Tài liệu Đặc điểm cấu trúc của vật liệu di truyền pot

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

1
Chương II:
Đặc điểm cấu trúc của vật liệu di truyền
II.1. Thành phần và cấu trúc của DNA, RNA
II.1.1. Nucleotide
II.1.2. Cấu trúc và đặc điểm của mạch nucleic acid
II.1.3. Cấu trúc của DNA
II.2. Cấu trúc và chức năng của gen
II.2.1. Cấu trúc của gen
II.2.2. Chức năng của gen
2
II.1. Thành phần và cấu trúc
của DNA, RNA
I.1.1. Nucleotide
3
H
4

Deoxyribose Ribose

Bazơ nitơ: G, C, T, A, U

Gốc phosphat: tích điện “-”
5
Thành phần cấu tạo Nucleotide
Nucleotide
6
II.1.2. Cấu trúc và đặc điểm

của mạch acid nucleic
Acid nucleic: gồm 2 loại

DNA (Deoxyribonucleic acid)

RNA (Ribonucleic acid)
15
- Ribose (5 carbon)-
đánh số C’
- Bazơ nitơ nối với
ribose tại C1’ nhờ liên
kết cộng hóa trị
- Phosphate nối với
ribose tại vị trí C5’ nhờ
liên kết cộng hóa trị
-
Deoxyribose (H tại
C2’) – DNA
-
Ribose (OH tại C2’) –
RNA
M
Ạ
C
H

Đ
Ơ
N

D
N
A
Liên kết
phosph
odiester
8
M
Ạ
C
H

K
É
P

D
N
A
-
Hai mạch theo
chiều ngược nhau
5’- 3’
-
Chiều xoắn phải
-
Các bazơ nitơ
hướng vào trong
xoắn kép, tạo liên
kết hydrogen giữa

các bazơ hai mạch
-
Bazơ Purine tạo
liên kết hydrogen
với bazơ
pyrimidine.
-
DNA tích điện “-”
5’ TGAC 3’
3’ ACTG 5’
9
10
Cấu trúc RNA
U thay cho T
Ribose thay cho deoxyribose
Các phần màu đỏ khác với DNA
RNA tồn tại dạng mạch đơn
5’
3’
11
II.1.3. Cấu trúc của DNA

Trình tự DNA

Chargaff và Vischer, 1949

DNA: A, T, G, C

Chargaff Rule (không rõ Bản chất)


[A]≈[T ] và [G]≈[C ]

Chuỗi xoắn kép DNA

Watson and Crick, Nature, April 25, 1953

1962: Nobel

Rich, 1973, MIT

Cấu trúc DNA
Watson & Crick with DNA model
Rosalind Franklin with X-ray image of DNA
12
13
Đặc điểm:

DNA gồm hai chuỗi đối song song (antiparallel) cùng uốn quanh
một trục trung tâm theo chiều xoắn phải, với đường kính 20A
o
(1Angstrom = 10
-10
m), gồm nhiều vòng xoắn lặp lại một cách đều
đặn và chiều cao mỗi vòng xoắn là 34 A
o
, ứng với 10 cặp base
(base pair, viết tắt là bp).

Các bộ khung đường-phosphate phân bố ở mặt ngoài chuỗi xoắn
và các base nằm ở bên trong; chúng xếp trên những mặt phẳng

song song với nhau và thẳng góc với trục phân tử, với khoảng cách
trung bình 3,4 A
o
.

Hai sợi đơn gắn bó với nhau bằng các mối liên kết hydro (vốn là
lực hóa học yếu) được hình thành giữa các cặp base đối diện theo
nguyên tắc bổ sung "một purine - một pyrimidine". Cụ thể là, trong
DNA chỉ tồn tại hai kiểu kết cặp base đặc thù là A-T (với hai liên
kết hydro) và G-C (với ba liên kết hydro).
14
Đặc điểm:

Tính chất bổ sung theo cặp base dẫn đến sự bổ sung về trình tự các base giữa hai sợi đơn của mỗi chuỗi xoắn kép. Vì vậy, trong bất kỳ một phân tử DNA sợi kép nào hoặc một đoạn của nó bao giờ cũng có: A = T và G = C; nghĩa là: [A + G]
= [T + C] hay = 1 (đây là tỷ số giữa các base purine và các base pyrimidine), còn tỷ lệ là đặc thù cho từng loài
(thực chất đây là tỷ lệ giữa hai base không bổ sung cho nhau hoặc giữa hai base cùng nhóm, ví dụ A/G hoặc T/C).
Như vậy, mô hình cấu trúc chuỗi xoắn kép của Watson-Crick (1953) hoàn toàn thoả mãn và cho phép lý giải một cách thoả đáng các kết quả nghiên cứu của Chargaff (1949).
A = T, G = C.
15
CT
GA
+
+
CG
TA
+
+
Các dạng của DNA
16
Biến tính DNA

Mạch kép DNA
Vùng giàu A-T bị
biến tính trước
Dãn xoắn DNA
pH hoặc nhiệt
độ cao
Mạch đơn
Tái cấu trúc DNA (hồi tính)
Quá trình chậm,
hạn chế tốc độ do
tìm bazơ tương
ứng
k
2
Tạo mạch
kép, phản
ứng nhanh,
Mạch kép DNA
DNA biến tính,
Mạch đơn
100
50
0
7050 90
Temperature
o
C
Percent hyperchromicity
Nhiệt độ nóng chảy DNA
T

m
điểm giữa đường cong
Tỉ lệ G-C trung bình được xác định từ Tm
50
7060 80
Temperature
o
C
T
m
phụ thuộc tỉ lệ G-C
Percent hyperchromicity
E. coli DNA
50% G-C
Vùng giàu G-C
chưa nóng chảy
Vùng giàu A-T
dễ nóng chảy
Cấu trúc DNA của prokaryote
21
II.2. Cấu trúc chức năng của gen

Gen là những vùng nằm trong DNA mang một
chức năng nhất định trong quá trình truyền
thông tin di truyền.

Trên NST một gen thường có vị trí xác định,
liên kết với các vùng điều hòa, phiên mã và các
vùng chức năng khác để điều khiển hoạt động
của gen.

II.2.1. Cấu trúc của gen

Gen bao gồm các cấu trúc exon và intron. Là đặc điểm
quan trọng để phân biệt DNA của sinh vật eukaryote và
procaryote.

Exon là những đoạn DNA mã hóa cho axitamin.

Intron là những đoạn không mã hóa, chiếm tỷ lệ lớn trong
DNA của eukaryote. Sẽ bị cắt đi khi tổng hợp mRNA,
hiên chưa làm rõ được chức năng.
Promoter region: vùng điều khiển phiên mã đứng ngay
trước gen
Untranslated region (UTR) : trình tự vùng - 5' và 3‘ tham
gia điều khiển sự biểu hiện gen.
Region binding sequence (RBS): vùng gắn protein điều hòa
Open reading frame (ORF): khung đọc mở
ORF

(ATG)
Operator