BÀI GIẢNG SINH HỌC DI TRUYỀN (word - docx)

CHƯƠNG I: SINH HỌC TẾ BÀOI. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO1. Hình dạng tế bào Tế bào thường có hình dạng tương đối cố định và đặc trưng cho mỗi loại tế bào. Ví dụ: tinh trùng, tế bào trứng, tế bào thần kinh, hồng cầu .v.v....Tuy vậy có một số tế bào luôn luôn thay đổi hình dạng như amip, bạch cầu...Trong môi trường lỏng tế bào có dạng hình cầu (bạch cầu trong máu). Đa số tế bào động vật và thực vật có dạng hình khối đa giác, thường là hình khối 12 mặt; có loại phân nhánh.2. Kích thước của tế bào Kích thước của tế bào rất khác nhau đối với các loài khác nhau. Nói chung tế bào có độ lớn trung bình vào khoảng 330 µm. Nhưng có những tế bào rất lớn có thể nhìn thấy, sờ mó được như trứng gà, trứng vịt... Tế bào có kích thước lớn nhất là trứng đà điểu có đường kính đạt tới 17,5 cm. Trái lại đa số tế bào vi khuẩn có kích thước từ khoảng 13 µm. Ngày nay người ta đã khám phá ra một loại tế bào có thể xem là nhỏ nhất đó là tế bào Mycoplasma laidlawi có đường kính 0,1 µm. (1000 Ao), chỉ lớn hơn nguyên tử Hydro 1000 lần và gần bằng kích thước của siêu vi khuẩn. Trong nó chỉ chứa khoảng 1000 hoặc chục nghìn các đại phân tử sinh học và tổng hợp vài chục các men khác nhau. Thể tích của tế bào cũng rất thay đổi ở các dạng khác nhau. Tế bào vi khuẩn có thể tích khoảng 2,5 µm3 (micro khối). Đối với các tế bào của các mô ở người (trừ một số tế bào thần kinh) có thể tích vào khoảng từ 200 đến 15.000 µm3. Thường thể tích của các loại tế bào là cố định và không phụ thuộc vào thể tích chung của cơ thể. Ví dụ : Tế bào thận, gan của bò, ngựa, chuột... đều có thể tích như nhau. Sự sai về kích thước của cơ quan là do số lượng tế bào chứ không phải do kích thứơc tế bào.

CHƯƠNG I: SINH HỌC TẾ BÀO I CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO Hình dạng tế bào Tế bào thường có hình dạng tương đối cố định đặc trưng cho loại tế bào Ví dụ: tinh trùng, tế bào trứng, tế bào thần kinh, hồng cầu v.v Tuy có số tế bào ln ln thay đổi hình dạng amip, bạch cầu Trong mơi trường lỏng tế bào có dạng hình cầu (bạch cầu máu) Đa số tế bào động vật thực vật có dạng hình khối đa giác, thường hình khối 12 mặt; có loại phân nhánh Kích thước tế bào Kích thước tế bào khác lồi khác Nói chung tế bào có độ lớn trung bình vào khoảng 3-30 µm Nhưng có tế bào lớn nhìn thấy, sờ mó trứng gà, trứng vịt Tế bào có kích thước lớn trứng đà điểu có đường kính đạt tới 17,5 cm Trái lại đa số tế bào vi khuẩn có kích thước từ khoảng 1-3 µm Ngày người ta khám phá loại tế bào xem nhỏ tế bào Mycoplasma laidlawi có đường kính 0,1 µm (1000 Ao), lớn ngun tử Hydro 1000 lần gần kích thước siêu vi khuẩn Trong chứa khoảng 1000 chục nghìn đại phân tử sinh học tổng hợp vài chục men khác Thể tích tế bào thay đổi dạng khác Tế bào vi khuẩn tích khoảng 2,5 µm (micro khối) Đối với tế bào mô người (trừ số tế bào thần kinh) tích vào khoảng từ 200 đến 15.000 µm3 Thường thể tích loại tế bào cố định khơng phụ thuộc vào thể tích chung thể Ví dụ : Tế bào thận, gan bị, ngựa, chuột tích Sự sai kích thước quan số lượng tế bào khơng phải kích thứơc tế bào Số lượng tế bào Số lượng tế bào thể khác khác Sinh vật đơn bào thể có tế bào Các sinh vật đa bào thể có từ vài trăm tế bào bọn luân trùng có 400 tế bào, đến hàng tỷ tế bào Ví dụ thể người có 6.1014 tế bào Chỉ tính riêng hồng cầu máu người đạt tới 23.000 tỷ Tuy nhiên thể đa bào dù có số lượng tế bào lớn đến phát triển từ tế bào khởi nguyên gọi hợp tử Các dạng tế bào cấu trúc đại cương Trong thực tế không tồn dạng tế bào chung cho tất thể sinh vật mà tế bào phân hóa nhiều dạng khác q trình tiến hóa sinh vật Ngày nhờ kỹ thuật kính hiển vi điện tử, người ta xác lập dạng tổ chức tế bào: -Dạng có nhân nguyên thủy, có tổ chức cịn ngun thủy, chưa có màng nhân (procaryota) - Dạng tế bào có nhân thức (Eukaryota) 4.1 Tế bào nhân sơ procaryote 4.1.1 Thành tế bào, màng sinh chất, lông roi a Thành tế bào: - Thành tế bào Peptiđơglican - Vai trị: Quy định hình dạng tế bào b Màng sinh chất: - Cấu tạo từ lớp photpholipit Prơtêin - Vai trị: Bảo vệ tế bào c Vỏ nhày (ở số vi khuẩn): - Bảo vệ vi khuẩn → Ít bị bạch cầu tiêu diệt d Lông roi - Lông (Nhung mao): Giúp vi khuẩn bám vào tế bào chủ - Roi (tiên mao): Giúp vi khuẩn di chuyển 4.1.2 Tế bào chất: - Nằm màng sinh chất vùng nhân - Khơng có: Khung tế bào, hệ thống nội màng, bào quan có màng, có Ribơxơm - số vi khuẩn có plasmit (là ADN dạng vịng nhỏ nằm tế bào chất vi khuẩn) Vùng nhân: - Chưa có màng nhân - Vật chất di truyền phân tử ADN dạng vòng 4.2 Phân loại vi khuẩn: Dựa vào cấu tạo thành tế bào người ta chia thành loại vi khuẩn - Vi khuẩn gram+ (Thành tế bào dày, có màu tím nhuộm) - Vi khuẩn gram- (Thành tế bào mỏng, có màu đỏ nhuộm) Dùng kháng sinh đặc hiệu để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh 4.2 Tế bào nhân thực eucaryote Cấu tạo gồm ba thành phần bản: màng sinh chất, tế bào chất nhân Tế bào thực vật Tế bào động vật 4.2.1 Màng sinh chất: Màng sinh chất tế bào màng sống, nằm ngồi cùng, có tác dụng bảo vệ tế bào, thực trao đổi chất tế bào với mơi trường ngồi với tế bào khác, tiếp nhận truyền đạt thông tin từ môi trường ngồi để có biến đổi tương ứng với mơi trường ngồi 4.2.2 Tế bào chất : Tế bào chất hệ keo suốt , có tính chiết quang thường xuyên chuyển động Tế bào chất nơi diễn hoạt động sống tế bào chứa nhiều loại bào quan đảm nhận chức khác : ty thể, lạp thể, lười nội chất , thể golgi, riboxom, vi thể… * Mạng lưới nội chất - Là hệ thống xoang ống phân nhánh nhiều, có tác dụng nối màng sinh chất với màng nhân nối bào quan với - có loại lưới nội chất: Lưới nội chất khơng có hạt lưới nội chất có hạt + Lưới nợi chất khơng có hạt: mặt ngồi lưới khơng có riboxom bám vào, làm nhiệm vụ tổng hợp chuyển hóa chất béo, fotfolifit , giải độc chất độc từ không tan nước thành tan nước để tiết qua nước tiểu tham gia vào co duỗi + Lưới nợi chất có hạt: mặt ngồi lưới có riboxom bám vào, làm nhiệm vụ: tiếp nhận, chế biến , bao gói gửi protein tiết, tổng hợp fotfolifit cholesterol dùng để tái tạo màng tế bào * Riboxom - Riboxom làm nhiệm vụ tổng hợp protein cho tế bào Thành phần hóa học chủ yếu riboxom gồm chủ yếu porotein ARN - Cấu trúc riboxom gồm đơn vị có độ lắng khác nhau: đơn vị nhỏ có độ lắng 40S, đơn vị lớn có độ lắng 60S Các riboxom tế bào nhân chuẩn có độ lắng 80S ( tế bào tiền nhân 70S với tiểu phần: tiểu phần nhỏ-30S , tiểu phần lớn-50S ) * Vi thể - Gồm peroxyxom glyoxyxom + peroxyxom : túi nhỏ, bao bọc màng, chứa enzym xúc tác cho phản ứng ngưng tụ, có khả giải độc alcol Hoạt động peroxyxom liên quan tới phản ứng tổng hợp phân hủy Peroxydehydro ( H202 ) + glyoxyxom : chứa enzym phân hủy lipit thực vật thành đường ni Tế bào động vật khơng có bào quan * Thể Golgi : - Là hệ thống túi dẹt xếp gần song song với nhau, nằm gần nhân , làm nhiệm vụ tập trung chất tiết, chất cặn bã hoạt động sống tế bào chất độc từ đột nhập vào tế bào để loại chất khỏi tế bào * Lyzoxom ( tiêu thể hay thể hòa tan ) - Lyzoxom có màng giống màng sinh chất, chứa enzym thủy phân axit làm nhiệm vụ tiêu hóa thức ăn cho tế bào giải độc cho tế bào - Tiêu thể tồn dạng : dạng chứa enzym tiêu hóa gọi tiêu thể sơ cấp ‘ tiêu thể kết hợp với khơng bào tiêu hóa khơng bào tự tiêu gọi tiêu thể thứ cấp - Sản phẩm lại tiêu thể gọi cặn bã * Ty thể - Là quan hô hấp tế bào, thường có dạng hình trụ, hình sợi, hình que, hình hạt Ty thể thường tập trung nhiều nơi có cường độ trao đổi chất mạnh - Cấu trúc ty thể: ty thể gồm màng ngồi, màng Màng có nhiều lược, chứa hệ thống enzym phức tạp, đảm bảo cho hô hấp cưa tế bào * Lạp thể - Là loại bào quan có tế bào thực vật - Có loại lạp thể: + Tiền lạp ( mơ phân sinh ) chuyển hóa thành loại lạp thể khác + Sắc lạp: chứa sắc tố + Bột lạp: chứa tinh bột dự trữ + Lục lạp: quan quang hợp tế bào thực vật Lục lạp thượng có dạng hình cầu bầu dục có màu lục Cấu trúc lục lạp: ngồi lớp màng ( màng màng ) , phía màng túi ( màng thylakoid ) Dưới kính hiển vi điện tử, màng túi gồm mỏng xếp song song, xen kẽ có hạt – túi hình đĩa xếp thành chồng gọi mỏng, mang phân tử diệp lục * Sợi tế vi - Được cấu tạo sợi protein loại actin nhỏ ( Ø = nm ) Thỉnh thoảng kết hợp với sợi miosin * Vi ống ( vi quản ) - Là ống rống, dài vài chục µm, Ø = 20 nm - Được cấu tạo Tubilin Mỗi phân tử Tubilin gồm phân tử protein ( α , ß ) cuộn xoắn ốc chồng lên làm thành vách vi ống - Vi ống cấu tạo nên thoi vô sắc để nhiễm sắc thể trượt cực tế bào trình phân bào, tham gia vào di chuyển tinh trùng, cấu tạo lông roi sinh vật đơn bào, chuyên chở tế bào tiết hoocmon * Trung thể - Là loại bào quan có tế bào động vật ( trừ tế bào thần kinh ) tế bào thực vật bậc thấp - Trung thể nằm gần nhân, tham gia hình thoi vơ sắc tế bào phân chia - Cấu tạo: trung thể gồm có trung tử trung cầu Trung tử có dạng hình que ngắn bao bọc trung cầu Trung tử cấu tạo từ vi ống * Thể gốc - Có cấu tạo giống trung thể nằm gốc lông roi, tham gia vào chức phận hoạt động bắt mồi 4.2.3 Nhân: - Nhân trung tâm điều khiển hoạt động sống tế bào giữ vai trò quan trọng di truyền - Đa số tế bào thường có nhân hình trịn bầu dục nằm khkoois tế bào chất, song có tế bào có nhiều nhân ( tế bào đa nhân ) Nhân tế bào có hình hạt đậu , hình mái chèo, hình múi, phân thùy, phân nhánh - Cấu trúc nhân: gồm màng nhân chất nhân * Màng nhân: màng kép, có cấu tạo giống màng sinh chất Trên màng có nhiều lỗ nhỏ có đường kính từ 300-400 Å để thực trao đổi chất nhân với tế bào chất * Chất nhân: màng nhân bao bọc, gồm dịch nhân, nhân chất nhiễm sắc Nhân nơi tổng hợp riboxom cho tế bào chất Chất nhiễm sắc nhiễm sắc thể dạng sợi mảnh Thành phần nhiễm sắc thể kết hợp phức tạp protein axit nucleic II SỰ TRAO ĐỔI CÁC CHẤT QUA MÀNG Cấu trúc màng sinh chất Cấu trúc khảm động màng sinh chất, công nhận phù hợp thực tế cấu tạo màng tế bào dạng tế bào, giải thích tính ổn định cao linh hoạt cao đáp ứng chức màng tế bào Theo mơ hình cấu tạo màng sinh chất gồm: lớp lifit kép , cấu tạo đơi fotfolifit làm thành phần chủ yếu tế bào, động vật bậc cao cịn có thêm cholesterol chen vào hai phân tử fotfolifit giúp cho màng cứng hơn, cholesterol có vai trị chất đệm tính lỏng Lớp fotfolifit có tính phân cực , chúng quay đầu ghét nước hướng vào đầu ưa nước hướng nước Các pro màng khơng đồng có sắp xếp khác + Các protein ngoại vi nằm bề mặt màng , chúng thường gắn với oligosaccharicle liên kết cộng thành phức hợp glycoprotein + Các protein nội vi gắn vào lớp đơi fotfolifit phần tồn , có phần nằm lớp lifit kép có đầu mút thị phía bề mặt màng Cấu trúc màng sinh chất: Màng sinh chất có cấu tạo theo mơ hình khảm động: – Cấu trúc khảm: Màng cấu tạo chủ yếu từ lớp photpholipit kép, có điểm thêm phân tử prơtêin phân tử khác Ở tế bào động vật người cịn có nhiều phân tử colestêron làm tăng độ ổn định màng sinh chất Các prôtêin màng tế bào có tác dụng kênh vận chuyển chất vào tế bào thụ thể tiếp nhận thơng tin từ bênngồi – Cấu trúc động: lực liên kết yếu phân tử phơtpholipit, phân tử photpholipit chuyển động màng với tốc độ trung bình 2mm/giây, prơtêin chuyển động chậm nhiều so với phơtpholipit Chính điều làm tăng tính linh động màng b Chức màng sinh chất: – Màng sinh chất có tính bán thấm: Trao đổi chất với mơi trường có tính chọn lọc: lớp photpholipit cho phân tử nhỏ tan dầu mỡ qua Các chất phân cực tích điện phải qua kênh prơtêin thích hợp vào tế bào – Thu nhận thơng tin lí hố học từ bên (nhờ thụ thể) đưa đáp ứng kịp thời – Nhờ có “dấu chuẩn” glicôprôtêin đặc trưng cho loại tế bào mà tế bào cùng thể nhận biết nhận biết tế bào “lạ” (tế bào thể khác) Vận chuyển chất qua màng sinh chất 2.1 Vận chuyển thụ động 2.1.1 Khái niệm: Là phương thức vận chuyển chất mà không tiêu tốn lượng 2.1.2 Cơ sở khoa học: Dựa theo nguyên lí khuếch tán chất từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ nồng độ thấp Sự khuếch tán nước gọi thẩm thấu Có thể khuếch tán cách: + Khuếch tán trực tiếp qua lớp phôtpholipit kép + Khuếch tán qua lớp prôtêin xuyên màng Khuếch tán phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ mơi trường bên bên ngồi tế bào đặc tính lí hóa chất khuếch tán + Các chất khơng phân cực có kích thước nhỏ O 2, CO2… khuếch tán trực tiếp qua lớp phôtpholipit kép + Các chất phân cực, ion chất có kích thước lớn glucơzơ khuếch tán qua màng nhờ kênh prôtêin xuyên màng Nước qua màng nhờ kênh aquaporin 2.1.3 Các loại mơi trường bên ngồi tế bào - Môi trường ưu trương: môi trường bên ngồi tế bào có nồng độ chất tan cao nồng độ chất tan tế bào chất tan di chuyển từ mơi trường bên ngồi vào bên tế bào nước di chuyển từ bên bên tế bào - Mơi trường đẳng trương: mơi trường bên ngồi có nồng độ chất tan nồng độ chất tan tế bào - Mơi trường nhược trương: mơi trường bên ngồi tế bào có nồng độ chất tan thấp nồng độ chất tan tế bào chất tan khơng thể di chuyển từ mơi trường bên ngồi vào bên tế bào nước di chuyển từ bên vào tế bào 2.2 Vận chủn chủ đợng (vận chủn tích cực) - Là phương thức vận chuyển chất từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao (ngược chiều građien nồng độ) tiêu tốn lượng - Trên màng tế bào có bơm ứng với chất cần vận chuyển, lượng sử dụng ATP VD: Hoạt động bơm natri-kali: nhóm phơt phat ATP gắn vào bơm làm biến đổi cấu hình prôtêin  làm cho phân tử prôtêin liên kết đẩy Na+ đưa K+ vào tế bào Hình thức vận chuyển chủ động hình thức vận chuyển tiêu tốn lượng ATP nhằm đưa chất ngược lại chiều gradient nồng độ chúngü Hình thức vận chuyển thực qua vai trịì protein xun màng đặc hiệu đóng vai trị bơm hoạt động nhờ ATP để đẩy ion Na+, K+, H+, Ca2+, I-, Cl- phân tử nhỏ acid amin, monosaccharide ngược lại chiều gradient nồng độ chúng Hình thức vận chuyển chia làm hai loại (1) vận chuyển chủ động nguyên phát (2) vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo lượng ATP sử dụng trực tiếp hay gián tiếp qúa trình vận chuyển chất Vận chuyển chủ động nguyên phát (primary active transport) Vận chuyển chủ động ngun phát hình thức vận chuyển lượng từ ATP sử dụng trực tiếp để "bơm" chất qua màng theo chiều ngược với chiều gradient nồng độ 10 => Hai cặp gen nằm NST Sơ đồ lai Quy ước: A : thân xám > a : thân đen B : cánh dài > b : cánh cụt Sơ đồ lai : Ptc : ♀ AB x ♂ ab AB ab F1 : AB (100% TX, CD) ab Pa : ♂ AB ab Fa : AB ab x ♀ ab ab ab ab (50% TX, CD) : (50% TĐ, CC) Cơ sở tế bào học tượng di truyền liên kết gen Các gen quy định tính trạng khác (màu thân, dạng cánh) nằm NST di truyền Kết luận: - Liên kết gen tượng gen NST di truyền - Các gen nằm NST tạo thành nhóm gen liên kết - Số nhóm gen liên kết lồi số NST đơn bội (n) lồi B DI TRUYỀN LIÊN KẾT KHƠNG HỒN TỒN Thí nghiệm Morgan P tc: ♀ thân xám, cánh dài x ♂ thân đen, cánh ngắn F1: 100% thân xám, cánh dài Pa: ♀ thân xám, cánh dài x ♂ thân đen, cánh ngắn F2: 965 xám, dài (41,5 %) : 944 đen, ngắn (41,5 %) 206 xám, ngắn (8,5 %) : 185 đen, dài (8,5 %) 87 Nhận xét tỉ lệ phân li kiểu hình F2: Phương pháp thi nghiệm giống với thí nghiệm Tuy nhiên có mơt số điểm khác đãn đến kết thí nghiệm khác Đặc điểm so sánh Thí nghiệm Thí nghiệm Các thể đem lai phân tích Đực F Cái F Số loại kiểu hình phép lai kiểu hình kiểu hình phân tích Fa Tỉ lệ phân li kiểu hình :1 41,5 : 41,5 : 8,5 : 8,5 => Kết phân tích thể F1 cho thấy cho thấy gen quy định màu sắc thân chiều dài cánh nằm NST giới xảy hoán vị gen, giới đực khơng xảy tương hóa vị gen Sơ đồ lai Quy ước A : thân xám > a : thân đen B : cánh dài > b : cánh cụt Sơ đồ lai : Ptc : ♀ AB x AB F1 : AB (100% TX, CD) ab ♂ ab ab Pa : ♀ AB ab x ♂ ab ab Fa : AB ab (41, 5% TX, CD) : ab ab (41, 5% TĐ, CC) : Ab ab (8, 5% TX, CC) : aB ab (8, 5% TĐ, CD) 88 Cơ sở tế bào học tượng di truyền liên kết khơng hồn tồn - Trong trình phân bào, kỳ trước trình giảm phân xảy tượng bắt chéo crômatit khác nguồn crômatit cặp NST kép tương đồng Sau vài tế bào xảy tượng trao đổi đoạn làm cho gen đoạn NST trao đổi chỗ cho => hoán vị gen - Tần số hoán vị: + Là tỉ lệ % số cá thể có tái tổ hợp (% giao tử mang gen hoán vị) + Tần số phản ánh khoảng cách tương đối gen không alen NST Khoảng cách lớn lực liên kết nhỏ tần số hoán vị gen cao Dựa vào người ta lập đồ di truyền + Tần số hốn vị gen khơng vượt q 50% tượng trao đổi chéo xảy crômatit cặp NST kép tương đồng 89 Kết luận: - Do gen có xu hướng liên kết hồn tồn nên tượng hốn vị gen xảy - Các giao tử hốn vị gen chiếm tỉ lệ thấp - Tần số hoán vị gen thể lực liên kết khoảng cách tương đối gen C BẢN ĐỒ DI TRUYỀN - Là sơ đồ sắp xếp vị trí tương đối gen nhóm liên kết - Khi lập đồ di truyền, cần phải xác định số nhóm gen liên kết, trình tự khoảng cách gen nhóm gen liên kết nhiễm sắc thể - Khoảng cách gen NST tính đơn vị cM (centiMorgan) - Dựa vào việc xác định tần số hốn vị gen, người ta xác lập trình tự khoảng cách gen nhiễm sắc thể: 1% HVG xấp xĩ 1cM Ý nghĩa: - Dự đốn trước tính chất di truyền tính trạng mà gen sắp xếp đồ - Giúp nhà tạo giống rút ngắn thời gian tạo giống D Ý NGHĨA CỦA HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN LIÊN KẾT Ý nghĩa liên kết hoàn toàn: - Nhiều nhóm gen q nằm NST di truyền tạo nên nhóm tính trạng tốt giúp cho ổn định lồi - Trong cơng nghiệp chọn giống, chuyển gen có lợi NST để tạo giống mong muốn Ý nghĩa liên kết khơng hồn tồn: - Tăng biến dị tổ hợp, tạo nguồn nguyên liệu cho tiến hoá chọn giống - Các gen quý có hội tổ hợp lại tạo thành nhóm gen liên kết -> Rất có ý nghĩa tiến hóa chọn giống 90 - Thiết lập khoảng cách tương đối gen nhiễm sắc thể -> thiết lập đồ gen dự đốn trước tần số tổ hợp gen phép lai, có ý nghĩa chọn giống (giảm thời gian chọn đôi giao phối cách mò mẫm) nghiên cứu khoa học V QUY LUẬT DI TRUYỀN LIÊN KẾT VỚI GIỚI TÍNH Nhiễm sắc thể giới tính - NST giới tính loại NST có chứa gen quy định giới tính gen khác - Mỗi NST giới tính có đoạn: + Đoạn khơng tương đồng chứa gen đặc trưng cho NST + Đoạn tương đồng chứa lôcút gen giống - Một số chế tế bào học xác định giới tính NST: * Kiểu XX, XY - Con XX, đực XY: động vật có vú, ruồi giấm, người - Con XY, đực XX : chim, bướm, cá, ếch nhái * Kiểu XX, XO: - Con XX, đực XO: châu chấu, rệp, bọ xit - Con XO, đực XX : bọ nhậy Đặc điểm di truyền gen NST X 2.1 Thí nghiệm Phép lai thuận nghịch: phép lai có hốn đổi kiểu hình cặp bố mẹ lai thuận lai nghịch Mục đích để đánh giá ảnh hưởng giới tính đến hình thành tính trạng Ví dụ: lai thuận : bố mắt đỏ x mẹ mắt trắng; lai nghịch : bố mắt trắng x mẹ mắt đỏ Phép lai thuận: Ptc: ♀ Mắt đỏ × ♂ Mắt trắng F1: 100% ♀ Mắt đỏ : 100% ♂ Mắt đỏ F2: 100% ♀ Mắt đỏ : 50% ♂ Mắt đỏ : 50% ♂ mắt trắng 91 Phép lai nghịch: Ptc: ♀ Mắt trắng × ♂ Mắt đỏ F1: 100% ♀ Mắt đỏ : 100% ♂ Mắt trắng F2: 50% ♀ Mắt đỏ : 50% ♀ Mắt trắng : 50% ♂ Mắt đỏ : 50% ♂ Mắt trắng 2.2 Nhận xét + Kết phép lai thuận, nghịch khác + Có phân li khơng đồng giới + Dựa vào phép lai thuận: mắt đỏ tính trạng trội, mắt trắng tính trạng lặn Một gen quy định tính trạng + Quy ước gen: A: mắt đỏ ; a: mắt trắng 2.3 Giải thích + Gen quy định tính trạng màu mắt có NST X mà khơng có alen tương ứng NST Y + Cá thể đực (XY) cần gen lặn a nằm X biểu kiểu hình mắt trắng + Cá thể (XX) cần gen lặn a cho kiểu hình mắt trắng 2.4 Cơ sở tế bào học Cơ sở tế bào học phép lai phân li cặp NST giới tính giảm phân tổ hợp thụ tinh dẫn đến phân li tổ hợp cặp gen quy định màu mắt 25 Sơ đồ lai: Quy ước : A mắt đỏ; a mắt trắng 92 2.6 Kết luận: - Gen quy định tính trạng có NST X mà khơng có Y nên cá thể đực cần có alen lặn nằm X biểu thành kiểu hình - Gen NST X di truyền theo quy luật di truyền chéo + Gen X bố truyền cho gái, trai nhận gen X từ mẹ + Tính trạng biểu khơng giới Một số bệnh di truyền người gen lặn NST X: mù màu, máu khó đơng Đặc điểm di truyền gen nằm NST Y 3.1 Ví dụ : Người bố có tật có túm lơng vành tai sẽ truyền đặc điểm cho tất trai mà gái ko bị tật 3.2 Nhận xét - NST X có gen mà Y khơng có Y có gen mà X khơng có - Gen đoạn khơng tương đồng NST Y tính trạng gen quy định biểu giới - Gen nằm NST Y di truyền thẳng Ý nghĩa di truyền liên kết với giới tính - Điều khiển tỉ lệ đực theo ý muốn chăn nuôi trồng trọt: 93 Ví dụ: Người ta phân biệt trứng tằm sẽ nở tằm đực, trứng tằm nở tằm cách dựa vào màu sắc trứng Việc nhận biết sớm giúp mang lại hiệu kinh tế cao ni tằm đực có suất tơ cao - Nhận dạng đực từ nhỏ để phân loại tiện cho việc chăn nuôi - Phát bệnh rối loạn chế phân li, tổ hợp cặp NST giới tính VI DI TRUYỀN NGỒI NHÂN Biểu hiện: - Kết lai thuận, nghịch khác - Con lai ln có kiểu hình giống mẹ Giải thích - Khi thụ tinh giao tử đực truyền nhân cho trứng - Các gen nằm tế bào chất (trong ty thể lục lạp) mẹ truyền cho qua tế bào chất trứng - Kiểu hình đời ln giống mẹ Kết luận: Có hệ thống di truyền di truyền nhân di truyền ngồi nhân (di truyền theo dịng mẹ) VII ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG LÊN SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN Mối quan hệ gen tính trạng Gen (ADN) →→ mARN →→ Pơlipeptit →→ Prơtêin →→ Tính trạng Sự tương tác kiểu gen môi trường: - Nhiều yếu tố MT ảnh hưởng đến biểu kiểu gen Mức phản ứng kiểu gen 3.1 Khái niệm - Tập hợp kiểu hình khác kiểu gen tương ứng với môi trường khác mức phản ứng kiểu gen Đặc điểm - Hiện tượng kiểu gen thay đổi kiểu hình trước điều kiện MT khác gọi mềm dẻo kiểu hình(thường biến) - Thường biến giúp SV thích nghi trước thay đổi ĐK MT - Mỗi kiểu gen có mức phản ứng khác mơi trường sống khác - Tính trạng có hệ số di truyền thấp tính trạng có mức phản ứng rộng; thường tính trạng số lượng (năng suất, sản lượng trứng ) - Tính trạng có hệ số di truyền cao ® tính trạng có mức phản ứng hẹp thường tính trạng chất lượng (Tỷ lệ Protein sữa hay gạo ) 94 CHƯƠNG V: SINH HỌC PHÂN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC DƯỢC CHẤT I KỸ THUẬT PCR1 PCR chữ viết tắt cụm từ Polymerase Chain Reaction, dịch vài sách Phản ứng chuỗi trùng hợp có sách gọi "phản ứng khuếch đại gen" PCR kỹ thuật phổ biến sinh học phân tử nhằm khuyếch đại (tạo nhiều sao) đoạn DNA mà không cần sử dụng sinh vật sống E coli hay nấm men PCR sử dụng nghiên cứu sinh học y học phục vụ nhiều mục đích khác nhau, phát bệnh di truyền, nhận dạng, chẩn đốn bệnh nhiễm trùng, tách dịng gene, xác định huyết thống Quá trình phát kỹ thuật PCR Vào buổi tối cuối tuần tháng năm 1983, lúc lái xe đường gần vùng đồi núi California, ý tưởng loé lên đầu Kary Mullis ông phải lùi xe lại chạy lố đường, hình ảnh hai bánh xe tách khỏi hai bánh xe cũ: « Dùng nhiệt độ tách sợi đôi ADN thành hai mạch đơn » Lúc Kary Mullis nhà hố sinh học bình thường, làm việc phịng thí nghiệm nhỏ Từ ý tưởng đó, Kary Mullis phát minh kỹ thuật PCR (phản ứng chuỗi polymerase) vào năm 1985, tạo nên cách mạng lớn đời sống khoa học Chỉ sau năm (1993), K Mullis trao giải Nobel hoá học nhờ phát minh 1.2 Nguyên lý kỹ thuật PCR Từ đoạn ADN chọn lọc , sẽ nhân lên gấp hàng triệu lần thời gian ngắn Trong thời gian này, chép ADN tạo môi trường in vitro trình phân bào Để tạo trình này, trước tiên chuỗi ADN kép làm nóng đến mức bị tách thành hai nhánh đơn Làm nguội nhánh đơn nhờ xúc tác enzym ADN polymerase tiền chất deoxynucleotid tương ứng để nhánh ADN bổ sung tổng hợp Trong ống nghiệm, q trình khơng thể tự xảy mà phải có đoạn ADN mồi (primers) sẽ tổng hợp với vị trí bổ sung hai chuỗi đơn Các đoạn mồi khởi động đặc thù thường tổng hợp nhân tạo Từ vị trí gắn mồi khởi động, nhánh bổ sung sẽ tổng hợp Mồi khởi động mang tính đặc thù riêng cho ADN có trình tự định Với loại mồi khởi động ADN đặc hiệu với chép Sau chuỗi bổ sung tổng hợp xong, hai chuỗi kép tạo thành qua trình sẽ lại dùng nhiệt để tách trình tổng hợp lại lặp lại để sản sinh chuỗi ADN tiếp diễn 95 Bằng cách sử dụng loại ADN polymerase bền với nhiệt (Taq polymerase), trộn lẫn bệnh phẩm với tiền chất deoxynucleotid, mồi thử cho hai chuỗi polymerase, sau hỗn hợp đưa vào chu trình xử lý nhiệt độ thích hợp với tách chuỗi, tiếp cận mồi tổng hợp chuỗi bổ sung Trong vịng 60 phút, khuếch đại lên đến triệu lần ADN khuếch đại sẽ dễ dàng phát phương pháp khác nhau, thông thường nhất, điện di gel agarose nhuộm ethidium bromide ADN polymerase chịu nhiệt sử dụng có nguồn gốc từ vi khuẩn Thermus aquaticus(Taq polymerase) Hiện nay, hầu hết Taq polymerase trích từ E coli tái tổ hợp Tóm lại: PCR( polymerase Chain Reaction) phương pháp tạo dòng in- vitro nhằm phát nhân đoạn ADN nhiều lần ống nghiệm Để thực phương pháp cần có: phân tử ADN ban đầu, hai đoạn ADN mồi ( primers ), mồi gồm khoảng 20 base, hai mồi gắn đầu phân tử ADN ban đầu: mồi ngược mồi xuôi loại nu ( dATP, dCTP, dGTP, dTTP ), Taq polymerase: enzym polymerase có tính chịu nhiệt độ cao, enzym tách chiết từ loài vi khuẩn Thermus aquaticus Phương pháp PCR thực qua nhiều chu kỳ, chu kỳ gồm giai đoạn: - Giai đoạn biến tính: ủ ADN ban đầu nhiệt độ cao: 92-95 0C 30 giây dến phút để tách AND mạch kép thành mạch đơn Chính mạch đơn đóng vai trị mạch khuôn cho tổng hợp mạch bổ sung 96 - Giai đoạn lai ghép: Nhiệt độ hạ thấp cho phép mồi bắt cặp với khuôn Thực nhiệt độ: 40- 700C, kéo dài từ 30 giây đến phút - Giai đoạn tổng hợp AND (giai đoạn kéo dài): Taq polymerase điều khiển gắn tiếp Nu vào sau ADN mồi dựa ADN ban đầu làm khuôn thực nhiệt độ: 70-720C Một chu kỳ gồm bước sẽ lặp lập lại nhiều lần, lần lặp lại lại làm tăng gấp đôi lượng mẫu lần trước khuyêch đại theo cấp số nhân Sau 30 chu kỳ từ phân tử ADN ban đầu sẽ có 230 phân tử tạo thành Phương pháp PCR phương pháp nhạy, từ lượng ADN ban đầu, với cặp mồi tương ứng , đặc hiệu, sau áp dụng phương pháp PCR sẽ có lượng lớn ADN đủ dùng cho chẩn đoán nghiên cứu phương pháp PCR nhiều trường hợp thay cho phương pháp Southern blotting phương pháp thực nhanh, cần lượng ADN CÁC LĨNH VỰC ÁP DỤNG CỦA PHẢN ỨNG CHUỖI TRÙNG HỢP Phản ứng chuỗi trùng hợp PCR, từ Kary Mullis đề xuất hồn thiện, có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, khoa học công nghệ đời sống xã hội Trong nghiên cứu khoa học, kỹ thuật PCR giúp hữu hiệu cho việc xác định trình tự nucleotit đoạn ADN nhân, giúp phát đột biến, cho phép phân tích liên kết gen từ tế bào riêng lẻ, giúp nghiên cứu q trình tiến hố mức phân tử chí giúp phục hồi gen tồn cách hàng chục triệu năm Trong chọn giống vật nuôi trồng, đặc biệt động vật thực vật bậc cao, vốn trước việc lựa chọn cặp cha mẹ làm giống khó khăn, cần nhiều năm, kỹ thuật PCR cho phép thực vịng vài ngày, chí vài Trong y học PCR chẩn đốn xác bệnh nhiễm trùng từ virus đến vi khuẩn bệnh nấm, kể HIV – AIDS, chẩn đoán sớm điều trị ung thư… Trong tư vấn di truyền y học PCR cho phép chẩn đốn nhanh, xác bệnh di truyền kể chẩn đoán trước sinh giới tính dị tật bẩm sinh có từ thai tuần điều quan trọng không cần chọc ối, cần lấy giọt máu ngoại vi mẹ để làm thí nghiệm Ngày kỹ thuật PCR khơng thể thiếu khoa học hình sự, giúp chẩn đốn nhanh ,chính xác thủ phạm từ vệt máu khô, sợi tóc sinh phẩm thủ phạm để lại trường ngồi kỹ thuật cịn cho phép xác định quan hệ huyết thống cha-con, ông-cháu… vài 97 Trong bảo vệ môi trường, việc xác định mức độ ô nhiễm sinh học thực hiệu nhanh chóng kỹ thuật PCR Những ứng dụng thực tiễn đa dạng chuỗi phản ứng trùng hợp PCR thật vơ tận năm 1985 có cơng trình cơng bố PCR năm sau kỹ thuật sử dụng hàng nghìn phịng thí nghiệm khắp giới nước ta, kỹ thuật PCR sử dụng nhiều trường đại học, viện nghiên cứu ngày trở nên phổ biến phản ứng chuỗi trùng hợp thật đưa lại cách mạng lĩnh vực ứng dụng thực tế di truyền học phân tử II ENZYM GIỚI HẠN Khái niệm Enzyme giới hạn (restriction enzyme, RE) enzyme endonuclease có vị trí nhận biết điểm cắt DNA đặc hiệu Những enzyme phân huỷ liên kết phosphodieste khung DNA mạch đôi mà không gây tổn hại đến bases Các liên kết hóa học mà bị enzyme cắt nối trở lại loại enzyme khác ligases, phân đoạn giới hạn (sản phẩm phản ứng cắt RE) mà bị cắt từ nhiễm sắc thể gene khác ghép có trình tự đầu dính bổ sung với (xem chi tiết phía dưới) Nhiều kỹ thuật sinh học phân tử kỹ thuật di truyền dựa vào enzyme giới hạn Thuật ngữ giới hạn xuất phát từ việc enzyme khám phá từ chủng E coli mà hạn chế phát triển ²thực khuẩn thể" Vì enzyme giới hạn cho chế vi khuẩn nhằm ngăn chặn công virus giúp loại bỏ trình tự virus Phân loại Các nhà sinh hóa chia enzyme cắt giới hạn nói chung thành loại, gọi Loại I, Loại II Loại III Đối với hai loại I III, hoạt tính phân giải acid nucleic hay phân giải nhóm methyl thực chung phức hợp enzyme lớn Mặc dù enzyme thuộc loại nhận biết trình tự DNA đặc hiệu, vị trí cắt thường cách xa vị trí nhận biết, có đến trăm base Chúng cần ATP để hoạt động Những enzyme bắt đầu việc kiểm tra tình trạng methyl hóa adenine vùng nhận biết Nếu hai adenine khơng methyl hóa (dấu cho thấy DNA ngoại lai), phức hợp enzyme thay đổi cấu hình thực hoạt tính phân giải Tuy nhiên, hai adenine methyl hóa, chứng tỏ DNA tế bào, enzyme sẽ thực chức enzyme methyl hóa cho gốc adenine cịn lại để trì ổn định cho DNA gene Với enzyme giới hạn loại II, chức phân giải khơng liên quan đến chức methyl hóa hay phân giải nhóm methyl, vị trí cắt nằm bên 98 hay kế cạnh vị trí nhận biết Ngày người ta biết nhiều enzyme khác loại chúng công cụ sinh học phân tử thiết yếu, đặc biệt thường gặp ứng dụng dịng hóa gene hay phân tích DNA Vị trí điểm cắt Enzyme giới hạn cắt trình tự lặp đối xứng đọc theo chiều 5´-3´ mạch DNA (palindrome) gọi trình tự nhận biết Vị trí điểm cắt enzyme giới hạn nằm ngồi trình tự nhận biết Một số enzyme tạo vết cắt mạch đối diện tức thời, tạo đoạn DNA "đầu (blunt)" Hầu hết en tạo vết cắt chéo (hình chữ chi), tạo "đầu dính" Các enzyme giới hạn có ba chức quan trọng, chức cắt DNA chế khác Đoạn bổ sung đoạn mồi Vì enzyme giới hạn khác trình tự nhận biết điểm cắt, nên chiều dài trình tự xác đầu dính "nhơ ra", khơng biết có phải mạch đầu 5' hay đầu 3' mà phần nhô phụ thuộc vào enzyme tạo sản xuất Tính bổ sung phần nhơ trình tự bổ sung cho phép hai phân đoạn nhập lại với hay "splice" bởiDNA ligase Phân đoạn có đầu dính gắn không với phân đoan lúc bị cắt đầu tiên, mà với phân đoạn mà có đầu dính thích hợp Kiến thức điểm cắt cho phép nhà sinh học phân tử dự đốn cách mà phân đoạn gắn kết từ đó, chọn enzyme thích hợp .5 Cách sử dụng Các trình tự nhận biết điển hình dài từ 4-12 nucleotide Do có số cách để sắp xếp nucleotide—A, C, G T thành hoặc 12 trình tự nucleotide, nên trình tự nhận biết có khuynh hướng "crop up" cách thay đổi trình tự dài Hơn nữa, RE đặc hiệu với hàng trăm trình tự nhận dạng tổng hợp để cung cấp cho phịng thí nghiệm Kết quả, "các điểm giới hạn" tiềm ẩn xuất hầu hết gene nhiễm sắc thể Trong đó, "plasmid" nhân tạo thường bao gồm đoạn nối "linker" chứa hàng tá trình tự nhận biết RE bên đoạn DNA ngắn Vì thế, dù gene có khảo sát dạng nào, gần người ta ln ln tìm hay vài trình tự nhận biết để xử lý enzyme giới hạn nhằm phục vụ cho mục đích dịng hóa Các trình tự nhận biết đa dạng, số chúng palindromic; có nghĩa trình tự chuỗi đọc theo chiều ngược lại với chuỗi bổ sung Nghĩa "palindromic" khác với mong đợi cách sử dụng nó: GTAATG khơng phải trình tự DNA palindromic, mà GTATAC 99 III VECTOR CHUYỂN GEN Khái niệm vector Vector đoạn AND có dạng vịng, mang nhiều đaẹc tính có khả xâm nhập vào tế bào vi khuẩn mượn máy tế bào vi khuẩn đẻ tạo nhiều khác giống hệt vector ban đầu Các ứng dụng vector: - Tạo dòng nhằm khuyêch đại số lượng trình tựu AND xác định - Chuyển gen vào tế bào hay vào thể - Sản xuất ARN với số lượng lớn từ ADN tạo dịng - Sản xuất Prơtein với số lượng lớn từ ADN tạo dịng Các đặc tính mợt vector - Vector phải có khả chép tích cực tế bào chủ, không phụ thuộc chép tế bào chủ - Vector phải có kích thước nhỏ tốt đẻ thu nhận lượng AND lớn Hơn nữa, kích thước vector nhỏ dễ xâm nhập vào tế bào vi khuẩn, chép nhanh hiệu - Vector phải có đặc tính cho phép phát dễ dàng tế bào vi khuẩn có chứa chúng, đặc tính mã hoá gen chọn lọc - Vector phải tồn tế bào vi khuẩn qua nhiều hệ phải gây xáo trộn cho tế bào chủ - Vector phải mang vị trí nhận biết số lượng tối đa enzym giới hạn điều mở rộng khả xây dựng vector tái tổ hợp CÁC ỨNG DỤNG CỦA KĨ THUẬT SINH HỌC PHÂN TỬ Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử chẩn đoán bất thường phôi thai, bệnh di truyền, bệnh ung thư Các bất thường gene gây bệnh nguy hiểm lúc mang thai Bệnh di truyền bệnh ung thư chẩn đốn xác nhờ kỹ thuật sinh học phân tử Một số kỹ thuật gồm khuếch đại gene, giải trình tự gene, phân tích đa hình, phân tích nhiễm sắc thể, Các bệnh thường gặp gồm: bệnh Thalassemia, hội chứng Down, bệnh Hemophilia, đột biến gene AZF gây muộn nam khả sản sinh tinh trùng, đột biến gene egfr kras dẫn đến kháng thuốc bệnh nhân ung thư dày – tá tràng Việc chẩn đoán giúp hạn chế trẻ sơ sinh bất thường, sàng lọc bệnh nhân ung thư kháng thuốc, tư vấn sinh hôn nhân, dự báo trước khả bị bệnh trẻ em gia đình người khơng may mang đột biến gene Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử giám định Pháp y Các kỹ thuật sinh học phân tử nhà khoa học ứng dụng tốt vào giám định pháp y xâm hại tình dục, dấu vết sinh học, xác định quan hệ huyết thống (bao gồm xác định hài cốt liệt sĩ) 100 Thụ tinh nhân tạo Sự muộn nhiều nguyên nhân nam lẫn nữ Nhờ can thiệp công nghệ sinh học sinh sản gồm kỹ thuật thụ tinh ống nghiệm, vi tiêm tinh trùng vào trứng, nhà khoa học bác sĩ mang lại hạnh phúc cho nhiều gia đình Nhiều đứa trẻ Việt Nam đời nhờ thụ tinh nhân tạo Sản xuất thuốc đặc trị nhiễm vi rút Interferon biết đến nhân tố tự nhiên thể tế bào sản xuất để chống lại vi rút (ví dụ vi rút viêm gan C) Nhờ công nghệ protein tái tổ hợp, Interferon người sản xuất bước ứng dụng người Ngoài ra, số nhân tố kích thích tăng sinh tế bào tiền thân tạo máu (GMCSF, M-CSF) thử nghiệm sản xuất nhờ công nghệ tái tổ hợp để ứng dụng giúp tăng sinh tế bào bạch cầu hạt sau điều trị ung thư máu Ứng dụng tế bào gốc Tế bào gốc tế bào có khả phân chia biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác thể Xét giai đoạn phát triển thể, tế bào gốc gồm tế bào gốc phôi (các tế bào ban đầu phôi thai hình thành) tế bào gốc trưởng thành (các tế bào giai đoạn sau sinh) Các nguồn thu nhận tế bào gốc trưởng thành gồm tủy xương, máu ngoại vi, máu cuống rốn, mỡ Trong đó, mỡ nguồn cho nhiều tế bào gốc nên ý Tế bào gốc ứng dụng để chữa bệnh máu Hàng trăm ca ghép tế bào gốc máu ngoại vị thực nước Bên cạnh đó, tế bào gốc từ mỡ sản phẩm từ tế bào gốc bước ứng dụng lĩnh vực thẫm mỹ chăm sóc sắc đẹp mang lại hiệu điều trị tích cực khách hàng đánh giá cao Mặc dù khoa học giới ứng dụng ạt tế bào gốc vào nhiều lĩnh vực, cần tiếp nhận có chọn lọc để tránh tiêu cực „thần thánh hóa“ vai trị tế bào gốc nhiều người Sản xuất dược liệu thực phẩm chức Việt Nam nước giàu tài nguyên dược liệu Nhiều thuốc quý sử dụng chữa bệnh từ lâu đời Nhờ kết hợp với công nghệ sinh học thực vật, di truyền chọn giống, công nghệ cao canh tác, nhiều dược liệu nhân trồng đại trà Rất nhiều loại thực phẩm chức có tính điều trị phịng bệnh đời mang lại hiệu kinh tế cao góp phần chăm sóc sức khỏe người dân Đây lĩnh vực kinh tế lớn xã hội quan tâm phát triển tương lai 101 ... 2: SINH HỌC PHÂN TỬ ADN 1.1 Cấu tạo hóa học ADN - ADN thuộc loại đại phân tử sinh học ( cao phân tử, tức có phân tử lượng lớn ), khối lượng phân tử ADN 10 triệu đvc ( từ 1-1 6 triệu đvc) - ADN... tâm hoạt động phần lớn loại enzym - Cấu trúc bậc giữ vững nhờ liên kết cầu disunfit (-S-S-), tương tác VanderWaals, liên kết hydro, liên kết ion Liên kết -S-S- hình thành từ hai phân tử cystein... bị bạch cầu tiêu di? ??t d Lông roi - Lông (Nhung mao): Giúp vi khuẩn bám vào tế bào chủ - Roi (tiên mao): Giúp vi khuẩn di chuyển 4.1.2 Tế bào chất: - Nằm màng sinh chất vùng nhân - Khơng có: Khung