Chương 1: Câu trúc và chức năng DNA, RNA. Chương 2: Bộ gen. Chương 3: Mã thông tin di truyền và quá trình thực hiện thông tin đi truyền. Chương 4: Điều hòa biểu hiện gen.
Chương 5: Đột biến gen. Chương 6: Các enzym thông dụng trong kỹ thuật di truyền. Chương 7: Các vector và tách dòng phân tử. Chương 8: Các phương pháp PCR; điện di và giải trình tự gen: Chương 9: Các phương pháp lai phân tử.
Chương 10: Một số vấn đề cơ bản về tin sinh học. Mặc dù đã có nhiều cé gắng trong quá trình biên soạn giáo trình nhưng khó tránh khỏi những thiêu sót. Chúng tôi rât mong nhận được ý kiên đóng góp của bạn đọc và đồng nghiệp để giáo trình hoàn thiện hơn trong lần xuất bản sau. Các tác giả CAC TU VIET TAT Cp base nito (Base pair) cAMP: AMP ving (Circle adenosine monophosphate) CAP: Protein kich thich chuyén hóa (Catabolite activator protein) CircRNA: RNA dang vong (Circular RNA) DNA: Acid desoxyribonucleic (Desoxyribonucleic acide) Mb: Triéu cp base (Mega base pair) miRNA: RNA can thiép siéu nho (Micro interfere RNA) mRNA: RNA théng tin (Massenger RNA) NST: Nhiễm sắc thể PCR: Phân ứng chuỗi nhờ polymerase (Polymerase chain reaction) Acid ribonucleic (Ribonucleic acide) rRNA: RNA ribosom RE: Emzym gidi han (Restriction enzyme) siRNA: RNA can thiép kich thuéc nho (Small interfere RNA) snRNA: RNA nhân nhỏ (Small nuclear RNA)” 'Vùng gen xác định giới tính trên nhiễm sắc thể Y SRY: (Sex determining region on Y chromome) tmRNA: RNA truyén tin (Transfere-messenger RNA) tRNA: RNA van chuyén (Transfer RNA) UTR: Ving khéng dich ma (Untranslated region) MO DAU Sinh học phân tử là ngành khoa học nghiên cứu về các sinh vật ở cấp độ của các phân tử kiểm soát và tạo ra các sinh vật.
Trong khi sinh học truyền thống tập trung vào nghiên cứu toàn bộ sinh vật và cách chúng tương tác trong quần thể thì sinh học phân tử tìm hiểu các sinh vật bang cách phân tích các thành phần cấu .tạo nên chúng. Cả hai phương pháp tiếp cận sinh học đều có giá trị như nhau, mặc dù những cải tiến về công nghệ đã cho phép các nhà khoa học tập trung hơn vào các phân tử của sự sống trong những năm gần đây. Sinh học phân tử là khoa học nghiên cứu về các đại phân tử và các cơ chế hoạt động của đại phân tử trong các sinh vật. Trái ngược với hóa sinh là ban đầu tap trung vao protein, enzym va sau nay chuyén sang acid nucleic, trong tam cia sinh hoc phan tr ngay từ đầu là nghiên cứu về cấu trúc và chức năng của gen bao gồm bản chất phân tử của gen, sao chép gen, đột biến và biểu hiện gen.
Sinh học phân tử ra đời và phát triển trên cơ sở ngành Di truyền học hiện đại. Có thể khái quát theo tiến trình sau: Năm 1866: Quy luật phân ly độc lập trong di truyền tính trạng được phát hiện bởi George Mendel (cha đẻ của Di truyền học hiện đại). Nam 1868: Friedrich Miescher đã phát hiện ra DNA và gọi tên là nuclein vì chất này thu được từ nhân của tế bào. Năm 1893: Albrecht Kossel phát hiện thấy acid nucleic bao gồm bốn loại base nHƠ.
- Năm 1889: Richard Altmann tim thấy nuclein là acid và goi tén 1a acid nucleic. Nam 1909: Phoebus Levene phat hién ra DNA được tạo thành từ ba thanh phan cơ bán (đường, acid và base). Năm 1929, Phoebus Aaron Levene xác định và đặt tên hai loại acid nucleic 1a acid ribonucleic va acid deoxyribonucleic. Nam 1928: Frederick Griffith in đầu tiên đã phát hiện ra hiện tượng biến nap 6 Streptococcus pneumoniae (Diplococcus pneumoniae).
Năm 1944: Avery, McCarty và McLeod xác định được nguyên nhân của hiện tượng biến nap. Năm 1949: Roger và Colette Vendrely cùng với André Boivin phát hiện ra lượng DNA trong tất cả các mô của cùngmột loài động vật là như nhau, lượng DNA trong nhân của tỉnh trùng chỉ bằng một nửa so với tế bào sinh dưỡng, điều đó cho thấy DNA có thể là Vật liệu đi truyền. 11 Nam 1952: Alfred Hershey va Martha Chase két luận vật liệu di truyền của Emierobacteriaphage T2 là DNA. : Năm 1950: Erwin Chargeaff thấy rằng số A bằng T và G bằng C trong DNA của nhiêu loài.
ì Năm 1952: Maurice Wilkins và Rosali nd Franklin đã sử dụng các kỹ thuật phân tích tia X để có được hình ảnh DNA. Watson va Fran cis H. Crick công bố cấu trúc xoắn kép của DNA, đánh dâu sự ra đời của Sinh học phân tử. Crick dua ra ly thuyét trung tâm, gồm có 4 loại truyền ˆ thong tin di truyền là DNA —› DNA, (sao chép DNA), DNA —› RNA (phiên mã), RNA — protein (tong hop protein) va RNA —› RNA (tự nhân bản của virus).
Nam 1970: Howard Temin va David Bal imore nghiên cứu độc lập phân lập enzym giới hạn. Năm 1984: Kỹ thuật PCR được phát mín h bởi Kary Mullis, là cơ sở của nhiêu kỹ thuật di truyền. Năm 1986: Leroy Hood phát triển mấy giải trình tự tự động. Năm 1996: Bộ gen của nấm men (Sacch aromyces cerevisiae) được giải trình tự.
Năm 1997: Bộ gen Escherichia coli di đượ c giải trình tự. Năm 1998: Hoan thành trình tự bộ gen của một loài giun tròn (Caenorhabditis elegans). Năm 2000: Hoàn thành trình tự bộ gen của Drosophila melanogaster. Năm 2000: Bộ gen thực vật đầu tiên Arabidopsis thaliana đã được giải trình tự.
Ngày O1 tháng 10 năm 1990, khởi xướ ng “Dự án giải trình tự bộ gen người” và ngày 14 tháng 4 năm 2003 đã cơ bản hoàn thàn h. Hiện nay, nhiều nước đã tiến hành các dự án giải trình tự hàng nghìn bộ gen của các cá thể thuộc dân tộc mình. Trong những năm gần đây, với sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới (next gene ration sequencing), cung cấp một công đầy tiềm năng đã, đang và sẽ mang lại cụ những ứng dụng có giá trị trong y học nhiều lĩnh vực khác. và 12 Chuong 1 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG DNA, RNA Mục tiêu: - Trình bày được thành phần hóa học, cấu trúc và chức năng của DNA.
- Trình bày được thành phân hóa học, cấu trúc và chức năng của RNA. - Trình bày được cơ chế, quá trình sao chép DNA. - Vẽ được cấu tạo hóa học của một nucleotid và sơ đồ chuỗi polynucleoid. _ ~Nhan thie dugc tằm quan trọng của việc nắm vững kiến thức cơ bản về acid nuleic trong học tập môn Sinh học phân tử.
ACID NUCLEIC LÀ VẬT CHẤT DI TRUYÊN CỦA MỌI SINH VẬT 1. DNA là vật chất di truyền của virus và vi khuẩn a) Thí nghiệm của Griffith va Oswald Avery Năm 1928, Griffith đã phát hiện ra hiện tượng biến nap (transformation) 6 vi khudn Diplococcus pneumoniae gay bénh viém phổi ở động vật có vú. Vị khuẩn này có hai đạng khác nhau: - Dạng S (smooth) có khuẩn lạc nhẫn trên môi trường thạch. Tế bào của vi khuẩn dạng này có vỏ bao (capsule) nên hệ thống miễn dich của cơ thể động vật không thể tấn công tiêu diệt được.
Vì vậy, khi xâm nhập vào cơ thể, chúng gây nên bệnh viêm phổi. - Dạng R (rough) có khuẩn lạc nhăn, tế bào của chúng không có vỏ bao nên khi xâm nhập vào cơ thể động vật sẽ bị hệ thống miễn địch của động vật tiêu diệt, không gây bệnh. Griffith đã phát hiện ra rằng, nếu tiêm dịch vi khuẩn dạng S đã đun sôi đến chết vào chuột thì chuột không bị bệnh. Nhưng khi tiêm vào chuột hỗn hợp bao gồm một lượng nhỏ vi khuẩn sống dạng R cùng với một lượng lớn tế bào vi khuẩn dạng S đã đun chết thì chuột phát bệnh và chết.
Lấy máu của chuột chết vì bệnh này đưa vào môi trường nuôi cấy, ông thấy sự có mặt của vi khuẩn đạng S. Như vậy, vi khuẩn dang S không thể tự sống trở lại sau khi bị đun đến chết nhưng các tế bào chết này đã truyền tính gây bệnh cho tế bào sống dạng R. Hiện tượng này gọi là biến nạp. ` 13 Nam 1944, Oswald Avery, Colin Mc Leod va Macl yn Mc Carty đã xác định tác nhân gây biến nạp bằng thí nghiệm như sơ đồ sau: « ® @ œ ohn ; 2.8 Viên gợi *@e ee Tế bào vikhuẩn — Tế bảovikhuẩn : @ Tách DNA dạng R dạng R và dang S ee Tế bào vi khuẩn J dang 6 : ee °, md erm ee °° H @ 8 @ @ eee Tế bào vi khuẩn Tế bào cvi khuẩn dang R dang R Hình 1.
Thí nghiệm của Oswald Avery, Colin Mec Leod va Maclyn Mc Carty vé _ hiện tượng biến nạp ớ vi khuẩn. DNA của tế bào vi khuẩn gây bệnh dạng S được tách và làm sạch. Mặc dù đã tách và làm sạch nhưng sản phẩm thu nhận được vẫn còn một Ít protein. Giá thiết, nếu protein là tác nhân gây biến nạp thì sau khi xử lý loại bỏ protein bằng enzym protease và phối trộn với tế bào sống dạng R thì hiện tượng biến nạp sẽ không xảy ra.
Ngược lại, nếu tác nhân gây biến nạp là DNA thì sau khi loại bỏ DNA bằng enzym deoxyribonuclease và phối trộn với tế bào sống dạng R thì cũng sẽ không xuất hiện hiện tượng biến nap. Kết quả thí nghiệm cho thấy hiện tượng biến nạp chỉ thấy khi có mặt DNA, còn ở trường hợp DNA bị enzym phá hủy thì khôn g xuất hiện hiện tượng biến nạp. Điều đó khẳng định rằng chính DNA là tác nhận gây biến nạp, truyền tính gây bệnh từ tế bào dạng S sang tế bào đạng R của vi khuẩn, b) Thí nghiệm của A. Chase Năm 1952, bang thi nghiệm về sự xâm nhập của virus bacteriophage T; (gọi tắt là phage) vào vi khuẩn E.
coli, Alfrea Hershey va Mart ha Chase đã chứng minh truc tiép ring DNA chinh là vật chất di truyền. 14 Phage 1; có cấu tạo gồm hai thành phần chính, vó protein bên ngoài và DNA. xâm nhập ớ phần đầu bên trong, tỷ lệ giữa hai thành phần này là tương đương. Khi bám vào vào vi khuẩn, người ta xác định rằng: Đầu tiên, phần đuôi của phage tế bào vi mang tế bào của vi khuẩn; sau đó, một phần chất nào đó được bơm vào khuẩn và sau một thời gian, rất nhiều tế bào virus mới được tạo thành bên trong tế bào của vi khuẩn và chui ra ngoài.
Thí nghiệm của A. Chase được tiến hành với mục đích xác thế hệ định xem chất nào của phage được bơm vào tế bào vi khuẩn để tạo ra các phage mới. Dựa vào thành phần cấu tạo của DNA và protein, người ta thấy DNA chứa nhiều phospho nhưng không chứa lưu huỳnh, còn protein thì chứa lưu huỳnh. và Vì vậy, họ đã sử dụng hai đồng vị phóng xạ là S® và PỄ? để gắn vào protein DNA của phage T; nhằm dé dang theo dõi.