Bài giảng môn Sinh học - Sinh học phân tử (đại cương)

SINH HỌC PHÂN TỬ (ĐẠI CƯƠNG)Mục tiêu° Nắm vững về cấu trúc & biểu hiện gene° Hiểu rõ những công cụ & kỹ thuật căn bản của sinh học phân tửTài liệu tham khảoSinh học phân tửBùi Trang Việt, Lê Thị Phương Hồng. Sinh học di truyền và phân tử. Nxb. Nơng Nghiệp 2006Kiểm tra: Bài tập / Kiểm tra (10 câu hỏi nhỏ, khơng dùng tài liệu)Nội dung1. Cấu trúc acid nucleic2. Tái bản và sửa chữa DNA3. Biểu hiện gene: sao mã và dịch mã4. Kiểm soát biểu hiện gene 	5. Những cơng cụ và kỹ thuật căn bản của sinh học phân tử Chương 1. Cấu trúc acid nucleic1. Cấu trúc cấp 12. Xoắn kép DNA3. Khác biệt giữa RNA và DNA 4. Khác biệt giữa các DNA5. Sự nén chặt DNA chân hạch6. So sánh cấu trúc DNA và proteinThành phần hữu cơ trong tế bào ° Các nhóm chức° Phân tử hữu cơ = hợp chất chứa carbon, được tạo bởi tế bào hay nhân tạo° Phân tử sinh học = sinh hóa chất = phân tử hữu cơ do tế bào tạo ra° Phân loại các phân tử sinh học- Polymer: polysacarid, protein, acid nucleic, lipid- Momomer: ose, acid amin, nucleotid- Chất trung gian biến dưỡngA  B  C  D    Z- Các chất khác: vitamin, hormon, ATP, cAMP...	 ° Sự tạo cầu nối (hóa học) Nguyên tắc: Nguyên tử có lớp ngoài cùng chưa đầy dễ tương tác với nguyên tử khác (dễ tạo cầu nối).Định nghĩa: Cầu nối hóa học = lực hút giữa các nguyên tử cạnh nhau.H dễ phản ứng, vì có 1 e- ở lớp ngoài cùng (có thể chứa 2e-)C dễ phản ứng, vì có 4e- ở lớp ngoài cùng (có thể chứa 8e-)N dễ phản ứng, vì có 5e- ở lớp ngoài cùngO dễ phản ứng, vì có 6 e- ở lớp ngoài cùngHelium (He) trơ về mặt hóa học, vì có một lớp duy nhất đầy 2 e-(1) Cầu nối cộng hóa trị: 2 nguyên tử góp chung 1 hay nhiều cặp e- (của lớp ngoài) (2) Cầu nối ion: có sự cho và nhận e-(3) Cầu nối hydrogen giữa H với O hay N1. Cấu trúc cấp mộtDNA và RNA được tạo bởi các đơn vị nucleotide = pentose + phosphate + base  Nucleoside = base + với pentose  Nucleotide = nucleoside monophosphate Các base là dẫn xuất của purine (G, A) hay pyrimidine (C, U, T). Các base có tính chuyên biệt [pentose & phosphate chỉ có vai trò cấu trúc] Các base pyrimidine và purine thường ở trạng thái cân bằng giữa 2 dạng ceto (thường gặp ở pH sinh lý) và enol. 5’ dính phosphate1’ dính base (ở 9 của purine, 1 của pyrimidine)3’ dính hydroxyl Cầu nối ester giữa 2 nucleotide = cầu nối phosphodiester [phosphate nối 2 pentose nhờ 2 cầu nối ester].  Chuỗi nhiều ngàn nucleotide luôn luôn có 1 nhóm 5’P tự do và 1 nhóm 3’OH tự do. Qui ước: đọc chuỗi acid nucleic theo hướng 5’P tới 3’OH (5’ 3’). Acid phosphoric có 3 chức acid1 chức tạo nối ester để tạo nucleotide1 chức tạo nối ester giữa 2 nucleotide để tạo chuỗi - 1 chức tự do tạo tính acid cho phân tử.	2. Xoắn kép DNALevene (1920) Phân tích sai [4 kiểu nucleotide DNA có lượng gần bằng nhau]  suy luận sai: DNA do 4 nucleotide lặp lại theo kiểu GCAT...GCAT...GCAT...GCAT Kết quả của Chargaff (sau Thế Chiến II)  Quy tắc Chargaff: [A]=[T], [G]=[C]  Purine [A]+[G] = Pyrymidine [T]+[C] Franklin (1953) phân tích ảnh nhiễu xạ tia-X: phân tử DNA dạng xoắn ốc, đường kính 2nm, vòng xoắn 3,4nm. Watson và Crick (1953) đề nghị cấu trúc bậc hai của DNA dựa vào:- Quy tắc Chargaff- Ảnh nhiễu xạ tia X (của Franklin & Wilkins)- 2 chuỗi polydeoxyribonucleotide nối nhau nhờ các cầu nối hydrogen3 đặc tính quan trọng của xoắn kép DNA  Đối song (hướng 5’3’ trên mỗi sợi ngược nhau ) Bổ sung: A đối T (2 cầu H); C đối G (3 cầu H)Do 2 sự kiện: (1) Kích thước của các baseXoắn kép có cấu trúc đều đặn  purine 2-vòng phải cặp với pyrimidine 1-vòng	(2) Cầu nối hydrogen (phù hợp giữa A và T, C và G) Xoắn ốc2 chuỗi (sợi) DNA quấn quanh trục tưởng tượng, (giống cầu thang xoắn ốc) sườn 	deoxyribose-phosphate như tay vịn; các cặp-base bổ sung như các bậc thang. 3. Sự khác biệt RNA & DNA Khác biệt về cấu trúc	- Pentose: deoxyribose / ribose 	- Base: A, G, C, T / A, G, C, U	- Xoắn kép (2 sợi) / 1 sợi  Tại sao deoxyribose trong DNA?Giữ bền DNA (bảo tồn thông tin): 2’deoxyribose (ribose có OH ở 2’ và 3’). Tại sao T trong DNA, U trong RNA?Giữ bền DNA: 	tổng hợp T cần nhiều năng lượng hơn U (cho sự methyl hóa). Tại sao có hai chuỗi trong DNA?Bảo vệ thông tin di truyền: khi có xáo trộn trong 1 chuỗi, thông tin được bảo tồn trong chuỗi kia. 4. Sự khác biệt giữa các DNA  Vị trí trong tế bào: tế bào chất / nhân  Số phân tử trong tế bào: 1 / nhiều  Hình dạng phân tử: vòng / thẳng (với 5’P, 3’OH tự do)  Chiều dài phân tửDNA E. coli  4 triệu cặp nucleotideNgười:  3 tỉ cặp tạo nên 46 nhiễm sắc thểChú ý: không có sự tương quan giữa lượng DNA và tính phức tạp về tổ chức (ếch, nhái / vài thực vật có DNA/tế bào 30 lần lớn hơn so với người!)  Trình tự base đặc trưng (quan trọng nhất)5. Sự nén chặt DNA chân hạchMỗi phân tử DNA là một polymer rất dài, thẳng, không phân nhánh, được nén chặt trong mỗi nhiễm sắc thể. Cách nén chặt?Quấn quanh lõi histone (protein chỉ có ở sinh vật chân hạch) và tiếp tục tự quấn. Vì sao phải nén chặt?- Tích lũy một lượng lớn thông tin trong nhân - Không bị các lực cơ học phá vỡ- Giúp sự phân ly nhiễm sắc thể (sau sự tái bản DNA) trong sự phân chia tế bào - Có vai trò kiểm soát sự biểu hiện gene: có sự nới lỏng hơn trong các vùng sao chép.6. So sánh cấu trúc DNA và protein