Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 3: Quá trình sao chép DNA - Nguyễn Hữu Trí

Nội dung text: Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 3: Quá trình sao chép DNA - Nguyễn Hữu Trí

1. 24/03/2016 Sự sao chép DNA ở prokaryote và eukaryote Origin (ORI) là điểm cố định nơi bắt đầu của quá trình sao chép. Replicon là một đơn vị sao chép 24/03/2016 2:56:19 SA 21 Nguyễn Hữu Trí Sự sao chép DNA ở prokaryote và eukaryote Sự sao chép DNA ở vi khuẩn: mỗi nhiễm sắc thể là một replicon 1 2 3 4 Sự sao chép được tiến hành đồng thời tại nhiều điểm trên phân tử DNA của eukaryote 24/03/2016 2:56:19 SA 22 Nguyễn Hữu Trí 11
2. 24/03/2016 24/03/2016 2:56:19 SA 23 Nguyễn Hữu Trí E. coli DNA Polymerases • Có ba loại 3 DNA polymerase ở E. coli: – pol I – pol II – pol III • E. coli DNA polymerase I xác định đầu tiên. Nó được khám phá năm 1958 bởi Arthur Kornberg. 24/03/2016 2:56:19 SA 24 Nguyễn Hữu Trí 12
3. 24/03/2016 DNA Polymerase I • DNA polymerase I (pol I) là một enzyme linh hoạt với 3 hoạt tính: • DNA polymerase • 3’ 5’ exonuclease • 5’ 3’ exonuclease – Xử lý thủy phân nhẹ cho ra 2 polypeptide • Phần Klenow • Phần nhỏ hơn 24/03/2016 2:56:19 SA 25 Nguyễn Hữu Trí Phần Klenow (Klenow Fragment) Có 2 chức năng: Polymerase và hoạt tính 3’ 5’ exonuclease giúp nó có khả năng đọc ngược (proofreading) – Nếu pol I thêm nt sai, sự bắt cặp giữa các base không đúng – Pol I dừng lại, exonuclease loại bỏ nt không bắt cặp – Cho phép quá trình sao chép tiếp tục – Làm tăng tính trung thực của quá trình sao chép 24/03/2016 2:56:19 SA 26 Nguyễn Hữu Trí 13
4. 24/03/2016 5’ 3’ exonuclease • Hoạt tính này cho phép pol I cắt tại một đầu của chuỗi DNA đang hình thành • Loại bỏ và thay thế một chuỗi khi nó đi qua • Là chức năng cơ bản khi: – Loại bỏ primer – Sửa chữa cho đứt (nick) 24/03/2016 2:56:19 SA 27 Nguyễn Hữu Trí Polymerases II và III  Hoạt tính của Pol II không liên quan đến sự sao chép của DNA  Pol I có vai trò chủ yếu trong sửa sai  Chỉ có pol III là cần đến cho quá trình sao chép DNA  Pol III là enzyme sao chép ở vi khuẩn 24/03/2016 2:56:19 SA 28 Nguyễn Hữu Trí 14
5. 24/03/2016 Enzyme Pol III hoàn chỉnh  Pol III core được tạo thành bởi: – Hoạt tính DNA polymerase nằm trên tiểu đơn vị a – Hoạt tính 3’ 5’exonuclease tìm thấy trên tiểu đơn vị  – Vai trò của tiểu đơn vị q vẫn chưa rõ – Hoạt tính DNA-dependent ATPase nằm trên phức hợp g chứa 5 tiểu đơn vị  Cuối cùng, tiểu đơn vị b thêm vào tạo thành enzyme hoàn chỉnh (holoenzyme). Holoenzyme có chứa Source: Adapted from Henderson, D.R. and khoảng 10 tiểu đơn vị. T.J. Kelly, DNA polymerase III: Running rings around the fork. Cell 84:6, 1996. 24/03/2016 2:56:19 SA 29 Nguyễn Hữu Trí Tính trung thực của quá trình sao chép Sự trung thực trong sao chép cần thiết cho sự sống Bộ máy sao chép DNA đã thiết lập một hệ thống sửa sai (proofreading system) – Hệ thống này cần mồi – Chỉ nucleotide bắt cặp bổ sung làm mồi cho pol III hoàn chỉnh – Nếu một nucleotide sai thì quá trình sao chép ngừng lại cho đến khi hoạt tính 3’ 5’ exonuclease của enzyme pol III hoàn chỉnh loại bỏ nó 24/03/2016 2:56:19 SA 30 Nguyễn Hữu Trí 15
6. 24/03/2016 Các DNA Polymerase của eukaryote Tế bào động vật có vú chứa 5 DNA polymerase khác nhau – Polymerase d và a có vai trò tham gia sao chép trên cả hai mạch DNA – Pol a đóng vai trò trong việc khởi đầu trổng hợp DNA – Kéo dài cả hai mạch được thực hiện bởi pol d 24/03/2016 2:56:19 SA 31 Nguyễn Hữu Trí Sự tách mạch  Quá trình DNA sao chép cho thấy 2 mạch DNA tại ngã ba sao chép bị tách mạch Không xảy ra tự động khi DNA polymerase làm công việc của nó – 2 mạch nền liên kết rất chặt với nhau – Cần tốn năng lượng và hoạt động của enzyme để tách chúng – Helicase làm tách mạch dsDNA tại ngã ba sao chép được mã hóa bởi gene E. coli dnaB. 24/03/2016 2:56:19 SA 32 Nguyễn Hữu Trí 16
7. 24/03/2016 Single-Strand DNA-Binding Protein  Ở prokaryote ssDNA-binding protein gắn chặt với ssDNA hơn với dsDNA – Nhờ sự hoạt động của helicase giúp hình thành ssDNA – Giữ cho hai mạch không bắt cặp trở lại  Bằng cách bọc ngoài ssDNA, SSBs giữ cho nó khỏi bị phân hủy  SSBs cần thiết cho quá trình sao chép DNA ở prokaryote 24/03/2016 2:56:19 SA 33 Nguyễn Hữu Trí Topoisomerases Chuỗi DNA được tách được gọi là “unzipping” o DNA không thật sự giống một dây kéo thẳng mà là một chuỗi xoắn đối song song. o Khi 2 mạch DNA được tách ra, mạch này quay vòng quanh mạch kia Helicase có thể tự mình tách và giữ nếu hai mạch của DNA là thẳng và ngắn, ở DNA dạng vòng nảy sinh một vấn đề o Khi DNA được tháo xoắn ở một vị trí thì sẽ làm xoắn hơn ở vị trí khác. 24/03/2016 2:56:19 SA 34 Nguyễn Hữu Trí 17
8. 24/03/2016 Topoisomerase và DNA gyrase Topoisomerase là một nuclease đặc biệt đóng vai trò tháo xoắn để khắc phụ sự xoắn tít lại của DNA mạch khuôn. 24/03/2016 2:56:19 SA 35 Nguyễn Hữu Trí DNA Gyrase • Đầu tiên là một enzyme gắn vào chuỗi xoắn kép DNA được gọi là DNA gyrase • Cho phép mạch DNA xoay và giải xoắn • Gyrase là một dạng của enzyme lớp topoisomerase II 24/03/2016 2:56:19 SA 36 Nguyễn Hữu Trí 18
9. 24/03/2016 Cơ chế hoạt động của Helicase • Khi helicase hoạt động nó gắn với những “initiator” và lôi chúng vào DNA đang tái bản. • Helicase có nhiệm vụ mở xoắn và tách dây đôi thành dây đơn bằng cách sử dụng năng lượng từ quá trình phân giải ATP. • Sự phân giải ATP làm thay đổi trạng thái của helicase, tạo điều kiện để enzyme di chuyển dọc theo dây DNA để mở xoắn. 24/03/2016 2:56:19 SA 37 Nguyễn Hữu Trí Sự khởi đầu (Initiation)  Khởi đầu của quá trình sao chép DNA là quá trình tổng hợp primer  Primosome được dùng để chỉ tập hợp các protein cần thiết cho sự tổng hợp primer cho quá trình sao chép DNA.  Tổng hợp primer ở E. coli đòi hỏi một primosome gồm có: o DnaB DNA helicase o DnaG Primase 24/03/2016 2:56:19 SA 38 Nguyễn Hữu Trí 19
10. 24/03/2016 Primosome Primosome hình thành tại ORI, trong trường hợp E. coli với nhiễm sắc thể vòng tròn, điểm gốc của sự sao chép gọi là oriC (245bp) 24/03/2016 2:56:19 SA 39 Nguyễn Hữu Trí OriC Vùng OriC bao gồm hai nhóm trình tự lặp lại với (N là base bất kỳ) o 3 trình tự lặp lại liên tiếp gồm 13 cặp base GATCTNTTNTTTT o 4 trình tự lặp lại phân tán với 9 cặp base TTATNCANA 24/03/2016 2:56:19 SA 40 Nguyễn Hữu Trí 20
11. 24/03/2016 Khởi đầu sao chép ở E. coli – DnaA gắn vào oriC tại vị trí 4 trình tự lặp lại 9 base và phối hợp với HU protein tách một đoạn DNA kế cận về phía trái tại tất cả 3 vùng lặp lại 13 base tạo ra một phức hợp mở. – DnaB helicase là một hexamer gắn vào phức hợp mở nhờ DnaC và tạo thuận tiện cho primase gắn vào để hoàn thành primosome. 24/03/2016 2:56:19 SA 41 Nguyễn Hữu Trí Khởi đầu sao chép ở E. coli – DnaB helicase thay thế cho DnaA và bắt đầu tách mạch DNA để tạo ngã ba sao chép. Một DnaB hexamer thứ 2 tạo một ngã ba sao chép thứ 2 và di chuyển ngược chiều. 24/03/2016 2:56:19 SA 42 Nguyễn Hữu Trí 21
12. 24/03/2016 Khởi đầu sao chép ở E. coli – Primosome vẫn gắn replisome (là hệ thống các enzyme của bộ máy sao chép), lập lại việc tổng hợp primer cho các đoạn Okazaki tổng hợp trên mạch chậm (lagging strand) – DnaB helicase có hoạt tính helicase giúp tháo xoắn DNA khi replisome tiến hành – DNA gyrase cần thiết để tháo xoắn và SSB protein được gắn vào để ổn định DNA mạch đơn. – DnaB helicase cũng hoạt hóa primase, là enzyme tổng hợp RNA primer. 24/03/2016 2:56:19 SA 43 Nguyễn Hữu Trí Replisome 24/03/2016 2:56:19 SA 44 Nguyễn Hữu Trí 22
13. 24/03/2016 Ngã ba sao chép (Replication fork) 24/03/2016 2:56:19 SA 45 Nguyễn Hữu Trí Kéo dài (Elongation)  Khi một primer được tổng hợp quá trình tổng hợp DNA thực sự bắt đầu.  Một cách kết hợp hài hòa trong quá trình tổng hợp mạch sau(lagging) và mạch trước (leading) giữ holoenzyme pol III bám chặt với dây nền.  Sao chép là một quá trình diễn ra rất nhanh. 24/03/2016 2:56:19 SA 46 Nguyễn Hữu Trí 23
14. 24/03/2016 Tốc độ sao chép • In vitro enzyme pol III tổng hợp DNA với tốc độ khoảng 730 nt/giây, in vivo tốc độ này khoảng 1000 nt/giây • Đây là enzyme có tốc độ tổng hợp cao cả trong in vitro và in vivo. 24/03/2016 2:56:19 SA 47 Nguyễn Hữu Trí Pol III Holoenzyme và quá trình sao chép • Pol III core có khả năng polymerase rất yếu, sau khi tổng hợp khoảng 10 nt nó bị tách khỏi dây nền (template). • Như vậy core enzyme thiếu một yếu tố – Đó là tác nhân hiện diện trên holoenzyme cho phép nó vẫn liên kết chặt với template – Tác nhân đó là một “kẹp trượt”, tiểu đơn vị b-của enzyme hoàn chỉnh (holoenzyme). 24/03/2016 2:56:19 SA 48 Nguyễn Hữu Trí 24
15. 24/03/2016 Vai trò của tiểu đơn vị b • Core được thêm tiểu đơn vị b có thể sao chép DNA tốc độ cao khoảng 1,000 nt/giây – Dimer được hình thành bởi tiểu đơn vị b có dạng vòng (ring- shaped) – Vòng này bao quanh DNA template – Tương tác với tiểu đơn vị a của core để kết hợp toàn bộ polymerase và template với nhau • Holoenzyme giữ nó trên dây nền nhơ vào kẹp b. • Yếu tố giữ cho quá trình sao chép ở Eukaryote là PCNA hình thành một trimer, cũng có dạng vòng bao quanh DNA và giữ DNA polymerase trên template 24/03/2016 2:56:19 SA 49 Nguyễn Hữu Trí Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) 24/03/2016 2:56:19 SA 50 Nguyễn Hữu Trí 25
16. 24/03/2016 Yếu tố giúp gắn “kẹp” • Tiểu đơn vị b cần sự trợ giúp của một phức hợp g để gắn vào DNA template – Phức hợp g này hoạt động xúc tác trong việc việc hình thành phức hợp adb – Nó không liên kết với phức hợp trong suốt quá trình sao chép • Quá trình gắn “kẹp” là quá trình sử dụng ATP – Năng lượng từ ATP thay đổi hình dạng của tiểu đơn vị d giúp nó gắn với tiểu đơn vị b – Việc gắn này cho phép mở “kẹp” và bao quanh DNA 24/03/2016 2:56:19 SA 51 Nguyễn Hữu Trí Kẹp b và Loader 24/03/2016 2:56:19 SA 52 Nguyễn Hữu Trí 26
17. 24/03/2016 Kẹp b và Loader 24/03/2016 2:56:19 SA 53 Nguyễn Hữu Trí Sự tổng hợp mạch sau • Pol III holoenzyme là enzyme có 2 đầu, ở đây có 2 core polymerases gắn 2 tiểu đơn vị t với một phức hợp g • Một core chịu trách nhiệm tổng hợp liên tục ở mạch trước (leading strand) • Một core khác thực hiện việc tổng hợp gián đoạn ở mạch sau (lagging strand) – Phức g duy trì như một clamp loader để gắn kẹp b vào primer trên DNA template – Sau khi được load, kẹp b không còn ái lực với g complex mà lại liên kết chặt với core polymerase 24/03/2016 2:56:19 SA 54 Nguyễn Hữu Trí 27
18. 24/03/2016 Sự sao chép DNA 24/03/2016 2:56:19 SA 55 Nguyễn Hữu Trí Sự tổng hợp đồng thời • Phức hợp g và kẹp b giúp core polymerase tổng hợp nhanh một đoạn Okazaki • Khi đoạn này tổng hợp xong, kẹp b mất ái lực với core • Hình thành liên kết giữa kẹp b với g complex với hoạt động tháo kẹp (unload clamp) • Sau đó lại bắt đầu một chu kì mới 24/03/2016 2:56:19 SA 56 Nguyễn Hữu Trí 28
19. 24/03/2016 Sự tổng hợp đồng thời Figure 5-19a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 5-19b,c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 29
20. 24/03/2016 Sao chép ở mạch sau Source: Adapted from Henderson, D.R. and T.J. Kelly, DNA polymerase III: Running rings around the fork. Cell 84:7, 1996. 24/03/2016 2:56:19 SA 59 Nguyễn Hữu Trí Sự loại bỏ mồi RNA • Khi sự tổng hợp DNA hoàn tất, mồi RNA primer cần thiết phải được thay thế bởi deoxyribonucleotide.Ở prokaryote, enzyme DNA polymerase I loại bỏ mồi ribonucleotides sử dụng hoạt tính 5→3 exonuclease và sau đó sử dụng hoạt tính 5→3 polymerase. Sự tổng hợp mạch chậm (lagging strand) được hoàn thành nhờ enzyme DNA ligase. 24/03/2016 2:56:19 SA 60 Nguyễn Hữu Trí 30
21. 24/03/2016 Sự tổng hợp mạch chậm (lagging strand) 24/03/2016 2:56:19 SA 61 Nguyễn Hữu Trí Kết thúc (Termination) • Trong quá trình sao chép của vi khuẩn – 2 replication fork tiến đến vùng kết thúc – Có chứa vị trí 22-bp terminator liên kết với protein đặc hiệu (terminus utilization substance, TUS) – Replicating fork đi vào vùng kết thúc sao chép và dừng lại – Tách rời hai mạch con dính vào nhau nếu không tế bào sẽ không phân chia 24/03/2016 2:56:19 SA 62 Nguyễn Hữu Trí 31
22. 24/03/2016 Kiểu sao chép vòng xoay Sao chép vòng xoay (Rolling circle) là một kiểu sao chép của DNA trong các DNA mạch vòng (circular template) mà mạch khuôn được sao chép nhiều lần (copied many times). 24/03/2016 2:56:19 SA 63 Nguyễn Hữu Trí Kiểu sao chép vòng xoay 24/03/2016 2:56:19 SA 64 Nguyễn Hữu Trí 32
23. 24/03/2016 Sao chép vòng xoay • DNA dạng vòng có thể sao chép theo cơ chế vòng xoay (rolling circle replication) – Một sợi của dsDNA bị cắt (nick) và đầu 3’ được mở ra – Sử dụng mạch DNA còn nguyên như là một DNA template – Đầu 5’ bị tách ra • Phage X174 sao chép xoay vòng vì vậy khi sao chép đủ chiều dài, chuổi vòng đơn của DNA được tách ra • Phage l, chuỗi tách ra được sử dụng như là template cho sự sao chép gián đoạn, mạch lagging 24/03/2016 2:56:19 SA 65 Nguyễn Hữu Trí Kiểu sao chép vòng xoay ở Phage l • Khi vòng tròn xoay qua phải – Mạch liên tục (leading strand) tiếp tục được kéo dài – Mạch gián đoạn (lagging strand) kéo dài một cách gián đoạn • Dùng mạch liên tục không xoay làm template • RNA primer được dùng tổng hợp đoạn Okazaki • Các dsDNA con mới được tổng hợp tạo thành nhiều bộ gen trước khi DNA bị cắt. 24/03/2016 2:56:19 SA 66 Nguyễn Hữu Trí 33
24. 24/03/2016 Sự phân chia tế bào mẹ 24/03/2016 2:56:19 SA 67 Nguyễn Hữu Trí Telomere • Tất cả eukaryote bảo vệ telomere của chúng khỏi các nuclease và các enzyme ghép nối mạch đôi DNA. • Telomeres của động vật hữu nhũ hình thành dạng cấu trúc vòng (loop) giúp bảo vệ sợi DNA mạch đơn ở đầu cuối NST. • Sau mỗi chu kì phân chia, NST bị ngắn đi do vài vùng telomere bị mất đi. Tuy nhiên, các vùng gene chức năng không bị ảnh hưởng, vì trong tế bào có sự hiện diện của enzyme telomerase. Đoạn DNA bị mất do sao chép sau đó sẽ được thay thế bởi vài vùng 6 cặp base sau mỗi chu kỳ sao chép. 24/03/2016 2:56:19 SA 68 Nguyễn Hữu Trí 34
25. 24/03/2016 Cấu trúc của telomere Ở điều kiện bình thường, telomere tồn tại dưới cấu trúc bậc 2 gọi là T- loop. Cấu trúc T-loop được ổn định bởi các phức hợp protein chuyên biệt Telomere Telomere là cấu trúc tìm thấy ở đầu của NST. Telomere chứa các trình tự lặp lại ngắn (từ 20 đến vài trăm), thông thường là 6 base (TTAGGG, tìm thấy ở động vật có xương sống kể cả con người). Telomere có tính bảo tồn cao mặc dù có một vài biến đổi nhỏ. Trình tự lặp lại TTAGGG có ở động vật có xương đồng thời cũng thấy ở trùng Trypanosoma, trong khi ở trùng đế dày Paramecium và Tetrahymena, trình tự lặp lại là TTGGGG. Rất nhiều côn trùng có vùng lặp lại 5 base TTAGG, trong khi ở thực vật Arabidopsis có trình tự 7 base lặp lại là TTTAGGG. Tuy nhiên, gần đây nhiều dữ liệu cho thấy vài thực vật 1 lá mầm có trình tự lặp lại là TTAGGG giống ở động vật có xương sống. 24/03/2016 2:56:19 SA 70 Nguyễn Hữu Trí 35
26. 24/03/2016 Vai trò của telomere • Bảo vệ các gene nằm cuối NST •Liên quan đến cấu trúc T-loop của telomere: Tránh sự nhận biết mạch đơn Tránh sự nối các đầu NST Tránh quá trình tái tổ hợp NST •Khởi sự quá trình ngừng phân chia hoặc chết của tế bào Vai trò của telomere Sự hoạt hóa ngừng phân bào hoặc chết tế bào 36
27. 24/03/2016 Telomerase • Blackburn có một lựa chọn thông minh để nghiên cứu về telomerase: trùng đơn bào có lông Tetrahymena. Tetrahymena có hai loại nhân (nuclei): – (1) nhân nhỏ (micronuclei), chứa toàn bộ genome trông 5 cặp chromosome dùng để di truyền cho thế hệ kế tiếp. – (2) nhân lớn (macronuclei), trong đó 5 cặp chromosome bị vỡ ra thành hơn 200 mảnh nhỏ hơn (minichromosome) được dùng để biểu hiện gene. • Vì những minichromosome có telomere tại đầu cuối của nó nên tế bào Tetrahymena có nhiều telomere hơn ở tế bào người, và chúng được duy trì bởi telomerase. 24/03/2016 2:56:19 SA 73 Nguyễn Hữu Trí Telomerase • Năm 1985, Carol Greider và Blackburn thành công trong việc thu nhận dịch chiết có hoạt tính telomerase từ tế bào Tetrahymena đang hình thành macronuclei. • Năm 1987, Greider và Blackburn chứng minh rằng telomerase là một ribonucleoprotein với một RNA và các tiểu đơn vị protein. • Năm 1989 họ thành công trong việc xác định cấu trúc của Tetrahymena telomerase và xác định RNA của nó mang trình tự CAACCCCAA bổ sung với trình tự TTGGG trên telomere. 24/03/2016 2:56:19 SA 74 Nguyễn Hữu Trí 37
28. 24/03/2016 Cấu trúc Telomerase Telomerase là 1 phức hợp ribonucleoprotein đóng vai trò thêm những trình tự lặp lại telomere vào đầu 3’ của NST, giúp kéo dài telomere Telomerase gồm 2 thành phần chính (protein và RNA): hTERT: là một human telomerase reverse transcriptase nên có thể tạo ra một DNA mạch đơn từ mạch khuôn RNA Telomerase RNA (hTR or TERC): dùng làm mạch khuôn RNA cho hTERT tổng hợp mạch cDNA H/ACA box : phức hợp các protein có vai trò hoạt hóa telomerase và ổn định các liên kết Telomerase Telomerase mang một đoạn ngắn RNA, bổ sung với 6 base lặp lại của telomere. Điều này cho phép nó nhận ra telomere để gắn vào. Sau khi telomerase được kéo dài ở đầu 3’, mạch bổ sung sẽ được tổng hợp bởi một RNA priming theo sau bởi sự kéo dài bởi DNA polymerase and và nối bằng ligase. Các đoạn telomere lặp lại bảo vệ đầu cuối chromosome khỏi sự phân cắt bởi các exonuclease. 24/03/2016 2:56:19 SA 76 Nguyễn Hữu Trí 38
29. 24/03/2016 Telomeres 24/03/2016 2:56:19 SA 77 Nguyễn Hữu Trí Tính trung thực của quá trình sao chép • Sự trung thực trong sao chép cần thiết cho sự sống • Bộ máy sao chép DNA đã thiết lập một hệ thống sửa sai (proofreading system) – Hệ thống này cần mồi – Chỉ nucleotide bắt cặp bổ sung làm mồi cho pol III hoàn chỉnh – Nếu một nucleotide sai thì quá trình sao chép ngừng lại cho đến khi hoạt tính 3’ 5’ exonuclease của enzyme pol III hoàn chỉnh loại bỏ nó 24/03/2016 2:56:19 SA 78 Nguyễn Hữu Trí 39
30. 24/03/2016 TÍNH BIẾN ĐỘNG CỦA DNA • ĐỘT BIẾN VÀ SỬA SAI • GEN NHẢY • TÁI TỔ HỢP 24/03/2016 2:56:19 SA 79 Nguyễn Hữu Trí CÁC KHÁI NIỆM VỀ ĐỘT BIẾN • Đột biến là một tiến trình trong đó chuỗi trình tự của những cặp base của phân tử DNA bị thay đổi. • Đột biến ở mức độ nhiễm sắc thể: là biến dị từ những điều kiện bình thường làm thay đổi số lượng nhiễm sắc thể, hoặc cấu trúc nhiễm sắc thể, gây ảnh hưởng đến giới tính, hoặc nhiều tính trạng khác. • Đột biến ở mức độ phân tử là đột biến trong chuỗi trình tự của gen ở mức độ từng cặp base, còn được gọi là đột biến gen, hay đột biến điểm vì nó chỉ thay đổi ở một, hoặc một vài cặp base. • Các loại hình đột biến điểm: đột biến chuyển vị, đột biến chuyển đổi, đột biến sai nghĩa, đột biến vô nghĩa, đột biến đồng nghĩa, đột biến chuyển dịch khung. 24/03/2016 2:56:19 SA 80 Nguyễn Hữu Trí 40
31. 24/03/2016 Các loại đột biến điểm ATGCCCGAAGTG TACGGGCTTCAC Đột biến chuyển vị Đột biến chuyển đổi (transition mutation) (transversion mutation) purine purine purine pyrimidine pyrimidine pyrimidine pyrimidine purine ATGCCCAAAGTG ATGCCCTAAGTG TACGGGTTTCAC TACGGGATTCAC Purines: A và G Pyrimidines: C và T 24/03/2016 2:56:19 SA 81 Nguyễn Hữu Trí Các loại đột biến điểm AAT DNA UUA mRNA Leu amino acid CUA GUA AUA UCA UUC UUG UUU UCA Leu Val Ile Ser Phe Leu Phe Ser UGA UAA Stop Stop 24/03/2016 2:56:19 SA 82 Nguyễn Hữu Trí 41
32. 24/03/2016 24/03/2016 2:56:19 SA 83 Nguyễn Hữu Trí Đột biến và sự biểu hiện • Đột biến là sự thay đổi trong vật liệu di truyền của tế bào • Đột biến tự phát có thể xảy ra trong suốt quá trình sao chép của DNA, sự tái tổ hợp, hoặc sữa chữa • Đột biến do các tác nhân vật lý hay hóa học có thể là nguyên nhân gây đột biến • Đột biến điểm là sự thay đổi chỉ một cặp base của gene • Đột biến điểm có thể gây ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của protein 24/03/2016 2:56:19 SA 84 Nguyễn Hữu Trí 42
33. 24/03/2016 Đột biến • Đột biến sai nghĩa (đột biến làm sai dây gốc, missense mutation): là đột biến gen trong đó một cặp base thay đổi làm DNA tạo nên một codon mRNA có một amino acid không tương ứng chèn vào đại phân tử polypeptide. • Đột biến đồng nghĩa (đột biến im lặng, silent mutation): sự thay đổi một cặp base của một gen nào đó làm thay đổi một codon của mRNA, tạo ra một codon mới nhưng amino acid không thay đổi. • Đột biến vô nghĩa (đột biến kết thúc dịch mã, nonsense): là đột biến gen trong đó một cặp base thay đổi làm DNA tạo nên một codon mRNA là codon stop (UAG, UAA, UGA) 24/03/2016 2:56:19 SA 85 Nguyễn Hữu Trí Sự thay đổi chỉ một base của chuỗi làm khuôn dẫn tới việc tổng hợp một protein không bình thường Wild-type hemoglobin DNA Mutant hemoglobin DNA 3 5 3 5 Trong DNA, mạch khuôn bị đột biến chứa A trong khi T T C C A T mạch khuôn bình thường chứa T. mRNA mRNA mRNA đột biến chứa G A A G U A U thay vì A trong một codon 5 3 5 3 Hemoglobin bình thường Hemoglobin hình lưỡi liềm hemoglobin đột biến chứa Glu Val valine (Val) thay vì glutamic acid (Glu). 24/03/2016 2:56:19 SA 86 Nguyễn Hữu Trí 43