Sinh Học Phân Tử - Hóa Chất Thí Nghiệm

Sinh Học Phân Tử

Hits: 89

Sinh hoc phan tu la gi

Sinh Học Phân Tử là gì?

Sinh học phân tử liên quan đến cơ sở phân tử của hoạt động sinh học giữa các phân tử sinh học trong các hệ thống khác nhau của tế bào, bao gồm các tương tác giữa DNA, RNA, và các protein và quá trình sinh tổng hợp của chúng, cũng như việc điều chỉnh các tương tác này. Viết về Thiên nhiên vào năm 1961, William Astbury mô tả sinh học phân tử như sau:

“… không phải là một kỹ thuật như một cách tiếp cận, một cách tiếp cận từ quan điểm của cái gọi là khoa học cơ bản với ý tưởng hàng đầu về tìm kiếm dưới các biểu hiện quy mô lớn của sinh học cổ điển cho kế hoạch phân tử tương ứng. với các dạng của các phân tử sinh học và […] chủ yếu là ba chiều và cấu trúc – điều đó không có nghĩa là nó chỉ là sự sàng lọc về hình thái học và phải cùng lúc tìm hiểu về nguồn gốc và chức năng.”

Mối quan hệ với các khoa học sinh học khác

Các nhà nghiên cứu về sinh học phân tử sử dụng các kỹ thuật cụ thể có nguồn gốc sinh học phân tử nhưng ngày càng kết hợp chúng với các kỹ thuật và ý tưởng từ di truyền học và hóa sinh. Không có một đường phân định giữa các nguyên tắc này. Hình bên dưới là sơ đồ mô tả một quan điểm có thể có của các mối quan hệ giữa các lĩnh vực:

Quan hệ giản lược giữa sinh hóa học, di truyền học và sinh học phân tử
Quan hệ giản lược giữa sinh hóa học, di truyền học và sinh học phân tử
  • Hoá sinh: là nghiên cứu các chất hoá học và các quá trình quan trọng xảy ra trong sinh vật sống. Các nhà sinh học tập trung chủ yếu vào vai trò, chức năng và cấu trúc của các phân tử sinh học. Nghiên cứu về hóa học đằng sau quá trình sinh học và tổng hợp các phân tử hoạt tính sinh học là những ví dụ về sinh hóa.
  • Di truyền học là nghiên cứu về ảnh hưởng của sự khác biệt di truyền đến sinh vật. Điều này thường có thể được suy ra bởi sự vắng mặt của một thành phần bình thường (ví dụ như một gen). Nghiên cứu về “đột biến” – các sinh vật thiếu một hoặc nhiều thành phần chức năng liên quan đến cái gọi là “kiểu hoang dã” hoặc kiểu hình bình thường. Tương tác di truyền (cây ký chủ) thường có thể làm nhầm lẫn sự giải thích đơn giản của các nghiên cứu “loại trực tiếp” như vậy.
  • Sinh học phân tử là nghiên cứu cơ sở phân tử của quá trình sao chép, phiên mã, dịch mã và chức năng của tế bào. Niềm tin trung tâm của sinh học phân tử, nơi vật liệu di truyền được chuyển mã thành RNA và sau đó chuyển thành protein, mặc dù được đơn giản hoá, vẫn là điểm khởi đầu tốt cho việc hiểu lĩnh vực này.
  • Phần lớn sinh học phân tử là định lượng, và gần đây đã có nhiều công việc được thực hiện với giao diện của nó với khoa học máy tính trong tin sinh học và sinh học tính toán. Vào đầu những năm 2000, nghiên cứu về cấu trúc và chức năng gen, di truyền học phân tử, là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất của sinh học phân tử. Ngày càng có nhiều lĩnh vực khác của sinh học tập trung vào các phân tử, hoặc trực tiếp nghiên cứu các tương tác theo chính mình như trong sinh học tế bào và sinh học phát triển, hoặc gián tiếp, khi các kỹ thuật phân tử được sử dụng để suy ra các thuộc tính lịch sử của quần thể hoặc các loài, như trong các lĩnh vực sinh học tiến hóa chẳng hạn như di truyền nhân chủng và phát sinh loài. Ngoài ra còn có một truyền thống lâu đời của nghiên cứu sinh học phân tử “từ dưới mặt đất” trong sinh lý học.
    Các kỹ thuật trong sinh hoc phân tử:

Nhân bản phân tử( molecular cloning):

Một trong những kỹ thuật cơ bản nhất của sinh học phân tử để nghiên cứu hàm lượng protein là nhân bản phân tử. Trong kỹ thuật này, DNA mã hoá cho protein quan tâm được nhân bản bằng cách sử dụng phản ứng nhân gene (PCR), và / hoặc các enzyme hạn chế vào một plasmid (vector biểu hiện). Một vector có 3 đặc trưng: gốc sao chép, vị trí đa nhân dòng (multiple cloning site – MCS) và một marker chọn lọc thường là kháng thuốc kháng sinh. Vị trí đầu tiên thuộc vị trí đa nhân dòng là các vùng promoter và vùng bắt đầu phiên mã điều chỉnh sự biểu hiện của gen nhân bản. Plasmid này có thể được đưa vào trong tế bào vi khuẩn hoặc động vật. Việc đưa DNA vào các tế bào vi khuẩn có thể được thực hiện bằng cách chuyển đổi thông qua việc hấp thụ DNA trần, liên hợp qua tế bào-tế bào hoặc bằng cách truyền qua vector virus. Việc đưa DNA vào các tế bào eukaryote, như tế bào động vật, bằng các phương tiện vật lý hoặc hóa học được gọi là chuyền nhiễm. Có một số kỹ thuật chuyền nhiễm khác nhau, ví dụ canxi phosphate, xung điện, chuyển gen trực tiếp vào protoplast và chuyền nhiễm liposome. Plasmid có thể được tích hợp vào bộ gen, kết quả là sẽ có một sự chuyển đổi ổn định, hoặc có thể vẫn độc lập với bộ gen, gọi là transfection nhất thời.

DNA animation

DNA mã hoá cho một protein quan tâm hiện đang ở trong tế bào, và protein bây giờ có thể được biểu hiện. Một loạt các hệ thống, như các promoter cảm ứng và các yếu tố tin hiệu hiệu tế bào cụ thể( specific cell-signaling factor), sẵn có để giúp biểu hiện protein mục tiêu ở mức cao. Số lượng lớn protein sau đó có thể được chiết xuất từ tế bào vi khuẩn hoặc tế bào eukaryote. Protein này có thể được kiểm tra hoạt tính enzym trong nhiều tình huống khác nhau, protein có thể được kết tinh để có thể nghiên cứu cấu trúc bậc ba của nó, hoặc trong ngành dược phẩm, có thể nghiên cứu hoạt động của các loại thuốc mới chống lại protein

transduction DNA

PCR( Polymerase Chain Reaction)

PCR là một kỹ thuật cực kỳ linh hoạt để sao chép DNA. Tóm lại, PCR cho phép một chuỗi DNA cụ thể được sao chép hoặc sửa đổi theo những cách xác định trước. Phản ứng cực kỳ mạnh mẽ và trong điều kiện hoàn hảo có thể khuếch đại một phân tử ADN trở thành 1,07 tỷ phân tử trong vòng chưa đầy hai giờ. Kỹ thuật PCR có thể đưa các enzyme giới hạn tới các đầu của các phân tử DNA, hoặc để biến đổi các bazơ đặc biệt của DNA, sau đó là một phương pháp gọi là sự biến dị điểm( site-directed mutagenesis). PCR cũng có thể được sử dụng để xác định liệu một đoạn DNA cụ thể có trong một thư viện cDNA. PCR có nhiều biến thể, như PCR phiên mã ngược (RT-PCR) để khuếch đại RNA, và, gần đây nhất, PCR định lượng cho phép đo đạc định lượng các phân tử DNA hoặc RNA.

 

Điện di Gel( Gel electrophoresis)

2% Agarose Gel trong Borate Buffer đúc trong một khay Gel (mặt trước, góc cạnh)

Gel điện di là một trong những công cụ chính của sinh học phân tử. Nguyên tắc cơ bản là DNA, RNA, và protein có thể được tách ra dựa trên trường điện và kích cỡ của chúng. Trong quá trình điện di agarose gel, DNA và RNA có thể được tách ra trên cơ sở kích thước bằng cách chạy DNA thông qua một gel agarose tích điện. Protein có thể được phân tách dựa trên kích thước bằng cách sử dụng gel SDS-PAGE, hoặc dựa trên kích thước và điện tích của chúng bằng cách sử dụng công nghệ điện di gel 2D.

transduction DNA

Macromolecule blotting và probe

a. Southern blotting

Southern blot được đặt tên theo nhà khoa học Edward M. Southern vì đã phát minh ra kỹ thuật này. Southern blot là quá trình chuyển các phân tử DNA từ gel agarose lên một màng và nhờ đó giúp các nhà nghiên cứu định vị trình tự DNA bên trong một hỗn hợp phức tạp. Ví dụ: Southern Blot có thể được sử dụng để xác định vị trí một gen cụ thể trong toàn bộ hệ gen.Lượng DNA cần thiết cho kỹ thuật này phụ thuộc vào kích thước và hoạt động đặc hiệu của mẫu dò (probe). Các mẫu dò ngắn thường đặc hiệu hơn. Dưới những điều kiện tối ưu, có thể xác định được 0.1 pg DNA trong toàn quá trình.

b. Nothern blotting

Phương pháp lai Northern blot là phương pháp áp dụng cho RNA, lai DNA-RNA hoặc RNA-RNA. Phương pháp này được sử dụng để xác định kích thước và hàm lượng của một mRNA đặc trưng trong một hỗn hợp RNA. Kỹ thuật lai này được phát triển vào năm 1977 bởi James Alwine, David Kemp, và George Stark tại Đại học Stanford

c. Ngoài ra còn có Western blotting và Eastern blotting

d. DNA microarray

DNA microarray (DNA chip hoặc chip sinh học) là một tập hợp các điểm DNA siêu nhỏ được gắn trên một giá thể rắn. Các nhà khoa học sử dụng DNA microarray để đo một cách đồng thời mức độ biểu hiện của lượng lớn gen hoặc các vùng đa gen của hệ gen. Mỗi điểm DNA chứa hàng picomoles (10-12 moles) của một trình tự gen đặc hiệu, được biết đến như các mẫu dò (probes hoặc reporters hay oligos). Chúng có thể là một đoạn ngắn của một gen hoặc một yếu tố ADN khác, được sử dụng để lai với một ADNc hoặc ARNc (hay ARN anti-sense) (được gọi là đích) dưới điều kiện nghiêm ngặt. Sự lai mẫu dò – đích thường được phát hiện và định lượng bởi các chất đánh dấu huỳnh quang (fluorophore-labeled), bạc (silver-labeled) hoặc sự phát quang bằng phản ứng hóa học (chemiluminescence-labeled) để xác định mức độ lặp lại của các trình tự acid nucleic trong đích.

microarray
Microarray

e. Allele-specific oligonucleotide (ASO)

Oligonucleotide đặc hiệu allele (ASO) là một kỹ thuật cho phép phát hiện các đột biến cơ bản duy nhất mà không cần kỹ thuật PCR hoặc gel electrophoresis. Ngắn (độ dài từ 20 đến 25 nucleotide), các đầu dò được dán nhãn sẽ tiếp xúc với DNA mục tiêu không bị phân mảnh, quá trình lai tạo xảy ra với độ đặc hiệu cao do độ dài ngắn của các đầu dò và thậm chí một sự thay đổi cơ bản duy nhất sẽ cản trở sự lai tạp. DNA mục tiêu sau đó được rửa sạch và các đầu do có dán nhãn không lai được loại bỏ. DNA mục tiêu sau đó được phân tích cho sự hiện diện của đầu dò thông qua phóng xạ hoặc huỳnh quang. Trong thí nghiệm này, như trong hầu hết các kỹ thuật sinh học phân tử, phải có một kiểm soát để đảm bảo thử nghiệm thành công.

SDS page
SDS page

Trong sinh học phân tử, quy trình và công nghệ liên tục được phát triển và các công nghệ cũ bị bỏ rơi. Ví dụ, trước khi có sự hình thành điện di di gel DNA (agarose hoặc polyacrylamide), kích thước của các phân tử DNA thường được xác định bởi tốc độ lắng đọng trong gradient sucrose, một kỹ thuật sử dụng nhiều công sức và tốn nhiều thời gian đòi hỏi thiết bị đắt tiền; trước khi gradient sucrose, phải đo độ nhớt nữa. Bên cạnh những tiến bộ công nghệ, đôi khi công nghệ cũ lại giải quyết một số vấn đề công nghệ mới không thể làm được.

Lịch sử

Trong khi sinh học phân tử được thành lập vào những năm 1930, thuật ngữ được đặt ra bởi Warren Weaver năm 1938. Weaver là giám đốc khoa học tự nhiên cho Quỹ Rockefeller vào thời điểm đó và tin rằng sinh học sắp trải qua giai đoạn thay đổi đáng kể với những tiến bộ gần đây trong các lĩnh vực như tinh thể học tia X

Các nghiên cứu lâm sàng và các liệu pháp y học phát sinh từ sinh học phân tử được bảo vệ một phần trong liệu pháp gen. Việc sử dụng sinh học phân tử hoặc các phương pháp sinh học tế bào phân tử trong y học hiện nay được gọi là y học phân tử. Sinh học phân tử cũng có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các hình thành, hoạt động và các quy định của các bộ phận khác nhau của tế bào có thể được sử dụng để mục tiêu một cách hiệu quả vào các loại thuốc mới, chẩn đoán bệnh và hiểu được sinh lý của tế bào.

Nguồn tham khảo:

https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_biology

Hoá Chất Sinh Học Phân tử

sinhhocphantu.org

Comments

comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *