Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 3: Gen và genome của sinh vật

•  GEN VÀ GENOME CỦA SINH VẬT 
HAI HỆ THỐNG SINH VẬT 
•  Dựa trên cơ sở cấu trúc và thành phần tế bào: 
–  Sinh vật tiền nhân (Prokaryote) đại diện là các vi 
khuẩn (Bacteria) và tảo lam (Cyanobacteria); 
–  Sinh vật nhân chuẩn (Eukaryote). 
PROKARYOTE 
•  Chưa có nhân hoàn chỉnh 
•  Không có phần lớn các bào quan và 
màng nhân, có vùng tương tự nhân gọi 
là nucleoid; 
•  Bộ gen gồm DNA cấu trúc sơ khai và 
cuộn với protein histone gọi là nhiễm 
sắc thể sơ khai. 
•  Prokaryote phân chia tế bào theo kiểu phân đôi, không 
có trung thể, không hình thành sợi tơ vô sắc và không có 
ty thể. 
•  DNA vòng nhỏ gọi là plasmid; 
•  Các yêú tố di truyền ngoài nhiễm sắc khác. 
EUKARYOTE 
•  Cấu trúc nhân hoàn chỉnh với màng nhân kép bao quanh, 
thỉnh thoảng bên trên có chứa các lỗ nhân. 
•  Hệ thống màng phức tạp, chứa mạng lưới nội chất (nhẵn 
và hạt), bộ máy Golgi, lysosome, ty thể và lục lạp (ở sinh vật 
quang hợp). 
•  Nhiễm sắc thể của eukaryote thẳng, có cấu trúc phức tạp 
giữa DNA, RNA và các protein histone. 
•  Gene di truyền 
–  Thời Mendel (1865), gen là yếu tố quyết định 
sự hình thành và phát triển một tính trạng bên 
ngoài. Có thể nói mỗi gen Mendel là một 
nhiễm sắc thể 
–  Morgan (1926) cho rằng: không phải 
một gen mà nhiều gen cùng nằm trên 
một nhiễm sắc thể và là các đơn vị 
không thể chia nhỏ hơn được nữa. 
–  Theo giả thuyết ”một gen – một enzym” của G.Beadle và E.Tatum 
(1940) cho rằng mỗi gen quyết định sự tồn tại và hoạt tính của một 
enzym. 
•  Gene phân tử:	
  là	
  trình	
  tự	
  trên	
  DNA	
  cần	
  thiết	
  để	
  
tổng	
  hợp	
  1	
  sản	
  phẩm	
  chức	
  năng	
  có	
  thể	
  là	
  polypepDt	
  
hoặc	
  RNA	
  
– Gene	
  tổng	
  hợp	
  mRNA	
  mang	
  thông	
  Dn	
  qui	
  định	
  
chuỗi	
  polypepDt	
  
– Gene	
  tổng	
  hợp	
  tRNA,	
  rRNA	
  tham	
  gia	
  quá	
  trình	
  
dịch	
  mã	
  tổng	
  hợp	
  protein	
  
DNA	
  và	
  gene	
  ở	
  prokaryote	
  
-­‐	
  Phân	
  tử	
  DNA	
  ở	
  prokaryote	
  không	
  cuộn	
  xoắn	
  với	
  
protein	
  histon	
  và	
  nhiễm	
  sắc	
  thể	
  là	
  một	
  phân	
  tử	
  DNA	
  
trần	
  dạng	
  vòng.	
  	
  
- Prokaryote không có cấu trúc 
nhân hoàn chỉnh, DNA được cô 
đặc trong vùng nhân. Ngoài ra, 
còn có DNA khác là các plasmid, 
nó cũng có dạng vòng nhưng nhỏ 
hơn DNA nhiễm sắc thể 
NST trần, 
dạng vòng 
Plasmid trong 
tế bào chất 
Lông roi 
Cấu	
  trúc	
  1	
  gene	
  ở	
  prokaryote	
  
-  Các gene nằm trong một 
nhóm gọi là Operon. 
-  1 operon mang thông tin qui 
định sự tổng hợp, điều hòa 
một số protein chức năng. 
Operon mang gene tổng hợp 
Triptophan ở vi khuẩn E.coli 
Trình tự khởi động (promoter) của prokaryote 
Hộp Pribnov 
Bắt đầu phiên mã 
-­‐35 -­‐10 +1 
TTGACA TATAAT DNA 
5’ 	
  	
  	
  3’ 
10	
  
Cấu trúc Operon ở vi khuẩn 
5’ 3’
mRNA
A B C
P
T
a c
-35 -10 +1
Transcription
b
-10 -35 +1 
Operator 
 region 
RNA 
polymerase 
Cấu trúc gen ở sinh vật Eukaryote (nhân chuẩn, nhân thật) 
5’ 3’ 
Intron 
Exon Tín hiệu chuyển 
peptit 
Vị trí gắn 
riboxom 
Hộp TATA 
(-25) 
Hộp AGGA/CAAT 
 (-75) 
UAA, UAG, 
UGA 
Kết thúc 
dịch mã 
Bắt đầu	
  dịch 
mã 
Bắt đầu phiên 
mã 
AUG 
AATAAA Tín hiệu 
poly A hóa 
Kết thúc 
phiên mã 
Vùng upstream Vùng downstream 
Promoter 
Khung đọc mã 
5UTR	
  
3UTR	
  
Cấu trúc gen của sinh vật nhân chuẩn 
•  Exon là trình tự mang thông tin di truyền, nằm ở 3 vùng nhất 
định của gen, thường được mã hóa sang protein. 
–  Vùng không dịch mã thành protein, làm tín hiệu bắt đầu phiên mã 
tạo RNA và chứa trình tự định hướng mRNA vào ribosome để dịch 
mã tạo protein. 
–  Vùng hai gồm các exon chứa thông tin di truyền dịch mã thành trình 
tự amino acid của protein. 
–  Vùng ba được phiên mã thành một phần của mRNA chứa tín hiệu để 
kết thúc phiên mã và cho phép gắn thêm đuôi poly A vào mRNA. 
•  Intron hay trình tự ‘câm’’,không mang thông tin di truyền. 
•  Có rất ít trình tự tương đồng giữa các intron của một gen và 
của các gen khác nhau, nhưng chúng đều có một số 
nucleotide nằm ở 2 đầu các intron rất giống nhau, các 
nucleotide này tham gia vào quá trình cắt intron. 
•  Trình tự không dịch mã đầu 5’ UTR (untranslation 
region) được tính từ nucleotide phiên mã đầu tiên 
đến bộ 3 nucleotide khởi đầu dịch mã AUG hoặc 
GUG. 
•  Trình tự không dịch mã đầu 3’ UTR được tính từ 
một trong 3 codon dừng dịch mã đến hết trình tự 
kết thúc phiên mã. 
•  Trình tự kết thúc phiên mã của nhiều gen có trình 
tự như sau: 
–  5’-CCCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTT- 3’ 
Cấu trúc gen của sinh vật nhân chuẩn 
•  - Vùng khởi động (promoter) của nhiều 
gen sinh vật eukaryote đều có chung một 
số trình tự ở hộp CAAT (- 75) và TATA 
(-25). 
Cấu trúc gen của sinh vật nhân chuẩn 
VÙNG KHỞI ĐỘNG 
Hộp CAAT Hộp TATA 
Bắt đầu phiên mã 
-75 
-25 +1 
Vùng trình tự của 
gen điều khiển 
GGCCAATCT TATAAAA DNA 
5’ 3’ 
•  -Các dấu hiệu gắn 
chuỗi poly A của 
mRNA có trình tự 5’- 
AAUAAA-3’ 
•  Vùng này nằm ở ngay 
trước đầu 3’nơi bắt 
đầu gắn polyA, dài từ 
10 đến 30 nu, tiếp 
theo là vùng CA, rồi 
đến vùng giầu GU. 
Cấu trúc gen của sinh vật nhân chuẩn 
(Tiếp) 
•  Khung đọc mở hay khung đọc mã (open reading 
frame, ORF): bắt đầu từ một codon khởi đầu 
AUG và kết thúc bằng một trong 3 mã kết thúc 
là UAA/UAG/UGA. 
•  Mỗi bộ 3 nucleotide của khung đọc mở tương 
ứng với một codon mã hóa cho một amino acid. 
Khung đọc mở được đọc từ đầu 5’ - 3’ dọc 
theo phân tử mRNA, đọc từng mã một, đọc 
không chồng chéo và đọc cho đến tận mã kết 
thúc thì dừng lại. 
Cấu trúc gen của sinh vật nhân chuẩn 
(Tiếp) 
Gồm 3 vùng chính 
1. Vùng khởi động (promoter): ở nhiều gen của sinh vật nhân chuẩn 
đều có chung một số trình tự ở hộp CAAT (-75) và TATA (-25) 
2. Khung đọc mã (khung đọc mở): các bộ 3 nu kế tiếp nhau gồm các 
đoạn exon (mang thông tin di truyền) xen kẽ các đoạn intron (không 
mang thông tin di truyền) 
3. Trình tự kết thúc phiên mã: trình tự 
5’ – CCCAGCCCGCCTAA