TÌM HIỂU VỀ ĐỘT BIẾN GEN VÀ HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA

Khái niệm đột biến gene: Đột biến gene gene mutation là những biến đổi rảy ra ngay bên trong cấu trúccủa một gene hoặc một vùng nhỏ của bộ gene, liên quan chủ yếu tới sự thay đổi trình t

ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

 TIỂU LUẬN SINH HỌC PHÂN TỬ

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ ĐỘT BIẾN GEN

VÀ HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA

Huế, 12/2012

Học viên: Hoàng Quốc Huy

Lớp: Động vật học - Sinh học Khoá học: 2012-2014

Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS Nguyễn Bá Lộc

(a) Cấu trúc của ADN

ARN

Liên kết hydrogen

MỤC LỤC

A ĐẶT VẤN ĐỀ 3

B MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 4

II ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

C NỘI DUNG ĐỀ TÀI 5

PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘT BIẾN GENE 5

I KHÁI NIỆM ĐỘT BIẾN GENE 5

II NGUYÊN NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN GENE 5

III.PHÂN LOẠI ĐỘT BIẾN GENE 5

3.1 Dựa vào hiệu quả tác động lên kiểu hình 5

3.1.1 Các đột biến dòng mầm và đột biến soma 5

3.1.2 Các đột biến hình thái 5

3.1.3 Các đột biến khuyết dưỡng 6

3.1.4 Các đột biến gây chết và đột biến có điều kiện 6

3.2 Căn cứ vào hiệu quả tác động lên DNA 6

3.2.1 Đột biến cảm ứng 6

3.2.1.1 Các đột biến thay thế base 6

3.2.1.2 Đột biến dịch khung 5

3.2.2 Đột biến ngẫu nhiên 6

3.2.2.1 Các đột gây ra bởi bộ máy tái bản DNA 8

3.2.2.2 Sai sót trong khi tái bản do các base 8

3.2.2.3 Các đột biến dịch khung tự phát trong khi tái bản 9

3.2.2.4 Các đột biến tự phát gây ra bởi deamine hóa 9

IV CÁC TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN 10

4.1 Các tác nhân hóa học 10

4.1.1 Đột biến gây ra bởi các tác nhân tương tự nucleoside 10

4.1.2 Đột biến gây ra bởi sự alkil hóa của các base 10

4.2 Các tác nhân vật lý 10

4.2.1 Bức xạ tử ngoại 10

4.2.2 Các tia gamma và tia X 11

4.3 Hồi biến 11

V HẬU QUẢ CỦA ĐỘT BIẾN GENE 11

VI VAI TRÒ VÀ Ý NGHĨA 11

PHẦN II: CÁC HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA 12

I QUANG PHỤC HOẠT 13

1.1 Khái niệm 13

1.2 Hệ thống enzime 13

II SỬA CHỮA BẰNG CẮT BỎ 16

2.1 Khái niệm 16

2.2 Phân loại 16

2.2.1 Sửa chữa bằng cách cắt các base 16

2.2.1.1 Khái niệm 16

2.2.1.2 Hệ thống enzime 16

2.2.1.3 Cơ chế 17

2.2.2 Sửa sai bằng cắt bỏ các nucleotide 17

2.2.2.1 Khái niệm 17

2.2.2.2 Hệ thống enzime 17

2.2.2.3 Cơ chế 18

2.2.3 Sửa sai đối với base bắt cặp sai 19

2.2.3.1 Khái niệm 19

2.2.3.2 Hệ thống enzime 19

2.2.3.3 Cơ chế 19

III SỬA SAI BẰNG LÀM MẤT NHÓM ALKYL 22

IV SỬA SAI DỰA VÀO TÍNH TƯƠNG ĐỒNG 22

VI SỬA SAI ĐỨT MẠCH KÉP 23

VI HỆ THỐNG SOS 25

D.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27

I KẾT LUẬN 27

II KIẾN NGHỊ 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

A ĐẶT VẤN ĐỀ

rong suốt quá trình sống của sinh vật, các tế bào chịu tác động của nhiều tác nhân

có khả năng gây tổn hại đến DNA, tạo nên hàng loạt hệ thống sai hỏng DNA theonhiều cách khác nhau, và do vậy tạo nhiều đột biến Các tác nhân đó có thể là các tácnhân vật lý: tia tử ngoại (UV) có trong ánh sáng mặt trời, tia X, tia phóng xạ α, β, γhay các chất hóa học ở môi trường xung quanh hoặc do đột biến tự phát xảy ra trongquá trình tái bản Sự tổn hại đối với DNA được tích lũy sau một thời gian dài có thể lànguyên nhân chuyển tế bào sang trạng thái ung thư hoặc gây nên những hậu quảnghiêm trọng đối với tế bào và sự sinh trưởng phát triển của cơ thể

T

Vì vậy, để tăng cường khả năng sống sót của tế bào, hàng loạt cơ chế sửa chữa ditruyền đã tồn tại và đang hoạt động để phục hồi hiệu quả các đột biến ngẫu nhiên vànhân tạo, nhờ đó mà làm cho tỉ lệ đột biến tự nhiên thấp Nếu hệ thống sửa sai nay bịsai hỏng thì sẽ dẫn đến tỉ lệ đột biến cao

DNA là phân tử duy nhất mà khi bị biến đổi hay bị phá hỏng vẫn có khả năngsửa chữa cho tế bào, cơ chế này rất đa dạng và có tính hiệu quả cao

Ở các loài sinh vật khác nhau thì sự hình thành các hệ thống tự vệ cũng khácnhau, ngoài những nguyên tắc chung cũng có những hệ thống đặc thù cho từng loài,tuy nhiên tất cả đều vì mục đích bảo vệ cho bộ máy di truyền giảm tỉ lệ đột biến thấpnhất có thể được

Do đó mà tôi đã chọn đề tài :"Tìm hiểu về đột biến gen và các hệ thống sửa

chữa DNA", để qua đó có thể hiểu và nắm rõ các nguyên nhân xảy ra đột biến và cơ

chế bảo vệ của nó

B MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

I Mục đích nghiên cứu:

- Biết được nguyên nhân và hiểu rõ cơ chế xảy ra đột biến

- Đi sâu tìm hiểu các cơ chế sửa sai DNA

II Đối tượng nghiên cứu:

- Phân tử DNA

III Phương pháp nghiên cứu:

- Tham khảo các giáo trình, các bài giảng

- Thu thập tài liệu trên các web site và một số tạp chí

C NỘI DUNG ĐỀ TÀI

PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘT BIẾN GENE

I Khái niệm đột biến gene:

Đột biến gene (gene mutation) là những biến đổi rảy ra ngay bên trong cấu trúccủa một gene hoặc một vùng nhỏ của bộ gene, liên quan chủ yếu tới sự thay đổi trình

tự nucleotide vốn có của nó (kiểu dại), làm phát sinh các allele mới

Đột biến gene có thể xảy ra do biến đổi trình tự các nucleotide trong gene, độtbiến gene không phát hiện được khi quan sát tế bào học

Trong tự nhiên tất cả các gene đều có đột biến được gọi là đột biến tự nhiên hayngẫu phát Các đột biến tự nhiên thường xuất hiện rất ít

II Nguyên nhân đột biến gene:

Đột biến gene có thể xảy ra do quá trình tái bản,hoặc do trong bộ gene có cácvùng dễ phát sinh gây đột biến gọi là các "điểm nóng", hoặc các tổn thương tự phátdưới ảnh hưởng của các tác nhân lý hóa của môi trường ngoài

III Phân loai đột biến gene:

Đột biến gene có thể phân thành nhiều loại khác nhau:

3.1 Dựa vào hậu quả tác động lên kiểu hình:

3.1.1 Các đột biến dòng mầm và đột biến soma:

- Các đột biến dòng mầm (germ-line mutation) xảy ra khi các sinh vật đa bàosinh sản hữu tính có thể trải qua các đột biến trong tế bào sinh dục của chúng và truyềnlại cho thế hệ sau qua các đột biến giao tử này Đây là trường hợp đột biến gene trội vàlặn liên quan nhiễm sắc thể thường và nhiễm sắc thể giới tính

Ví dụ: Các bệnh bạch tạng, mù màu, máu khó đông, tế bào hồng cầu hình liềm

- Ngược lại các đột biến xảy ra trong tế bào soma có thể làm thay đổi kiều hìnhcủa cá thể mang đột biến, nhưng tính trạng này chỉ dừng lại ở cá thể đó mà không ditruyền lại cho đời con được vì đột biến này không ảnh hưởng đến giao tử

Ví dụ: Đột biến làm xuất hiện đốm màu trên nội nhủ có đốm của hạt ngô Ấn Độ.(kiểu hình dại màu đỏ tía, nhưng một đột biến gây bất hoạt gene tạo màu làm nội nhủ

có màu trắng với các đốm màu)

3.1.2 Các đột biến hình thái:

Là loại đột biến có thể dễ dàng thấy được bằng mắt thường, có thể phân biệt vớicác kiểu dại nhờ các biến đổi bên ngoài của chúng Vì vậy mà chúng còn gọi là độtbiến biểu kiến hay đột biến nhìn thấy

Ví dụ: Bệnh bạch tạng do gene mã hóa cho enzyme tyrosinase bị đột biến, từ đósắc tố melanine không được tổng hợp, kết quả những cá thể đồng hợp về allele lặn cólông và da trắng bạch, mắt có màu hồng hoặc xanh nhạt.

3.1.3 Các đột biến khuyết dưỡng:

Đối với các sinh vật đơn bào như vi khuẩn và nấm men, do số lượng các đặcđiểm hình thái quan sát được là rất hạn chế, vì vậy người ta phải dựa vào đặc tính dinhdưỡng chung nhất của các kiểu hình đột biến (không có khả năng sinh trưởng trêm môitrường đơn giản)

- Các cơ thể kiểu dại có thể sinh trưởng trên môi trường tối thiểu thậm chí chỉ cómuối và đường như glucose Chúng được gọi là các thể nguyên dưỡng (phototroph), vìchúng có thể tạo nên các acid amin các nucleotide, các vitamin và các hợp chất kháccần thiết cho việc duy trì sự sống

- Các thể khuyết dưỡng (auxotoph: thể đột biến về dinh dưỡng) không thể sốngđược trên môi trường tối thiểu mà cần phảo đưa thêm vào một hay nhiều hợp chất bổsung để tồn tại

3.1.4 Các đột biến gây chết và đột biến có điều kiện:

- Đột biến gây chết (lethal mutation) là những đột biến làm cho những cơ thểmang chúng không thể tồn tại được

Ví dụ: Đột biến gây bất hoạt trong gene mã hóa cho các tiểu đơn vị RNApolymerase làm cho cơ thể đột biến không thể tổng hợp được RNA và do đó không thểsống sót được

+ Nếu các sinh vật đơn bào có các đột biến gây chết thì sẽ chết ngay lập tức.+ Đối với các sinh vật lưỡng bội có thể mang đột biến này ở trạng thái dị hợp màkhông sao cả Hầu hết các đột biến gây chết là lặn và chúng chỉ phát huy tác dụng khichúng ở trạng thái đồng hợp tử

-Đột biến có điều kiện (conditional mutation):

Là các đột biến chỉ gây chết chỉ xảy ra với những điều kiện nào đó

Ví dụ: Đột biến tạo ra một protein bị biến đổi mà nó dẽ dàng bị biến tính dưới tácdụng của nhiệt độ so với protein kiểu dại của chúng

Tuy nhiên cũng có các đột biến có thể là các đột biến có điều kiện nhưng khônggây chết có điều kiện

3.2 Căn cứ vào hiệu quả tác động lên DNA (đột biến điểm):

Đột biến điểm là các biến đổi nhỏ trên một đoạn DNA, thường liên quan đến mộtcặp base đơn của DNA hoặc một số ít cặp base kề nhau Đột biến điểm làm thay đổigene kiểu dại (wild-type gene)

Về nguồn gốc đột biến điểm được phân làm: Đột biến ngẫu phát (spontaneous)

+ Dị hoán (transvertion):

Là dạng đột biến trong đó một purin được thay thế bằng một pyrimidine hoặcngược lại (A T, A C, G C, G T)

- Các đột biến nhầm nghĩa và vô nghĩa:

+ Đột biến nhầm nghĩa (missense mutation):

Biến đổi nghĩa một codon kéo theo sự thay thế một acid amin Hiệu quả của nóphụ thuộc vào vị trí và tính chất của amino acid bị biến đổi

Chuỗi β Vị trí

aminoacid

thay thế aminoacid thay đổi ở β-mRNA Kiểu thay thế ở geneβ-globin

HbS

HbC

HbE

6626

Glu ValGlu LysGlu Lys

GAA GUAGAA AAAGAA AAA

Dị hoán A TĐồng hoán G AĐồng hoán G A

Bảng 1: Các đột biến nhầm nghĩa điển hình ở chuỗi β-globin ở người

Ví dụ: Bệnh hồng cầu hình liềm (sickle-cell disease) Bằng cách phân tích và sosánh trình tự amino acid các chuỗi β-globin (146 acid amin) của hai protein này,Vernon Ingram phát hiện rằng chúng chỉ khác nhau một amino acid ở vị trí thứ sáu,trong HbA là glutamic và trong HbS và valine Rõ ràng đây là đột biến dị hoán:A T+ Đột biến vô nghĩa (nonsense mutation):

Biến đổi một base ở codon có nghĩa bên trong trình tự mã hóa của gene trở thànhcodon kết thúc chuỗi Đột biến này gây ra chuỗi polypeptid ngắn bất thường và không

có hoạt tính

Ví dụ: Các dạng thiếu máu vùng biển β-globin là do đột biến điểm ở các codon

17 hoặc 39 của gene β-globin

Ngược lại nếu đột biến làm biến đổi codon kết thúc thành codon có nghĩa dẫnđến hậu quả là làm cho chuỗi polypeptid dài hơn bình thường Đây là trường hợp độtbiến đặc biệt của đột biến nhầm nghĩa

Ví dụ: Dạng hemoglobin constant spring (HbCS) Phân tử mRNA của chuỗialpha bình thường có codon kết thúc là UAA với polypeptid dài 141 amino acid, còn ởmRNA dạng bệnh này nó là CAA mã hóa cho glutamine, với chuõi alpha có tới 172amino acid

+ Các đột biến im lặng và đột biến trung tính:

Các đột biến này làn biến đổi thành phần base của một codon nhưng mà vẫn mãhóa cùng một acid amin, vì vậy mà còn gọi là đột biến im lặng (silent mutation) hayđột biến đồng nghĩa (synonimous) Phần lớn các đột biến này xảy ra ở vị trí thứ bacủa các codon, chúng xảy ra với tốc độ cao hơn nhiều so với các vị trí khác Đây cũngđược coi là bằng chứng quan trọng của thuyết tiến hóa Kimura (thuyết trung tính về sựtiến hóa phân tử)

3.2.1.2 Đột biến dịch khung (meshift mutation):

Là dạng đột biến mất hoặc xen thêm một base trong gene dẫn đến khung đọc mãdịch chuyển một base kể từ vị trí bị biến đổi cho đến cuối gene

Hậu quả là vùng protein được tổng hợp tương ứng sẽ bị biến đổi đáng kể

Ví dụ: Dạng hemoglobin wayne (HbW1) do mất một base thứ ba của codon thứ

138 trên chuỗi α (141 acid amin) gây hậu quả là ba amino acid ở các vị trí thứ 139-141

sát đầu C của polypeptid bị biến đổi, đồng thời do codon kết thúc ở vị trí 142 cũng bịbiến đổi đã kéo dài thêm 5 amino acid.

Mức độ Kiểu đột biến Kết quả và ví dụ

Ở mức độ DAN Đồng hoán Pyrimidine thay bởi một pyrimidine khác, purin

này được thay thế bằng một purin khác:

AT GC, GC AT,

CG TA, TA CGĐảo hoán Purin được thay thế bằng một pyrimidine hoặc

ngược lại:

AT CG, AT TA, GC TA, GC CG,

TA GC, TA AT, CG AT, CG GC

Thêm/Mất Thêm vào hoặc mất đi một hoặc một số cặp base

của DNA (thêm/mất base được gạch dưới):AAGACTCCT AAGAGCTCCTAAGACTCCT AAACTCCT

Ở mức độ

protein Đột biến đồngnghĩa Codon đặc biệt mã hóa cùng một acid amin :AGG AGA

Arg Arg

Đột biến nhầmnghĩaLoại bải thủLoại không bảo thủ

Codon tạo thành mã hóa cho acid amin khác

Mã hóa cho acid amin có cùng bản chất hóa học:

AAA CGGLys Argkiềm kiềm

Mã hóa cho acid amin khác về bản chất hóa học:

UUU UCUphenylalanin serine

Đột biến vô nghĩa Codon kết thúc chuỗi

CAG UAGGln StopĐột biến dịch

khung

Thêm vào một cặp base:

AAG ACT CCT AAG AGC TCC T

Mất một cặp base:

AAG ACT CCT AAA CTC CT

3.2.2 Đột biến ngẫu nhiên (spontaneos mutations):

Về nguyên tắc, tất cả các đột biến đều phải có một nguyên nhân, nhưng đôi khicác đột biến xảy ra mà không có tác nhân gây đột biến Các đột biến tự phát như vậy

có nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra mà không phải từ bên ngoài

Đột biến ngẫu nhiên là loại đột biến xuất hiện khi không có sự xử lý của tác nhânđột biến

Đột biến ngẫu nhiên được tính là tỉ lệ cơ sở của đột biến và được dùng để ướcchừng biến dị di truyền tự nhiên trong quần thể Tần số đột biến ngẫu nhiên thấp nằm

trong khoảng 10-5-10-8, vì vậy đột biến cảm ứng là nguồn đột biến quan trọng trongphân tích di truyền.

3.2.2.1 Các đột biến gây ra bởi bộ máy tái bản DNA:

Dù cho sự tái bản được coi là chính xác nhưng không phải là hoàn hảo, như thếmột số đột biến nào đó xảy ra có thể đơn thuần là do tổng hợp sai Tần số kết cặp basesai có thể là 10-5 và bản thân DNA polymerase có khả năng đọc sửa trong khi tổng hợpDNA, nhờ vậy mà hạn chế phát sinh đột biến do tái bản (10-5x10-5=10-10)

Ví dụ: Hiệu quả tái bản không chính xác được thể hiện rõ ở nòi đột biến củaE.coli gọi là gene gây đột biến (mutator) Các vi khuẩn này thường có nhiều sai sóttrong tái bản Tỉ lệ đột biến của chúng cao hơn so với bình thường Hiện giờ người ta

đã lập được bản đồ gene cho một số đột biến gene munator Chẳng hạn đó là genemutD mã hóa cho tiểu đơn vị epsilon của DNA polymerase III hoàn chỉnh Đây làpolipeptid cho enzyme hoạt tính đọc sửa exonuclease 3/ 5/ Nếu không có hoạt tínhnày thì đọc sửa không thể xảy ra do đó sẽ để lại nhiều đột biến Các đột biến trong cácgene mutH, mutL, mutS cũng là các đột biến mutator Chúng không sủa được các basekết cặp sai

3.2.2.2 Sai sót trong khi tái bản do các base DNA.

Các base trong DNA thường tồn tại một trong hai trạng thái biến đổi qua lại giữachúng gọi là dạng hỗn biến (tautomer) Hiện tượng hỗ biến (tautomerism) xảy ra có thểđơn thuần là sự sắp xếp lại của các liên kết và do sự thay đổi vị trí của các nguyên tửhydro trong các base

Các dạng phổ biến (bền vững) của các adenine và các cytosine là các dạng aminochúng có thể sắp xếp lại thành các dạng hiếm imino kém bền hơn Chính sự thay đổi vịtrí của các hydro làm thay đổi đặc tính base trong tái bản Hậu quả là dẫn tới sự kết cặpnhầm trong tái bản, do đó trong các lần tái bản tiếp theo sẽ tạo ra các thể đột biến đồnghoán tương ứng

Ví dụ: DNA trong bố mẹ có chứa cặp CG, trong lúc tái bản C chuyển thành dạngimino (hiếm) và kết cặp nhầm với A thay vì G, tạo thành cặp C-A trong một DNA con.Trong lần tái bản tiếp theo A sẽ kết cặp bình thường với T tạo ra cặp T-A thay chỗ chocặp CG trước đây Đó là cơ chế của đột biến đồng hoán CG TA

Guanine và thymine có dạng phổ biến là keto và dạng hiếm là enol Nếu các dạnghiếm như enol của guanine xảy ra nó sẽ kết cặp với thymine thay vì cytosine trong khitái bản Vì vậy trong những lần tái bản tiếp theo thymine vốn ở vị trí kết cặp sai tronglần tái bản đầu sẽ kết cặp với adenine sẽ tạo ra đột biến đồng hoán GC AT Tương tự

ta thấy các dạng đột biến tự phát này chủ yếu là các đồng hoán

Từ hai ví dụ trên cho thấy khả năng xuất hiện đột biến hai chiều (GC TA),nghĩa là phục hồi các đột biến đồng hoán tự phát nhờ các đột biến ngược (backmutation) hay hồi biến thực (true reversion)

3.2.2.3 Các đột biến dịch khung tự phát trong khi tái bản:

Các tác nhân xen vào giữa (intercalating agents) là nhóm tác nhân quan trọnggây biến đổi DNA, bao gồm các thuốc nhuộm acridine, chúng là các phân tử môphỏng các base và có thể xen vào giữa các base nitơ của chuỗi xoắn kép DNA Bằngcách đó chúng có thể gây ra sự xen thêm hoặc mất một cặp nucleotide trên gene (vìacridine có kích thước gấp đôi một nucleotide), dẫn đến khung đọc mã thay đổi cácprotein được tổng hợp thường không có hoạt tính

3.2.2.4 Các đột biến tự phát gây ra bởi deamine hóa:

Các đột biến tự phát có thể xảy ra bằng cơ chế kết cặp sai khác trong tái bảnDNA Chẳng hạn các base đặc biệt là cytosine, có xu hướng mất đi nhóm amine củachúng trong quá trình gọi là deamine hóa (demination) Kiểu deamine hóa phổ biếnnhất là đảo cytosine thành uracil, thường thì không dẫn tới đột biến, bởi vì tế bào có cơchế tách bỏ uracil (nhờ enzyme uracil-DNA glycosylase) Enzyme này cắt liên kếtgiữa uracil và deoxyribose của nó, để rồi một cặp khác tới bổ sung một cytosine vàogốc đường này để nó kết hợp với guanine ở sợi đối diện

DNA một số sinh vật có chứa một lượng nhỏ các base sửa đổi thêm vào 4 loạithông thường Phổ biến nhất là 5-methylcytosine (5mC), nó có thể kết cặp chính xácvới guanine như các cytosine chuẩn Tuy nhiên các vị trí chứa 5mC trong DNA có thểtrở thành các “điểm nóng” cho các đột biến tự phát thông qua deamine hóa Điều này

đã được chứng minh bằng cách sử dụng HNO2 để đề amine hóa cytosine thành uracil,sau đó uracil kết cặp với adenine trong tái bản, kết quả là tạo ra đột biến đồng hoán

GC thành AT Mặt khác nó deamine hóa adenine thành hypoxanthine (có thể kết cặpvới C giống như Gene) và sẽ gây ra đồng hoán ngược lại AT thành GC

IV Các tác nhân gây đột biến:

Các đột biến gene xảy ra có thể do sai sót trong quá trình tái bản, hoặc do bộgene có các vùng dễ phát sinh gây đột biến gọi là các "điểm nóng", hoặc các tổnthương tự phát dưới ảnh hưởng của các tác nhân lý-hóa từ môi trường ngoài

4.1 Các tác nhân hóa học:

4.1.1 Đột biến gây ra bởi các chất tương tự nucleoside:

Một số hợp chất hóa học có thể làm tăng tần số hỗ biến và qua đó gây ra các độtbiến

Ví dụ: 5-bromodeoxyuridine (brdU hay5-BU) một chất giống như thymine ngoạitrừ thay một nguyên tử Bromine cho một nhóm methyl ở vị trí 5 Tuy nhiên , một khi5-BU được kết hợp vào chỗ của thymidine, nó có thể gây rắc rối từ chỗ 5-BU có xuhướng tăng cường bật sang hỗ biến enol có thể kết cặp base giống như C thay vì T, tạo

ra cặp 5-BU-G Và ở lần tái bản sau tạo thành cặp GC thay chỗ AT Kết quả tạo rađồng hoán AT GC Do hỗ biến mà 5-BU có thể gây đồng hoán hai chiều AT GC.

Một hóa chất gây đột biến khác là 2-aminopurine (2-AP), chất tương tự củaDNA, có thể kết cặp với T Khi bị proton hóa, 2-AP có thể kết nhầm với C để gây độtbiến đồng hoán AT GC ở lần tái bản sau

4.1.2 Đột biến gây ra bởi sự ankil hóa của các base:

Một số chất trong môi trường là chất có ái lực với điện tử (electrophyle), chúngtìm các chất trung tâm tích điện âm trong các phân tử khác và bám vào Nhiều chấtkhác trong môi trường được chuyển hóa trong cơ thể thành các hợp chất có ái lực điện

tử Một trong nhưng trung tâm điện tích âm rõ nhất trong sinh học là phân tử DNA.Mỗi nucleotide chứa một điện tích âm toàn phần trên phosphat và các điện tích âmtừng phần trên các base Khi các chất ái lực điện tử bắt gặp các trung tâm tích điện âmnày, chúng sẽ tấn công, thông thường là gắn thêm các nhóm chứa carbon gọi là nhómankyl Quá trình đó gọi là ankyl hóa (ankylation)

Nhiều tác nhân gây ung thư là các chất ái lực điện tử dường như hoạt động bằngcách tấn công DNA và ankyl hóa nó Nhiều tác nhân đột biến được sử dụng trongphòng thí nghiệm để gây tạo các đột biến cũng là tác nhân ankyl hóa

Ví dụ: Khi xử lý bằng ethylmethane sulfonat (EMS), hóa chất này nhường nhóm

C2H5- cho DNA mà cụ thể là cho O6-alkylguanine Base được ankyl hóa này cặp vớithymine thay vì cytosine Kết quả sinh ra đồng hoán GC AT ở lần tái bản sau

4.2 Các tác nhân vật lý (Đột biến cảm ứng hay phóng xạ):

Trong số tác nhân phóng xạ gây đột biến, các tia tử ngoại, tia gamma và tia X làphổ biến trong tự nhiên và trong các thí nghiệm gây đột biến Chúng khác nhau chủyếu về năng lượng, do đó kiểu tổn thương DNA do chúng gây ra cũng khác nhau

4.2.1 Bức xạ tử ngoại (Ultraviolet radiation=UV):

Bức xạ tử ngoại tương đối yếu do đó tổn thương do nó gây ra là tương đối nhỏ

Ví dụ: Hai pyrimidine nằm kề nhau trên cùng một sợi liên kết ngang với nhau tạothành các dimer, thông thường là dimer thymine Tổn thương này biểu hiện ở sự biếndạng của chuỗi xoắn kép và cản trở sự kết cặp của các base purin trong tái bản Hậuquả là làm chết tế bào hoặc tạo ra đột biến do sự lắp sai nucleotide vào vị trí đối diệnvới dimer trong khi tái bản.

Loại bức xạ cực tím làm tổn thương DNA nặng nhất có bước sóng khoảng260nm, tức là vùng sóng mà DNA hấp thụ mạnh nhất, bức xạ này có nhiều trong ánhsáng mặt trời và có nguy cơ gây ung thư da

4.2.2 Các tia gamma và tia X:

Các tia này chứa nhiều năng lượng hơn tia UV, có thể tương tác trực tiếp vớiphân tử DNA Chúng ion hóa các phân tử xung quanh DNA và tạo thành các gốc tự do

có phản ứng cao có thể tấn công DNA, làm biến đổi các base hoạc làm đứt các sợi

4.3 Hồi biến (reversion):

Các đột biến điểm đặc biệt là đột biến dịch khung, có thể có hiệu quả mạnh mẽ,nhưng chúng có thể hồi biến (đột biến ngược) tức là quay trở lại kiểu hình ban đầu.Các đột biến gây ra bởi các base tương đồng hoặc acid nitơ có thể hồi biến bằng cáchtiếp tục xử lý bằng chính tác nhân đó.Tuy nhiên có một số chất như hydroxylamine chỉphản ứng đặc thù với cytosine và làm phát sinh đồng hoán một chiều GC AT, chonên các đột biến do hydroxylamine gây ra thì không thể hồi biến chính nó, nhưng cóthể hồi biến nhờ tác nhân đồng hoán hai chiều

V Hậu quả của đột biến gene:

Các đột biến gene nói chung làm suy yếu hoặc làm biến đổi chức năng gene hơn

là tăng cường chức năng của nó, từ đó ảnh hưởng lên các đặc tính sinh lý-hóa sinh của

tế bào cũng như sức sống và sức sinh sản của cơ thể nói chung

VI Vai trò và ý nghĩa:

Đột biến gene được xem là cơ sở của hiện tượng đa hình di truyền trong quần thể

và là nguồn biến dị di truyền sơ cấp vô cùng pong phú và đa dạnh trong quá trình chọnlọc và tiến hóa Người ta lợi dụng đặc tính biến đổi này của sinh vật để xây dựng cácphương pháp gây đột biến khác nhau và có thể kết hợp lai hữu tính hoặc sử dụng kỹthuật di truyền để cải biến bộ gene của các vật nuôi, cây trồng về các tính trạng cầnquan tâm

PHẦN II: CÁC HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA

Sửa chửa ngoài ánh sáng được xúc tác bởi enzyme DNA photolyase

Dưới tác động của tia cực tím, có bước sóng khoảng <300nm thì các pyrimidinenằm gần nhau trên cùng một mạch DAN có xu hướng kết cặp với nhau, hình thành cấutrúc cyclobutane, tạo nên các pyrimidine dimer (cặp thymine hay cytosine), kết quả làcác nucleotid bị kết cặp đó sẽ không liên kết bổ sung với các nucleotid trên mạch kiađược, làm cho cấu trúc DNA bị biến đổi

Photolyase là enzyme sửa chữa DAN, nó sửa chữa những hư hỏng do DNA tiếpxúc với ánh sáng tia cực tím, bằng cách phá vỡ các pyrimidine dimer, Cơ chế củaenzyme này đòi hỏi phải nhìn thấy ánh sáng nên còn được gọi là sửa sai ngoài ánhsáng

Hình ảnh DNA photolyase