Giáo trình Sinh học phân tử | Giáo trình môn Di truyền y học | Trường Đại học Y khoa Vinh
Giáo trình Sinh học phân tử | Giáo trình môn Di truyền y học | Trường Đại học Y khoa Vinh. Tài liệu gồm 69 trang giúp bạn tham khảo, củng cố kiến thức và ôn tập đạt kết quả cao trong kỳ thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Sinh lý (phisiology) 3 tài liệu
Trường: Đại học Y khoa Vinh 48 tài liệu
Tác giả:
Preview text:
T R
N G Đ I H C Y K H O A H U B MÔN DI TRUY N Y H C GIÁO TRÌNH SINH H C PHÂN T 2007 CH
NG 2: SINH H C PHÂN T
1. DNA (desoxyribonuclic acid) 1 Nucleic acid 1 Bộ gene c a prokaryote 5 DNA (desoxyribonuclic acid) 2 Bộ gene c a eukaryote 6 Cấu trúc 2 Phân loại DNA 6
Các dạng cấu trúc không gian c a DNA 3 Gene nhảy 8
Sự biến tính (denaturation) và hồi tính Gene 10 (renaturation) c a DNA 4
Câu hỏi ôn tập 11 DNA trong tế bào 5
Câu hỏi trắc nghiệm 11
2. CH C NĔNG C A DNA 13
Bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền
Tiềm năng tự sửa chữa 14 13 Khả năng đột biến 14 Mã di truyền 13
Câu hỏi ôn tập 15
Khả năng nhân đôi chính xác 14
Câu hỏi trắc nghiệm 15
3. C CH T NHÂN ĐÔI C A DNA 16
Tự nhân đôi prokaryote 16
Quá trình tự nhân đôi c a DNA
Tách r i hai mạch đơn c a phân tử DNA eukaryote 21 16 Cơ chế sửa sai DNA 23
Tổng hợp đoạn mồi (primer) rna 17
Cơ chế sửa sai DNA trong quá trình tự
Tổng hợp các mạch mới trên khuôn DNA nhân đôi 23 17
Cơ chế sửa sai DNA ngoài quá trình tự
Hoàn chỉnh chuỗi polynucleotide mới tổng nhân đôi 24 hợp 18
Câu hỏi ôn tập 24
Câu hỏi trắc nghiệm 24
4. RNA (ribonuclic acid) 28 Các loại RNA 28
Ribozyme và khả năng tự cắt (self- rRNA (RNA ribosome) 28 Splicing) 30 tRNA (RNA vận chuyển) 28
Câu hỏi ôn tập 30 mRNA (RNA thông tin) 30
Câu hỏi trắc nghiệm 30
5. QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ (TRANSCRIPTION) 33
Quá trình phiên mã prokaryote 33 Giai đoạn m đầu 37 Giai đoạn m đầu 33 Giai đoạn kéo dài 40 Giai đoạn kéo dài 34 Giai đoạn kết thúc 40 Giai đoạn kết thúc 35
Quá trình trư ng thành c a các tiền mRNA
Quá trình phiên mã eukaryote 37 40 Gắn mũ chụp (capping) 40 a Gắn đuôi polyA 41
Câu hỏi ôn tập 43 Cắt nối (splicing) 42
Câu hỏi trắc nghiệm 44
6. C U TRÚC VÀ CH C NĔNG C A PROTEIN 45 Cấu trúc c a protein 45 Cấu trúc bậc bốn 47 Cấu trúc bậc 1 45 Ch c năng sinh học 47 Cấu trúc bậc 2 46
Câu hỏi ôn tập 49 Cấu trúc bậc ba 47
Câu hỏi trắc nghiệm 49
7. QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ VÀ ĐI U HOÀ SINH T NG HỢP PROTEIN 51 Quá trình dịch mã 51
Kiểm soát sự biểu hiện c a gene thông qua Gắn amino acid vào tRNA 51
quá trình hoàn thiện mRNA 60 Ribosome 51
Kiểm soát sự biểu hiện c a gene thông qua
sự hằng định c a RNA 60
Các giai đoạn c a quá trình dịch mã 52
Quá trình làm im lặng RNA (RNA Polysomes 55 Đ silencing) 60
iều hoà sự biểu hiện c a gene 56 Đ
Kiểm soát quá trình dịch mã và sau dịch
iều hoà sự biểu hiện c a gene mã 61 prokaryote 56 Đ
Câu hỏi ôn tập 62
iều hoà sự biểu hiện c a gene
Câu hỏi trắc nghiệm 62 eukaryote 58
Kiểm soát quá trình phiên mã 59 b
1. DNA (desoxyribonuclic acid) M c tiêu
1. Trình bày được:
- Cấu trúc cơ bản của một nucleotide
- Cấu trúc của DNA, các loại DNA, gen nhảy
- Cấu trúc cơ bản của gene prokaryote và eukaryote
2. Phân biệt được bộ gene của prokaryote và eukaryote NUCLEIC ACID
Nucleic acid là vật chất mang thông tin di truyền c a các hệ thống sống có cấu trúc đa
phân hình thành từ các đơn phân là nucleotide. Nucleic acid gồm hai loại phân tử có
cấu tạo khá giống nhau là desoxyribonucleic (DNA) và ribonucleic acid (RNA).
Hình 1: (a) Các cấu phần của nucleotide; (b) Nucleotide; (c) Chuỗi polynucleotide
Mỗi nucleotide được cấu tạo gồm ba thành phần (hình 1) 1. Nhóm phosphate
2. Đư ng Pentose (đư ng 5 Carbon). DNA đư ng này là deoxyribose còn RNA là ribose 1
3. Một base nitric, base này gồm có hai nhóm: - Purine
gồm adenine (A), guanine (G) - Pyrimidine
gồm thymine (T), cytosine (C) và uracyl (U)
Các nucleotide được nối với nhau bằng liên kết phosphodiester tạo thành chuỗi polynucleotide.
DNA (desoxyribonuclic acid) CẤU TRÚC
Phân tử ADN là một chuỗi xoắn
kép gồm hai mạch đơn, mỗi mạch đơn là
một chuỗi polynucleotide. Mỗi
nucleotide gồm (1) nhóm phosphate, (2)
đư ng deoxyribose (C5H10O4) và (3)
một trong bốn loại base (A, T, G và C)(hình 2).
Hai chu i polynucleotide k t hợp
với nhau nh các liên kết hydro hình
thành giữa các base c a hai mạch theo
nguyên tắc bổ sung giữa một bên là
purine (A và G) và một bên là pyrimidine
(C và T) trong đó A bổ sung với T bằng
hai liên kết hydro, G bổ sung với C bằng
ba liên kết hydro t o nên m t cấu trúc
Hçnh 2 : Nguyãn tàõc b ø
ä sung gîiæa ïcac base
gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn
purine vaì pyrimidine.
quanh một trục thành hình lò xo với
đư ng kính khoảng 2nm và mỗi bước
xoắn dài 34 Å. (hình 2 và 3)
Hình 3: Cấu trúc của một đoạn DNA
Nguyên tắc bổ sung đảm bảo khoảng cách đều đặn giữa hai mạch đơn c a DNA
(tổng chiều dài c a một base purine và một pyrimidine), các phân tử đư ng và các
nhóm phosphate nằm phía ngoài tạo nên trục đư ng-phosphate hình thành liên kết
với các phân tử nước, các base quay vào phía trong hạn chế sự tiếp xúc giữa chúng
với các phân tử nước giữ cho phân tử DNA ổn định.
Mỗi mạch đơn là một trình tự nucleotide có định hướng với một đầu là đầu 5'
phosphate tự do (nhóm phosphate tự do gắn vào C5 c a đư ng desoxyribose) ký hiệu 2
là 5'P, đầu kia có nhóm OH vị trí C3 nên gọi là đầu 3' hydroxyl tự do, kí hiệu là
3'OH. Hướng quy ước theo chiều từ 5' đến 3'. Hai mạch đơn trong cấu trúc c a phân tử
DNA đi ngược chiều nhau gọi là đối song (anti paralell). 5'P 3'OH 3'OH 5"P
Như vậy đầu 5' P c a mạch này đối diện với đầu 3' OH c a mạch bổ sung.
Thông qua cấu trúc xoắn kép c a DNA có thể nhận thấy:
(1) Trình tự các base c a mạch này khác với trình tự base c a mạch bổ sung với nó.
(2) Hai mạch c a DNA gắn với nhau bằng các liên kết hydro yếu tạo nên tính
linh ho t cho phân t DNA khi thực hiện các ho t đ ng chức năng nhân đôi hoặc tổng hợp RNA.
CÁC DẠNG CẤU TRÚC KHÔNG GIAN CỦA DNA
Mô hình trên c a DNA được mô tả trên do Watson và Crick đưa ra năm 1953
và được công nhận như là một cấu trúc duy nhất c a DNA trong một th i gian dài.
Vào thập niên 70, với sự hỗ trợ c a các kỹ thuật phân tích chính xác nhiều dạng DNA
đã được phát hiện. Việc phân định các dạng DNA được thực hiện dựa trên 2 chỉ số :
- h: chi u cao giữa hai nuceotide k nhau
- n: Số cặp nucleotide trong m t vòng xoắn
Một số dạng DNA được liệt kê trong bảng dưới đây: S cặp base c a
Góc xo n so kho ng cách Đ ng kính D ng m t vòng xo n
với mặt phẳng h gi a 2 base c a chu i (n) c a base (đ ) k nhau (Ao) xo n kép (Ao) A 11 + 32,7 2,56 23 B 19 + 36,0 3,38 19 C 9 1/3 + 38,6 3,32 19 Z 12 - 30,0 3,71 18
Dạng DNA mà Watson và Crick mô tả là dạng B, dạng phổ biến nhất, tồn tại
trong điều kiện sinh lý bình thư ng. Các dạng khác xuất hiện những điều kiện độ ẩm
và ion khác nhau. Dạng Z có chiều xoắn ngược về phía bên trái theo hình zigzag nên
gọi là dạng Z. Các dạng DNA khác nhau cho thấy DNA trong tế bào sống không tồn
tại với một dạng duy nhất mà tuỳ trạng thái sinh lý có thể dưới dạng này hay dạng khác.(hình 4) 3
Hình 4: Các dạng DNA
S BI N TÍNH (DENATURATION) VÀ H I TÍNH (RENATURATION) C A DNA
Hai mạch đơn c a phân tử DNA gắn với nhau thông qua các liên kết hydro yếu.
Các tác nhân làm đ t gãy các liên kết này như khi đun nóng phân tử DNA nhiệt độ
khoảng 80 - 95o C sẽ làm cho hai mạch tách r i nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện
tượng biến tính (denaturation) c a DNA. (hình 5)
Hình 5: Hiện tượng biến tính của DNA
Nhiệt độ làm hai mạch DNA tách r i nhau được gọi là điểm chảy (melting point)
c a DNA. Điểm này đặc trung cho mỗi loại DNA, phụ thuộc vào số lượng các liên kết
hydro trong cấu trúc. Tỷ lệ cặp G-C càng cao thì điểm chảy càng lớn. Một số chất như
formanide có khả năng làm hạ thấp điểm chảy nên được dùng trong kỹ thuật lai phân
tử để làm giảm nhiệt độ lai.
Sự biến tính này có tính thuận nghịch. Sau khi DNA bị biến tính nếu hạ nhiệt độ
từ từ tr lại bình thư ng thì chúng có thể gắn lại với nhau trên cơ s c a nguyên tắc bổ
sung để tr thành mạch kép. Hiện tượng này được gọi là hồi tính (renaturation). 4 DNA TRONG T BÀO
Tất cả các sinh vật có cấu tại tế bào, ty thể, lạp thể đều ch a DNA mạch kép. Các
virus có bộ gene đa dạng gồm RNA hoặc DNA mạch đơn hoặc mạch kép. Bảng dưới
đây giới thiệu chiều dài bộ gene đơn bội căn c theo số cặp base c a các nhóm sinh vật chính như sau: Sinh v t S cặp base Virus 103 đến 105 Vi khuẩn E. Coli 4,5 x 106 Nấm men 5 x 107 Ruồi giấm Drosophila 1,5 x 108
Động vật có xương sống 108 đến 1010 Thực vật 1010 đến 1011 Người 3 x 109
Qua bảng trên có thể nhận thấy không có sự tương quan giữa m c độ tiến hoá và
số lượng cặp base trong bộ gene. Giữa bộ gene c a prokaryote và eukaryote có sự
khác biệt đáng kể về thành phần cấu tạo và cách tổ ch c c a DNA trong tế bào.
BỘ GENE CỦA PROKARYOTE
Bộ gene c a vi khuẩn E. Coli và đa số các sinh vật prokaryote đều là một phân tử
DNA có dạng vòng và không gắn với protein để tạo thành nhiễm sắc thể như
eukaryote. (tuy nhiên khái niệm nhiễm sắc thể hiện nay cũng được dùng cho cả vi
khuẩn và được hiểu là sợi DNA). (hình 6)
prokaryote, DNA thư ng dạng siêu xoắn với DNA mạch kép xoắn vặn thành
hình số 8. Đây là dạng tự nhiên trong tế bào vi khuẩn, sợi DNA được các phân tử RNA
nối giúp cuộn xoắn và làm cho chiều dài phân tử được rút ngắn đáng kể. Tình trạng
siêu xoắn này có thể thay đổi thuận nghịch dước tác động c a các enzyme DNase hoặc
RNase. Ngoài ra DNA có thể dưới dạng vòng tròn hoặc dạng thẳng.
Hình 6: DNA prokaryote 5
BỘ GENE CỦA EUKARYOTE
Cách t ch c c a DNA trong nhân t bào
DNA c a eukaryote có kích thước rất lớn, ví dụ ngư i tổng chiều dài c a tất cả
DNA có trong nhân tế bào có thể dài đến 2m. Để có thể nằm gọn trong nhân tế bào,
DNA phải được cuộn xoắn nhiều m c độ cấu trúc khác nhau. Nucleosome
Các đoạn DNA với chiều
dài tương ng với khoảng từ
140 đến 150 cặp base (base
pair: bp) cuộn quanh một lõi
gồm 8 phân tử protein histone (2 H2A, 2 H2B, 2 H3 và 2H4)
để tạo thành nucleosome với
đư ng kính khoảng 11nm. Các
nucleosome nối với nhau bằng
một đoạn DNA khoảng 20 - 60
bp vói một phân tử histone Hçnh 7: Nucleosome trung gian (H1). Các histone
liên kết với phân tử DNA nh các liên kết ion hình thành giữa các nhánh bên mang
điện tích âm c a các histone với các nhóm phosphate mang diện tích dương c a DNA. (hình 7)
Sợi và quai chromatin
Khoảng 6 nucleosome cuộn lại thành một solenoid đư ng kính khoảng 30nm, các
solenoid cuộn lại thành các quai chromatin (chromatin loop) đư ng kính khoảng
300nm, mỗi quai chromatin có khoảng 100.000 bp (100 kb). Bằng cách này DNA có
thể giảm chiều dài xuống khoảng 1/10.000 lần so với chiều dài c a nó trước khi cuộn xoắn. (hình 8)
Chất dị nhiễm sắc
Các quai chromatin tiếp tục cuộn xoắn với đư ng kính khoảng 700nm.
Nhiếm sắc thể
kỳ giữa c a quá trình phân bào chromatin cuộn xoắn m c độ tối đa tạo nên
NST với đư ng kính khoảng 1.400nm. PHÂN LO I DNA
eukaryote mặc dù DNA mang thông tin mã hóa cho các protein nhưng trong
thực tế chỉ có một tỷ lệ rất thấp DNA thực hiện ch c năng này. ngư i có ít hơn 5%
trong số 3 tỷ cặp nucleotide trong genome c a ngư i thực sự làm ch c năng mang
thông tin, còn lại phần lớn vật liệu di truyền chưa được biết ch c năng. DNA c a
ngư i được chia thành các loại sau (hình 9): 6
Hình 8 . Mô hình cuộn xoắn của DNA
DNA đ c b n (single - copy DNA)
DNA độc bản chiếm khoảng 45% genome và gồm các gene mã hoá cho các
protein. Các đoạn DNA loại này chỉ được thấy một lần duy nhất (hoặc vài lần) trong
genome. Tuy nhiên phần mã hóa cho protein chỉ chiếm một phần nhỏ trên loại DNA
này mà thôi, phần lớn còn lại là các intron hoặc là các đoạn DNA nằm xen giữa các gene.
DNA lặp (repetitive DNA)
DNA lặp chiếm 55% còn lại c a genome, đây là các đoạn DNA được lập đi lập
lại có thể lên tới hàng ngàn lần trong genome, có 2 loại chính: 7
DNA vệ tinh (satellite DNA)
Lo i DNA này chi m khoảng 10% genome và tập trung m t số vùng nhất
định trên NST, đó chúng sắp xếp nối đuôi nhau, cái này tiếp theo cái kia. DNA vệ
tinh được chia thành 3 loại nhỏ:
- DNA vệ tinh alpha: có kích th
c 171 bp, lập đi lập l i nhi u lần v i
chiều dài hàng triệu bp hoặc hơn. Loại này được thấy cạnh tâm động c a NST.
- DNA tiểu vệ tinh (minisatellite DNA): có kích th c t 14 - 500 bp, lập
đi lập lại với chiều dài khoảng vài ngàn bp.
- DNA vi vệ tinh (microsatellite DNA): có kích th
c t 1 - 13 bp, lập đi
lập lại với tổng chiều dài không quá vài trăm bp.
Hai loại DNA tiểu và vi vệ tinh có sự khác nhau rất lớn trong chiều dài giữa
ngư i này với ngư i khác và điều này làm chúng tr nên rất hữu ích trong việc lập bản
đồ gene. DNA tiểu vệ tinh và vi vệ tinh được gặp với tần số trung bình là 1 trên mỗi
2 kb trong genome và chúng chiếm khoảng 3% genome.
DNA lập lại rải rác
Lo i DNA này chi m khoảng 45% genome, gồm 2 lo i: - Các
yếu tố rải rác có kích thước ngắn (SINEs: short interspersed elements):
kích thước từ 90 - 500bp. - Các
yếu tố rải rác có kích thước dài (LINEs: long interspersed elements): kích thước 7.000 bp
Hình 9 . Các loại DNA GENE NHẢY
Được Barbara McClintock phát hiện trên bắp cách đây hơn 50 năm. Gene nhảy
là một đoạn DNA có khả năng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác trên DNA, nó có
thể r i bỏ hoặc xen vào cấu trúc c a 1 gene. Hiện tượng này được thấy cả vi sinh
vật, thực vật và động vật với tần số khoảng 10 -5 – 10 -7 tế bào. 8
Các trình t g n xen (IS: insertion sequences)
Các trình tự gắn xen này được thấy vi khuẩn E. Coli với tính chất di chuyển từ
vị trí này sang vị trí khác trên DNA. Các IS có kích thước khoảng 1 - 2 kb với trình tự
trung tâm đặc trưng cho từng loại IS, hai đầu là hai trình tự ngắn với khoảng 50 bp
giống nhau nhưng có chiều ngược nhau gọi là đoặn lặp ngh ch h ng (inverted
repeat) phía trong và hai trình tự ngắn giống nhau v i khoảng 5 - 11 bp nhưng
cùng chiều với nhau nên được gọi là đoạn lặp đồng h
ng (direct repeat). Các IS
không mã hoá cho protein và chỉ đ ợc phát hiện thông qua hậu quả c a nó trên vi sinh vật. (hình 10)
Hình 10: Sơ đồ của một trình tự gắn xen (IS: insertion sequence) Transposon
Hình 11: (a)Transposon có nguồn gốc từ DNA; (b) Transposon có nguồn gốc từ retrovirus 9
Gene nhảy động vật và thực vật chúng được gọi là transposon, có kích thước
lớn hơn IS. Transposon cũng có hai đầu là hai trình tự giống nhau nhưng ngược chiều
nhau. Phần trình tự trung tâm ngoài các gene sẽ được gắn xen còn có các gene mã hoá
cho các enzyme cần thiết cho quá trình này.
Phần lớn các transposon c a eukaryote có nguồn gốc từ RNA. Các RNA được
gắn xen vào bộ gene theo cách c a các retrovirus vì vậy chúng còn được gọi là
retroposon. Các retroposon gồm hai loại chính căn c vào nguồn gốc: (1) Nhóm có
nguồn gốc từ các DNA c a tế bào; (2) Nhóm có nguồn gốc từ retrovirus. (hình 11) GENE
Có thể nói gene là một đoạn c a phân tử DNA có ch c năng di truyền. Tuy nhiên
giữa prokaryote và eukaryote có một sự khác biệt lớn prokaryote
Trinh tự c a các nucleotide trên gene sẽ mã hoá cho trình tự c a các amino acid eukaryote
Trong cấu trúc c a gene tồn tại những vùng không mang mã gọi là intron và
những vùng mang mã gọi là exon. Đây là một đặc điểm quan trọng để phân biệt giữa
DNA c a sinh vật eukaryote và prokaryote.
Các intron chiếm phần lớn trong cấu trúc hầu hết các gene. Các đoạn intron này
sẽ được các enzyme cắt một cách chính xác ra khỏi các phân tử mRNA trước khi
chúng đi ra khỏi nhân tế bào. Vị trí cắt c a các enzyme được xác định b i các đoạn
DNA được gọi là các đoạn đồng nhất (consensus sequences) (đoạn này có tên như vậy
vì được thấy phổ biến tất cả các cơ thể eukaryote) nằm cạnh mỗi đoạn exon.
Hình 12 : Cấu trúc chi tiết của một gene Eularyotae
Vì hầu hết các gene c a cơ thể eukaryote gồm ch yếu là các đoạn intron nên cho
phép ngư i ta nghĩ đến việc các đoạn này có thể có một ch c năng nào đó. Hiện nay
ch c năng c a các intron vẫn còn đang được nghiên c u. Ngư i ta cho rằng những
đoạn intron do làm tăng thêm chiều dài c a gene sẽ tạo thuận lợi cho sự tái sắp xếp c a
các gene trên cặp NST tương đồng qua quá trình trao đổi chéo trong giảm phân hoặc
ảnh hư ng đến th i gian nhân đôi và phiên mã c a DNA. (hình 12)
Cấu trúc phổ biến c a một gene eukaryote gồm có ba vùng:
1. Vùng 5' không phiên mã, mang các trình tự có nhiệm vụ điều hoà biêíu hiện
c a gene và các trình tự hoạt hoá hoạt động phiên mã. 2. Vùng
sẽ phiên mã gồm các đoạn intron và exon.
3. Vùng 3' không phiên mã có ch c năng chưa rõ. 10 CÂU HỎI ÔN T P 1. Mô
tả cấu trúc c a một đơn phân c a nucleic acid ? 2. Mô
tả cấu trúc hoá học và không gian c a DNA ?
3. Thế nào là sự biến tính, hồi tính c a DNA ? 4. Mô
tả các đặc điểm cơ bản c a DNA prokaryote ? 5. Mô
tả các đặc điểm cơ bản c a DNA eukaryote ? 6.
eukaryote, làm thế nào để các phân tử DNA có thể nằm gọn trong nhân tế bào kì trung gian ? 7.
ngư i DNA được phân loại như thế nào ? 8. Mô
tả các loại DNA vệ tinh trong cấu trúc DNA c a ngư i ? 9. Gen nhảy là gì ?
10. Nêu các đặc điểm cơ bản c a gene eukaryote ? CÂU HỎI TR C NGHI M
1. Nucleic acid là một đa phân gồm có:
A. Hai loại phân tử là desoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA)
B. Hai loại phân tử là ribonucleic acid thông tin (mRNA) và ribonucleic acid vận chuyển (tRNA)
C. Hai loại phân tử là ribonucleic acid thông tin (mRNA) và ribonucleic acid vận chuyển (tRNA)
D. Hai loại phân tử là ribonucleic acid thông tin (mRNA) và ribonucleic acid ribosome (rRNA)
E. Hai loại phân tử là deoxyribonucleotide và ribonucleiotide
2. Base nitric Purine gồm có:
A. Thymine (T), cytosine (C) và uracyl (U) B. Adenine (A) và uracyl (U)
C. Guanine (G) và cytosine (C)
D. Adenine (A) và guanine (G) E. Adenine (A)và thymine (T)
3. Hai chuỗi polynucleotide kết hợp với nhau nh ì các liên kết ...... (C: cộng hóa trị,
H: hydro; P: phosphodiester) hình thành giữa các base của hai mạch theo nguyên
tắc bổ sung trong đó A bổ sung với T bằng ....... (2: hai liên kết hydro; 3: ba liên kết
hydro), G bổ sung với C bằng ....... (2: hai liên kết hydro; 3: ba liên kết hydro) tạo
nên một cấu trúc gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn quanh một trục. A. H, 3,2 B. P, 2, 3 C. C, 2, 3 D. H, 2, 3 E. P, 3, 2
4. Tổng chiều dài của toàn bộ phân tử DNA có trong một tế bào lưỡng bội của ngư i là bao nhiêu ? A. 1 mét B. 2 mét C. 3 mét D.4 mét E. 5 mét 11
5. Mỗi mạch đơn là một trình tự nucleotide có định hướng với một đầu là đầu ........
( 5'; 3') phosphate tự do, đầu kia có nhóm OH vị trí ........ (C5 ; C3) gọi là đầu
........ (5', 3') hydroxyl tự do. A. 3'; C3,5'
B. 5'; C5,3' C. 3'; C5,5' D. 5'; C3,3' E. 5'; C3,5'
6. Hai mạch đơn của phân tử DNA gắn với nhau thông qua các liên kết ......... (P:
phosphodiester; H: hydro). Các tác nhân làm đứt gãy các liên kết này như khi đun
nóng phân tử DNA nhiệt độ khoảng 80 - 95o C sẽ làm cho hai mạch tách r i
nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng ..........(B: biến tính; T: thoái hoá) của
DNA. Sự biến tính này.........(C: có tính thuận nghịch; K: không có tính thuận nghịch) A. P, B, C B. H, T, K C. H, B, C D. H, T, C E. P, B, K
7. Bộ gene của vi khuẩn E. Coli và đa số các sinh vật .........( E: Eukaryotae; P:
Prokaryotae) đều là một phân tử DNA xoắn kép có dạng ...........(V:vòng; K: không
tạo vòng) và .........(G: gắn, KG: không gắn) với protein để tạo thành nhiễm sắc thể. A. P, V, G B. P, V, KG C. E, K, G D. E, K, KG E. P, K, G
8. Mô tả nào dưới đây về nucleosome là không đúng:
A. Đoạn DNA trong cấu trúc có chiều dài tương ng với khoảng từ 140 đến 150 cặp base
B. Một lõi gồm 8 phân tử protein histone (2 H2A, 2 H2B, 2 H3 và 2H4)
C. Các nucleosome nối với nhau bằng một đoạn DNA khoảng 20 - 60 bp vói một
phân tử histone trung gian.
D. Khoảng 6 solenoid cuộn lại thành một nucleosome đư ng kính khoảng 30nm
E. Các histone liên kết với phân tử DNA nh các liên kết ion hình thành giữa các
nhánh bên mang điện tích âm c a các histone với các nhóm phosphate mang diện tích dương c a DNA.
9. Mô tả nào dưới đây về DNA độc bản là đúng:
A. Chiếm khoảng 45% genome
B. Gồm các gene mã hoá cho các protein. Phần mã hóa cho protein chỉ chiếm
một phần nhỏ trên loại DNA này phần lớn còn lại là các intron hoặc là các
đoạn DNA nằm xen giữa các gene.
C. Các đoạn DNA này chỉ được thấy một lần duy nhất (hoặc vài lần) trong genome D. A và C đúng E. A, B và C đều đúng ĐÁP ÁN 1. A
2. D 3. D 4. B 5. D 6. C 7. B 8. D 9. E 12 2. CH C NĔNG C A DNA M c tiêu Trình bày được:
- Các chức năng cơ bản của DNA
- Cách thức DNA mã hoá thông tin di truyền
B O QU N VÀ TRUY N Đ T THÔNG TIN DI TRUY N
Tuỳ thuộc vào số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp c a 4 loại nucleotide mà sẽ
có vô số loại DNA khác nhau tạo nên tính đa dạng và đặc thù cho mỗi DNA. Giả sử có
một chuỗi polynucleotide gồm 10 nucleotide thì sẽ có tới 410 = 1.048.576 loại khác
nhau. Với đặc tính này cho phép phân tử DNA tr thành vật chất mang thông tin di
truyền cho gần như toàn bộ sinh giói.
Thông tin di truyền cho việc tổng hợp một phân tử protein được mã hoá trên
gene, một đoạn c a DNA, dưới dạng mã bộ ba. MÃ DI TRUYỀN
Mỗi protein được cấu tạo từ 1 hoặc nhiều chuỗi polypeptide. Mỗi chuỗi
polypeptid được cấu tạo từ các đơn vị cấu trúc cơ bản là các acid amine. Cơ thể có 20
loại acid amine khác nhau, trình tự c a các acid amine này trong chuỗi polypeptide được DNA quy định.
Mỗi acid amine được mã hóa b i ba nucleotide kế nhau trên DNA, ba nucleotide
này được gọi là một codon. Với 4 loại nucleotide khác nhau sẽ có 64 codon khác nhau
b i thành phần và trật tự c a các nucleotide (do protein được tổng hợp trực tiếp trên
RNA thông tin, do đó các nucleotide A, U, G và C được sử dụng để minh hoạ các mã
bộ ba) , trong số này có 3 codon kết thúc (stop codon) UAA, UAG và UGA có nhiệm
vụ báo hiệu chấm d t việc tổng hợp chuỗi polypeptide. Trong số 61 mã còn lại có
nhiều codon cùng mã hóa cho 1 acid amine, hiện tượng này được goi là hiện tượng
thoái hóa mã (degeneration) (bảng 1).
Mã di truyền có tính đồng nhất cho toàn bộ sinh giới trừ một số ngoại lệ đối với
các codon ti thể. DNA c a bào quan này có một số codon mã cho các acid amine
khác với nghĩa c a các codon này trên DNA trong nhân. ty th :
- UGA mã cho tryptophan thay vì báo hiệu chấm d t việc tổng hơp protein.
- AGA và AGG không mã cho arginine mà báo hiệu chấm d t tổng hợp protein.
- AUA mã cho methionine thay vì mã cho isoleucine. 13
KH NĔNG NHÂN ĐÔI CHÍNH XÁC
Mô hình DNA cho phép phân tử DNA nhân đôi một cách chính xác dựa trên
nguyên tắc bổ sung theo kiểu bán bảo tồn. VË TRÊ 1 VË TRÊ 2 VË TRÊ 3 (âáöu 5’) U C A G (âáöu 3’) U P he Ser Tyr Cys U U P Ser Tyr Cys C U L Ser STOP STOP A U L Ser STOP Trp G C L Pro His Arg U C L Pro His Arg C C L Pro Gln Arg A C L Pro Gln Arg G A Il Thr Asn Ser U A Il Thr Asn Ser C A Il Thr Lys Arg A A M Thr Lys Arg G G V Ala Asp Gly U G V Ala Asp Gly C G V Ala Glu Gly A
Bảng 1. Bảng mã di truyền
Ala: Alanine; Arg: arginine; Asn: asparagine; Asp: aspartic acid; Cys: cysteine; Gln: glutamine;
Gla: glutamic acid; Gly: glycine; His: histidine; Ile: isoleucine; Leu: leucine; Lys: lysine; Met:
methionine; Phe: phenylalanine; Pro: proline; Ser: serine; Thr: threonine; Trp: tryptophan;
Tyr: tyrosine; Val: valine
TI M NĔNG T SỬA CH A
Cấu trúc c a DNA tạo cho DNA có tiềm năng sửa chữa các sai sót trong cấu trúc.
Những sai sót xảy ra trên DNA trong quá trình tự nhân đôi hoặc khi không nhân đôi
đều được cắt bỏ và thay thế để đảm bảo tính ổn định và đặc trưng c a phân tử DNA. KH NĔNG Đ T BI N
Bên cạnh tính ổn định, phân tử DNA vẫn có thể xảy ra biến đổi gây ra các biến dị
di truyền, những biến đổi này sẽ làm thay đổi tính chất c a gene và góp phần thúc đẩy sự tiến hoá. 14 CÂU HỎI ÔN T P
1. Thông tin di truyền được mã hoá như thế nào trên gene ?
2. Hãy nêu các đặc điểm c a mã di truyền ?
3. Thế nào là hiện tượng thoái hoá mã ?
4. Nêu những điểm khác nhau cơ bản trong mã di truyền trên DNA trong nhân và trong ti thể.
5. Nêu các ch c năng cơ bản c a DNA ? CÂU HỎI TR C NGHI M
1. Hiện tượng thoái hóa mã là hiện tượng:
A. Một codon cùng mã hóa cho nhiều acid amine
B. 3 codon UAA, UAG và UGA không mang mã mà có nhiệm vụ báo hiệu chấm
d t việc tổng hợp chuỗi polypeptide.
C. Mỗi codon chỉ mã hóa cho 1 acid amine
D. Nhiều codon cùng mã hóa cho một acid amine
E. Toàn bộ sinh giới có cùng một loại mã di truyền
2. Tổng hợp một chuỗi polynucleotide nhân tạo từ ba loại nucleotide A, G, và T. trên
chuỗi polynucleotide này sẽ có tối đa bao nhiêu loại codon khác nhau ? A. 64 B. 8 C. 27 D. 9 E. 32
3. Một chuỗi polynucleotide gồm có 10 nucleotide, sẽ có tối đa bao nhiêu kiểu sắp xếp
khác nhau trong trình tự của các nucleotide đó ? A. 104 B. 1010 C. 410 D. 40 E. 4. 102
4. Acid amine nào dưới đây chỉ được mã hoá b i mộüt codon duy nhất: A. Methionine B. Tryptophan C. Lysine D. Arginine E. Valine ĐÁP ÁN 1. D 2. C 3. C 4. A 15
3. C CH T NHÂN ĐÔI C A DNA M c tiêu Trình bày được:
- Cơ chế tự nhân đôi DNA prokaryote và eukaryote mức cơ bản
- Cơ chế tự sửa sai DNA
T NHÂN ĐÔI PROKARYOTE
Quá trình tự nhân đôi c a DNA là một quá trình ph c tạp. prokaryote quá trình
này gồm những bước sau:
TÁCH RỜI HAI MẠCH ĐƠN CỦA PHÂN TỬ DNA
Quá trình tự nhân đôi bắt
đầu từ một điểm xuất phát gọi
là điểm ori (origine) và triển
khai về cả hai phía. Toàn bộ DNA dạng vòng c a prokaryote là một
đơn vị sao chép duy nhất.
Mỗi đơn vị sao chép được gọi là replicon và do đó b gene của
prokaryote chỉ gồm có m t replicon duy nhất. Đầu tiên các phân tử
protein được gọi là các protein
m đầu (iniator protein) sẽ gắn
vào điểm Ori. Quá trình gắn
kết này sẽ làm cho 1 đoạn
DNA tháo xoắn t o thuận lợi
cho sự tác đ ng của enzyme helicase và các protein SSB (Single Strand Binding
protein: protein liên kết với mạch đơn c a DNA).
Hình 1: Bắt đầu quá trình tự nhân đôi của DNA 16
Hai mạch c a phân tử DNA sẽ được tách r i nh enzyme helicase qua việc phá
vỡ các liên kết hydro giữa các base với năng lượng giải phóng từ NTP (nucleosid 5'
triphosphate). Các mạch đơn sau khi tách r i nhau ra sẽ được duy trì ổn định dưới
dạng mạch đơn nh các protein SSB. Các protein SSB gắn lên trên mạch đơn làm cho
hai mạch không tái kết hợp tr lại được. (hình 1)
Dưới tác dụng c a enzyme helicase trên DNA mẹ sẽ hình thành một chẻ nhân đôi
(replication fork) để ti n hành quá trình sao chép trên hai m ch khuôn của DNA.
Một loại enzyme protein khác cần thiết cho việc tháo xoắn c a DNA là DNA
gyrase m t lo i enzyme topoisomerase. Enzyme này s ch y tr c chẻ ba sao mã
để giúp tháo cấu trúc xoắn c a DNA. (hình 2)
Hình 2: Tách r i hai mạch của chuỗi xoắn kép DNA
TỔNG HỢP ĐOẠN MỒI (PRIMER) RNA
Để enzyme DNA polymerase có thể tổng hợp DNA, trước tiên phải có một đoạn
mồi RNA ngắn đ ợc tổng hợp nh m t phức hợp protein g i là primosome.
Primosome bao gồm nhi u protein và m t enzyme tổng hợp RNA dựa trên khuôn
DNA gọi là primase. Nh sự có mặt c a đoạn mồi RNA này mà enzyme DNA
polymerase mới có thể tiếp tục nối dài chuỗi polynucleotide để phục vụ cho quá trình
nhân đôi c a DNA. (hình 3)
TỔNG HỢP CÁC MẠCH MỚI TRÊN KHUÔN DNA
Trong quá trình tổng hợp DNA, enzyme DNA polymerase luôn luôn di chuyển
t đầu 3' đ n đầu 5' và m ch m i luôn luôn đ ợc tổng hợp theo chi u t 5' đ n
3'. Enzyme DNA polymerase xúc tác đ n đâu thì các protein SSB s được giải
phóng khỏi mạch khuôn DNA đến đó. Có hai loại DNA polymerase tham gia: (1)
DNA polymerase III tổng hợp DNA mới dựa trên nguyên tắc bổ sung; (2) DNA
polymerase I cắt bỏ đoạn mồi RNA. Do hai mạch khuôn c a DNA ngược chiều nhau
nên việc tổng hợp mạch mới trên hai mạch khuôn diễn ra không giống nhau. 17