PhÇn 2.
Sinh häc ph©n tö - Molecular
biology
Th. S. Ph¹m Quang Chung
Bé m«n Sinh häc - Khoa L©m häc - §¹i häc L©m nghiÖp
Sinh học phân tử
Luận thuyết (lý thuyết) trung tâm của Sinh học phân tử
The Central Dogma of Molecular Biology
Do Francis Crick đề
xuất năm 1958 để mô tả
dòng thông tin di truyền
trong tế bào

Thông tin di truyền chứa
đựng trong DNA đợc
chuyển tải đến RNA và từ
RNA đến protein
DNA
?
RNA
Protein
Prion
bò điên
(BSE)
Virus
RNA
DNA
Protein
RNA
Qua hơn 4 thập kỷ phát
triển của Sinh học phân tử,

UTR UTR
translation
5 - Promoter Exon1 Exon Terminator 3
UTR Intron1 UTR
transcription
translation
protein
Gen thờng
bị ngắt
quãng bởi
1 hay
nhiều đoạn
chèn
(introns):
mRNA
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
ADN ở eukaryota không đồng nhất, chứa nhiều trình tự khác nhau nh: Trình tự lặp, trình tự CEN (trình tự lặp lại cao ở
tâm động), trình tự TEL (trình tự lặp lại cao ở đầu mút nhiễm sắc thể). Các trình tự này có ý nghĩa khác nhau đối với bộ gen.
ADN trong mỗi tế bào của mỗi loại sinh vật đợc đặc trng bởi dạng cấu trúc, mức độ lặp,
thành phần và trình tự các loại bazơ nitơ,
Hàm lợng ADN ít liên quan đến sự tiến hóa của sinh vật nhng số gen lại tăng lên theo
sự phức tạp về chủng loại phát sinh.
Tính chất biến tính và hồi tính của ADN
Phân tử ADN bị biến tính khi nhiệt độ tăng, hoặc tác động của các tác nhân hoá học
(dung dịch kiềm, ure, ).
Nhiệt độ làm cho hai mạch đơn của ADN tách nhau ra, gọi là nhiệt độ biến tính Tm
(melting temperature). Tm của các sinh vật bậc cao thờng vào khoảng 85
0
- 95
0

Tiểu phần lớn 50S gồm có rARN 23S và 5S
ở tế bào eukaryota: Tiểu phần nhỏ 40S có rARN 18S
Tiểu phần lớn 60S gồm có: rARN 28S; 5,8S và 5S
Các phân tử rARN đợc tổng
hợp từ các gen đặc trng riêng,
các gen mã hóa rARN thờng
nằm ở vùng ADN lặp lại. Đây là
những vùng có mức độ bảo thủ
cao hoặc có mức độ tiến hoá khá
nhanh.
Sinh học phân tử - protein
1.3. Protein
Protein là những chất trùng hợp sinh học thuộc loại các đại phân tử, có cấu tạo rất phức tạp và có vai trò quyết định trong
cơ thể sống. Là vật liệu phân tử xây dựng nên tất cả cấu trúc tế bào.
Tất cả hoạt động sống bình thờng và bệnh tật đều có cơ sở protein của nó. Tất cả hoạt động sống nh: Trao đổi chất, sinh tr-
ởng phát triển, sinh sản, cảm ứng thích nghi với môi trờng đều có cở sở protein. Tóm lại protein là cơ sở của sự đa dạng về
cấu trúc và chức năng của tất cả các sinh vật.
1.3.1. Cấu trúc của protein
Đơn vị cấu trúc nên protein là các axit amin, gồm 20 loại.
Các axit amin này liên kết với nhau bằng liên kết peptit (-CO-NH-
là liên kết đồng hoá trị, đợc thành lập giữa nhóm amin của axit amin
này với nhóm cacboxin của axit amin bên cạnh) tạo thành mạch
polypeptit (40-500 axit amin).
Về phơng diện dinh dỡng học, ngời ta thờng phân
biệt loại axit amin thay thế và axit amin không thay
thế.
Sinh học phân tử - protein
a, Cấu trúc bậc 1
Số lợng, thành phần và trình tự sắp xếp của các axit amin trong chuỗi polypeptit
thể hiện cấu trúc bậc 1 của protein.

Cấu trúc: là những protein tham gia cấu tạo nên tế bào: nh protein cấu tạo
nên MSC, CNS, các bào quan trong tế bào.
Xúc tác: protein đóng vai trò là các enzym xúc tác cho các phản ứng sinh
hoá trong cơ thể sống.
Bảo vệ: protein đóng vai trò nh các kháng thể.
Điều hoà sinh trởng - phát triển của sinh vật: hoocmon có bản chất
là protein.
Vận động: Các protein nh myonin, actin cấu tạo nên cơ, gây nên
những chuyển động nội bào cũng nh sự co cơ,
Vận chuyển: nh protein hemoglobin tham gia vận chuyển O2 và CO2
Dự trữ: Dự trữ nguồn axit amin. Ví dụ Ovalbumin lòng trắng trứng là nguồn cung cấp a.a
cho phôi phát triển. Casein trong sữa mẹ là nguồn cung cấp a.a cho con hoặc ở trong các
hạt giống,
Thụ quan: Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi trờng. Ví dụ Thụ quan màng tế bào thần kinh nhận biết các tín hiệu
hóa học do các tế bào thần kinh khác tiết ra và dẫn truyền tín hiệu.
Sinh học phân tử - sự tái bản adn
I. Sự tái bản ADN
2.1. Đặc tính của sự tái bản ADN
Sự tái bản của ADN dựa trên nguyên tắc khuôn và bổ sung.
Sự tải bản ADN mang tính nửa bảo tồn.
Sự tái bản ADN mang tính định hớng và diễn ra theo hai hớng ngợc nhau, vừa liên tục vừa gián đoạn, nghĩa là sự tổng
hợp mạch mới chỉ diễn ra theo hớng 5 - 3 (tức là từ đầu 3 đến 5 của sợi khuôn). Trong hai mạch khuôn thì một mạch
khuôn có hớng 3 - 5 đợc dùng tổng hợp mạch mới một cách liên tục (hay mạch nhanh), còn mạch khuôn thứ hai có hớng
5 - 3, sự lắp ghép các nucleotit diễn ra giãn đoạn (còn gọi là mạch chậm), nghĩa là tổng hợp từng đoạn ADN ngắn (đoạn
Okazaki) và sau đó mới đợc gắn lại thành mạch ADN hoàn chỉnh.
2.2. Sự tái bản ADN ở sinh vật nhân sơ (procaryota)
Phân tử ADN ở vi khuẩn là sợi xoắn kép có dạng vòng nên tại điểm khởi đầu sao chép xuất hiện con mắt tái bản ở
dạng vòng tròn gồm 2 mạch đơn nối liền với sợi xoắn ở 2 điểm, từ đây sợi kép sẽ tiếp tục mở xoắn và tách ra ở cả 2 đầu.
Tại điểm tách nhau ra ở 2 mạch tạo nên cái chẽ ba đợc gọi là chẽ ba tái bản.
Sinh học phân tử - sự tái bản adn

thứ nhất đợc nối với đoạn Okazaki thứ 2 nhờ enzym ligaza. Các đoạn mồi bị phân huỷ tạo nên lỗ hổng sẽ đợc enzym
ADN polymeraza I xúc tác tổng hợp các nucleotit lấp đầy lỗ hổng. Tiến trình cứ thế tiếp diễn cho đến khi kết thúc sự tái
bản, các đoạn đợc nối lại với nhau tạo nên mạch ADN hoàn chỉnh.
2.3. Sự tái bản ADN ở sinh vật nhân chuẩn (eucaryota)
Sinh học phân tử - sự tái bản adn
Sự tái bản ADN ở Eucaryota có sự tham gia của
nhiều loại enzym polymeraza (, , , ) protein
RPA, PCNA, nhân tố tái bản A, và các nhân tố hoạt
hóa, diễn ra rất phức tạp. Về cơ bản giống với
Prokaryote, tuy nhiên có một vài điểm khác:
- Tái bản ADN của các gen khác nhau, các loại tế
bào khác nhau, khác biệt nhau về tốc độ tái bản,
thời gian khởi đầu tái bản, tuỳ thuộc vào giai đoạn
phát triển tế bào, vai trò và đặc điểm của các gen,
điều kiện sinh lý, sinh hóa của tế bào.
- Đối với tế bào prokaryota chỉ tồn tại một điểm khởi đầu tái bản và quá trình tái bản diễn ra theo hai chiều ngợc nhau xuất
phát từ điểm đó. Nh vậy, ở prokaryot chỉ là một đơn vị tái bản.
- Đối với tế bào eukaryota, phân tử ADN rất dài nên tồn tại nhiều đơn vị tái bản. Mỗi đơn vị tái bản này có điểm khởi đầu
tái bản riêng của mình. Tiến trình tái bản trong từng đơn vị cũng giống nh ở prokaryota. Khi tất cả các đơn vị tái bản đã
đuợc tái bản chúng liên thông với nhau và khi đó hai sợi ADN đuợc hình thành.
- Enzym ADN polymeraza xúc tac tổng hợp đoạn ARN mồi.
Sinh học phân tử cơ chế sửa chữa adn
2.4. Các cơ chế sửa chữa ADN
2.4.1. Cơ chế phòng ngừa
Tế bào có những hệ thống ngăn chặn tác hại có thể có của nhiều chất chuyển hóa trong tế bào hay từ ngoài xâm nhập vào
nhờ các enzym, hệ thống khử, và các cơ quan nh gan, thận.
2.4.2. Cơ chế sửa sai trong sao chép
Sự tổng hợp ADN trên nguyên tắc khuôn và bổ sung xảy ra rất chính xác với tần số sai sót chỉ khoảng 10
-9
.

-5
, sai sót trong
phiên mã dẫn đến sai khác trong biểu hiện gen.
Qui ớc vị trí nucleotit đầu tiên đợc phiên mã sang mARN là +1, các
nucleotit vùng mang thông tin di truyền mang dấu d (+), các nucleotit
vùng điều khiển mang dấu (-)
Sinh học phân tử - cấu trúc của gen
Cấu trúc của gen
Gen là một đoạn ADN, ARN, mang thông tin di truyền xác định cấu trúc của một chuỗi polypeptit hoặc một
phân tử ARN nhất định. Ngời ta phân biệt gen cấu trúc, gen điều chỉnh, gen vận hành,
Một gen cấu trúc điển hình gồm 3 vùng chính: Vùng điều khiển; Vùng mang mã di truyền và Vùng kết
thúc.
a. Vùng điều khiển
5 I P O 3
Vùng điều khiển
Trình tự điều hòa
Vùng mang mã di truyền
Vùng kết thúc
Chứa một số trình tự đặc hiệu điều khiển hoạt động của gen, nằm ở đầu 5 gồm: Promotor (P),
Operator (O) và một vài trình tự đặc hiệu.
Promotor (P): gồm các trình tự đặc hiệu để các enzym ARN polymeraza nhận biết, cho phép khởi đầu
sự phiên mã. ở procaryota, có 2 trình tự gồm 6 nucleotit nằm ở khoảng nucleotit - 35 đến -10. ở eukaryota, có
3 trình tự đặc hiệu cho 3 loại ARN polymeraza nhận biết.
Operator (O): Trình tự chỉ huy, xúc tác hoạt động phiên mã hoặc không phiên mã của gen cấu trúc.
Induction (I): Trình tự điều hòa, hoạt hóa hoặc ức chế hoạt động của gen
Sinh học phân tử - cấu trúc của gen
b. Vùng mang mã di truyền
Chứa các cặp nucleotit mã hóa cho polypeptit, khi phiên mã sẽ cho ra mARN và khi dịch mã cho ra protein.
ở procaryota, toàn bộ vùng mang mã đều mang thông tin di truyền (coding sequence) gồm nhiều cistron, mỗi cistron mã
hóa cho một chuỗi polypeptit. Các cistron này sắp xếp thành từng nhóm, chung một vùng điều khiển tạo thành một operon.

Giai đoạn kéo dài: Các ribonucleotit đợc lắp ráp (A-U, G-C) thành mạch
ARN kéo dài theo hớng 5 - 3.
Giai đoạn kết thúc: ARN polymeraza gặp tín hiệu kết thúc phiên mã thì
dừng lại. Phân tử ARN đợc tổng hợp tách khỏi mạch khuôn. ARN polymeraza
cũng đợc tách khỏi ADN.
Sinh học phân tử - sự phiên mã
2.1. Sự phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn (eucaryota)
Tế bào sinh vật eucaryota thực hiện phiên mã trên từng gen riêng biệt, tạo nên các phân tử mARN đặc trng cho mỗi gen.
Có 3 loại ARN polymeraza tham gia phiên mã: ARN polymeraza I
xúc tác tổng hợp rARN; ARN polymeraza II xúc tác tổng hợp mARN
và ARN polymeraza III xúc tác tổng hợp tARN.
Diễn biến của quá trình phiên mã
Giai đoạn khởi động: ARN polymeraza II gắn vào promotor ở vị trí -
35 đến -25 (hộp TATA) nhờ các nhân tố phiên mã; Phân tử ADN bắt đầu
tháo soắn, sợi đơn làm khuôn tách ra; Quá trình phiên mã tổng hợp
mARN bắt đầu và di chuyển dọc theo sợi ADN đã đợc tháo xoắn.
Giai đoạn kéo dài: Các ribonucleotit đợc lắp ráp (A-U, G-C) thành
mạch ARN kéo dài theo hớng 5 - 3.
Giai đoạn kết thúc: ARN polymeraza II gặp tín hiệu dừng thì kết thúc
phiên mã. Phân tử tiền mARN đợc hình thành. Enzym ARN polymeraza
bị cắt và quá trình phiên mã bị dừng lại.
Sinh học phân tử - sự phiên mã
Giai đoạn biến đổi tiền mARN thành mARN hoàn chỉnh
Gắn mũ: ở đầu 5 của tiền mARN liên kết với một phân tử 7-methyl
gunin, gọi là gắn mũ. Mũ là yếu tố cần thiết cho các riboxom nhận biết
trong sự khởi đầu dịch mã và tránh cho mARN không bị phân hủy.
Hình thành đuôi polyA: Enzym polyA polymeraza xúc tác gắn thêm
một số nucleotit loại A vào đầu 3 của phân tử tiền mARN, tạo thành
đuôi polyA.
Cắt intron nối exon: Các intron đợc cắt bỏ và các exon đợc nối với

Giai đoạn khởi động
Tiểu phần nhỏ của ribosome (30S, 40S) gắn vào vị trí bộ ba AUG nhờ các nhân tố
khởi động dịch mã.
Một phân tử tARN mang aa methyonin dịch chuyển đến ribosom ở bộ ba AUG và
gắn Met vào vị trí đó.
Tiểu phần lớn (50S, 60S) kết hợp với tiểu phần nhỏ tạo thành ribosom. Đồng thời
gắn phức hợp Met-tARN ở vị trí P trên tiểu phần lớn để khởi động phiên mã.