gene and genome of microorganism ( gen và hệ gen của vi sinh vật)

1
CHƯƠNG 3
GEN VÀ GENOME CỦA
SINH VẬT
2
I. Hệ gen (Genome)
1. Khái niệm:

Genome (hệ gen):
chứa toàn bộ vật
chất chứa TTDT
trong cơ thể sinh vật
được mã hóa trong
AND (ở một số virut
là ARN). Mỗi
genome chứa tất cả
thông tin cần thiết để
xây dựng và duy trì
cơ thể đó.

I. Hệ gen (Genome)
2. Genome của vi khuẩn:

Kích thước nhỏ, ở dạng vòng khép
kín.

Chỉ chứa các đoạn ADN không lặp
lại.

Các gen trong genome phân bố sát
nhau, ít bị gián đoạn bởi các đoạn

ADN không chứa mã di truyền
(intron). Các gen đều tồn tại đơn bản.
Trên DNA có chứa các gen mã hóa
cho một protein đặc thù

Một số chứa thêm dạng ADN khác –
plasmid: kích thước bé hơn, dạng
vòng, có khả năng tự nhân bản,
thường chứa một số gen có tính đặc
thù cao (gen kháng kháng sinh, gen
chỉ thị màu…).

I. Hệ gen (Genome)
3. Genome của eukaryote:

99% genome nằm trong nhân
TB. Phần còn lại nằm trong
một số cơ quan tử (ty thể, lạp
thể).

I. Hệ gen (Genome)
3. Genome của eukaryote:

Genome nhân:

Thường có kích thước lớn (12Mb đến
120.000Mb). Phân bố trên các NST
dạng thẳng. Gồm các thành phần lặp lại
và các thành phần không lặp lại.


Các loại ADN trong genome:
–
Các TT lặp lại nhiều lần: chiếm 10-
15% genome. Là những TT AND
ngắn (10-200kb), ko mã hóa, tập
trung ở những vùng chuyên biệt/NST
(tâm động, đầu mút NST)
–
Các TT lặp lại TB: 25-40%, là những
đoạn AND có kt lớn hơn (100-
1000kb). Không mã hóa hoặc mã
hóa cho rARN, tARN, 5SARN
–
Các TT duy nhất: là các gen mã hóa
cho các Protein, có TT đặc trưng cho
từng gen

I. Hệ gen (Genome)
3. Genome của eukaryote:
•
Phần lớn các gen pbố trong
thành phần ADN không lặp
lại. Các gen chỉ chiếm một
tỷ lệ rất nhỏ so với toàn bộ
genome (1-2% genome).
Các gen thường phân bố xa
nhau và trong gen chứa
nhiều intron.
•
Các gen có nhiều bản sao.

Các bản sao của một gen
được xếp vào một họ gen.
Mỗi gen trong họ thường
hoạt động ở một thời điểm
nhất định trong quá trình
phát triển cá thể hay trong
mô riêng biệt.
7

I. Hệ gen (Genome)
3. Genome của
eukaryote:
•
Kích thước của
genome (ở trạng thái
đơn bội - C): đặc trưng
cho loài, kích thước của
genome không tỷ lệ với
mức độ tiến hóa và tính
phức tạp của cơ thể.

I. Hệ gen (Genome)
3. Genome của eukaryote:

Genome ty thể: dạng mạch
vòng kép, chứa các gen mã
hóa cho rARN của ty thể và
một số enzyme tgia vào chuỗi
hô hấp. Ngoài ra, ty thể còn
chứa các gen mã hóa tRNA,

Rbsvà một số Pr liên quan đến
quá trình phiên mã, dịch mã, và
vận chuyển các Pr khác vào ty
thể từ TBC.

Genome lục lạp: chứa DNA ở
dạng kép, mạch vòng, chứa
khoảng 200 gen. Các gen mã
hoá cho các rARNvà tARN và
các Pr cần cho hoạt động
quang hợp.

Kích thước của genome

Số lượng gen trong genome
Loài Kích thước
Genome (Mb =
10^bp)
(TT mã hóa
Protein(%)
Số lượng
gen
E. Coli 4.6 90 4.288
S. cerevisiae 12 70 5.885
C. elegans 97 25 19.099
Drosophila 180 13 13.600
Human 3000 3 100.000
12
13
1. Khái niệm gen:

•
Gen là một đoạn ADN mã cho một sản phẩm cần thiết đối với hoạt
động sống của tế bào. Gen -> protein, rARN, tARN và các loại ARN
khác tham gia kiểm soát hoạt động của genome
2. Cấu trúc gen:
•
Gồm hai vùng:
–
Vùng AND điều khiển
–
Vùng mang mã di truyền
II. Gen
14
2. Cấu trúc của gen

Vùng DNA điều khiển: nằm trước các đoạn gen mang mã, bắt đầu từ -1,
gồm các vị trí:

Promoter: nhận biết và liên kết với enzim RNA polymerase. Promoter
thường nằm ngay trước vị trí +1 của gen (vị trí Nu đầu tiên được phiên
mã sang ARN). Ở procaryota: nằm khoảng từ -35 -> -10, ở eucaryota
từ -25 (-30) -> - 75(-90).

Vị trí hoạt hóa (A) hoặc vị trí ức chế (O): được nhận biết bởi các Pr
điều khiển, chúng có thể liên kết với AND hoặc ARN pol làm tăng
cường hoặc kìm hãm hoạt động của gen trong sao mã
15
2. Cấu trúc của gen (tiếp)

Vùng DNA mang mã di truyền: Là đoạn AND được phiên mã sang

mRNA theo chiều 5’  3’ trên sợi đang tổng hợp (bd từ +1).
Gồm:

Vùng 5’ và 3’ không dịch mã: liên quan tính bền vững của mRNA;
tham gia kiểm soát dịch mã
+TT không dịch mã đầu 5’ (5’UTR): tính từ Nu phiên mã đầu tiên đến
bộ 3 Nu khởi đầu dịch mã (AUG hoặc GUG).
+ TT không dịch mã đầu 3’ (3’ UTR): tính từ một trong 3 codon dừng
dịch mã đến hết trình tự kết thúc phiên mã

Khung đọc mở:
•
Phần DNA của gen mã hóa tạo chuỗi polypeptide
•
Bắt đầu bằng một codon khởi đầu (AUG hoặc GUG) và kết thúc
bằng một trong 3 mã kết thúc là UAA/UAG/UGA.
•
Mỗi bộ 3 Nu của khung đọc mở tương ứng với một codon mã hóa
cho một aa.
•
Đọc từ đầu 5’ -> 3’, đọc theo phân tử mRNA, đọc từng mã một, đọc
không chồng chéo và đọc cho đến tận mã kết thúc thì dừng lại.

Cấu trúc chung của một gen

18
So sánh Gen Prokaryote và Eukaryote
Procaryota
-
Promoter có TT đặc trưng

TTGACA (-35) và TATAT (-10)
-
Trong gen ko có hoặc có ít intron
-
Các gen nằm gần nhau và chịu
sự điều khiển chung của một
Promoter (operon)
-
Phiên mã và dịch mã xảy ra đồng
thời.
-
mARN sau phiên mã là mARN
trưởng thành.
-
Không có tín hiệu nhận poly A và
mRNA không có đầu 5’ mang mũ
7 methyl
Eucaryota
- Promoter có TT đăc trưng - hộp
CAAT (- 75) và TATA (-25)
-
Các đoạn exon xen lẫn intron.
-
Các gen nằm xa nhau, giữa các
gen có các đoạn không mã hoá.
Mỗi gen chịu sự đk của 1 Promoter
-
Phiên mã và dịch mã không đồng
thời: Phiên mã trong nhân, dịch
mã ngoài tế bào chất .

-
Chịu những biến đổi trước khi dịch
mã (cắt intron và nối exon, các
biến đổi tại đầu 5’ và đầu 3’)
-
Các dấu hiệu gắn chuỗi poly A của
mRNA có trình tự 5’- AAUAAA-3’.
Vùng này nằm ở ngay trước đầu
3’nơi bắt đầu gắn polyA, dài từ 10
đến 30 nu, tiếp theo là vùng CA,
rồi đến vùng giầu GU

Cấu trúc gen của Eukaryote

Cấu trúc gen của Eukaryote
21
Cấu trúc gen của Eukaryote

Cấu trúc gen của Vi khuẩn – Operon Lac
23
Cấu trúc gen của Vi khuẩn – Operon Lac
24
3. Chức năng của gen
Chức năng của gen thể hiện ở 3 quá trình:
•
Tái bản DNA.
•
Phiên mã tạo ra mRNA, hoặc rRNA hay tRNA.
•
Dịch mã hoặc sinh tổng hợp protein dựa trên

khuôn mRNA xuyên qua ribosome để lắp ráp các
amino acid nhờ các tRNA vận chuyển đến.

III. DNA CÓ TRÌNH TỰ LẶP LẠI TRONG
GENOME
1. DNA có trình tự lặp lại liền kề
(ADN vệ tinh)

Là các đoạn DNA có chứa
những trình tự DNA được lặp lại
liền nhau hình thành nên các
băng vệ tinh khi phân tích DNA
của genome bằng phương pháp
ly tâm chênh lệch tỷ trọng.

Đơn vị lặp lại của các DNA vệ
tinh thay đổi từ vài (<5 bp) đến
hàng trăm cặp bazơ (>200 bp).
DNA vệ tinh thường tìm thấy ở
tâm động hoặc vùng dị nhiễm
sắc trên NST. Chúng thuộc
nhóm các DNA có trình tự lặp lại
cao.
Phương pháp ly tâm
chênh lệc tỷ trọng