Sinh học - Đột biến gen

ĐỘT BIẾN GEN GV: Nguyễn Thị Ngọc Yến Trang web slide bài giảng bộ môn Vi – ký sinh: https://sites.google.com/site/bomonvikysinh/ Mục tiêu  Đột biến là gì?  Phân loại đột biến  Nguyên nhân và hậu quả  Các yếu tố gây đột biến  Bệnh do đột biến ở người  Phương pháp chọn lọc đột biến Khái niệm  Biến đổi di truyền (thay đổi trình tự nucleotid/ gen) xảy ra đột ngột  tạo ra protein đột biến ảnh hưởng sự tổng hợp sản phẩm gen o Đột biến sinh dưỡng: không di truyền, có thể gây ung thư, lão hóa o Đột biến dòng mầm (xảy ra trong giao tử): có tính di truyền, là gen lặn, cần 2 bản allen để biểu hiện Tần số đột biến  Tần số đột biến được đánh giá căn cứ trên 1 lần sao chép, 1 lần phân bào, 1 giao tử, 1 tế bào  Mỗi gen có tần suất ổn định, sự khác nhau về tỉ lệ đột biến là do: o Kích thước gen: lớn  dễ đột biến o Điểm nóng: gen nằm trên vùng NST nhạy cảm  Tần số đb từng gen thấp nhưng tổng đb ở người là con số lớn, ý nghĩa trong tiến hóa: o Gen: 10-6/gen/thế hệ o Giao tử: 10-6.5.104 gen = 1/20 o Hợp tử: 1/20.2 = 1/10 Đột biến: lợi và hại  Vùng mã hóa: thay đổi đặc tính protein  Vùng không mã hóa: thay đổi trình tự nu không gây khác biệt tính trạng  đb tích tụ trong gen  Kỹ thuật cảm ứng đột biến  Đột biến điểm định hướng Phân loại Đột biến ĐB điểm ĐB đa điểm ĐB lệch khung Mất 1 cặp nu Thay thế cặp nu Thêm 1 cặp nu Đảo chuyển Chuyển vị Đột biến điểm ĐB thay thế cặp nucleotid Đb lùi (hồi biến) Chuyển vị PurinPurin Pyrimidinpyrimidin Đảo chuyển Purinpyrimidin Pyrimidinpurin Nguyên nhân Hậu quả Trong vùng mã hóa o Đb lặn (cùng nghĩa): mã hóa cùng aa  không ảnh hưởng o Đb lệch nghĩa: mã hóa aa khác  ảnh hưởng ít/ nhiều o Đb vô nghĩa: mã hóa codon kết thúc  dừng sớm/ cụt Trong vùng không mã hóa: ảnh hưởng phiên mã, dịch mã, mức xoắn bện của ADN ĐB thay thế cặp nucleotid ĐB lặn ĐB vô nghĩa ĐB lệch nghĩa Đột biến lệch nghĩa ĐB lệch khung Chèn 1 nu Nguyên nhân Hậu quả Mất 1 nu Xảy ra/ vùng mã hóa Thay đổi khung đọc từ vị trí đb về sau Chứa stop codon  ngừng sớm Thêm, bớt đồng thời  sửa khung đọc giữa 2 điểm đb Chèn + mất/ ADN Mất nu Bình thường Thêm nu Thay thế nu ĐB đa điểm  Tác động đến hơn 1 base gây xóa/ chèn  Không hồi biến (ổn định) Nguyên nhân Hậu quả Xảy ra/ vùng mã hóa Lệch khungthay đổi pro Ngưng phiên mã, dịch mãGen nhảy Transposon Retrotransposon ADNARNADN Sao chép các yếu tố lặp lại Nguyên nhân đột biến - ĐB tự nhiên - ĐB cảm ứng (nhân tạo) Đb tự nhiên Nguyên nhân ĐB tự nhiên  Xảy ra ngẫu nhiên với tần số nhất định 10-10, không xác định nguồn gốc, tỉ lệ đb thấp  Nguyên nhân: gắn sai base/sao chép  đb điểm  Khắc phục: ADN pol hoạt tính exonuclease 3’5’  Phân loại o Hỗ biến o Khử amin o Đb lệch khung o Oxy hóa phá hủy do các gốc oxy ĐB tự nhiên: Hỗ biến Các base có khả năng hoán chuyển giữa 2 dạng: o Keto (C=O)  enol (C-OH): T bắt cặp G và ngược lại o Amino (NH2)  imino (=NH): C bắt cặp A và ngược lại chuyển vị G-C  A-T ĐB tự nhiên: Khử amin  Phản ứng thủy phân o C U: chỉnh lại bằng loại U (vì ADN không có U) o 5-methylcytosin  T: không chỉnh được. C tại các trình tự CpG dễ bị methyl hóa  “điểm nóng” đb ĐB tự nhiên: Lệch khung  Chèn/ mất trên 1 sợi  Nguyên nhân: lỗi của ADN pol khi sao chép các đoạn lặp lại của nucleotid. Tính chính xác của pol do hoạt tính exonuclease 3’5’ ĐB lệch khung: Oxy hóa Gốc oxy trong tế bào (tia phóng xạ) bắt cặp sai với A, tạo đảo chuyển G-C  A-T ĐB cảm ứng (nhân tạo) ĐB cảm ứng Tác nhân làm tăng tần số đb cao hơn tự nhiên là tác nhân gây đb: phóng xạ, tia X, tử ngoại  Tác nhân hóa học  Tác nhân bức xạ ĐB cảm ứng: Tác nhân hóa học  Base đồng đẳng  Tác nhân thay đổi đặc tính bắt cặp: chất khử amin và alkyl hóa  Tác nhân chèn vào ADN  Tác nhân thay đổi cấu trúc ADN Base đồng đẳng Cấu trúc ~ purin/pyrimidin  gắn vào ADN gây chuyển vị hay hỗ biến tự phát  Bromouracil (BU): o Dạng keto (BU) = T: bắt cặp A o Dạng enol (BU*) = C: bắt cặp G  Chuyển vị A-T thành G-C và ngược lại  Aminopurin (AP) = A: bắt cặp T  chuyển vị A-T thành G-C Bromouracil Keto (BU)=T Enol (BU*)=C Chuyển vị A-TG-C * * Aminopurin Chuyển vị A-TG-C Chất khử amin Tác nhân: acid nitrơ và hydroxylamin Base ngoại: Khởi động cơ chế sửa chữa Chất khử amin  Metylcytosin ảnh hưởng đến hoạt tính phiên mã, cũng là “điểm nóng” cho đb xảy ra (CpG site) Thay đổi cấu trúc, đặc tính bắt cặp Chất alkyl hóa: methyl/ethyl hóa base, nhất là guanin hay các nhân pyrimidin dễ bị alkyl hóa o Nitrosoguanidin (NTG) o Methyl methan sulfonat (MMS) o Ethyl methan sulfonat (EMS) Thay đổi cấu trúc, đặc tính bắt cặp  Gắn (-CH3), (-C2H5) vào guanin = adenin  bắt cặp sai với thymin  Liên kết chéo giữa các mạch của 1 hoặc các ADN làm mất nucleotid Thay đổi cấu trúc, đặc tính bắt cặp  Mất purin do guanin bị alkyl hóa tạo lỗ hổng trên ADN, khi sao chép làm đứt mạch Tác nhân chèn vào ADN  Gồm: proflavin, cam acridin, ethidium bromide  Phân tử đa vòng phẳng tương tác và chèn vào ADN  Giãn sợi đôi ADN, ADN polymerase bị “đánh lừa”, chèn base vào chỗ trống, làm lệch khung ADN Tác nhân thay đổi cấu trúc ADN  Phân tử lớn, gây liên kết chéo trong và giữa các sợi: N-acetoxy-2-acetylaminoflourene (NAAAF)  Chất hóa học gây đứt sợi ADN: peroxid  Hydrocarbon đa vòng: benzopyren ĐB cảm ứng: Tác nhân bức xạ - Không có ngưỡng tác dụng - Tỉ lệ thuận liều lượng phóng xạ, không phụ thuộc cường độ và thời gian chiếu xạ Bức xạ điện từ Bức xạ ion hóa Tia UV Bức xạ Bức xạ ion hóa Tia cực tím – BX không ion hóa Phân loại Tia X, tia gama, hạt phóng xạ α, β UV-C (180-290nm): gây chết UV-B (290-320): gây đb chính UV-A (320): cận UV, ít gây đb Cơ chế gây đb Ion hóa các phân tử trên đường đi tạo gốc tự do tương tác với ADN, protein, tế bào (máu, tủy xương, niêm mạc) Khả năng xuyên thấu thấp: tác động lên đơn bào và giao tử ADN hấp thu cực đại 257nm  bước sóng tăng tần số đb Tác dụng di truyền -Đứt 1 hoặc 2 sợi -Phá hủy các base -Liên kết chéo trong ADN hoặc ADN với protein -Hỏng bào quan, ngăn phân chia, làm chết tb Tạo thymin dimer (UV-B, UV-C) Ngăn phiên mã, sao chép, đb NST, gây chết nếu không sửa chữa Khắc phục: quang phục hồi BX ion hóa Tia UV Cơ chế chống lại đột biến •Đảo nghịch sai hỏng •Loại bỏ sai hỏng •Dung nạp sai hỏng Đảo nghịch sai hỏng Enzym phục hồi cấu trúc bình thường ko gãy khung  Quang phục hồi: photolyase xúc tác quá trình cắt loại các pyrimidin dimer. Không có ở động vật. Đảo nghịch sai hỏng  Làm mất nhóm alkyl nhờ methyltransferase bằng cách chuyển gốc methyl từ oxy trên ADN sang cystein trên enzym. PƯ ko thuận nghịch, enzym mất hoạt tính. Lỗi gồm O6-methylguanin, O4-methylthymin, O6- ethylguanin  Nối các chỗ đứt do tia X và peroxid bằng ligase Loại bỏ sai hỏng  Cắt base (N-glycosylase)  Cắt nucleotid (NER) Loại bỏ sai hỏng Sửa chữa lệch đôi:  Xảy ra sau khi sao chép để “đáh vần kiểm tra” cuối cùng. Protein quét ADN tìm base bắt cặp sai  Tăng độ chính xác lên 100-1000 lần Dung nạp sai hỏng Không sửa chữa, sao chép sai hỏng và tiếp tục sống  Sửa chữa bằng tái tổ hợp  Sửa chữa bằng đột biến: “đột biến hoặc là chết” Sửa chữa bằng tái tổ hợp: lấp khuyết sợi con không dimer, cơ chế chính xác Tính trạng và protein đột biến Bệnh do đột biến  SV đột biến: SV biểu hiện những tính trạng bất thường di truyền được  Rối loạn chuyển hóa bẩm sinh (bệnh phân tử): nguồn gốc từ những sai sót mức độ phân tử: “một gen  một enzym” Bệnh do đột biến  Thiếu máu hồng cầu hình liềm  Thiếu máu Địa Trung Hải  Thiếu máu hồng cầu hình bia  Bệnh máu không đông  Teo cơ Dunchenne  Không dung nạp lactose  Phenylketon niệu  Porphyria Đột biến gen và Ung thư Ung thư Sự tăng sinh tế bào không kiểm soát Nguyên nhân Tăng hoạt gen kích thích Bất hoạt gen kìm hãm Proto-oncogen  Oncogen ĐB trội ĐB lặn Ung thư Gen ung thư do retrovirus tải nạp được xen vào cạnh gen tiền ung thư tb chủ Ung thư Biến đổi gen tiền ung thư thành ung thư  Đb điểm hoặc mất đoạn  Khuếch đại gen  Chuyển đoạn NST Đột biến ở gen ức chế khối u  Gen Rb tạo retinoplasma ức chế sự phát triển ung thư mắt  Gen p53 tạo protein p53 ức chế nhiều dạng ung thư  Virus gây UT bằng cách cô lập sp các gen này Hệ thống chọn lọc đột biến •PP đề kháng •PP làm giàu chậm •PP làm giàu hạn chế •PP làm giàu nhờ penicillin •PP lọc •PP in PP đề kháng PP làm giàu chậm PP làm giàu hạn chế PP làm giàu nhờ penicillin PP in HẾT!