Sinh học phân tử ĐỀ CƯƠNG HƯỚNG DẪN HỌC TẬP MƠN HỌC Mục tiêu mơn học : Giúp hiểu cấu trúc chức gen Số đơn vị học trình : LT + TT Đánh giá kết thúc mơn: LT - 100 câu trắc nghiệm TT - Thực hành (6) LT TH (4) Tài liệu tham khảo CHỦ YẾU : Nguyễn Văn Thanh Sinh học phân tử NXB Giáo dục 2007 CÁC TÀI LIỆU KHÁC : Hồ Huỳnh Thùy Dương Sinh học phân tử NXB Giáo Dục 1997 Swarbrick J Pharmaceutical Gene Delivery Systems Marcel Dekker Inc New York 2003 Lê Ðình Lương Ngun lý kỹ thuật di truyền NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 Phạm Thành Hổ Di truyền học NXB Giáo Dục 1998 Richard A Harvey, Pamela C Champe Biochemistry 3rd ed Lippincott Williams and Wilkins, Baltimore 2005 Richter, J D in Translational Control of Gene Expression (Hershey, J W B , Mathews, M B , and Sonenberg, N., eds), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY 2000 Sambrook, J., Fritsch, E., Maniatis, T Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Ed., Vol 3, Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York 1989 Smith C A and Wood E J Molecular biology and Biotechnology Chapman & Hall 1991 Strachan T and Read A P Human Molecular Genetics Bios Scientific Publishers Ltd 1996 NỘI DUNG CỦA MƠN HỌC • gồm • • • • • • • • Bài Nhập mơn sinh học phân tử Bài Sao chép ADN Bài Các loại ARN Bài Sự phiên mã mã di truyền Bài Sinh tổng hợp protein Bài Điều hòa hoạt động gen Bài Đột biến gen Bài Các phương pháp phân tích ADN Bài Nhập mơn sinh học phân tử Mục tiêu: - Trình bày lịch sử phương pháp nghiên cứu sinh học phân tử - Nêu mục tiêu đối tượng mơn học - Nắm thành tựu đại sinh học phân tử đem lại Lược sử Giai đoạn hình thành tiền đề 1865, Gregor Mendel - Các quy luật di truyền nhân tố di truyền (Gen) 1869, Frederic Miesher phát minh DNA (acid nucleic) 1910-1920, Morgan - Thuyết DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ Lược sử Giai đoạn sinh học phân tử đời 1953, J Watson, Fr Crick: chuỗi xoắn kép DNA 1961, M Nirenberg, J Matthei: mã di truyền 1961, F Jacob J Monod: chế di truyền điều hòa tổng hợp protein 1962, W Arber: enzym cắt giới hạn tế bào vi khuẩn 1967, enzym ADN ligase chiết xuất 1970, H Smith chiết enzym cắt giới hạn 1973, Kỹ thuật di truyền đời 2000, Giải trình tự gen người DI TRUYỀN HỌC MENDEL Năm 1865, Gregor Mendel  Các quy luật di truyền nhân tố di truyền (= gen) Năm 1900, Di truyền học đời, phát minh lại quy luật Mendel PHÁT MINH ADN Năm 1868, JF Miesher, nhà sinh hóa học người Thụy Sĩ, tuổi 25, tìm chất acid từ nhân tế bào bạch huyết mủ đặt tên nuclein, mà sau gọi nucleic acid Vào năm 1868, Miescher, nhà sinh hóa học người Thụy Sĩ, phát nhân tế bào bạch cầu chất khơng phải protein ơng gọi nuclein (chất nhân) Về sau thấy chất có tính axit nên gọi nucleic axit Có hai loại desoxyribonucleic axit (viết tắt DNA) ribonucleic axit (viết tắt RNA) Chất mà Miesher tìm DNA Năm 1914, nhà bác học Đức R Fulgen tìm phương pháp nhuộm màu DNA Năm 1944, vai trò mang thơng tin di truyền DNA chứng minh đến năm 1952 cơng nhận THUYẾT DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ Năm 1910–1920, T.H.Morgan, Thuyết di truyền nhiễm sắc thể, chứng minh gen locus nhiễm sắc thể Nếu Mendel xem cha đẻ di truyền học cổ điển, Thomas Hunt Morgan (đại học Columbia) xem cha đẻ di truyền học đại Morgan nghiên cứu biến đổi di truyền ruồi giấm (fruit fly) với tên khoa học Drosophila melanogaster, năm 1904 10 18 19 20 Đối tượng phương pháp nghiên cứu Sinh học phân tử phận sinh học, khoa học sống Đối tượng nghiên cứu: sống cấp độ phân tử, tập trung vào khía cạnh cấu trúc, chép biểu gen; tương tác chức sinh lý ADN, ARN sinh tổng hợp protein, tương tác điều hòa Các khoa học khác sinh học hóa học, đặc biệt di truyền học hóa sinh nghiên cứu sinh học mức độ phân tử, nhiên thiên chức sinh học gen hay sản phẩm gen phân tử 21 Học thuyết trung tâm (Central Dogma) Francis Crick, 1958 “Thơng tin chuyển sang protein khơng thể lấy lại được” 22 Các phương pháp nghiên cứu Tạo dòng biểu PCR Điện di gel Lai vết Southern (Southern, 1975, ADN), Northern Lai vết Western hóa miễn dịch 23 Những đóng góp lớn shpt Genomics: giải mã gen ngành hệ gen học Proteomics: phân tích biến động protein ngành hệ protein học Tương tác protein Nhận diện protein Các kỹ thuật sử dụng proteomics Genomics, proteomics phát triển thuốc Pharmacogenomics chiến lược phát triển thuốc Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc Sản xuất sử dụng chip ADN Chuyển gen vào trồng Tin sinh học Cơng nghệ nano sinh học 24 Genomics, proteomics phát triển thuốc Phát minh thuốc Các gen Các đích thuốc Cơ hội Tiền lâm sàng Các phân tử nhỏ Thử tế bào Hiểu bệnh, đích ưu tiên, nhận định đích Dẫn thuốc Thử thuốc Genomic dự đốn độc tính người Thử lâm sàng I II III Thử người Phê chuẩn IV Thuốc Thử độ an tồn, hiệu quả, dấu hiệu sinh học Tiêu thụ Bán tiếp thị Nhận diện tỉ lệ, yếu tố nguy cho an tồn can thiệp làm thuốc an tồn tương lai 25 Pharmacogenomics chiến lược phát triển thuốc Các lợi ích Cho thuốc cơng hiệu Cho thuốc tốt hơn, an tồn từ đầu Xác định liều thuốc thích hợp pp xác Tiến xa sàng lọc bệnh Cải tiến phát minh, phát triển thuốc Giảm chi phí chăm sóc sức khỏe 26 Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc 27 Chip ADN 20 x 40 mm, chấm ADN thay cho transitor Lai chip ADN + sản phẩm phiên mã genome thể  chấm ADN đổi màu tương ứng với mức độ hoạt động gen tương ứng thể trạng thái thời điểm nghiên cứu  kết luận tình trạng bệnh lý bệnh nhân Cơng cụ chẩn đốn cơng nghiệp lên men vi sinh, y học dự phòng, kiểm dịch an tồn thực phẩm kiểm sốt mơi trường 28 Chuyển gen vào trồng Gen tăng cường khả kháng sâu bệnh gen kháng sâu nhóm oxy/VIP, gen kháng virus nhóm CP/Nbi, gen kháng thuốc diệt cỏ nhóm bar Thực vật có biểu gen lạ giống E coli đưa gen sản xuất vaccin, gen sản xuất dược chất, chất dinh dưỡng,… để trồng từ lương thực thực phẩm trở thành sản xuất dựơc liệu có giá trị kinh tế cao cải dầu  chất giảm đau enkephalin, khoai tây  serum albumin, thuốc  globine máu, lúa  lysozyme lactoferrin 29 Chuyển gen vào trồng 30 Tin sinh học - Bioinformatics Cơng nghệ tin sinh học phương pháp khai thác nhanh ngân hàng liệu, phân tích trình tự cấu trúc ADN protein xử lý phân tích số liệu, dự đốn vùng hoạt động, vùng ngưng nghỉ gen, đốn phản ứng tế bào tác nhân ngoại sinh, thiết lập nên cấu trúc phân tử có hoạt lực cao định hướng phân hóa tế bào cách hiệu ngân hàng liệu gen lớn lưu trữ> tỷ liệu gen World Gene Bank (Mỹ), EMBL (European Molecular Biology Laboratory - Châu Âu) JDDB (ADN Data Bank of Japan - Nhật bản) Một số thành tựu bật tin sinh học: NMR đa chiều thiết lập cấu trúc khơng gian protein FASTA so sánh trình tự gen protein BLAST 31 Cơng nghệ nano sinh học - Thu nhận thơng tin hệ thống sinh học mức chấm lượng tử, tạo đầu dò kích thước nano tới kích thước phân tử riêng rẽ dùng chẩn đốn bệnh - In situ cung cấp thơng tin tốt chức tế bào - Vận chuyển phân phối thuốc gen vào mơ tế bào thơng qua việc khống chế kích thước hạt, hoạt hóa giải phóng hoạt chất thuốc thơng qua chế thiết bị bơm kích thước nano van tế bào quan nhân tạo 32 [...]... Draft) 17 18 19 20 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Sinh học phân tử là một bộ phận của sinh học, khoa học về sự sống Đối tượng nghiên cứu: sự sống ở cấp độ phân tử, tập trung vào các khía cạnh về cấu trúc, sự sao chép và biểu hiện của gen; sự tương tác và chức năng sinh lý của ADN, ARN và sinh tổng hợp protein, các tương tác này được điều hòa như thế nào Các khoa học khác như sinh học và hóa học, ... WATSON-CRICK – Năm 19 53, mơ hình cấu trúc phân tử DNA của Watson-Crick đặt nền móng cho sự phát triển của SHPT – " Học thuyết trung tâm " của SHPT (Crick F 19 58; sửa đổi 19 70, Baltimore và Temin) “information cannot be transferred back from protein to either protein or nucleic acid” Nature 11 Watson và Crick với mơ hình ADN năm 19 53 12 M.H.F.Wilkins (19 21- 1958) Ảnh chụp nhiễu xạ tia X với mẫu DNA 13 C«ng bè... là di truyền học và hóa sinh cũng nghiên cứu sinh học ở mức độ phân tử, tuy nhiên thiên về chức năng sinh học của gen hay sản phẩm của gen hơn là chính các phân tử này 21 Học thuyết trung tâm (Central Dogma) Francis Crick, 19 58 “Thơng tin khi đã chuyển sang protein thì khơng thể lấy ra lại được” 22 Các phương pháp nghiên cứu Tạo dòng biểu hiện PCR Điện di gel Lai vết Southern (Southern, 19 75, ADN),... nổi bật của tin sinh học: NMR đa chiều thiết lập cấu trúc khơng gian protein FASTA so sánh trình tự gen và protein BLAST 31 Cơng nghệ nano sinh học - Thu nhận những thơng tin về hệ thống sinh học ở mức chấm lượng tử, tạo đầu dò kích thước nano tới kích thước một phân tử riêng rẽ dùng trong chẩn đốn bệnh - In situ mới cung cấp thơng tin tốt hơn về chức năng tế bào - Vận chuyển và phân phối thuốc... Chuyển gen vào cây trồng 30 Tin sinh học - Bioinformatics Cơng nghệ tin sinh học các phương pháp khai thác nhanh ngân hàng dữ liệu, phân tích trình tự và cấu trúc ADN và protein xử lý phân tích số liệu, dự đốn vùng hoạt động, vùng ngưng nghỉ của bộ gen, phỏng đốn phản ứng tế bào đối với tác nhân ngoại sinh, thiết lập nên các cấu trúc phân tử có hoạt lực cao và định hướng phân hóa tế bào một cách hiệu... DNA 14 BỘ GEN NGƯỜI 1 Chương trình bộ gen người Đầu năm 19 90, dự án giải trình tự nucleotide bộ gen người (Human Genome Project – HGP), 3 tỉ USD, 15 năm Viện sức khỏe Quốc gia Hoa Kỳ NIH phối hợp với Anh, Pháp, Đức, Trung Quốc và Nhật Bản (18 cơ quan khoa học lớn trên tồn thế giới trực tiếp tham gia chương trình) Nhóm Consortium (Liên hiệp các cơng ty) chủ trì đầu tiên – J Watson, sau - F.Collins 15 ... ngành hệ gen học Proteomics: phân tích biến động protein và ngành hệ protein học Tương tác của các protein Nhận diện protein Các kỹ thuật được sử dụng trong proteomics Genomics, proteomics và sự phát triển thuốc Pharmacogenomics và chiến lược phát triển thuốc Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc Sản xuất và sử dụng chip ADN Chuyển gen vào cây trồng Tin sinh học Cơng nghệ nano sinh học 24 Genomics,... tiên – J Watson, sau - F.Collins 15 BỘ GEN NGƯỜI • Nhóm thứ hai • 19 98, Celera Genomics • Craig Venter chủ trì, ra đời chậm hơn nhưng đạt kết quả nhanh với chi phí thấp • Năm 19 67, C Venter làm y tá quân y ở VN • Năm 19 98, nhờ số vốn 300 triệu USD từ công ty Applied Biosystems, ông lập công ty tư Celera Genomics (Celera = tăng tốc) 16 BỘ GEN NGƯỜI 2 Bản phác thảo (the Draft) đầu tiên năm 2000 Ngày... proteomics và sự phát triển thuốc Phát minh thuốc Các gen Các đích thuốc Cơ hội Tiền lâm sàng Các phân tử nhỏ Thử tế bào Hiểu về bệnh, đích ưu tiên, nhận định đích mới Dẫn thuốc Thử thuốc Genomic dự đốn độc tính trên người Thử lâm sàng I II III Thử trên người Phê chuẩn IV Thuốc Thử độ an tồn, hiệu quả, dấu hiệu sinh học Tiêu thụ Bán và tiếp thị Nhận diện tỉ lệ, các yếu tố nguy cơ cho sự an tồn và sự can thiệp... ứng với mức độ hoạt động của những gen tương ứng trong cơ thể ở trạng thái và thời điểm nghiên cứu  kết luận được tình trạng bệnh lý của bệnh nhân Cơng cụ chẩn đốn trong cơng nghiệp lên men vi sinh, trong y học dự phòng, trong kiểm dịch và an tồn thực phẩm và trong kiểm sốt mơi trường 28 Chuyển gen vào cây trồng Gen tăng cường khả năng kháng sâu bệnh gen kháng sâu nhóm oxy/VIP, gen kháng virus nhóm ... • • Bài Nhập mơn sinh học phân tử Bài Sao chép ADN Bài Các loại ARN Bài Sự phiên mã mã di truyền Bài Sinh tổng hợp protein Bài Điều hòa hoạt động gen Bài Đột biến gen Bài Các phương pháp phân. .. phân tích ADN Bài Nhập mơn sinh học phân tử Mục tiêu: - Trình bày lịch sử phương pháp nghiên cứu sinh học phân tử - Nêu mục tiêu đối tượng mơn học - Nắm thành tựu đại sinh học phân tử đem lại Lược... chức sinh lý ADN, ARN sinh tổng hợp protein, tương tác điều hòa Các khoa học khác sinh học hóa học, đặc biệt di truyền học hóa sinh nghiên cứu sinh học mức độ phân tử, nhiên thiên chức sinh học