Cấu trúc và chức năng của gene - QUẢNG TRỊ · PDF fileChương 2...

download Cấu trúc và chức năng của gene - QUẢNG TRỊ · PDF fileChương 2 Cấu trúc và chức năng của gene Nhiễm sắc thể chứa DNA (deoxyribonucleic acid) mang gene.

If you can't read please download the document

Transcript of Cấu trúc và chức năng của gene - QUẢNG TRỊ · PDF fileChương 2...

  • Chng 2

    Cu trc v chc nng ca gene Nhim sc th cha DNA (deoxyribonucleic acid) mang gene. Gen

    c truyn t b m sang con ci v c xem l n v c bn ca s di truyn, nh hng ln mi cu trc v chc nng ca c th. ngi c khong t 30.000-40.000 gene cu trc (gene m ha cho RNA hoc cc protein). I. Cu trc ca DNA 1. Thnh phn ha hc v cu trc khng gian ca DNA

    Phn t DNA c cu to t cc n phn l nucleotide. Mi nucleotide c 3 thnh phn c bn: (1) mt ng pentose deoxyribose; (2) mt nhm phosphate v (3) mt trong bn loi base. Hai loi base cytosine (C) v thymine (T) c cu trc vng n carbon nitrogen c gi l cc pyrimidine. Hai loi base adenine (A) v guanine (G) c cu trc vng kp carbon - nitrogen c gi l cc purine (hnh 1).

    Tn ca cc loi base c dng t tn cho cc nucleotide.

    Hnh 1. Cu trc ca 4 loi base

    DNA c cu trc khng gian nh mt thang xon vi 2 tay thang l cc phn t ng v phosphat ni vi nhau bng cc lin kt phosphodiester bn vng, bc thang do cc base hai bn ni vi nhau qua cc lin kt hydro yu theo nguyn tc b sung gia base adenine vi thymine v gia base guanine v cytosine. Mi tay thang bt u t v tr 5, kt thc v tr 3 ca phn t ng deoxyribose v hai tay thang i ngc chiu nhau. Nh vy nu mt chui n ca DNA c trnh t cc nucleotide 5 - ATGCAG - 3 th chui b sung s c chiu v trnh t ca cc nucleotide nh sau:

    Hnh 2. Cu trc xon kp ca DNA

    1

    NGUYEN TUNoteNU

  • 3 - TACGTC - 5 (hnh 2). Cc trnh t khc nhau ca cc nucleotide s quy nh cc loi

    protein khc nhau. Tnh c hiu ca nhiu loi protein trong c th i hi phi c mt lng ln thng tin di truyn. Thc t trong b NST n bi ca cc giao t ngi cha ti khong 3 t cp nucleotide, s lng ny nhiu hn nhiu so vi s nucleotide cn thit cho vic m ha cc protein ca c th. 2. Hin tng cun xon ca DNA

    Tng chiu di ca DNA trong mt t bo khong 2 mt do c th nm gn trong nhn t bo DNA phi cun li nhiu mc khc nhau (hnh 3). u tin cc oan DNA vi chiu di tng ng vi khong t 140 n 150 cp base (base pair: bp) cun quanh mt li protein histon to thnh nucleosome. Cc nucleosome ni vi nhau bng mt on DNA khong 20 - 60 bp. Khong 6 nucleosome cun li thnh mt solenoid, cc solenoid cun li thnh cc quai chromatin (chromatin loop), mi quai chromatin c khong 100.000 bp

    (100 kb). Cc quai ny c gn vi mt khung protein. Bng cch ny DNA c th gim chiu di xung khong 1/10.000 ln so vi chiu di ca n trc khi cun xon.

    Hnh 3. M hnh cun xon ca DNA

    II. Cu trc ca gene 1. Cc intron v exon

    Cu trc intron v exon ca gene l mt c im phn bit gia DNA ca sinh vt eukaryote v prokaryote. Cc intron chim phn ln trong cu trc hu ht cc gene ca c th eukaryote. Cc on intron ny

    2

  • s c cc enzyme ct mt cch chnh xc ra khi cc phn t mRNA trc khi chng i ra khi nhn t bo. V tr ct ca cc enzyme c xc nh bi cc on DNA c gi l cc on ng nht (consensus sequences) (on ny c tn nh vy v c thy ph bin tt c cc c th eukaryote) nm cnh mi on exon (hnh 4).

    Hnh 4: Cu trc chi tit ca mt gene V hu ht cc gene ca c th eukaryote gm ch yu l cc on

    intron nn cho php ngi ta ngh n vic cc on ny c th c mt chc nng no . Hin nay chc nng ca cc intron vn cn ang c nghin cu, ngi ta cho rng c th nhng on intron do lm tng thm chiu di ca gene s to thun li cho s ti sp xp ca cc gene trn cp NST tng ng qua qu trnh trao i cho gia cc NST ny trong gim phn hoc nh hng n thi gian nhn i v phin m ca DNA.

    Mt s intron li mang trong n cc gene c phin m m khng lin quan g ti chc nng gene mang chnh cc intron . V d nh cc intron trn gene gy bnh u x thn kinh type 1 (NF1) cha 3 gene c phin m theo hng ngc vi gene NF1 v khng c mi lin h chc nng no vi gene NF1. 2. Cc loi DNA

    Mc d DNA mang thng tin m ha cho cc protein nhng trong thc t ch c t hn 5% trong s 3 t cp nucleotide trong genome ca ngi thc s lm chc nng ny, cn li phn ln vt liu di truyn cha c bit chc nng. Ngi ta chia DNA thnh cc loi sau: 2.1. DNA c bn (single - copy DNA):

    DNA c bn chim khong 45% genome v gm cc gene m ho cho cc protein. Cc on DNA loi ny ch c thy mt ln duy nht (hoc vi ln) trong genome. Tuy nhin phn m ha cho protein ch chim mt phn nh trn loi DNA ny m thi, phn ln cn li l cc intron hoc l cc on DNA nm xen gia cc gene. 2.2. DNA lp (repetitive DNA):

    DNA lp chim 55% cn li ca genome, y l cc on DNA

    3

  • c lp i lp li c th ln ti hng ngn ln trong genome, c 2 loi chnh: 2.2.1. DNA v tinh (satellite DNA) Loi DNA ny chim khong 10% genome v tp trung mt s vng nht nh trn NST, chng sp xp ni ui nhau, ci ny tip theo ci kia. DNA v tinh c chia thnh 3 loi nh: - DNA v tinh alpha: c kch thc 171 bp, lp i lp li nhiu ln vi

    chiu di hng triu bp hoc hn. Loi ny c thy cnh tm ng ca NST.

    - DNA tiu v tinh (minisatellite DNA): c kch thc t 14 - 500 bp, lp i lp li vi chiu di khong vi ngn bp.

    - DNA vi v tinh (microsatellite DNA): c kch thc t 1 - 13 bp, lp i lp li vi tng chiu di khng qu vi trm bp.

    Hai loi DNA tiu v vi v tinh c s khc nhau rt ln trong chiu di gia ngi ny vi ngi khc v iu ny lm chng tr nn rt hu ch trong vic lp bn gene. DNA tiu v tinh v vi v tinh c gp vi tn s trung bnh l 1 trn mi 2 kb trong genome v chng chim khong 3% genome. 2.2.2. DNA lp li ri rc: Loi DNA ny chim khong 45% genome, gm 2 loi: - Cc yu t ri rc c kch thc ngn (SINEs: short interspersed

    elements): kch thc t 90 - 500bp. - Cc yu t ri rc c kch thc di (LINEs: long interspersed

    elements): kch thc 7.000 bp III. Chc nng ca DNA 1. S nhn i

    S nhn i ca DNA khi t bo phn chia gip to ra cc bn sao chnh xc ca DNA cho cc t bo con, m bo cho vic duy tr vt cht di truyn n nh qua cc th h t bo.

    S nhn i ca DNA bt u bng vic ph v cc lin kt hydrogen yu gia cc base, lm tch cu trc kp ca DNA thnh 2 si n vi cc base trng thi t do. Mi si n s ng vai tr nh mt khun (template) v cc base ny s lin kt vi cc base ca cc nucleotide t do theo nguyn tc b sung gip qu trnh nhn i din ra chnh xc. Bng cch ny sau khi hon tt qu trnh nhn i mi DNA s gm c mt chui n c v mt chui mi c tng hp. Phn t DNA

    4

  • mi ny c cu trc ging ht DNA ban u (hnh 6).

    Hnh 6. S nhn i ca DNA Qu trnh nhn i ca DNA c xc tc bi nhiu loi enzyme

    khc nhau, mt enzyme xc tc cho vic tho xon, mt enzyme khc xc tc cho vic tch DNA thnh 2 chui n, v mt s enzyme khc thc hin nhng chc nng khc nhau trong qu trnh nhn i. DNA polymerase l mt trong s cc enzyme chnh phc v cho qu trnh nhn i, di chuyn dc theo si n DNA t u 3 n u 5 v gn cc nucleotide t do theo nguyn tc b sung vo si n DNA bng cch gn chng vo u 3 ca chui polynucleotide ang c tng hp. Do si DNA n mi lun lun c hnh thnh theo chiu t 5 n 3 v qu trnh nhn i trn 2 mch ca phn t DNA m s din ra theo hai chiu ngc nhau.

    Ngoi vic gn cc nucleotide, enzyme DNA polymerase cn thc hin vic kim tra xem mt nucleotide mi c b sung chnh xc vi nucleotide trn mch khun khng, nu khng th nucleotide ny s b loi b v thay bng mt nucleotide khc. Qu trnh ny gip m bo cho s nhn i ca DNA din ra mt cch chnh xc. Nu mt sai st trong qu trnh nhn i khng c sa cha thnh cng s lm xut hin t bin v cc t bin ny c th s dn n cc bnh di truyn.

    Tc nhn i ca DNA khong 40 - 50 nucleotide / giy. Tc ny chm hn nhiu so vi tc nhn i vi khun vi 500 - 1000

    5

  • nucleotide / giy. c th thc hin nhn i mt cch nhanh chng DNA (mt vi NST c khong 250 triu nucleotide), s nhn i xy ra ti nhiu im khc nhau trn DNA, nhng v tr ny c gi l cc im gc nhn i (replication origins). Cch nhn i nh vy s to ra nhiu ch tch trn chui DNA, nhng ch c gi l cc vng nhn i (replication bubble) v pha xy ra hng pht trin s nhn i ca vng nhn i ny c gi l chc nhn i (replication fork) (hnh 7).

    Hnh 7. S hnh thnh cc vng nhn i gip qu trnh nhn i din ra nhanh hn

    2. Qu trnh phin m Qu trnh phin m (transcription) gip truyn thng tin di truyn

    cho vic tng hp protein t gene trn DNA trong nhn i vo bo tng tham gia vo qu trnh tng hp protein. Qu trnh ny c thc hin thng qua phn t RNA.

    6

  • RNA cng l mt loi acid nucleic c cu trc tng t DNA vi cc phn t ng, nhm phosphate v nitrogenous base tuy nhin thay cho ng deoxyribose l ng ribose, v thay cho thymine l uracyl. Uracyl c cu trc tng t thymine nn c th bt cp vi adenine. Mt im khc bit quan trng na l RNA thng ch c cu trc si n thay v si kp nh DNA.

    Qu trnh phin m tng hp nn loi phn t RNA thng tin (mRNA: messenger RNA) t bn khun trn DNA (hnh 8).

    1. Bt u cho qu trnh phin m mt trong s cc enzyme RNA polymerase ( RNA polymerase II) s gn vo mt on DNA nm pha trn gene gi l v tr khi ng (promotor site). Di s xc tc ca enzyme ny cu trc xon kp ca mt on DNA s c tch i v mt trong hai mch ca DNA s ng vai tr ca bn khun tng hp mRNA.

    V tr khi ng ng vai tr quyt nh mch no s tr thnh mch khun trong vic tng hp mRNA thng qua vic nh hng cho enzyme RNA polymerase trn DNA. Trn mch khun, RNA polymerase s di chuyn theo chiu t 3 n 5 v cho php cc lp ghp cc ribonucleotide theo nguyn tc b sung theo chiu t 5 n 3 vi cc base trn mch khun theo cch thc tng t nh trong qu trnh nhn i ca DNA nhng base thymine c thay bng uracyl.

    Hnh 8. Qu trnh phin m trn DNA

    2. Sau khi qu trnh tng hp RNA c bt u, u 5 ca phn t RNA ang c tng hp s c bt li bng cch thm vo mt

    7

  • nucleotide guanine c thay i v mt ha hc u ny c gi l 5 cap. 5 cap gip ngn cn s ging ha ca RNA trong qu trnh tng hp v gip ch nh v tr bt u qu trnh gii m ca mRNA.

    3. Qu trnh phin m c tip tc cho ti khi RNA polymerase c ti mt on nucleotide gi l on kt thc (termination sequence). Khi n v tr ny mt on gm t 100 n 200 adenine s c gn vo u 3 ca mRNA, cu trc ny c gi l ui poly - A (poly A-tail). ui poly-A c cho l c vai tr gi cho phn t ny c hng nh v khng b ging ha khi vo trong bo tng. Khi n v tr kt thc, RNA polymerase tip tc phin m trn chui DNA thm vi ngn base tuy nhin trn mRNA on base thm pha sau ui poly - A s b mt i.

    4. Cui cng RNA polymerase s tch khi chui DNA, gii phng phn t RNA vi cu trc chui n, phn t ny c gi l phn t m sao nguyn thy (primary transcript).

    mt s gene ngi, trn mt gene c th c nhiu v tr khi u khc nhau nm cc v tr khc nhau do lm gene c th c bt u phin m cc v tr khc nhau dn