Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 1: Lược sử ra đời sinh học phân tử

Chương 1: 
LƯỢC SỬ RA ĐỜI SINH HỌC PHÂN TỬ 
Các tính điểm môn học 
Chuyên cần: 10% 
Kiểm tra giữa kỳ: 30% 
Thi cuối kỳ: 60% 
•  Chương I. Lược sử phát triển của sinh học phân tử 
•  Chương II. Các đại phân tử sinh học: Acid nucleic và Protein 
–  Cấu trúc và chức năng của acid nucleic 
–  Cấu trúc và chức năng của protein 
•  Chương III. Cấu trúc gen và hệ gen của sinh vật 
–  Cấu trúc của gen 
–  Hệ gen 
–  Các DNA lặp lại trong hệ gen 
•  Chương IV. Sự tái bản DNA 
•  Chương V. Cơ chế gây biến đổi DNA 
•  Chương VI. Sự phiên mã của gen và cơ chế điều hòa phiên mã 
–  I.Sự phiên mã ở sinh vật tiền nhân 
–  Sự phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn 
–  Điều hòa phiên mã của gen 
•  Chương VII. Mã di truyền và quá trình dịch mã. 
–  Mã di truyền 
–  Nguồn gốc, cấu trúc và chức năng các loại RNA 
–  Sinh tổng hợp protein 
Tài liệu tham khảo chính 
•  1. PGS. TS. Phan Hữu Tôn, Giáo trình Sinh 
học phân tử đại cương, 2009. 
•  2. Hồ Huỳnh Thùy Dương, 2008, Sinh học 
phân tử, NXB giáo dục. 
•  3. PGS.TS. Khuất Hữu Thanh, Cơ sở di 
truyền phân tử và Kỹ thuật gen, 2004, NXB 
Khoa học kỹ thuật. 
•  4. PGS.TS. Khuất Hữu Thanh, Kỹ thuật gen 
– nguyên lý và ứng dụng, 2005, NXB KHKT 
•  5. David Clark, Molecular Biology, 2005, 
Elsevier Inc. 
Biotechnology 
Process 
or 
Technology
of
producing
Goods
and
Services
using
Biological organisms,
systems,
or 
processes
6 
Molecular Biotechnology 
Process 
or 
Technology
Genetic
engineering
or
Recombinant
DNA
Technology
Useful
products
or 
Commercial 
processes
For 
producing
Based
on
Những cuộc cách mạng trong CNSH gần đây 
Năm 1989, vi khuẩn được 
sử dụng để dọn sạch 11 
triệu gallons dầu trong sự 
cố tràn dầu trên bờ biển 
Alaska 
Nhiên liệu sinh học 
tử dầu thực vật 
Nuôi cấy tế bào gốc 
I. ĐỊNH NGHĨA 
•  Theo Francois Jacob: Sinh học hiện đại có mục 
đích giải thích các đặc tính của cơ thể sống thông 
qua nghiên cứu cấu trúc, chức năng các phân tử 
vật chất thành phần. 
•  Sinh học phân tử: Là một ngành sinh học hiện 
đại quan tâm đến việc giải thích các hiện tượng 
và quy luật ở mức phân tử. 
 ĐỊNH NGHĨA 
•  SHPT ra đời trên cơ sở hội tụ của các 
ngành học khác: sinh học tế bào, di 
truyền học, hóa sinh học. 
Tế bào 
học 
Hóa sinh 
học 
Di truyền 
học 
II. THUYẾT TIẾN HÓA VÀ THUYẾT TẾ BÀO 
•  Xuất hiện từ nửa sau 
thế kỷ 19 
•  Đặt nền móng cho sự 
ra đời của ngành Sinh 
học với tư cách là 
ngành khoa học 
thực nghiệm 
1859, Học thuyết tiến hóa Darwin và Wallace 
•  Dựa trên việc quan 
sát sự phân bố của 
các loài 
•  Chọn lọc tự nhiên: 
Sự biến đổi trong của 
các loài sinh vật trải 
qua một thời gian đủ 
dài, hoặc dưới áp lực 
của môi trường xung 
quanh. 
•  Sự biến đổi này 
được di truyền cho 
các thế hệ sau. 
Charles Darwin 
 (02/1908 – 04/1882) 
Alfred Russel 
Wallace 
 (1823 –1913) 
1666, Thuyết tế bào 
•  1666 phát hiện tế 
bào khi mô tả cấu 
trúc sợi bần 
•  1838 Mathias 
Jacob Schleiden và 
Theodor Schawann 
đưa ra thuyết tế 
bào 
Robert Hooke 
Mathias Jacob Schleiden Theodor Schawann 
Thuyết tế bào 
•  Theo Pasteur: Sự sống chỉ có thể sinh ra từ 
sự sống 
•  Thuyết tế bào ra đời là cơ sở cho nền sinh 
học hiện đại 
–  TB riêng lẻ có khả năng tăng trưởng và phân 
chia độc lập nên có thể làm đối tượng nghiên 
cứu vật chất sống 
–  Làm cơ sở cho kỹ thuật nuôi cấy tế bào in vitro 
“Mỗi động vật (sinh vật) được cấu tạo từ một tập 
hợp các đơn vị sống, mỗi đơn vị sống mang trong nó 
tất cả các đặc tính của sự sống” 
 Rudolph Virchow,1858 
III. SINH HÓA HỌC & DI TRUYỀN HỌC CỔ ĐIỂN 
•  Sinh hóa học cổ điển: các định luật hóa 
học có áp dụng được vào tế bào không? 
–  Nửa sau thế kỉ 19, người ta xác định tất cả 
các thành phần cấu tạo của tế bào: lipid, 
glucid, protein 
–  Cuối thế kỷ 19, xác định hầu hết các amino 
acid 
•  Di truyền học cổ điển nghiên cứu các 
định luật di truyền của Mendel 
Gregor Johann Mendel 
1822-1884 
IV. SỰ PHỐI HỢP GIỮA DI TRUYỀN HỌC 
VÀ SINH HÓA HỌC 
•  1909, A. Garrod nghiên cứu bệnh 
Alkaptonurie (bệnh alkapton niệu) ở 
người 
–  Do đột biến một gen lặn hiếm di truyền theo 
quy luật Mendel 
–  Biểu hiện nước tiểu có màu đen do hàm 
lượng homogentisic acid cao. 
–  Nguyên nhân: thiếu enzyme oxydase phân 
hủy các hợp chất vòng phenol 
–  Kết luận: Một bất thường sinh hóa là do thiếu 
sót di truyền. 
Thí nghiệm xác định DNA là vật chất di truyền 
•  1928 Griffith – Thí nghiệm biến nạp 
•  1944 Avery – Tác nhân biến nạp là DNA 
•  1952 Hershey & Chase – Thí nghiệm trên thực 
khuẩn thể 
1928, Thí nghiệm Griffith 
•  Phế cầu khuẩn Streptococcus Pneumoniae 
•  Chủng S: Độc, tế bào có vỏ polysaccharide, 
khuẩn lạc trơn (smooth) 
•  Chủng R: chủng lành, tế bào không có vỏ 
polysaccharide, khuẩn lạc nhăn (Rough) 
Tiến hành thí nghiệm 
Kết luận 
•  Một chất nào đó từ chủng S chết đã 
chuyển vào chủng R biến chủng R thành 
chủng S 
•  S chết + R sống S sống 
•  Griffith gọi quá trình này là sự biến nạp 
(transformation) 
•  Thành phần chuyển từ chủng S sang 
chủng R gọi là tác nhân biến nạp 
1944, Avery, Macleod & McCarty 
•  Bằng kỹ thuật tinh sạch DNA thu từ 
chủng S, Avery và cộng sự đã chứng 
minh tác nhân biến nạp là DNA 
Avery 
1952, thí nghiệm Harshey & Chase 
Martha Chase Alfred Harshey 
Đối tượng – thực khuẩn thể 
Nguồn:  
Phage xâm nhiễm tế bào E.coli 
Tiến hành 
•  Dùng phương pháp đánh dấu đồng vị 
phóng xạ 
–  32P: Đánh dấu DNA 
–  35S: Đánh dấu protein 
•  Cho thực khuẩn thể đã được đánh dấu 
với 35S và 32P xâm nhiễm vào tế bào 
E.coli 
•  Li tâm thu cặn tế bào và xác định đồng vị 
phóng xạ 
Kết quả 
•  Phần cặn tế bào vi khuẩn thu được chứa 
đồng vị phóng xạ 32P 
•  Như vậy, thực khuẩn thể chỉ chuyển DNA 
vào tế bào E.coli trong quá trình xâm 
nhiễm. 
V. SỰ RA ĐỜI CỦA SHPT 
•  Các mốc chính của SHPT 
1953, Cấu trúc DNA – Watson, Crick 
–  Dựa trên các thông tin: 
•  Thành phần hóa học của DNA 
•  Quy tắc Chargaff 
•  Ảnh nhiễu xạ tia X (Maurice 
Wilkins) 
Hai nhà khoa học tìm ra cấu trúc DNA 
J. Watson 
1928-nay 
F.Crick 
1916-2004 
1962 James Watson, Francis Crick, và Maurice Wilkins 
Dành giải thưởng Nobel trong sinh lý và dược 
Công bố mô hình cấu trúc DNA 
(tạp chí NATURE) 
2003, DNA Double Helix, 50th Anniversary 
Nguồn: Molecular biology, David Clark 
Cấu tạo hóa học của DNA 
•  DNA cấu tạo từ các đơn phân gọi là các 
Nucleotides 
•  Mỗi đơn phân gồm 3 thành phần: 
–  Một nhóm phosphate 
–  Một đường deoxyribose 
–  Một trong 4 loại base nito 
•  Adenine (A) 
•  Guanine (G) 
•  Cytosine (C) 
•  Thymine (T) 
Thành phần cấu tạo của DNA 
Cấu trúc một Nucleotide 
Nguồn: https://www.msu.edu/course/isb/202 
Nucleoside TriPhosphate 
Cấu trúc xoắn kép 
Quy tắc Chargaff 
•  1. Tổng số nucleotide của 
Purine (A và G) bằng 
tổng số nucleotide của 
Pyrimidine (C và T) 
A + G = C + T 
•  Số lượng A luôn bằng số 
lượng T; số lượng C luôn 
bằng số lượng G 
A = T 
C = G 
Erwin Chargaff 
Rosalind Frankin 
Ảnh nhiễu xạ tia X của DNA 
Nguồn:  
1956,Học thuyết trung tâm F. Crick 
•  Thông tin di truyền 
được chuyển từ DNA 
đến RNA và đến 
protein thông qua các 
quá trình 
–  Phiên mã: Chuyển 
thông tin di truyền từ 
DNA đến RNA 
–  Dịch mã: Chuyển từ 
RNA thành protein 
1970, Enzyme cắt giới hạn (RE) 
•  Do Howard 
Termin và David 
Baltimore độc lập 
phân lập 
•  Đánh dấu cột mốc 
lịch sử trong kỹ 
thuật gen hiện 
đại. 
 Các mốc chính 
•  1984 – Kỹ thuật PCR, Kary 
Mullis 
Là kỹ thuật nền của SHPT 
•  1986 – Máy giải trình tự tự 
động, Leory Hood 
•  1990 – Dự án gen người 
(HGP) 
Các mốc chính (tiếp) 
•  1996, hoàn thành 
giải trình tự bộ gen 
nấm men 
Saccharomyces 
cerevisiae 
•  1997, hoàn thành 
giải trình tự bộ gen 
vi khuẩn E.coli 
S. cerevisiae 6300 genes 
E.coli 4300 genes 
Các mốc chính (tiếp) 
•  1998, hoàn thành giải trình tự bộ gen giun tròn 
Caenorhabditis elegans (19000 genes) 
•  2000, hoàn thành giải trình tự bộ gen Drosophila 
medanogster (13600 genes) 
•  2000, bộ gen thực vật đầu tiên được giải trình tự 
Arabidopsis thalina 
Dự án HGP 
•  14/4/2003 hoàn tất giải trình tự bộ gen 
người 
•  Tốn 2,7 tỷ USD 
•  Tổng số gen khoảng 30,000 ít hơn rất 
nhiều so với dự kiến là 50,000 đến 
140,000 gen. 
•  Gần như toàn bộ, tới base (99,9%) giống 
nhau một cách chính xác ở tất cả mọi 
người. Điều này cho thấy không có phân 
biệt chủng tộc. 
•  Gần 50% các gen chưa biết chức năng. 
Ngoài dự kiến 
•  – Ít hơn 2% (1,1 - 1,4%) bộ gen mã hoá cho 
protein. 
•  – 5% đến 28% phiên mã tạo ra RNA 
•  – Các trình tự lặp lại (repeated sequences) 
không mã hoá cho protein (DNA rác) chiếm ít 
nhất 50% bộ gen người. 
Ứng dụng của SHPT 
•  Công nghệ tạo các vi sinh vật mới có ích 
•  Công nghệ sản xuất giống cây trồng, vật nuôi vượt giới 
hạn của tiến hóa để chống chịu bệnh, thích nghi với 
điều kiện sinh thái cho năng suất cao 
•  Công nghệ sản xuất các loại thực phẩm có giá trị dinh 
dưỡng cao, có giá trị về dược phẩm, bổ sung vitamin, 
vacxin thực vật 
Một số gen mục tiêu quan trọng 
•  Gen sinh trưởng (fGH, hGH, bGH) 
–  Beta-galactosidase 
–  Kháng hygromycine 
–  Protein chống đông lạnh 
–  Alpha-globin, neomycine 
–  Phosphat transferase 
–  Liciferase 
Tăng chất lượng và sản lượng thịt, sữa 
•  Lợn: các loại gen hóc môn sinh trưởng và 
yếu tố sinh trưởng 
–  mMT, hGH, mMT-bGH, PRL-bGH, mMT-
hGRF, alb-hGRF, mMT-hGF và mMT-bGH 
•  Bò: b-GH 
–  Gen tạo máu 
–  Gen tạo sữa 
–  Gen tạo kháng thể 
•  Liệu pháp gen và liệu 
pháp thay thế tế bào 
mô ở người