đầu xuất hai cặp cánh giống hệt Cần lưu ý gen chọn lọc bị đột biến hoạt động chúng xảy khơng thời điểm vị trí khơng thích hợp, có vị trí phận bị sai lệch không tạo phận Định mệnh phát triển tế bào qui định gen hoạt động trước gen chọn lọc, nhiên định mệnh không thực trọn vẹn hoạt động gen chọn lọc xảy khơng vị trí Phần lớn gen mã cho protein điều khiển (liên kết với ADN enhancer promoter) Chúng làm nhiệm vụ bật mở gen mức độ khác Do đó, đột biến xảy gen chọn lọc khơng gây bất hoạt gen mà thay đổi hoạt động gen chọn lọc khác Cho đến nay, gen chọn lọc phát ruồi giấm chúng xếp vào nhóm Bithorax (BX-C) Antennapedia (ANT-C) phân bố nhiễm sắc thể số 3, cách khoảng 10 cM Nhóm Antennapedia có gen (lab, pb, Dfd, Scr, Antp) kiểm tra sai khác đốt đầu đốt ngực (từ phân đốt 1-5) nhóm Bithorax có gen (Ubx, abdA, AbdB) làm nhiệm vụ kiểm tra khác đốt bụng đốt ngực (phân đốt 5-14) Đột biến gen thường biểu tính trạng cấu trúc biểu bì, hệ cơ, thần kinh dọc theo trục đầu đuôi Tất gen có tính chất chung vùng không chứa mã di truyền (intron) lớn Những vùng có vai trò quan trọng kiểm sốt mức độ biểu gen theo thời gian không gian dọc trục đầu đuôi Những gen chọn lọc có vai trò tương tự BX-C ANT-C phát động vật có vú Tuy nhiên, chúng phân bố rải rác thành bốn nhóm nhiễm sắc thể khác Tất gen động vật gọi chung nhóm gen Hox Riêng ruồi giấm gen Hox (thuộc hai nhóm BX-C ANT-X) gọi gen Hom Nhìn chung gen Hox có đặc điểm sau: + Vùng ADN điều khiển gen Hox chứa đoạn ADN dài khoảng 180 bp có tính chất bảo tồn Đoạn gọi homeo box Homeo box mã cho đoạn amino axit (khoảng 60 a.a) có khả tương tác với ADN Đoạn amino axit gọi homeo domain + Các exon gen thường nằm xa nhau, phân cách đoạn ADN dài không chứa mã di truyền đóng vai trò điều khiển hoạt động gen + Các gen nhóm nằm dọc nhiễm sắc thể theo thứ tự định, xác trình tự hoạt động chúng dọc theo chiều dài thể từ đầu đến đuôi Các gen hoạt hố nối tiếp nhờ tín hiệu truyền dọc nhiễm sắc thể, phù hợp với dẫn khoảng cách phần thể (tính theo trục đầu-đi) 169 Hình 7.11: Cấu trúc gen chọn lọc thuộc nhóm BX-C (A) Các exon ký hiệu đen đậm Các intron kích thước lớn đóng vai trò quan trọng kiểm sốt hoạt động gen theo không gian thời gian (B) Mức độ biểu (ARNm/protein) gen thuộc nhóm BX-C phân đốt đến 14 Các vùng đậm mức độ biểu cao gen vùng dọc theo trục đầu đuôi (theo Alberts & cs., 2002) Nghiên cứu chi tiết vai trò gen Hox thuộc nhóm BX-C cho thấy thứ tự hoạt động gen tuân theo trật tự xếp nhiễm sắc thể Sản phẩm chúng phân bố dọc theo trục đầu đuôi tuân theo qui luật nghiêm ngặt Hồn tồn khơng có phân bố đồng mà tồn chênh lệch nồng độ protein gen phân đốt (Hình 7.11) Khi gen nhóm BX-C bị đột biến phơi bị chết Phân tích lớp biểu bì phơi chết phát thấy tồn phân đốt đến 13 giống hệt phân đốt Nói cách khác, đột biến tồn nhóm BX-C khiến cho phân đốt 5-13 không tạo thành Như vậy, nhóm Bithorax có gen chịu trách nhiệm sai khác 10 phân đốt Đó kết phản ứng biến đổi phân tử ARNm (cắt intron theo trật tự khác nhau) dẫn đến nhiều loại phân tử ARNm tổng hợp từ gen Mặt khác nhiều đột biến tìm thấy phân bố đoạn ADN khơng chứa mã di truyền Trật tự đột biến nhiễm sắc thể tương ứng với trình tự xếp vùng thể mà chúng có ảnh hưởng Điều cho thấy khác biệt vùng thể không sản phẩm gen Hox định mà phụ thuộc đoạn ADN khơng chứa mã di truyền (các intron) Nói cách khác, vị trí tế bào có ý nghĩa phát triển phôi nhờ hoạt động gen Hox cách thức điều khiển hoạt động chúng Hiện vấn đề nhà nghiên cứu sinh học quan tâm đến xác định chế giúp gen Hox nhớ vị trí hoạt động chúng Cơ chế điều khiển phản hồi có liên quan Thực nghiệm chứng minh sản phẩm số gen Hox hoạt hoá phản ứng tổng hợp ARNm gen Ví dụ, gen dfd nhóm Antennapedia có nhiều vị trí liên kết với protein Dfd Sự liên kết đủ để trì hoạt động gen Ngồi ra, nhóm gen polycom gồm gen cần thiết để kìm hãm hoạt động gen Hom Bất kỳ gen nhóm bị đột biến, gen Hom hoạt động, đầu mức độ bình thường vị trí, sau chúng hoạt động khơng chịu điều khiển hoạt động vùng phôi Protein Polycom bám vào chromatin gen Hom làm thay đổi cấu trúc chromatin Do biến dạng chromatin giúp cho gen Hom nhớ vị trí hoạt động 170 Dùng đoạn homeo box gen Hom ruồi giấm làm mồi cho phép lai Southern với ADN genome tách từ loài động vật khác nhau, kết cho thấy gen Hox tồn genome ếch, chuột người Đặc biệt gen hoạt động trình phát triển phôi Khi đưa gen hox bị đột biến chuột vào phôi ruồi giấm, chúng gây phát triển bừa bãi giống gen Hom ruồi bị đột biến Các gen Hox động vật hoạt động theo thời gian khơng gian tương ứng với trình tự xếp chúng nhiễm sắc thể theo trật tự định từ đầu đến chân Tuy nhiên gen Hox gen Hom có khác nhau: Các gen Hox thường nhỏ không dài số lượng gen nhóm nhiều Có thể tồn nhiều gen Hox nhiều nhóm gen genome, khó phát đột biến biểu tính trạng Cùng với gen BX-C ANT-C, di truyền phân tử phát hàng loạt gen homeotic khác có liên quan đến hình thành quan riêng biệt phân bố vùng định thể Ví dụ điển hình gen eyeless qui định vị trí mắt ruồi giấm Sản phẩm gen có chứa homeo domain Protein mã eyeless đóng vai trò yếu tố phiên mã liên quan đến biểu nhiều gen khác qui định hình thành mắt vị trí Thực nghiệm tạo ruồi giấm chuyển gen mang gen eyeless chịu điều khiển promoter lạ mà promoter hoạt động mô không liên quan đến việc hình thành mắt Sản phẩm gen eyeless xuất khơng vị trí khiến cho mắt xuất chân, cánh vùng ngực Những mắt đặc biệt nhận biết ánh sáng mắt bình thường khác Động vật có vú có chứa gen tương đồng với gen eyeless ruồi giấm Ví dụ gen tương đồng chuột gọi gen Small eye đột biến gen khiến mắt chuột bị nhỏ lại Lặp lại thí nghiệm chuyển gen Small eye chuột vào ruồi giấm (tương tự thí nghiệm nêu trên) ruồi giấm chuyển gen có mắt xuất sai lệch ví trí Rõ ràng gen Small eye chuột gen homeotic mã cho protein chứa homeo domain Gen Small eye có chức qui định việc hình thành mắt vị trí Tuy nhiên, ruồi giấm mang gen Small eye lại có thêm mắt ruồi mắt chuột Như sản phẩm hai gen Small eye gen eyeless có chức tương tự nhau, tức có khả điều khiển loạt gen khác ruồi giấm để dẫn đến kết cuối mắt xuất vị trí Vì định mắt ruồi khơng thể mắt chuột hình thành Gen tương đồng với hai gen Small eye gen eyeless phát người Đột biến gen khiến tròng đen mắt bị nhỏ hẳn Kết nghiên cứu di truyền phân tử năm cuối kỷ 20 đối tượng mơ hình Drosophila làm sáng tỏ phần trình phát triển trứng sau thụ tinh Hoạt động theo trật tự nghiêm ngặt gen có nguồn gốc từ mẹ, gen tạo đốt, gen chọn lọc định việc hình thành trục thể, phân vùng phân đốt, biệt hoá tế bào, xuất quan vùng Đặc biệt tương đồng gen homeotic tìm thấy ruồi giấm động vật có vú người Phải gen có chung nguồn gốc từ gen ban đầu Trải qua thời gian tiến hoá, chúng phần bổ trợ cho để thực chức cụ thể sinh trưởng phát triển? 171 GIẢI NGHĨA THUẬT NGỮ CHUN DỤNG • activator: protein hoạt hố Protein tương tác với ADN làm tăng tốc độ khởi động phiên mã promoter • allele: Một nhiều dạng gen phân bố nhiễm sắc thể tương đồng Một gen có nhiều allen (đa allen) • allele-specific oilgonucleotide (ASO) hybridization: Lai xác định hai dạng sợi đơn phân tử ADN kép oligonucleotide • allosteric transition: Sự thay đổi cấu trúc bậc bậc protein tương tác với phân tử trọng lượng nhỏ Tương tác làm thay đổi hoạt tính protein • alpha (α) helix: Cấu trúc bậc phân tử protein tạo nên đoạn peptide cuộn xoắn nhờ liên kết nhóm carboxyl amin • amphipathic: Phân tử cấu trúc bao gồm hai phần kỵ nước ưa nước • annealing: gắn mồi Tương tác đoạn oligonucleotide với khuôn ADN ARN • antibody: Kháng thể Là phân tử protein tương tác với kháng nguyên vị trí đặc hiệu kích thích thể loại bỏ kháng ngun chế khác • anticodon: đối mã Là trình tự acid nucleic phân tử ARNt tạo cặp bổ sung với mã di truyền ba phân tử ARNm Liên kết bổ xung cho phép acid amin ARNt vận chuyển gắn vào chuỗi peptide tổng hợp • antigen: Kháng nguyên Bất phân tử xâm nhập vào thể có khả kích thích tạo kháng thể tương tác đặc hiệu với kháng thể gọi kháng nguyên • antisense ARN: Phân tử ARN đối nghĩa Phân tử có trình tự bổ sung với trình tự ARN khác, thường ARNm để hạn chế tạo ARN ngăn cản trình dịch mã ARNm • apoptosis: chết theo chương trình Quá trình gây chết tế bào theo chương trình mã hệ gen với biểu hình thái đặc thù riêng • autonomously replicating sequence (ARS): Tâm tái (ở nấm men) Trình tự ADN nhiễm sắc thể đảm bảo khả tái cho nhiễm sắc thể • bacterial artificial chromosome (BAC): Vector tách dòng có khả nhận đoạn ADN kích thước lớn, thiết kế dựa vào plasmid F vi khuẩn E.coli • bacteriophage (phage): Virus có khả xâm nhập vào tế bào vi khuẩn • basal promoter: tâm promoter Vị trí nằm promoter eukaryot, phức khởi động phiên mã bắt đầu hình thành • base exsision repair: sửa chữa loại base Cơ chế sửa chữa ADN base sai hỏng loại bỏ thay • base pair: cặp base Hai nucleotide bổ sung với liên kết cầu hydrogen Khi viết tắt “bp” có nghĩa đơn vị chiều dài ngắn phân tử ADN kép 171 172 • blund end: đầu Đầu tận sợi kép ADN kết thúc hai nucleotide liên kết bổ sung với • ADNc (complementary DNA): phân tử ADN bổ sung phiên mã từ ARNm enzym phiên mã ngược ADNc không chứa intron, gồm exon so với ADN (gen) hệ gen (genome) • centromere: tâm động Là đoạn nhiễm sắc thể hai nhiễm sắc tử dính vào phân bào nguyên nhiễm Tâm động vị trí để phức protein kinetochore bám vào tương tác với sợi thoi vô sắc kéo nhiễm sắc thể cực • chaperone: tên gọi protein có khả ngăn cản cuộn gấp sai protein đích tạo thuận lợi cho protein đích gấp cuộn xác • chaperonin: phức protein trợ giúp việc gấp khúc tạo cấu trúc không gian protein khác • checkpoint: vị trí (điểm) chu trình tế bào chuyển phase định phụ thuộc vào đáp ứng đầy đủ điều kiện cần có cho phase • chimera: thể có chứa hai hay nhiều loại tế bào có nguồn gốc di truyền khác • chromatin: nhiễm sắc chất, bao gồm ADN, histone protein nonhistone phân bố nhân tế bào eukaryot Trong giai đoạn phân bào metaphase, chất nhiễm sắc co đặc thành nhiễm sắc thể • chromatin-remodeling: điều biến chất nhiễm sắc Quá trình làm thay đổi cấu trúc vị trí nucleosome sợi nhiễm sắc • chromosome walking: nhiễm sắc thể Kỹ thuật cho phép xác định thứ tự xếp đoạn ADN nhiễm sắc thể với điều kiện đoạn phải nằm gối lên • cis-acting: tác động nội sinh Thường dùng để đoạn ADN kiểm soát hoạt động gen nằm nhiễm sắc thể Ở tế bào prokaryot, yếu tố tác động nội sinh thường nằm gần gen bị kiểm soát Tuy nhiên, tế bào eukaryot, cis-acting phân bố xa gen • clone: thường để nhóm tế bào chứa loại phân tử ADN tái tổ hợp • cloning vector: phân tử ADN có khả mang đoạn ADN lạ có khả tái tế bào nhận phân tử • competent: Thường dùng cho tế bào vi khuẩn có khả nhận phân tử ADN lạ • consensus sequence: trình tự bảo thủ Đoạn ADN có trình tự tương đồng cao khơng giống hoàn toàn qui định chức đặc biệt • constitutive heterochromatin: dị nhiễm sắc thể bền Vùng nhiễm sắc thể có cấu trúc co đặc bền vững • constitutive gene: gen ln ln trạng thái hoạt động loại tế bào thể • contig: tập hợp đoạn ADN nằm gối lên • cotransformation: đồng biến nạp Hai hay nhiều gen nằm phân tử ADN biến nạp vào tế bào vi khuẩn • crossing over: Trao đổi chéo Quá trình trao đổi vật chất di truyền hai nhiễm sắc thể xảy đứt gãy, trao đổi nối lại với • CpG island: đảo CpG Đoạn ADN giàu CG nằm trước gen eukaryot Hầu hết gen hoạt động có đảo CpG khơng bị methyl hố cytosine 172 173 • degenerate: Thối hố Thường dùng để trình tự nucleotide mã cho acid amin acid amin mã hai (hoặc nhiều hơn) mã ba • degradosome: Phức enzym có chức phân hủy ARNm vi khuẩn • delayed-onset mutation: đột biến chậm Những đột biến có ảnh hưởng giai đoạn muộn thời gian sống thể • de novo methylation: thêm gốc methyl vào cytosine mà trước khơng bị methyl hố • DNA fingerprint: Các băng lai nhận từ phép lai ADN Southern blotting hệ gen đối tượng sinh vật với đầu dò đặc hiệu • DNA photolyase: Enzym phát vi khuẩn thực vật có khả sử dụng lượng ánh sáng phản ứng sửa chữa ADN • DNA shuffling: kỹ thuật phát triển dựa phản ứng PCR để tạo nên phân tử ADN tái tổ hợp có chức sinh học hồn thiện Ví dụ tạo nên gen mã cho protein có phổ hoạt động rộng có hoạt tính cao enzym tồn tự nhiên • domain shuffling: kỹ thuật tạo gen Kỹ thuật xếp nối đoạn ADN nhiều gen với nhau; đoạn mang mã di truyền vùng chức protein khác • dosage compensation: hiệu gen tăng giảm phụ thuộc vào số lượng gen genome • dot-blot hybridization: kỹ thuật lai đầu dò ADN ARN với ADN ARN với nồng độ biết cố định màng • embryonic stem (ES) cell: tế bào tồn có nguồn gốc từ phơi thai • endocytosis: nhập nội bào Q trình thu nhận vật chất từ bên tế bào nhờ túi có nguồn gốc từ màng tế bào • endogenous retrovirus (ERV): hệ gen retrovirus dạng hoạt động không hoạt động ghép xen nhiễm sắc thể tế bào chủ • enhancer: Đoạn tăng cường, làm nhiệm vụ kiểm soát hoạt động gen phân bố cách xa gen Đoạn hệ gen prokaryot • episome: plasmid có khả chèn ghép vào nhiễm sắc thể tế bào nhận • epitope: Quyết định kháng nguyên Là phần đặc biệt thuộc phân tử kháng nguyên tương tác với kháng thể • euchromatin: chất nhiễm sắc thực Là đoạn co đặc chất nhiễm sắc giai đoạn gian kỳ Chất nhiễm sắc thực chứa hầu hết gen trạng thái phiên mã • exocytosis: Xuất ngoại bào Q trình tiết xuất chất bên ngồi tế bào nhờ túi tiết dung hợp với màng tế bào • exon: Là phần gen có mặt phân tử ARN hồn chỉnh Những phân tử ARN tồn tế bào chất, bao gồm ARNm, ARNr ARNt • expressed sequence tag (EST): trình tự xuất phát từ ADNc dùng để xác định nhanh gen hệ gen • expression cloning: Kỹ thuật ADN tái tổ hợp sử dụng để phân lập ADNc đoạn ADN hệ gen (genome) dựa vào đặc tính chức protein mã 173 174 ADNc đoạn ADN mà không cần phải tinh protein Kỹ thuật ADN tái tổ hợp tạo số lượng lớn protein nhờ tách dòng ADNc hay gen tương ứng với protein • expression vector: Những plasmid genome virus chuyên chở gen ADNc vào tế bào nhận thích hợp Protein ADNc gen mã cho tổng hợp tế bào nhận • facultative heterochromatin: vùng dị nhiễm sắc không bền Cấu trúc dị nhiễm sắc thường xuất số gen không hoạt động số tế bào số thời điểm chu trình tế bào • fluorescent in situ hybridization (FISH): kỹ thuật lai huỳnh quang dấu (marker) gắn huỳnh quang nhiễm sắc thể để xác định vị trí thị nhiễm sắc thể • F plasmid: yếu tố giới tính F kiểm sốt chuyển gen đường tiếp hợp vi khuẩn • footprinting: dấu vân tay Kỹ thuật xác định trình tự ADN ARN tương tác với protein Phân tử acid nucleic đánh dấu (bằng phóng xạ chất phát huỳnh quang) bị cắt với nuclease thiếu có mặt protein Khi có mặt protein, đoạn nucleotide tương tác với protein bảo vệ nên không bị cắt nuclease So sánh xuất băng cắt hai trường hợp cho phép xác định trình tự nucleotide tương tác với protein • frameshifting: chuyển khung đọc Sự di chuyển có kiểm sốt ribosome từ khung đọc sang khung đọc khác vị trí phân bố gen • fusion protein: protein dung hợp Protein tạo nên dung hợp hai polypeptide hai hay nhiều phần chuỗi polyppetide mã gen khác • G protein: Các protein có cấu trúc trimer (gồm tiểu đơn vị) có khả liên kết phân hủy GTP G protein tham gia đường truyền tín hiệu tế bào • gain-of-function mutation: đột biến tạo tính trạng • gel retardation analysis: kỹ thuật xác định vị trí tương tác protein với ADN dựa vào độ di động ADN phức ADN-protein gel điện di • gene: Đơn vị mang thơng tin di truyền Ở mức độ phân tử, gen đoạn ADN bao gồm exon, intron đoạn nucleotide làm nhiệm vụ kiểm soát phiên mã, cần thiết để tạo sản phẩm chức cho hoạt động sống tế bào Vì vậy, gen mã cho protein phân tử ARN • gene control: Các chế kiểm sốt hoạt động gen, bao gồm giai đoạn phiên mã, sau phiên mã, dịch mã sau dịch mã • gene convesion: Chuyển hoán gen Hiện tượng allen gen chuyển hốn cho q trình trao đổi chéo phân bào giảm nhiễm • gene expression: Biểu gen Q trình chuyển đổi thơng tin di truyền từ gen thành tính trạng • genes-within-genes: gen gen Khái niệm dùng để tượng gen thứ hai nằm intron gen thứ • genetic code: Mã ba nucleotide ADN ARN mã cho acid amin phân tử protein • genome: Hệ gen Tổng số thông tin di truyền (ADN ARN) có mặt tế bào thể • genomic DNA: Hệ gen dạng ADN 174 175 • genotype: Kiểu gen Khái niệm dùng cho allen gen rộng toàn kết cấu di truyền tế bào thể • germ cell: Tế bào mầm (thường dòng tế bào sinh dục) Đây loại tế bào phát triển thành giao tử • germ line: Dòng tế bào mầm Khái niệm dùng vật chất di truyền từ hệ trước sang hệ sau thơng qua giao tử • growth factor: Phân tử polypeptide (tồn bên tế bào) tương tác với thụ thể bề mặt tế bào gây chuỗi phản ứng truyền tín hiệu vào bên tế bào, dẫn đến tăng sinh, biệt hố tế bào • guide RNA: Đoạn ARN ngắn tham gia đọc sửa ARNm việc xác định vị trí ARNm vài nucleotide thêm vào làm thay đổi trật tự mã di truyền ARNm so với mã ADN • hetechromatin: Vùng nhiễm sắc thể nhiễm sắc thể co đặc gen thường trạng thái không hoạt động giai đoạn gian kỳ • heteroduplex: Sợi kép ADN có chứa nucleotide khơng tạo cặp bổ sung với • heterokaryon: Tế bào có từ hai nhân trở lên, tạo dung hợp hai hay nhiều tế bào khác • heterozygous: Dị hợp tử Tế bào lưỡng bội thể có hai allen khác gen • homeobox: Trình tự ADN bảo thủ mã cho đoạn oligopeptide gọi homeodomain, protein kiểm soát phiên mã Đoạn tương tác với ADN giúp protein thực chức chúng Gen mã cho protein có vùng homeodomain gọi “homeotic gene” • homeosis: Sự biến đổi phận thể thành phận khác gây đột biến rối loạn hoạt động số gen quan trọng cho biệt hố phát triển phơi thai • homology: Sự tương đồng trình tự nucleotide acid amin cấu trúc phận biểu chung nguồn gốc ban đầu Cần lưu ý, analogy phản ánh tương đồng cấu trúc chức nhứng liên quan tiến hố • homozygous: Đồng hợp tử Tế bào lưỡng bội thể có hai allen gen giống hệt • Hox complex: Nhóm gen chọn lọc tương đồng với Các gen định hình thành phận khác thể • hybridization: Sự kết hợp sợi đơn nucleic bổ xung với để tạo phân tử kép Sự kết hợp xảy sợi đơn ADN, sợi đơn ADN ARN sợi ARN • hybridoma: Dòng tế bào lai tồn vĩnh cửu tạo kháng thể đơn dòng Dòng tế bào bày tạo nhờ dung hợp tế bào lympho B bình thường tế bào u tủy • intron: Những phần sợi ARN vừa phiên mã từ ADN bị loại bỏ đổi q trình biến đổi phân tử ARN thành phân tử có chức sinh học • intein: Đoạn ngắn sợi polypeptide bị cắt sau dịch mã kết thúc Đây cách thức biến đổi sau dịch mã để có phân tử protein có hoạt tính • isoform: Những protein có hoạt tính giống chúng có khác trật tự acid amin 175 176 • karyotype: Số lượng, kích thước, hình dáng tồn nhiễm sắc thể tế bào nhân thực giai đoạn metaphase • kinase: Enzym chuyển nhóm phosphate cuối ATP sang chất Kinase đóng vai trò đặc biệt quan trọng kiểm sốt hoạt tính protein tế bào • kilobase pair: 1000 cặp base (1000 bp) • kinetochore: Cấu trúc protein ba lớp phân bố tâm động, sợi thoi vơ sắc bám vào để kéo nhiễm sắc tử cực Kinetochore đóng vai trò quan trọng việc di chuyển nhiễm sắc thể hai cực anaphase • knockin gene: Kỹ thuật trình tự mã hố gen bị thay trình tự gen khác • knockout gene: Kỹ thuật gây bất hoạt gen cách chọn lọc cách thay gen bình thường thể gen đột biến • label: Kỹ thuật đánh dấu phân tử chất phát quang đồng vị phóng xạ Nhờ xác định vị trí để tinh phân tử để theo dõi q trình di chuyển chuỗi phản ứng hố học • leaky mutation: đột biến tác động phần đến tính trạng • Ligand: kích thể Phân tử thường có trọng lượng nhỏ, tương tác đặc hiệu với thụ thể đại phân tử tạo nên phức Phức khởi động chuỗi phản ứng khiến tế bào trả lời lại có mặt kích thể • LINE: trình tự nucleotide lặp lại phân bố rải rác hệ gen, thường có hoạt tính transposase • linker DNA: ADN nằm hai nucleosome, tương tác với histone H1 • locus: Vị trí gen nhiễm sắc thể Mọi allen gen phân bố locus • LTR element: đoạn ADN lặp lại tận trình tự lặp lại dài (long terminal repeats) • maintenance methylation: methyl hố bảo tồn Duy trì gốc methyl sợi ADN vừa tái dựa vào gốc methyl sẵn có sợi khn • MAP kinase: Enzym có hoạt tính chuyển gốc phosphat từ phân tử ATP vào chất (hoạt tính kinase) chuỗi phản ứng tế bào trả lời kích thích yếu tố kích thích sinh trưởng • mapping: Xác định vị trí nhận biết enzym giới hạn (restriction map) xác định trật tự xếp gen (genetic mapping) vị trí xác gen (physical mapping) nhiễm sắc thể • maternal-effect gene: gen có nguồn gốc từ mẹ Những gen phát ruồi giấm Drosophila ARNm gen tích lũy trứng dịch mã giai đoạn phát triển sớm phơi • metastasis: Di Sự di chuyển tế bào ác tính từ vị trí phát sinh ban đầu đến vị trí phát triển vơ tổ chức • microsatellite DNA: ADN vi vệ tinh Trình tự gồm 1-4 nucleotide lặp lại liên tục nhiễm sắc thể ADN vi vệ tinh gọi trình tự đơn giản lặp lại liên tục (STR-simple tandem repeats) 176 177 • minisatellite DNA: ADN tiểu vệ tinh Trình tự gồm vài chục nucleotide lặp lại liên tục nhiễm sắc thể Loại ADN gọi trình tự thay đổi lặp lại liên tục (VNTRvariable number of tandem repeats) • mitosis-promoting factor (MPF): yếu tố khởi động phân bào MPF protein dị lưỡng cực gồm cyclin kinase phụ thuộc cyclin (Cdk), thúc đẩy co đặc nhiễm sắc thể, phá vỡ màng nhân, bắt tế bào bước vào phân chia Mitosis-promoting factor gọi maturation-promoting factor (yếu tố khởi động chín) • mitogen: tác nhân kích thích tế bào bước vào chu kỳ phân chia • mobile DNA element: Đoạn ADN khơng có vị trí cố định nhiễm sắc thể tế bào cá thể lồi • monoclonal antibody: kháng thể đơn dòng tạo từ tế bào xuất phát từ tế bào B ban đầu Kháng thể đơn dòng có tính đặc hiệu với kháng ngun • morphogen: Mã lượng Phân tử can thiệp đến đặc tính tế bào phát triển biệt hố (giai đoạn phôi thai) tuỳ thuộc vào nồng độ phân tử • motif: Thường dùng để cấu trúc khơng gian cục protein mà cấu trúc liên quan đến chức • motor protein: Nhóm enzym phân hủy ATP để trượt vi sợi myosin vi ống dynein kinesin • multigene family: nhóm gen, nằm cạnh phân bố rải rác nhiễm sắc thể, có trình tự nucleotide tương tự với • mutagen: tác nhân (hố lý) gây đột biến • nonhomologous end-joining (NHEJ): Cơ chế sửa chữa phân tử ADN hai sợi đơn bị đứt gãy tổn thương • northern blotting: Kỹ thuật xác định phân tử ARN đặc hiệu từ ARN khác việc lai đầu dò đánh dấu (labeled probe) với ARN • nucleolus: hạch nhân Cấu trúc nằm nhân tế bào eukaryot ARNr phiên mã biến đổi để kết hợp với protein tạo tiểu phần ribosome • nucleosome: cấu trúc gồm 146 bp ADN quấn quanh lõi protein histone, tạo nên cấu hình khơng gian sợi nhiễm sắc • oligonucleotide-directed mutagenesis: đột biến định vị Kỹ thuật gây đột biến gen việc thay (một số) nucleotide gen nucleotide theo ý muốn, thông qua sử dụng oligo tổng hợp nhân tạo có chứa sẵn nucleotide mong muốn • oncogene: Gen gây ung thư Sản phẩm gen gây ung thư có tác dụng biến đổi tế bào lành thành ung thư Hầu hết gen gây ung thư xuất phát từ gen tiền ung thư (protooncogene) Các gen tiền ung thư mã cho yếu tố kiểm soát tăng sinh phân chia tế bào Khi bị đột biến, phần lớn gen tiền ung thư trở thành gen gây ung thư • operator: Điểm kiểm soát tiêu cực gen vi khuẩn virus Điểm thường trình tự ngắn nucleotide phân bố trước vùng mã di truyền gen Đây vị trí tương tác với protein ức chế ngăn cản khởi đầu phiên mã gen • operon: Tập hợp gen nằm cạnh kiểm sốt promoter, operon phiên mã tạo nên phân tử polycistronic ARNm Cấu trúc operon gặp vi khuẩn 177 178 • origin of replication: Vị trí trình tự ADN q trình tái ADN bắt đầu khởi động • PEST sequences: trình tự acid amin gây ảnh hưởng đến độ phân hủy protein chứa trình tự PEST • polymerase chain reaction (PCR): phản ứng trùng hợp nhân ADN Kỹ thuật cho phép nhân nhân đặc hiệu đoạn ADN số tập hợp nhiều đoạn khác • phage (thực khuẩn thể phage): Virus xâm nhiễm vi khuẩn gây chết tế bào vi khuẩn • phage display: kỹ thuật cho phép xác định protein có khả tương tác với • phenotype: kiểu hình (tính trạng) Các đặc tính quan sát tế bào thể tương ứng với kiểu gen • pheromone: Tín hiệu truyền tin, phân tử kích thước nhỏ phát từ cá thể làm thay đổi tập tính hoạt động gen cá thể khác lồi • pinocytosis: Nhập túi bào Hiện tượng túi tế bào chất thu nhận không đặc hiệu giọt lỏng từ bên tế bào vào • plaque assay: Kỹ thuật cho phép xác định số lượng thể virus xâm nhiễm mẫu vật việc ni cấy nồng độ pha lỗng mẫu vật bề mặt tế bào chủ virus tính đếm vết tan virus gây • plasmid: Phân tử ADN kích thước nhỏ, dạng vòng nằm ngồi nhiễm sắc thể, có khả tự tái tế bào Plasmid thường dùng làm vector tách dòng kỹ thuật ADN tái tổ hợp • point mutation: đột biến điểm Thay thêm bớt nucleotide làm thay đổi hoạt động gen mức độ phiên mã (nếu đột biến vùng điều khiển gen), làm xuất mã dừng tổng hợp (stop codon) làm thay đổi khung đọc mở (ORF) đột biến nằm vùng mang mã di truyền gen • polyadenylation: thêm polyA vào đầu 3’ phân tử ARNm eukaryot • polyadenylation editing: thêm polyA tạo nên mã dừng tổng hợp protein phân tử ARNm ty thể động vật Đây xem chế đọc sửa ARNm việc thêm đuôi polyA vào đầu 3’ phân tử ARNm kết thúc U UA • positional cloning: Xác định vị trí phân lập gen đột biến dựa vào liên kết di truyền thị phân tử ADN • pre-ARNm: phiên mã ARNm sơ cấp Phiên biến đổi thành ARNm dùng làm khuôn để dịch mã • primary transcript: phiên mã sơ cấp Bản phiên mã trải qua q trình biến đổi để có chức hoạt tính sinh học đặc trưng cho loại phân tử ARN • primer: mồi Đoạn nucleotide ngắn chứa nhóm OH tự đầu tận 3’, có trình tự bổ sung với sợi khn đơn nơi bắt đầu để tổng hợp sợi • primosome: phức protein tham gia tái ADN • probe: đầu dò Đoạn ADN ARN gắn đồng vị phóng xạ chất phát quang, dùng để phát trình tự nucleotide tương đồng với đoạn Đầu dò thường dùng phép lai acid nucleic • promoter: Điểm khởi đầu phiên mã 178 179 • proofreading: chỉnh sửa Khái niệm hay dùng tái ADN để hoạt tính exonuclease 3’→ 5’ ADN polymerase loại bỏ nucleotide không tạo cặp với khuôn bị gắn nhầm vào sợi tổng hợp • prophage: trạng thái tiềm tan genome thực khuẩn thể genome ghép vào nhiễm sắc thể tế bào chủ • proteome: tập hợp tất protein có mặt tế bào • pseudogene: gen giả Một gen khơng có chức sinh học • RACE (Rapid Amplification of ADNc ends): Kỹ thuật PCR nhân phần đầu phân tử ADNc • Ras protein: Phân tử monomer tương tác với GTP, phân bố tế bào chất, tham gia vào đường truyền tín hiệu sau hoạt hố liên kết kích thể thụ thể bề mặt tế bào • reading frame: khung đọc Trình tự nucleotide gồm bội số nucleotide (mã ba) phân tử ARNm, tính từ vị trí bắt đầu dịch mã (start codon) đến vị trí dừng tổng hợp protein Một số phân tử ARNm ứng với khung đọc khác • receptor: thụ thể Bất phân tử protein tương tác đặc hiệu với kích thể bên ngồi tế bào khởi động chuỗi phản ứng bên tế bào trả lời kích thể • recombinant DNA: ADN tái tổ hợp Phân tử ADN tạo ghép nối đoạn ADN có nguồn gốc khác Kỹ thuật tạo phân tử ADN tái tổ hợp thường dựa vào việc cắt ADN có nguồn gốc khác enzym giới hạn nối chúng enzym ligase • recombination: tái tổ hợp Q trình trao đổi đoạn nucleotide hai phân tử ADN nhiễm sắc thể tạo tổ hợp • repetitive DNA: trình tự ADN lặp lại nhiều hai lần gen hệ gen (genome) • replication origin: tâm chép (tâm tái bản): Trình tự nucleotide chép ADN bắt đầu Trên nhiễm sắc thể eukaryot có nhiều tâm chép nhiễm sắc thể prokaryot có • replicon: vùng ADN chép từ tâm chép • reporter gene: gen báo cáo Dựa vào tính trạng biết gen báo cáo để phân tích đoạn nucleotide kiểm sốt hoạt động gen • restriction enzyme: enzym giới hạn Chúng nhận biết trình tự nucleotide đặc hiệu cắt phân tử ADN sợi kép thành đoạn • restriction fragment length polymorphism (RFLP): Đa dạng đoạn ADN cắt enzym giới hạn đa dạng vị trí nhận biết enzym • retrotransposon: Đoạn ADN có khả di chuyển genome thông qua dạng trung gian ARN nhờ q trình phiên mã ngược • retrovirus: Virus xâm nhiễm tế bào eukaryot có genome ARN Tái genome retrovirus trải qua bước phiên mã ngược tạo ADN ADN ghép vào nhiễm sắc thể tế bào chủ Tại đó, ADN phiên mã tạo ARN genome ARNm để dịch mã tổng hợp protein virus • reverse transcriptase Enzym phiên mã ngược có hoạt tính tổng hợp sợi ADN từ sợi đơn ARN • Rho-dependent terminator: Vị trí kết thúc phiên mã ARNm prokaryot, kết thúc phụ thuộc vào protein Rho 179 180 • ribozym: Phân tử đoạn ARN có hoạt tính xúc tác phản ứng • RNA-depedent RNA polymerase: enzym phiên mã tổng hợp sợi ARN khn ARN • RNA editing: đọc sửa ARN Trình tự nucleotide phân tử ARNm bị thay đổi • RNA splicing: cắt intron, nối exon • satellite DNA: ADN vệ tinh Những trình tự nucleotide lặp lại tạo thành băng vệ tinh ly tâm theo gradient • secretory vesicle: túi tiết Những bào quan nhỏ chứa chất tiết ngồi tế bào • selfish DNA: DNA khơng có chức tế bào • sequence tagged site (STS): Trình tự nucleotide genome • shotgun approach: cách thức xác định trình tự phân tử ADN việc xác định trình tự phân đoạn phân tử bị cắt đứt cách ngẫu nhiên • silencer sequence: trình tự nucleotide khởi động co đặc cục sợi nhiễm sắc thể, ngăn cản protein kiểm soát phiên mã tương tác với vùng điều khiển gen nằm cách vài trăm bp • simple-sequence DNA: đoạn nucleotide ngắn lặp lại liên tiếp, thường phân bố tâm động (centromere) đầu mút nhiễm sắc thể (telomere) • southern blotting: kỹ thuật xác định phân tử ADN từ đoạn ADN khác việc lai đầu dò đánh dấu (labeled probe) với ADN • spliceosome: phức ribonucleoprotein bám vào phân tử pre-ARNm để thực phản ứng cắt nối intron-exon • stem cell: tế bào gốc Tế bào có tiềm phân chia tạo thành dòng tế bào biệt hố khác sinh trưởng phát triển • TATA box: hộp TATA Đoạn nucleotide bảo thủ promoter eukaryot phức khởi động phiên mã tương tác với promoter với • trans-acting: tác động ngoại sinh Thường dùng để sản phẩm gen sản phẩm có khả khuếch tán tế bào gây tác động đến hoạt động số gen khác nhiễm sắc thể nhiễm sắc thể • transcription unit: đơn vị phiên mã Đoạn ADN giới hạn điểm khởi đầu điểm kết thúc phiên mã cho sợi ARN Sợi ARN trải qua q trình biến đổi thành phân tử ARN chức • transfection: chuyển nhiễm Quá trình chuyển gen hoạt động vào tế bào ni cấy để nghiên cứu tác động gen • transformation: biến nạp Quá trình đưa ADN lạ vào tế bào nhằm gây biến đổi hệ gen tế bào cách bền vững truyền cho hệ sau • transgene: Gen tách dòng chuyển vào hệ gen tế bào động thực vật, gen lạ tồn bền vững di truyền cho hệ tiếp sau • transgenic: động thực vật chuyển gen • transposon: ADN di chuyển Đoạn ADN có khả di chuyển hệ gen • vector (dùng giới hạn sinh học phân tử): tác nhân mang ADN để chuyển vào tế bào thể 180 181 • Western blotting: Kỹ thuật cho phép xác định protein đặc hiệu kháng thể đánh dấu • wild type: dạng bình thường, tồn tự nhiên khơng mang đột biến Khái niệm dùng cho phân tử, tế bào thể Đối với thể, gọi lồi dại 181 ... Nam, xuất sách "Một số vấn đề Sinh học phân tử" nhằm giới thiệu trình quan trọng xảy tế bào (trình bày chương 1, 2, 4, 5, chương 7) số kỹ thuật sử dụng để nghiên cứu q trình (chương 3) Những trình... chuyên sâu lĩnh vực sinh học phân tử, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô Khoa Sinh học Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (nay Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội)... nhân ADN phân bố số bào quan lục lạp, ty thể Tuy nhiên, hầu hết số lượng ADN 14 gen tập trung chủ yếu nhân nên ADN (nhiễm sắc thể) phân bố nhân nhà sinh học quan tâm nhiều Các nhiễm sắc thể phân