Bài giảng Công nghệ gen - Hoàng Quốc Khánh

CÔNG NGHỆ GENĐại Học Lạc HồngGV: TS Hoàng Quốc KhánhViện Sinh học nhiệt đớihoangqk@gmail.comPHẦN I – NGUYÊN LÝ SINH HỌC PHÂN TỬChương I. Các loại tế bào và các đại phân tử (4 tiết)Phân loại tế bàoCác bào quanCác đại phân tửSự tập hợp các đại phân tửChương II. Cấu trúc, chức năng và phương pháp phân tích protein (4 tiết)Acid aminCấu trúc và chức năng proteinPhương pháp phân tích proteinChương III. Acid Deoxiribonucleic (4 tiết)Mô hình và cấu trúc DNA của Watson và CrickThành phần hóa học của DNACấu trúc của DNAMột số đặc điểm vật lý của DNAChức năng sinh học DNAKhái niệm về genChương IV. Tái bản của DNA (4 tiết)Các mô hình tái bản DNACác thành phần cần thiết cho tái bản DNA ở prokaryotTái bản DNA sợi kép ở prokaryotTái bản DNA ở eukaryotChương V Bản chất của gen (4 tiết)Định nghĩa về genKích thước của genNghịch lý của giá trị CThông tin trong genGen cấu trúcCác yếu tố điều hòaPHẦN II – NGUYÊN LÝ VÀ PHƯƠNG PHÁP KỸ THUẬT GENChương VI. Nguyên lý kỹ thuật gen (6 tiết)Một số yếu tố cần thiết trong kỹ thuật genNguyên lý kỹ thuật genCác phương pháp tách dòng genNgân hàng bộ genNgân hàng cDNAChương VII. Phương pháp PCR và các kỹ thuật cơ bản trong CNSH phân tử (6 tiết)Phương pháp PCRPhương pháp điện diPhương pháp giải trình tự genCác kỹ thuật lai phân tửKỹ thuật phân tử nghiên cứu đa dạng di truyền và ứng dụng trong phân lọai phân tửCác phương pháp chuyển genChương VIII. Ứng dụng kỹ thuật gen trong y học và chuẩn đóan (4 tiết)Kỹ thuật gen trong sản xuất chế phẩm sinh họcSử dụng kỹ thuật gen trong chẩn đóan và chũa bệnhChương IX. Kỹ thuật gen ứng dụng trong thực tế sản xuất (4 tiết)Kỹ thuật gen ứng dụng trong nông nghiệpAn tòan của sinh vật biến đổi genÔn tập và dự phòng (2 tiết)Chương 1Các loại tế bào và các đại phân tử1.1 Phân loại tế bào 1.1.1 Tế bào nhân sơ (prokaryot)Tế bào thật (eubacteria) Tế bào cổ (archaea)Tảo lam (vi khuẩn lam - cyanobacteria)Phần lớn là đơn bào1.1.2 Sinh vật nhân thật (eukaryot)NấmProtista (tảo và nguyên sinh động vật)Thực vật Động vậtViruses1.1.3 Sự biệt hóaSự phân chia tế bào có thể thay đổi phương thức biểu hiện genSự hình thành bào tử: ở prokaryotPhát sinh mô: tế bào phôi biệt hóa thành tế bào chuyên hóa như tế bào gan, thận1.2 Các bào quan1.2.1 Nhân tế bàoMang các thông tin di truyền trong các nhiễm sắc thểNhân tế bào được bào bọc bởi màng nhân,cho phép các phân tử lớn đi quaSự phiên mã xảy ra trong nhân. Hạch nhân: nơi tổng hợp rRNANhân tế bàoFigure 6.10NucleusNucleusNucleolusChromatinNuclear envelope:Inner membraneOuter membraneNuclear poreRough ERPorecomplexSurface of nuclear envelope.Pore complexes (TEM). Nuclear lamina (TEM). Close-up of nuclearenvelopeRibosome1 µm1 µm0.25 µm1.2.2 Ty thể và lục lạpTy thể (mitochondria)Lục lạp (chloroplast)Thuyết cộng sinh về quá trình tiến hóa của tế bào eukaryot1.2.3 Lưới nội chất (endoplasmic reticulum) Lưới nội chất nhẵn: chứa enzym, tổng hợp lipidLưới nội chất xù xì: chứa ribosomePhức hệ Golgi: Chồng các túi dẹp có màng bào bọc 1.2.4 Các vi thểLysosome: tách từ thể Golgi, chứa nhiều loại enzymPeroxisome: ngăn peroxide phân hủy các thành phần tế bàoGlyoxysome: thực hiện các phản ứng của chu trình glycosyl hóaLysosomes carry out intracellular digestion byPhagocytosisFigure 6.14 A(a) Phagocytosis: lysosome digesting food1 µmLysosome containsactive hydrolyticenzymesFood vacuole fuses with lysosomeHydrolyticenzymes digestfood particlesDigestionFood vacuolePlasma membraneLysosomeDigestiveenzymesLysosomeNucleusLysosomes PhagocytosisFigure 6.14 A(a) Phagocytosis: lysosome digesting food1 µmLysosome containsactive hydrolyticenzymesFood vacuole fuses with lysosomeHydrolyticenzymes digestfood particlesDigestionFood vacuolePlasma membraneLysosomeDigestiveenzymesLysosomeNucleus1.2.5 Tách các bào quanLy tâm dựa trên gradient nồngđộ (đường, ficoll, cesium chloride 1.3 Các đại phân tử1.3.1 Protein và acid nucleic1.3.2 Các polysaccharideTinh bộtCelluloseGlycogen1.3.3 LipidGliceridePhopholipid1.3.4 Các đại phân tử phứcGlycoproteinChức năng của glycoproteins[3] FunctionGlycoproteinsStructural moleculeCollagensLubricant and protective agentMucinsTransport moleculeTransferrin, ceruloplasminImmunologic moleculeImmunoglobins, histocompatibility antigensHormoneChorionoic gonadotropin, thyroid-stimulating hormone (TSH)EnzymeVarious, eg, alkaline phosphataseCell attachment-recognition siteVarious proteins involved in cell-cell (eg, sperm-oocyte), virus-cell, bacterium-cell, and hormone cell interactionsAntifreezeCertain plasma proteins of coldwater fishInteract with specific carbohydratesLectins, selectins (cell adhesion lectins), antibodiesReceptorVarious proteins involved in hormone and drug actionAffect folding of certain proteinsCalnexin, calreticulinRegulation of developmentNotch and its analogs, key proteins in developmentHemostasis (and thrombosis)Specific glycoproteins on the surface membranes of plateletsProteoglycanChondroitin sulfate 1.4 Tập hợp các đại phân tử1.4.1 Các phức hệ proteinBộ khung xương tế bào (Cytoskeleton): cách sắp xếp các sợi protein trong tế bàoCác vi ống (microtubule): protein tubulinCác vi sợi: tập hợp protein actin cùng với myosin 1.4.2 Nucleoprotein- Ribosome:Vi khuẩn: 70S, tiểu đơn vị lớn (50S - 23S và 5S RNA + 31 protein) và tiểu đơn vi nhỏ (30S – 16S RNA và 21 protein), KL tổng số 2,5x106 DaEukaryot: 80S, TĐV lớn (60S) và TĐV nhỏ (40S)- Chromatin: vật chất cấu tạo nên nhiễm sắc thể eukaryot, phức hệ deoxiribonucleoprotein → NucleosomeCarry out protein synthesisEREndoplasmic reticulum (ER)RibosomesCytosolFree ribosomesBound ribosomesLargesubunitSmallsubunitTEM showing ER and ribosomesDiagram of a ribosome0.5 µmFigure 6.11NucleosomeSix-fold DNA compactionFigure 7-19 The core histones share a common structural fold(1)(2)(1) Histone H1 binds to the linker DNA between nucleosome, inducing tighter DNA wrapping around the nucleosome Higher-order chromatin structureFigures 7-28, 29(2) Nuclear arrays can form more complex structures: the 30-nm fiber (“zigzag model”)Higher-order chromatin structureFigures 7-30(40-fold compaction)Cấu trúc trật cao của chromatin. (a) Ảnh vi điện tử , (b) Mô hình1.4.3 Màng sinh họcLớp kép lipid: phospholipid và sphingolipidChức năng protein màng:Là các thụ quanCác enzym phân hủy các phân tử ngọai bàoKênh vận chuyển các phân tử nhỏChất trung gian cho tương tác tế bào – tế bàoMàng tế bàoFigure 5-2: The fluid mosaic model of the membraneProtein vận chuyểnFigure 5-7: Transport proteins of the cell membraneEnzym gắn trên màngPhản ứng bên ngòaiPhản ứng bên trong Thụ thể Ví dụ: HormonesPhân tử nhận diện tế bàoProtein màngFigure 5-6: Cell membrane receptorMột số đối tượng nghiên cứu trong công nghệ sinh họcEscherichia coli (thường được viết tắt là E. coli) là một trong những loài vi khuẩn chính ký sinh trong đường ruột của động vật máu nóng (bao gồm chim và động vật có vú). Vi khuẩn này cần thiết trong quá trình tiêu hóa thức ăn và là thành phần của khuẩn lạc ruột Saccharomyces cerevisiae Arabidopsis thaliana