Bài giảng Lịch sử và phát triển sinh học phân tử

LỊCH SỬ VÀ PHÁT TRIỂN SINH HỌC PHÂN TỬ 
Liên quan giữa di truyền học và sinh học phân tử 
	+ Di truyền học là ngành học nghiên cứu cấu trúc và chức năng của gen. 
	+ Sinh học phân tử : nghiên cứu các hiện tượng và bản chất sinh học trên cơ sở phân tử . Do đó nó là nền tảng để nghiên cứu di truyền sinh hóa và các ứng dụng trong công nghệ sinh học hiện đại , công nghệ tái tổ hợp DNA. 
2. Lịch sử phát triển của sinh học phân tử 
	+ Giai đoạn 1: năm 1988, với sự kiện du nhập vào tế bào trần cây lúa một plasmid có chứa gen “ gus ” đóng vai trò repoter thành công . 
	+ Giai đoạn 2: năm 1990, sử dụng thành công promoter “ actin 1” của cây lúa và promoter “ CaMV 35S” nhằm kích hoạt sự thể hiện gen rất tốt trong chuyển nạp gen. 
	+ Giai đoạn 3: Là giai đoạn tối ưu hóa sự thể hiện gen. 
	+ Giai đoạn 4: Là giai đoạn khám phá ra những gen tiềm năng . 
	+ Giai đoạn 5: Là giai đoạn khảo nghiệm cây trồng chuyển nạp gen trong nhà lưới . 
CẤU TRÚC CỦA AXIT NUCLEIC 
A. Khái niệm về gene 
	 Gene là gì ? 
	 Năm 1930 nhà di truyền số lượng R.A Fisher định nghĩa gene theo hai khái niệm : 
	- Giải thích kết quả của sự chọn giống cây trồng . 
- Là thành phần hóa học hoặc là phân tử . 
B. Thành phần hóa học . 
Nucleic acid 
	1.1 Deoxyribonucleic acid (DNA) 
	1.2 Ribonucleic acid (RNA) 
2. Protein 
	2.1 Basic protein: Histone or protamine 
	2.2 Nonhistone 
3. Lipids 
 Cấu trúc của acid nucleic 
	 + DNA ( Deoxyribonucleic acid ) 
	+ RNA ( ribonucleic acid ) 
DNA vaì RNA thaình pháön hoïa hoüc pháön låïn tæång tæû nhau , cáúu trúc så cáúp laì polymers vaì monomere , goüi laì nucleotides. 
Tãú baìo RNA sàõp xãúp chiãöu daìi tæì mäüt tràm âãún vaìi ngaìn nucleotides. DNA coï chiãöu daìi vaìi tràm âãún haìng triãûu nucleotides. Khäúi læåüng låïn DNA quan hãû våïi protein, người ta gọi đó là tương tác DNA-protein. 
Polymerization cuía nucleotides 
DNA vaì RNA bao gồm bốn nucleotides khác nhau . Tất cả nucleotides có chung một cấu trúc : 
	+ Một nhóm phosphate liên kết bỡi một pentose ( có 5 phân tử đường carbon) mà chúng là base vô cơ . 
 	+ Âäúi våïi RNA pentose laì ribose, 
	+ Âäúi våïi DNA pentose laì deoxyribose . 
	+ Giæîa DNA vaì RNA khaïc nhau mäüt trong bäún base giæîa hay polymer . 
	+ Caïc base adenine, guanine, vaì cytosine tçm tháúy trong DNA vaì RNA, Thymine tçm tháúy chè trong DNA vaì Uracil tçm tháúy trong RNA. Caïc base thæåìng đæåüc viãút tàõt nhæ sau : A, G, C, T vaì U theo thæï tæû . Hçnh 1 
 Âäúi våïi DNA pentose laì deoxyribose 
 Âäúi våïi RNA pentose laì ribose 
Hçnh 1: Cáúu truïc chung cuía nucleotides : 
(a)   Cáúu truïc hoïa hoüc cuía adenosine 5 ‘ monophosphate (AMP), mäüt nucleotide hiãûn diãûn trong RNA. Táút caí nucleotides coï gäúc phosphate, chæïa 3 nhoïm phosphate liãn kãút 5’ hydroxyl cuía âæåìng pentose 
(b)   Ribose vaì deoxyribose 
Hai kiãøu pentose âæåüc tçm tháúy trong acid nucleic. 
Trong DNA laì pentose : 2-deoxyribose. 
Trong RNA laì ribose 
Caïc base acid nucleic acid laì thaình pháön heterocyclic våïi såüi daìi coï chæïa nitrogen vaì carbon. Adenine vaì guanine laì purine . Cytosine, thymine vaì uracil laì pyrimidine coï chæïa såüi âån . Hçnh 2 
Nucleotids coï thãø mang P vë trê 5 hoàûc 3 
Vë trê 5’ laì âoaûn cuäúi cuía triphosphate våïi 3’- nhoïm OH 
Täøng håüpAcid nucleic xaíy ra båíi cäüng 5’ monophosphate vaì mäüt nuleoside triphosphate tåïi 3’-OH cuía chuäùi polynucleotide 
Phaín æïng trong 5’ cuía triphosphate våïi 3’- OH cuäúi cuía polynucleotite . Mäüt khäúi âæåüc thaình láûp tæì  phosphate, vaì 2 phosphate  ,  âæåüc phoïng thêch thaình : pyrophosphate 
Tæìng càûp A-T vaì G-C 
	Nucleotide 
Nhóm Phosphate	 Nucleoside 
	2-deoxy D ribose	Nitrogen bases 
	 Purines 	 Pyrimidines 	 
	 a.Adenine 	a. Thymine 
	b. Guanine	b. Cytosine	 
Thaình pháön vaì cáúu truïc hoïa hoüc DNA 
Thaình pháön hoïa hoüc cuía DNA 
 CẤU TRÚC CỦA DNA 
Năm 1953: Watson vaì Crick âæa ra mä hçnh såüi âäi DNA ( đầu 3-5 va ngược lại ) 
Chiều daìi 34 A  , thãø têch 20 A  
DNA chæïa hai chuäùi polynucleotid vaì purine âäúi diãûn våïi pyrimidine 
G luän luän giäúng våïi C, A luän luän giäúng våïi T 
Tính chất của DNA 
DNA laì såiü âäi 
DNA coï tênh láûp laûi 
Code di truyãön âæåüc âoüc laì triplet 
Âäüt biãún trong chuäùi maî DNA 
Täüïc âäü âäüt biãún 
Såüi xoàõn âäi cuía DNA 
Nàm 1953 Jame D. Watson vaì Francis H.C.Rick phaït hiãûn cáúu truïc âäi cuía DNA dæûa cå baín cuía x-ray . 
DNA bao gäöm hai såüi polynucleotide quáún vaìo nhau hçnh thaình mäüt cáúu truïc nhæ diãùn taí såüi xoàõn âäi . 
Quan saït cho tháúy A gàõn våïi T thäng qua hai hydrogen ; G thç näúi våïi C thäng qua ba näúi hydrogen . 
Sæû hiãûn diãûn haìng nghçn hydrogen trong DNA goïp pháön äøn âënh såüi xoàõn âäi . 
Thãm vaìo âoï sæû tæång taïc Hyrophobic vaì van der Waals cuîng goïp pháön äøn âënh cáúu truïc cuía DNA . 
Hçnh 3: Hai hydrogen giæîa A vaì T trong khi ba hydro giæîa G vaì C 
Nãúu phán tæí khäng xoàõn thç cáúu truïc hçnh báûc thang våïi âæåìng vaì nhoïm phosphate 
Coï 4 base Adenine âäúi våïi Thymine vaì Guanine thç âäúi ngæåüc våïi cytosine 
Mäüt xoàõn cäng (10 càûp base ) 
DNA coï thãø taïch ra : 
 Trong quaï trçnh láûp laûi cuía DNA vaì copy thaình RNA, chuäùi xoàõn taïch ra våïi nhiãût đäü . 
Trong quaï trçnh täøng håüp DNA hai âoaûn måïi âæåüc taûo thaình , kãút quaí hai chuäùi xoàõn âæåüc thaình láûp nhåì mäüt âoaûn ban âáöu . 
Trong quaï trçnh copy RNA âæåüc thaình láûp vaì phoïng thêch ra thaình hai chuäùi DNA coï tæång quan láùn nhau . 
Hçnh 5: Sæû täøng håüp vaì taïch ra cuía såüi âäi DNA 
Giai âoaûn âun noïng 
 	+DNA âæåüc âun noïng , nàng læåüng gia tàng , laìm phaï våî näúi hydrogen vaì taïch ra nhiãöu såüi âäi âáy laì thåìi kyì laìm chaíy DNA, vaì dæåïi háúp thu tia UV âãø xem näöng âäü DNA, såüi DNA thaình såüi âån , vaì luïc náöy bæïc soïng háúp thu gia tàng . 
	+ Phán tæí chæïa G.C âoìi hoíi nhiãût âäü cao hån T.A båíi vç G.A chæïa ba näúi hydrogen, coìn T.A chæïa hai näúi hydrogen 
	+ Kãút quaí såüi âån DNA thaình láûp , nhiãût âäü tháúp hoàûc gia tàng näöng âäü ion hai âoaûn DNA âæåüc bäø sung taûo thaình såüi xoàõn 
	+ Nhiãöu phán tæí DNA laì voìng troìn , trãn genomic cuía prokaryotic vaì nhiãöu loaûi DNA laì voìng troìn , voìng troìn DNA cuîng xaíy ra trong mitochondria maì âaûi diãûn laì tãú baìo eukaryotic vaì trong diãûp luûc trãn cáy . 
	+ Hai chuäùi DNA taûo mäüt chu trçnh kheïp kên khäng coï âáöu tæû do. 
 	+ Âäúi våïi DNA laì såüi thàóng thç nhiãût âäü hoàûc pH kiãöm laìm phaï huíy näúi hydrogen vaì tæång taïc chuïng våïi nhau . Khäng giäúng våïi DNA thàóng , tuy nhiãn hai såüi voìng DNA coï thãø taïch ra vaì noïng chaíy taûo thaình mäüt såüi âån 
Hçnh 6: Chu kyì taïch cuía DNA 
Hai såüi voìng DNA coï thãø taïch ra vaì noïng chaíy taûo thaình mäüt såüi âån 
Taïch ra cuía DNA do nhiãût âäü 
Taïch ra cuía DNA thaình såüi âån 
 Thiãút láûp Filter hybridization 
 Sæû láûp laûi vaì täøng håüp cuía DNA 
1. Kiãøu láûp laûi cuía DNA 
	 Quaï trçnh láûp laûi DNA template DNA cuía cha meû 
2.Deoxyribonucleosidetriphosphates ( dATP,dGTP,dTTP,dCTP ) 
3. DNA polymerase xúc tác để tổng hợp tế bào con ( daughter DNA) 
Càûp base cung cáúp cå chãú cho quaï trçnh láûp laûi cuía DNA 
Láûp laûi cuía DNA 
Láûp laûi DNA 
Code di truyãön âoüc trong triples 
 Code di truyãön âæåüc âoüc trong ba nhoïm nucleotide, mäùi nhoïm hiãûn diãûn mäüt amio acid. Mỗi maî trinucleotide goüi laì codon 
Code di truyãön 
Âäüt biãún coï thãø do hoïa hoüc 
Đột biến của DNA sequencing 
 DNA laì váût liãûu di truyãön 
1992. H.J.Muller cho ràòng phán tæí laì váût liãûu di truyãön dæa trãn cå såí nhæ sau : 
	 Phán tæí coï thãø tæû nhán âäi 
	 Cáúu truïc phán tæí phaíi ráút äøn âënh , coï táön säú âäüt biãún tháúp 
	 Khi coï sæû âäüt biãún thç phaíi láûp laûi nhæ ban âáöu 
	 Phaíi chuyãøn thäng tin di truyãön tæì thãú hãû náöy sang thãú hãû khaïc 
	 Thäng tin âæåüc dæû træî vaì mang âi hoàûc chuyãøn dëch thaình hoaût âäüng . 
Một số nghiên cæïu cho ràòng váût liãûu di truyãön laì DNA khäng phaíi laì protein or lipid, sau âáy laì nhæîng chæïng minh : 
- 
1.Khaïm phaï DNA 
1928 : Griffith Thê nghiãûm trãn chuäüt : duìng vi khuáøn : Pneumococcus giãút chãút chuäüt , gây sưng phổi 
DNA 
1. 
2. 
S: smooth) 
R: Rough 
Chæïng minh DNA cung cáúp váût liãûu di truyãön trong caïc hãû thäúng ráút khaïc nhau . 
1952, Hershey vaì Chase: 
Phages T2 : laì mäüt virus âæåüc tiãm vaìo E. Coli 
Váût liãûu di truyãön cuía phage T2 laì DNA 
Vi khuáøn âæåüc tiãm phages (labeled with p32 trong DNA , vaì S35 trong protein 
Voî cuía phage chæïa 80% S35 , Vi khuán chæïa 70% P32 
Thãú hãû phages coï 30% P32 vaì <1% S35 
Taïch voí phage vaì tiãm vaìo vi khuáøn 
Thãú hãû âæåüc ly trêch 
Tãú baìo thiãúu gene TK khäng thãø saín suáút thymidine kinase vaì chãút 
Tãú baìo Eukaryotic âoìi hoíi 1 kiãøu hçnh måïi , kãút quaí thãm DNA 
Chãút 
Säúng 
Vaìi tãú baìo mang gene TK 
DNA cuía phage âaî xám nháûp vaìo tãú baìo vi khuáøn vaì sinh thãú hãû phage måïi 
DNA cuía vi khuáøn vaì phage xem nhæ laì váût liãûu âi truyãön 
Khi DNA âæåüc thãm vaìo quáön thãø cuía tãú baìo Eukaryotic thç tãú baìo moüc trong mäi træåìng cáúy . 
Kyî thuáût Phán láûp gen 
DNA coï thãø âæåüc phán càõt båíi enzymes thaình nhiãöu maînh nhåì âiãûn di 
Phán càõt hai enzyme 
Âoaûn maî di truyãön âæåüc taïch ra båíi enzyme A, B 
Vë trê cuía doaûn âæåüc càõt trãn gel 
 Âoaûn càõt coï thãø sæí duûng nhæ marker di truyãön 
Thay âäøi DNA coï thãø taïch ra nhiãöu maînh 
Âa hçnh trong di truyãön , våïi 4 alleles 
B. CẤU TRÚC CỦA RNA 
Cấu trúc của RNA đơn giản giống như DNA, tuy nhiên đường của RNA là đường ribose, uracil được thay thế cho thymine. 
Có 3 nhóm RNA tham gia vào quá trình tổng hợp protein: mRNA, tRNA và rRNA .