Bài giảng Sinh học phân tử: Chương 7+8 - Bùi Hồng Quân

Bài giảng Sinh học phân tử: Chương 7+8 Di truyền vi khuẩn, cung cấp cho người học những kiến thức như: Vật liệu di truyền của vi khuẩn; Sự sao chép ở nhiễm sắc thể; Các kiểu sao chép DNA ở E.coli; Sự tái tổ hợp di truyền và sự truyền các tính trạng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương DI TRUYỀN VI KHUẨN http://buihongquan.com Di truyền vi khuẩn • Vật liệu di truyền vi khuẩn • Sự chép “nhiễm sắc thể” • Các kiểu chép DNA E.coli • Sự tái tổ hợp di truyền truyền tính trạng http://buihongquan.com Vật liệu di truyền vi khuẩn Ở vi khuẩn vật liệu di truyền ADN thể nhiễm sắc cịn có ADN ngồi thể nhiễm sắc ADN thể nhiễm sắc: • Chất nhân VK mợt phân tử ADN xoắn kép dạng vịng (2 sợi khép kín - dài độ 1mm) tạo nên TNS VK • + TNS gồm nhiều đoạn gọi gen • + Mỗi gen mợt chuỗi nucleotid có trật tự định mã hố cho mợt protein cụ thể qui định mợt tính trạng cụ thể • ADN vi khuẩn chép theo chế nửa bảo tồn: sợi tách rời nhau, sợi trở thành một khuôn để bazơ bổ sung vào theo từng cặp Adenin - Thymin (A-T) Guanin - Cytozin (G-C), tạo nên sợi mới, hình thành hai ADN xoắn kép giống hệt phân tử ADN ban đầu http://buihongquan.com Vật liệu di truyền vi khuẩn ADN TNS- Các Plasmid Plasmid : • + Là phân tử ADN ngắn (50-100 gen) nằm ngồi TNS vi khuẩn, (khơng cần thiết đối với tế bào VK ), tự nhân lên bào tương VK, di truyền qua hệ VK có thể truyền từ VK sang VK khác lồi khác lồi • + Các plasmid ADN sợi xoắn kép dạng vịng, đợ dài khoảng 0,1-5% chiều dài TNS VK ; chúng chứa gen mã hóa cho nhiều đặc tính khác không thiết yếu cho sống tế bào có thể giúp cho VK tồn tại được áp lực chọn lọc VD: VK có plasmid R, plasmid sinh đợc tớ • + Các plasmid được phát hiện tính chất mà chúng tạo cho tế bào VK tên plasmid thường được gọi dựa theo tính chất đó http://buihongquan.com Vật liệu di truyền vi khuẩn Một số plasmid quan trọng: • Plasmid F (yếu tố giới tính, yếu tố tiếp hợp: Plasmid định đến hiện tượng tiếp hợp vi khuẩn hình thành pili sinh dục, thay đổi tính chất màng tế bào giúp cho hai vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp với chuyển vật liệu di truyền từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận • Transposome: Một số plasmid chứa gen “nhảy” gọi transposome- đoạn ADN có hai đầu tận chuỗi nucleotide lặp lại ngược chiều nhau, có thể chuyển vị trí từ phân tử ADN sang phân tử ADN khác; VD từ plasmid vào nhiễm sắc thể ngược lại • Plasmid R: Làm vi khuẩn có tính kháng lại mợt nhiều th́c kháng sinh muối kim loại nặng (Ag, Hg) http://buihongquan.com Vật liệu di truyền vi khuẩn • Trong cấu trúc plasmid R, có mợt nhiều gen kháng th́c một gen chuyển kháng gọi RTF (Resistant transfer factor) (hình 1) – – Các gen kháng th́c kiểm soát việc tổng hợp enzym làm huỷ thay đổi phân tử kháng sinh: gen kháng thuốc chịu trách nhiệm kháng lại tế bào vi khuẩn với một kháng sinh cụ thể Gen chuyển kháng RTF chịu trách nhiệm chuyển gen kháng thuốc từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận http://buihongquan.com NHỮNG HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN Ở VI KHUẨN Đột biến Định nghĩa: Là biến đổi đợt ngợt mợt tính trạng, di truyền được • Trong mợt q̀n thể tế bào vi khuẩn đồng nhất, xuất hiện mợt cá thể có mợt tính trạng khác truyền được tính trạng cho hệ sau Cá thể đó gọi biến chủng hay chủng đợt biến • VD: mợt q̀n thể vi khuẩn chịu tác dụng penicillin xuất hiện một vài tế bào vi khuẩn kháng lại penicillin Các tính chất: – – – – – Hiếm: tần suất 10-5 - 10-8 Ngẫu nhiên (có thể can thiệp PTN để gây đột biến định hướng) Bền vững: Duy trì được từ hệ sang hệ khác Đặc hiệu: Mỗi đột biến chỉ liên quan đến một tính trạng Đợc lập: Đợt biến khơng ảnh hưởng đến đột biến khác http://buihongquan.com NHỮNG HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN Ở VI KHUẨN Cơ chế đột biến: Có thay đổi trật tự nucleotit mợt đoạn gen Có trường hợp: • Đợt biến điểm (phổ biến nhất): – – Cặp bazơ bị thay cặp bazơkhác.VD: cặp AT® GC Hệ quả: trường hợp (câm, sai nghĩa, nghĩa) • Đợt biến lệch khung (Mợt bazơ bị chêm vào bị loại khỏi ADN trình chép): sai khác nhiều kết quả tạo protein Tác nhân gây đột biến: • Lý học: Tia cực tím, X • Hố học: Các chất alkyl hố, nitropyrin, arcidin Kết đột biến: • Mợt nhiều tính trạng vi khuẩn có thể bị đợt biến: hình thái khuẩn lạc S ®R, chủn hóa, tính kháng th́c http://buihongquan.com Các tượng di truyền vi khuẩn     Biến nạp (transformation) Tải nạp (transduction) Giao nạp, tiếp hợp (conjugation) Chuyển vị gen (transposition) http://buihongquan.com Biến nạp (transformation) Biến nạp trình tế bào tiếp nhận DNA trần từ vào tế bào chủ 1.DNA gắn lên DNA-binding protein vách tế bào 2.Nuclease thủy phân mạch DNA, cho phép mạch đơn lại vào tế bào 3.Mạch DNA mang bảo vệ số protein chuyên biệt 4.Mạch DNA tái tổ hợp vào gen RecA protein 5.Tế bào có kiểu gen tạo thành tế bào phân chia http://buihongquan.com Tải nạp (transduction) http://buihongquan.com Tải nạp (transduction) http://buihongquan.com Plasmid -Phân tử DNA vòng, kích thước nhỏ tự chép đợc lập tế bào chủ -Cấu trúc của plasmid: + Mang gen ORI (origin of replication, Ori) kiểm soát tần số chép số lượng của plasmid tế bào + Gen điều khiển sự chuyển DNA giao nạp (một số) + Các gen khác: kháng kháng sinh, tạo độc tố, khả biến dưỡng chất khơng bình thường thuốc trừ sâu, dung môi công nghiệp Plasmid R: plasmid kháng thuốc + Mang mợt số transposon loại cho tính kháng một loại kháng sinh định + Kháng đồng thời đến loại kháng sinh khác + Phát tán tính kháng thuốc nhanh quần thể thơng qua q trình giao nạp - Tế bào chứa đờng thời mợt số plasmid khác nếu chúng tương thích (ORI khác nhau) http://buihongquan.com http://buihongquan.com Sự giao nạp (conjugation) -Chuyển DNA thông qua giao nạp vi khuẩn -Plasmid xúc tiến giao nạp: Tổng hợp khuẩn mao pili giúp hai tế bào tiếp xúc Tạo cầu giao nạp (conjugative bridge) truyền DNA Plasmid chép chế chép cuộn vòng (rolling circle replication) chuyển cho tế bào nhận Tế bào nhận chép để có plasmid vịng mạch kép http://buihongquan.com Sự giao nạp (conjugation) - Yếu tố F E coli thực việc cho gen nhiễm sắc thể tế bào cho sang tế bào nhận (chủng Hfr): Sự diện đờng thời của trình tự sát nhập (insertion sequence) yếu tố F nhiễm sắc thể của tế bào F chứa trình tự khởi đầu chuyển (origin of transfer) Trình tự giúp F mang theo gen của nhiễm sắc thể nằm hạ lưu của trình tự chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận Sự cắt khơng xác chép chuyển yếu tố F làm tăng tần số giao nạp chuyên biệt của nhiễm sắc thể sang tế bào nhận http://buihongquan.com KẾT QUẢ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Kết tự nhiên: • Trong tự nhiên, hiện tượng đột biến, biến nạp, tải nạp, tiếp hợp làm cho vi khuẩn có tính chất phong phú giúp chúng thích nghi với mơi trường • Trong y học cần quan tâm đến hiện tượng truyền tính kháng thuốc VK Một số VK không gây bệnh cho thể nhận được plasmid R gen gây bệnh chúng lại trở nên gây bệnh http://buihongquan.com KẾT QUẢ TỰ NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG Ứng dụng: • Chẩn đốn: phát hiện VSV thơng quan gen đặc trưng • Điều trị: Phối hợp thuốc để giảm tần số kháng thuốc VD: tần suất kháng lại penicilin một loài VK 10-7, tần suất kháng gentamycin 10-10 , phới hợp loại KS tần suất kháng với đồng thời cả loại 10-7 x 10-10 =10-17 • Phịng bệnh: Sản xuất vacxin tái tổ hợp để phịng bệnh có hiệu quả đợ an tồn cao • Vẽ đồ thể nhiễm sắc vi khuẩn • Nghiên cứu q trình sinh tổng hợp protein sản xuất chất có hoạt tính sinh học cao, VD: Biến nạp gen tổng hợp insulin vào E.coli hay nấm men để sản xuất insulin • Tạo sinh vật biến đổi gen: – – Tạo tính chất lạ (khả kháng sâu bệnh) Tống hợp protein đặc biệt cần thiết để tăng sản lượng nông nghiệp http://buihongquan.com Chương (sv tự học) BỘ GEN TẾ BÀO NHÂN THẬT http://buihongquan.com ... Adenin - Thymin (A-T) Guanin - Cytozin (G-C), tạo nên sợi mới, hình thành hai ADN xoắn kép giống hệt phân tử ADN ban đầu http://buihongquan.com Vật liệu di truyền vi khuẩn ADN TNS- Các... suất kháng lại penicilin mợt lồi VK 1 0-7 , tần suất kháng gentamycin 1 0-1 0 , phối hợp loại KS tần suất kháng với đồng thời cả loại 1 0-7 x 1 0-1 0 =1 0-1 7 • Phịng bệnh: Sản xuất vacxin tái... khuẩn • Nghiên cứu trình sinh tổng hợp protein sản xuất chất có hoạt tính sinh học cao, VD: Biến nạp gen tổng hợp insulin vào E.coli hay nấm men để sản xuất insulin • Tạo sinh vật biến đổi gen: