tiểu luận cấu trúc gen của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn
MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN MỞ ĐẦU Một lĩnh vực quan trọng thuộc ngành Di truyền học sinh học phân tử nghiên cứu gen cấu trúc tất loài tự nhiên Gen cấu trúc đóng vai trị quan trọng việc tồn tại, sinh trưởng – phát triển, di truyền – biến dị loài sinh giới Trong sinh giới, sinh vật chia thành hai nhóm Sinh vật bậc thấp (Prokaryote) Sinh vật bậc cao (Eukaryote) Mỗi nhóm có đặc điểm hình thái,vận động, sinh sản di truyền khác Vì vậy, việc nghiên cứu cấu trúc gen sinh vật nhân sơ sinh vật nhân chuẩn để làm rõ đặc điểm nhóm, từ làm sở để phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học ứng dụng vào thực tiễn Đó lý mà em chọn đề tài “Cấu trúc gen sinh vật nhân sơ sinh vật nhân chuẩn” làm đề tài tiểu luận cho môn học Di truyền Sinh học phân tử 1-Định nghĩa sinh vật nhân sơ (Prokaryote) Sinh vật nhân sơ hay sinh vật tiền nhân sinh vật nhân nguyên thủy (Prokaryote) nhóm sinh vật mà tế bào khơng có màng nhân Tuy nhiên, tế bào số loài Planctomycetales, ADN bao bọc màng đơn Đặc điểm để phân biệt với sinh vật nhân chuẩn nhà sinh học phân tử thường sử dụng trình tự gene mã hóa cho rRNA Sinh vật nhân sơ khơng có bào quan cấu trúc nội bào điển hình tế bào eukaryote Hầu hết chức bào quan ty thể, lục lạp, máy Golgi tiến hành màng sinh chất Sinh vật nhân sơ có vùng cấu trúc là: tiên mao (flagella), tiêm mao, hay lông nhung (pili) - protein bàm bề mặt tế bào; vỏ tế bào bao gồm capsule, thành tế bào màng sinh chất; vùng tế bào chất có chứa ADN genome, ribosome thể vẩn (inclusion body) Hình Sơ đồ cấu trúc điển hình trực khuẩn V í d ụ: Vi sinh vật nhân sơ : vi khuẩn, xạ khuẩn, xoắn thể, micoplasma, ricketxi, vi khuẩn lam… 2-Định nghĩa sinh vật nhân chuẩn (Eukaryote) Sinh vật nhân chuẩn, gọi sinh vật nhân thực, sinh vật nhân điển hình sinh vật có nhân thức (danh pháp: Eukaryota hay Eukarya) sinh vật gồm tế bào phức tạp, vật liệu di truyền đặt nhân có màng bao bọc Sinh vật nhân chuẩn gồm có động vật, thực vật nấm - hầu hết chúng sinh vật đa bào - nhóm đa dạng khác gọi chung nguyên sinh vật (đa số sinh vật đơn bào, bao gồm động vật nguyên sinh thực vật nguyên sinh) Sinh vật nhân chuẩn có nguồn gốc thường xếp thành siêu giới vực (domain) Ostreococcus - Sinh vật nhân chuẩn nhỏ đ][cj ghi nhận cịn tồn với đ][ngf kính cỡ 0,8 µm Các sinh vật thường lớn gấp 10 lần (về kích thước) so với sinh vật tiền nhân, gấp khoảng 1000 lần thể tích V í d ụ: v ề vi sinh vật nhân thật : nấm men, động vật nguyên sinh, tảo đơn bào, nấm sợi… 3-Định nghĩa gen: *Gen đoạn phân tử ADN mang thơng tin mã hố cho sản phầm xác định (1 chuỗi pôlipeptit hay phân tử ARN) Ví dụ: Gen hemơglơbin anpha (Hb α) gen mã hóa chuỗi pơlipeptit α góp phần tạo nên prôtêin Hb tế bào hồng cầu; gen tARN mã hóa phân tử tARN … *Cấu trúc gen Mỗi gen gồm vùng trình tự nucleotit: Các loại gen: Có nhiều loại gen cấu trúc, gen điều hòa… - Gen cấu trúc gen mang thơng tin mã hố cho sản phẩm tạo nên thành phần cấu trúc hay chức tế bào - Gen điều hoà gen tạo sản phẩm kiểm soát hoạt động gen khác 4.Cấu trúc gen sinh vật nhân sơ: 4.1 Cấu trúc gen vùng nhân: Cấu tạo Vùng nhân: Khơng có màng nhân bao bọc , vùng nhân thường chứa phân tử ADN mạch vịng nhất( đóng vai trò nhiễm sắc thể vi khuẩn) Tế bào sinh vật nhân sơ chứa cấu trúc AND ngồi AND vùng nhân plasmid, có dạng vòng nhỏ AND vùng nhân Trên Plasmid thường chứa gene có chức bổ sung, ví dụ gen kháng sinh Chức năng: Mang, bảo quản truyền đạt thong tin di truyền, điều khiển hoạt độg sống tế bào Plasmid AND vùng nhân 4.2 Cấu trúc Plasmid sinh vật nhân sơ: a Khái niệm plasmid Plasmid phân tử DNA vịng kín mạch, thấy mạch thẳng, nằm ngồi thể nhiễm sắc, có kích thước nhỏ (bằng khoảng 1/100 thể nhiễm sắc vi khuẩn) có khả tự nhân lên độc lập với tế bào chúng phân sang tế bào nhân lên với nhân lên tế bào Các plasmid tăng lên giảm có yếu tố bất lợi nhiệt độ, thuốc màu, kháng sinh, chất dinh dưỡng… Các plasmid trạng thái cài vào thể nhiễm sắc, có khả tiếp hợp khơng tiếp hợp, có nhiều loại tế bào vi khuẩn b Vai trị plasmid: Các plasmid khơng phải yếu tố thiết phải có sống tế bào, có mặt, chúng đem lại cho tế bào nhiều đặc tính chọn lọc quý có thêm khả phân giải số hợp chất, chống chịu với nhiệt độ bất lợi, chống chịu với kháng sinh… Thường plasmid nhân lên tế bào nhân lên hay tế bào tiếp hợp, khơng có nghĩa nhân lên plasmid phụ thuộc vào nhân lên tế bào Trong trường hợp nhân lên, phải có chế kiểm soát đảm bảo đồng thời nhân lên, số lượng phân chia đồng cho hai tế bào con, chế cịn chưa sáng tỏ Có plasmid chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ tiếp hợp (tiếp hợp được), ngược lại có plasmid khơng tiếp hợp Các plasmid qua tụ cầu khuẩn Staphylococcus chuyển sang tế bào nhận nhờ tải nạp Một số plasmid (ví dụ yếu tố giới tính F) xâm nhập vào thể nhiễm sắc vị trí đặc biệt có trật tự nucleotide bổ trợ với đoạn nucleotide plasmid, site gọi yếu tố gia nhập (IS), IS gồm khoảng 1000bp thấy E coli IS (768bp) IS (1327bp) Như vậy, yếu tố gia nhập (yếu tố điền vào - IS) đoạn nucleotide nhỏ (700 - 1500bp) thường mã hóa chuyển vị (transposition) (tạo site - tự cắt đứt trước DNA) 5.Cấu trúc gen sinh vật nhân chuẩn: 5.1 Cấu trúc gen nhân tế bào sinh vật nhân chuẩn: *Cấu trúc nhiễm sắc thể (sv nhân chuẩn) Hình thái cấu trúc hiển vi NST Mỗi nhiễm sắc thể giữ vững hình thái, cấu trúc đặc thù qua hệ tế bào thể, có biến đổi qua giai đoạn chu kì tế bào Hình thái NST thay đổi theo kì phân bào, hình dạng đặc trưng (rõ nhất, lớn nhất) kì bao gồm: tâm động, trình tự khởi động nhân đơi vùng đầu mút có tác dụng bảo vệ NST không cho chúng dĩnh vào Mỗi NST có phận chủ yếu: tâm động, đầu mút, trình tự khởi đầu nhân đơi AND Sự biến đổi hình thái NST nguyên phân a.Cấu trúc siêu hiển vi - NST gồm chủ yếu ADN prôtêin loại histon, xoắn theo mức khác - NST gồm gen, tâm động trình tự đầu mút trình tự khởi đầu tái - Phân tử ADN mạch kép chiều ngang 2nm, quấn 1vịng (chứa 146 cặp nuclêotit) quanh khối prơtêin (8 phân tử histon) tạo nên nuclêôxôm - Các nuclêôxôm nối với đoạn ADN phân tử prôtêin histôn tạo nên chuỗi nuclêôxôm chiều ngang 11 nm gọi sợi Tiếp tục xoắn bậc tạo sợi nhiễm sắc 30nm Xoắn tiếp lên 300nm xoắn lần thành cromatit 700nm (1nm = 10-3 micromet) 10 b Chức nhiễm sắc thể NST có chức khác như: lưu giữ, bảo quản truyền đạt thông tin di truyền thông qua chế tự nhân đôi, phân li, tổ hợp diễn qua trình phân bào thụ tinh…Do vậy, NST coi sở vật chất tính di truyền cấp độ tế bào Trong tế bào sinh dưỡng NST tồn thành cặp Nhiễm sắc thể thường gồm nhiều cặp, tồn thành cặp tương đồng Nhiễm sắc thể thường mang gen xác định việc hình thành tính trạng thường Cịn NST giới tính có cặp Nhiễm sắc thể giới tính quy định việc hình thành tính trạng đực, vi sinh vật, quy định tính trạng sinh dục phụ mang gen xác định số tính trạng liên quan đến giới tính 5.2 Cấu trúc gen ngồi nhân tế bào sinh vật nhân chuẩn: a Gen nhân (ngoài NST) - Khái niệm: Gen NST gen (ADN) tồn TBC chứa bào quan như: ti thể, lạp thể hay plasmit vi khuẩn - Đặc điểm gen NST: 11 + Bản chất ADN dạng vòng + Số lượng so với gen nhân + Có thể bị đột biến di truyền Sự di truyền ti thể: - Bộ gen ti thể kí hiệu mtADN (MitochondrialADN) có cấu tạo xoắn kép, trần, mạch vịng - Có hai chức chủ yếu: + Mã hóa nhiều thành phần ti thể: rARN, tARN nhiều loại prơtêin có màng ti thể + Mã hóa cho số prơtêin tham gia vào chuỗi chuyền electron - Thực nghiệm chứng minh sở di truyền tính kháng thuốc từ gen ti thể Các tế bào kháng thuốc tách nhân, cho kết hợp với tế bào bình thường mẫn 12 cảm thuốc, tạo tế bào kháng thuốc Điều chứng tỏ tính kháng thuốc truyền qua gen nhân Sự di truyền lục lạp: - Bộ gen lục lạp kí hiệu cpADN (Chloroplast ADN) có cấu trúc xoắn kép, trần, mạch vịng - Chức năng: Mã hóa nhiều thành phần ti thể: rARN, tARN nhiều loại prôtêin riboxom màng lục lạp cần thiết cho việc chuyền điện tử trình quang hợp - Sự di truyền lạp thể di truyền tế bào chất hay di truyền theo dòng mẹ xác định đối tượng khác Ví dụ: Khi cho ngơ xanh bình thường thụ phấn với ngơ xanh có đốm trắng hệ xanh bình thường Còn đốm thụ phấn với xanh bình thường hệ xuất số xanh, số đốm số hoàn toàn bạch tạng 13 5.3 Hiện tượng gen phân mảnh (phân đoạn) sinh vật nhân chuẩn: Cấu trúc gene phân đoạn (gene phân mảnh) Một gene Eukaryot có cấu trúc bao gồm đoạn tăng cường (enhancer) đoạn khởi động (promotor), intron kẽ nhau, cuối đoạn kết thúc, hoá (Noncoding Sequences) gọi intron hay gọi đoạn xen (Intervening Sequences) (IS) xen vào làm gián đoạn đoạn mã hóa (Coding sequences) gọi exon Những gene có cấu trúc gồm exo gọi gene khảm (mosaic gene) Hiện nay, chưa rõ chức intron, nhiên có giả thuyết rằng, intron có vai trị khoảng trống xen exon tạo thuận lợi cho tái tổ hợp exon Thí nghiệm Pierre Chambon (Pháp) phát cấu trúc exon intron gene ovalbumine gà Ovalbumine protein lòng trắng trứng gồm chuỗi polipeptit có 386 axit amin (tập hợp ống dẫn trứng thời kì gà mái đẻ trứng) Ngoài việc tách mARN ovalbumine, sử dụng enzyme mã ngược tạo mARN sợi đơn gọi cADN tạo thành cADN sợi kép So sánh ADN hệ gene nhân với cADN giải trình tự cho phép phát intron exon Kết valbumine trứng gà có intron,8exon 6.KẾT LUẬN 14 Qua tài liệu thu thập được, chúng em nắm bắt vấn đề gen cấu trúc sinh vật nhân sơ (Prokaryote) Sinh vật nhân thực (Eukaryote).Ta nhận thấy vai trò quan trọng gen cấu trúc thểsống Khi hiểu rõ gen cấu trúc lồi, ta tìm cách “tác động” phù hợp lên đối tượng cần nghiên cứu để thu kết mong muốn.T n h ữ n g s ự g i ố n g v k h c nh a u đ ó , t a c ó th ể t ì m r a n h ữ n g đ n g h n g nghiên cứu ứng dụng đặc điểm gen cấu trúc vào phục vụ thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Gíao trình di truyền thực vật-NXB Đại Học Vinh, 2013 Kỹ thuật gen: Nguyên lí ứng dụng /Khuất H ữ u T h a n h - NXBKhoa họ c ky thuật,2006 3.Cơ sở di truyền phân tử kỹ thuật Gen/Khuất Hữu Thanh - NXBKhoa học ky thuật,2003 4.Giáo trình sinh học phân tử /Nguyễn Hoàng Lộc - NXB Đại học Huế,2007 5.http://vi.wikipedia.org5 http://thuviensinhhoc.com http://thuviensinhhoc.com 15 ... lưu giữ, bảo quản truyền đạt thông tin di truyền thông qua chế tự nhân đôi, phân li, tổ hợp di? ??n qua trình phân bào thụ tinh…Do vậy, NST coi sở vật chất tính di truyền cấp độ tế bào Trong tế bào... riboxom màng lục lạp cần thiết cho việc chuyền điện tử trình quang hợp - Sự di truyền lạp thể di truyền tế bào chất hay di truyền theo dòng mẹ xác định đối tượng khác Ví dụ: Khi cho ngơ xanh bình... điểm gen NST: 11 + Bản chất ADN dạng vòng + Số lượng so với gen nhân + Có thể bị đột biến di truyền Sự di truyền ti thể: - Bộ gen ti thể kí hiệu mtADN (MitochondrialADN) có cấu tạo xoắn kép, trần,