Chuyên đề vi sinh vật học phân tử

Phần 1:

Các nguyên lý cơ bản
về di truyền học Vi sinh vật

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Cấu trúc tế bào vi sinh vật
Sao chép ADN
Biểu hiện gen
Điều hòa gen
Các dạng đột biến
Tái tổ hợp ADN và chuyển gen


Cấu trúc tế bào vi sinh vật

2


Kích thước của tế bào vi khuẩn:
Đường kính trung bình (0,2-2 µm), chiều dài trung bình (2-8 µm)


Hình thái tế bào vi sinh vật dưới kính hiển vi

Tảo lục

Vi khuẩn quang hợp màu tía

Nấm men

Nấm mốc

4


Hình dạng khuẩn lạc, tế bào nấm men S. cerevisae

Khuẩn lạc trên đĩa thạch

Hình thái hiển vi

Cấu trúc tế bào


Nấm sợi /nấm mốc
(filamentous fungi /mold)

(a) Hình vẽ sơi nấm không vách
ngăn và (b) sợi nấm được chia
thành các tế bào nhờ vách ngăn.
Ảnh hiển vi điện tử (x40,000) sợi
nấm với một lỗ đơn trên vách ngăn.

6

Sinh trưởng đỉnh sợi ở nấm mốc

7


Sinh sản vơ tính ở nấm sợi

8


Genome của vi sinh vật


Dịng chảy thơng tin di truyền


1. Sao chép ADN


Cấu trúc ADN


Sao chép DNA


Sao chép DNA

Sao chép ADN mạch vòng (plasmid)

MOLECULAR MI CROBI OLO
Replication
forks

Origin of
replication

Newly
synthesized
DNA

Theta structure
Origin
(DnaA binding site)

Movement
3

5

5

3
Replication
fork

Lagging 3
Leading

5

5
3

Origin

Leading
Lagging

Movement
3

5

5

3
Replication
fork

Replication of circular DNA: the theta structure. In circular DNA, bidirectional replication from an origin forms
structure resembling the Greek letter theta ( ). Inset shows dual replication forks in the circular chromosome. In
, the origin of replication is recognized by a specific protein, DnaA. Note that DNA synthesis is occurring in both
lagging manner on each of the new daughter strands. Compare this figure with the description of the replisome


Sao chép ADN mạch vòng (plasmid)

Hoạt tính đọc sửa (proofreading) của DNA polymease
- DNA polymerase sao chép DNA với tỷ lệ lỗi: 10-8 – 10-11 lỗi/bp
- Một số có hoạt tính 3‘-5‘ exonuclease để loại bỏ và thay thế các
nucleotide bị sai.


Khởi đầu sao chép ADN
Quá trình sao chép bắt đầu tại vị trí Ori (origin of replication):

• Các protein nhân tố khởi đầu lắp ráp tại Ori DNA sequence
• DNA helicase tháo xoắn AND (theo cả hai chiều)
• Các protein làm bền giữ cho các sợi tách nhau, cho phép quá trình tổng
hợp ADN bắt đầu.
Các protein của nhiễm sắc thể (histone ở sinh
vật nhân thật và cổ khuẩn) được loại bỏ.

DNA polymerase III

3'
Replication fork
5'
DNA helicase
Protein làm bền


Tổng hợp sợi liên tục
Tổng hợp DNA luôn bắt đầu với RNA primer:
• the DNA-synthesizing enzyme DNA polymerase can only add
nucleotides to an existing strand

• Primase produces a short, complementary RNA primer at the Ori
• DNA polymerase extends primer of leading strand in direction of fork
Primase
1

3

3
Replication fork

Triphosphate
nucleotide

Synthesis of leading strand

5

2

Leading strand
P+P

RNA primer


Tổng hợp sợi gián đoạn
Replication fork
Triphosphate
nucleotide

RNA
primer

Okazaki
fragment

6

Lagging
strand

7

3
5

8

Primase
Synthesis of lagging strand

DNA
polymerase III

9

10

DNA ligase
DNA

polymerase I


Gene Expression


5'

3'
DNA
(genotype)
5'

3'
TRANSCRIPTION

3‘

5'

mRNA

TRANSLATION
(by ribosomes)
NH2

Methionine

Arginine

Tyrosine

PHENOTYPE

Leucine

Polypeptide


Khởi đầu phiên mã
1

2

RNA polymerase attaches
nonspecifically to DNA and
travels down its length until
it recognizes a promoter
sequence. Sigma factor
enhances promoter
recognition in bacteria.

RNA polymerase
DNA

Promoter

Sigma factor

Attachment of RNA polymerase

Upon recognition of the
promoter, RNA polymerase
unzips the DNA molecule
beginning at the promoter.

3'
5'
Unzipping of DNA, movement of RNA polymerase

Initiation of transcription

Terminator

Template
DNA strand


Kéo dài mRNA
3

After triphosphate
ribonucleotides align with
their DNA complements,
RNA polymerase links
them together, synthesizing
RNA. The triphosphate
ribonucleotides also provide
the energy required for
RNA synthesis. No primer

is needed.

Elongation of the RNA transcript

3
5
Growing
RNA molecule

Template
DNA
strand


Kết thúc phiên mã
RNA polymerase
released
3'
5'
RNA transcript released
4

In self-termination, the transcription of DNA
terminator sequences cause the RNA to fold,
loosening the grip of RNA polymerase on the DNA.

5

In enzyme-dependent termination, a termination
enzyme pushes between RNA polymerase and

the DNA, releasing the polymerase.

Rho termination
protein
C-G rich
stem-loop

Rho protein moves
along RNA
3'

Termination of transcription

• triggered by stem/loop structure in RNA or termination
factors such as the Rho protein