Cấu trúc và chức năng gene

1. Chu kỳ monomer - polymer
Cấu tạo phân tử DNA và cấu trúc gene
Cấu tạo phân tử DNA

2. 1953- Cấutrúc DNA– Watson & Crick
Dựatrên cácthôngtin:
- Cấutrúc hoáhọccủa DNA
- Quytắc Chargaff
- Ảnhnhiễu xạtia XcủaDNA(Maurice Wilkins)

3. ADN gồm2 chuỗipolynucleotide
quấnquanh mộttrụctưởngtượng
 chuỗixoắnkép
Các nu giữ
a 2 mạch: liên kết
hydro, nguyên tắcb
ổsung
Hai mạchđơncủaphân tửADN chạy
song song ngượcchiều
Cấutrúc phân tửADN

4. ADN (acid deoxyribonucleic) và ARN (acid
ribonucleic) cấu tạo đa phân gồm nhiều đơn phân
là các nucleotide
Cấu tạo 1 nucleotide gồm:
Thành phần hóa học của axit nucleic
Phosphate
Đường
Pentose
BaseNitơ

5. Thành phầnhóa họccủaaxit nucleic
Phosphate
Đường
Pentose
BaseNitơ
Có trong ARN Có trong ADN

6. Thành phần hóa học của axit nucleic
Phosphate
Đường
Pentose
Base Nitơ
Tên của nucleotide
được gọi theo tên của
Base Nitơ tương ứng

7. Thành phần hóa học của axit nucleic
Cấu tạo của nucleotide adenin

8. Quy tắc Chargaff
Erwin Chargaff
1. Tổngsốnucleotide của purin (Avà
G)bằng tổng sốnucleotide của
pyrinmidin (CvàT)
A+G=C+T
2.SốlượngAluôn bằng sốlượng T;
sốlượng Cluôn bằng sốlượngG

9. mRNA mang thông tin từ DNA theo mã di truyền bộ ba
Codons read 5’→3’; thus, AUG specifies Met. The three-letter abbreviations for the amino acids are as
follows: Ala, Alanine; Arg, Arginine; Asn,Asparagine; Asp, Aspartic acid; Cys, Cysteine; Gln, Glutamine;
Glu, Glutamic acid; Gly, Glycine; His, Histidine; Ile, Isoleucine; Leu, Leucine; Lys, Lysine; Met, Methionine;
Phe, Phenylalanine; Pro, Proline; Ser, Serine; Thr, Threonine; Trp, Tryptophan; Tyr, Tyrosine; Val, Valine.
The three codons UAA, UAG, and UGA specify no amino acid and terminatetranslation.

10. Tổ chức phân tử của DNA trong NST
• Xoắnkép dạng BDNA là
dạng phổ biến nhất
trong tế bào
• Liên kết H hình thành
giữa các base nằm tại
trung tâm
• Các phân
nhận liên
tử cho và
kết H điền
đầy rãnh lớn và rãnh
nhỏ (màu vàng)

11. Dạng DNA
• Dạng B là dạng phổ
biến nhất trong tế bào:
mỗi vòng xoắn chứa ~
10,5 cặp bazơ nitơ.
Khoảng cách giữa 2
bazơnitơ là 0,36nm
• Dạng Acó cấu trúc chặt
hơn, mỗi vòng xoắn
chứa 11 cặp bazơ nitơ,
đồng thời rãnh lớn sâu
hơn nhiều và rãnh nhỏ
nông hơn sovới dạngB
• Dạng Z có chiều xoắn
kẹp ngược  chưa rõ
chứcnăng

12. • Tương tác với protein có
thể bẻ congDNA
• Trong quá trình phiên mã
của hầu hết gene từ
Eukaryote cần protein
gắnT
A
T
Abox (TBP)
• Đầu C của protein TBP
gắn với rãnh nhỏ vùng
DNA đặc hiệu giàu A
T
,
tháo xoắn và uốn nhọn
vùng xoắn kép
Dạng DNA

13. • DNA mạch vòng: hệ gen của nhiều
vi khuẩn, virus, ty thểvàlục lạp
• Mỗi mạch DNA trong phân tử vòng
đóng kín, không chứađầu tựdo
• Khi tái bản: DNA vòng giãn xoắn
cục bộ  tạo áp lực xoắn cho phần
còn lại thành dạng siêuxoắn
• Topoisomerase I: enzyme làm giảm
áp lực xoắn
• Topoisomerase II: vừa làm giảm áp
lực xoắn vừa kết nối 2 phân tử DNA
mạch vòng với nhau thành 1chuỗi
DạngDNA

15. Cấu trúc gene ở Prokaryote
Gen: là toàn bộ trình tự axit nucleic cần để tổng hợp
một sản phẩn gene chức năng (polypeptide hoặc
RNA).
Cấu trúc gen ở Prokaryote gồm 3 phần:
•Vùng mã hoá
•Vùng promoter
•Vùng terminator

16. Cấu trúc gene ở Prokaryote
Vùng mã hoá
• Là vùng bắt đầu từ mã khởi đầu và kết thúc bằng mã kết thúc
• Không chứa intron
• Phiên mã trực tiếp thành mRNA

17. Cấu trúc gene ở Prokaryote
Vùng promoter
• Là đoạn DNA bắt đầu quá trình phiên mã của 1 gene, nằm về phía 5’ của vùng
mã hoá
• Khoảng cách từ mã khởi đầu đến promoter: 50-100 Nu
• Promoter có thể dài 100-1000 Nu
• Vị trí mã khởi đầu được quy ước là vị trí +1. Bên trái vị trí khởi đầu là các vị trị
được quy ước mang dấu (-) đằng trước, ví dụ vị trí -10, -20, -35… Bên phải vị
trí khởi đầu là các vị trí được quy ước mang dấu (+). Ví dụ vị trí +10, +20,
+35…
• Tại vị trí -10 là trình tự hộp TATAAT (Hộp Pribnow), vị trí -35 là trình tự
TTGACA. Hai hộp này là các yếu tố nhận biết của quá trình phiên mã

18. Cấu trúc gene ở Prokaryote
Vùng promoter
• Tại vị trí -65 đến -60 là các yếu tố hoạt hoá của polymerase
• Tại vị trí -200 đến -1000 là các trình tự enhancer giúp cho hiệu
suất
quá trình phiên mã tăng lên 100-200 lần
• Chứcnăng:
 Điểm bám RNApolymerase
 Điểm bắt đầu quá trình phiênmã
 Kiểm soát bởi cáctrình tự điều hoà  kiểm soát quá trình biểu hiện
của cácgene

19. Cấutrúc geneở Prokaryote
Vùng terminator
• Làvùng trình tự đặc biệt nhận biết sựkết thúc của quá trình
phiên mã
• Kết thúc quá trình phiên mã diễn ra theo 2 cơchế: phụ thuộc
Rhohoặc không phụ thuộc Rho

20. Cấutrúc geneở Prokaryote
• Ở các loại prokaryote có tồn tại hình thức: 1 promoter
khởi động cho quá trình phiên mã của một số các gen cấu
trúc. Hình thức này gọi làoperon
• Một sợi đơn mRNAđược dịch mã thành cácprotein có
chức năng khác nhau
• Trong cấu trúc operon, promoter ở rất gần với các vị trí
điều hoà nhằm điều hoà hoạt động gen quy định lượng
sảnphẩm do gen tạo ra

21. Cấutrúc geneở Prokaryote

22. Cấutrúc geneởEukaryote
• Các exon
• Các intron
• Trình t
ựpromoter
• Trình t
ựterminator
1 gen eukaryote điển hình baogồm:
• Trình t
ựngược(upstream)
• Trình t
ựxuôi (downstream)
• Các trình t
ựenhancer và silencer
• Các tín hiệu

23. Cấu trúc gene ở Eukaryote

24. Cấu trúc gene ở Eukaryote
Các exon
• Là các trình tự mã hoá các thông tin di truyền được
dịch mã thành các axit amin của chuỗi polypeptide
• Đa dạng về số lượng, trình tự và chiều dài. Một gene
bắt đầu và kết thúc với các trình tự exon (theo chiều
5’ 3’)
• Một số exon chứa thêm cả vùng không dịch mã
(untranslated-UTR)

25. Cấu trúc gene ở Eukaryote
Các intron
• Là đoạn mang các trình tự không tham gia vào việc
mã hoá protein
• Tất cả các intron sẽ được loại bỏ khi quá trình phiên
mã bắt đầu để hình thành RNA trưởng thành
• Các intron có đặc điểm chung là mang trình tự base
GT ở đầu 5’ và AG ở đầu 3’
• Các intron được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1977
do 2 nhà khoa học Phillip Sharp và Richard Roberts
(phát hiện độc lập)

26. Cấutrúc geneởEukaryote

27. Cấutrúc geneởEukaryote
Promoter
• Promoter là một vùng DNA làm nhiệm vụ điều hoà quá trình biểu hiện
của gene
• Vùng promoter bao gồm:
1. Lõi promoter: là vị trí bắt đầu quá trình phiên mã (vị trí -34)/ vị trí bám
RNA
polymerase
2. Vùng cận promoter: là vùng chứa các yếu tố điều hoà sơ cấp (vị trí ~
- 250 là các vị trí bám đặc hiệu của các yếu tố phiên mã).
3. Hộp TATA (ở vị trí khoảng từ -30 đến -80) và trình tự CAAT (phía trên
hộp TATA) ở vị trí gấp đôi khoảng cách của hộp TATA
4. Các yếu tố này kết hợp với nhau để giúp RNA polymerase II bám vào

28. Cấutrúc geneởEukaryote
Promoter

29. Cấutrúc geneởEukaryote
• Trình tự ngược (upstream - đầu 5’): thực hiện một vài
chức năng bao gồm vận chuyển mRNA và bắt đầu quá trình dịch mã.
Việc gắn mũ (7-methyl guanisine) vào đầu 5’ của mRNA đánh dấu sự
khởi đầu của quá trình dịch mã. Trình tự uptream cũng đảm bảo sự bền
vững của mRNA
• Trình tự xuôi (downstream – đầu 3’): giúp làm ổn định
mRNA, gắn đuôi poly-A. Mã kết thúc quá trình dịch mã là TAA. Trình tự
tín hiệu ATAA là tín hiệu cho việc gắn thêm đuôi poly A

30. 4.3 Cấutrúc geneởEukaryote
• Terminator: được nhận biết bởi RNA polymerase dấu hiệu dừng
quá trình phiên mã
• Enhancer: là các yếu tố giúp nâng cao hiệu suất phiên mã của 1
gene, thường nằm ở vị upstream vài nghìn Nu
• Silencer: là các yếu tố giúp làm giảm hoặc làm mất quá trình biểu
hiện

31. Cấutrúc geneởEukaryote
Intron là cáctrình tự khôngmã hoá cho
các axit amin trong chuỗi polypeptide.
Vậyvaitrò củaintron trong genlà gì???

32. Cấutrúc geneởEukaryote
Vai trò của các intron
• Mặc dù intron không chứa các ttDT mã hoá cho các axit amin trong chuỗi
polypeptide nhưng có vai trò quan trọng khác trong các hoạt động của tế
bào
• Rất nhiều intron mã hoá cho các RNA tham gia vào quá trình điều hoà biểu
hiện gene
• Mang các trình tự điều hoà để kiểm soát quá trình phiên mã và chế biến
mRNA
• Intron cho phép các exon nối với nhau dưới dạng các tổ hợp khác nhau (quá
trình trượt gen- alternative splicing), tạo ra sự tổ hợp phong phú của nhiều
loại protein của cùng một gene
• Vai trò quan trọng trong quá trình tiến hoá bằng cách tái tổ hợp giữa các
exon của các gene khác nhau (exon shuffling)

33. Cấutrúc geneởEukaryote
Vai trò củacác intron

34. Cấutrúc geneởEukaryote
Vai trò củacác intron

35. Tổchứcgene củaprokaryote và eukaryote

36. Cấutrúc geneởEukaryote
Gene mã hoá protein có thể là đơn nhất, cũng có thể là
thuộc1 họ gene
-Gene đơn nhất: chỉ xuất hiện 1 lần trong hệ gene đơn bội. VD: gene
mã hoá lyzozyme củagà(15 kb bao gồm4 exonvà 3 intron, 2 vùngbiên
kéodài khoảng20 kb, ngượcvàxuôidòng đơn vị phiên mã)
-Gene lặp: những gene cótrình tự giống nhau nhưng không đồng nhất,
thường nằm cách nhau 5-50 kb. Tập hợp gene lặp mã hoá các protein
vớitrình tự axit amin tươngtự nhưngkhônggiốnghệt gọilà họ gene
 họprotein

37. Cấutrúc geneởEukaryote

38. 4.3 Cấutrúc geneởEukaryote

39. 4.3 Cấutrúc geneởEukaryote
• Nhiều bản sao của gene mã hoá cho những sản phẩm gene thường
được sử dụng: Gene mã hoá rRNA tồn tại dưới dạng dãy lặp liên
tiếp nhau (tandemly repeated arrays), gene mã hoá tRNAvà histone
thường tồn tại dưới dạngcụm.
• Khác với gene lặp thuộc họ gene: nhiều gene lặp liên tiếp mã hoá
cho các RNA chức năng hay protein giống nhau hoặc gần giống
nhau.
• Nguyên nhân: do nhu cầu đối với sản phẩm phiên mã trong tế bào
lớn.
• Ngoài ra còn có 1 số gen phiên mã thành RNA không mã hoá
protein (1 số biết chức năng, 1 số chưa biết chức năng): snRNA,
snoRNA, miRNA…)