Cấu trúc siêu vi thể của nhiễm sắc thể

Cấu trúc siêu vi thể của nhiễm sắc thể

Cấu trúc siêu vi

thể của nhiễm sắc thể

Nhờ thành tựu của

J.R.Paulson và

U.K.Laemmli, 1977, nhiễm sắc thể ở kích thước hiển vi cho thấy, ở kỳ giữa nhiễm sắc thể người bao gồm một lõi khung protein không phải là histon, xung quanh lõi khung chi chít những sợi chromatin và vì ở kỳ giữa nên nhiễm sắc thể ở dạng kép, có hình chữ X nên cũng có hình chữ X, ở

trên một nhiễm sắc tử người ta tin rằng chỉ có một sợi chromatin duy nhất, liên tục mặc

dù trên suốt chiều dài của lõi khung protein thấy vô

số các vòng sợi chromatin dính vào

lõi khung Các vòng này không riêng rẽ, mỗi vòng dài từ 10 đến 90 Kilobazơ Các đầu

mút của vòng (ranh giới của hai vòng) bám vào lõi khung protein

Cấu trúc của sợi chromatin: sợi chromatin khi làm duỗi tối đa ra và quan sát với

kính hiển vi điện tử thấy sợi có dạng một chuỗi hạt, hạt xếp đều đặn theo chiều dài của

một sợi mảnh Đường kính của chuỗi hạt bằng

khoảng 10nm Dạng cuộn xoắn cấp thấp

nhất tạo thành một sợi có đường kính bằng 30 nm Sợi chromatin lại xoắn tiếp ở cấp cao

hơn tạo thành các búi sợi hình múi gọi là múi vi thể chromatin bám xung quanh trục của

nhiễm sắc thể

Cấu trúc trên đây của nhiễm sắc thể là của nhiễm sắc thể kỳ giữa và cũng là cấu

trúc của nhiễm sắc thể khi phân bào nói chung Vấn

đề là ở gian kỳ nhiễm sắc thể tồn tại

như thế nào Giả thuyết có nhiều nhưng giả thuyết của Laemmli được quan tâm nhiều

nhất Laemmli cho rằng lúc gian kỳ sợi chromatin vẫn bám vào protein của lõi khung

phân tán trong dịch nhân Sợi chromatin một mặt giữ mối liên hệ với protein khung, vào

kỳ đầu phân bào, các mối nối với lamina đứt ra, lõi khung được tái lập và nhiễm sắc thể

trở lại dạng điển hình để đi vào phân bào

Trong gian kỳ khi nhiễm sắc thể bị giải thể, tuy phân tán trong nhân nhưng mỗi

nhiễm sắc thể (dạng giải thể) có vị trí nhất định của mình trong nhân chứ không phải

phân tán ngẫu nhiên

Thành phần hóa học của sợi chromatin: sợi chromatin làm bằng ADN, với vai

trò chứa thông tin di truyền, các protein histon liên kết với ADN, các protein HMG

không liên kết thường xuyên với ADN Các loại

protein trên chiếm phần đa số, còn một

loại nữa chiếm phần thiểu số là các protein enzym, protein cấu trúc và có thể có cả

protein điều chỉnh và tương tác với protein Các loại này có số lượng phân tử của mỗi

loại không nhiều, vài ba bản sao

Sau đây là một số chi tiết về thành phần cấu trúc

không gian của các thành viên

trong sợi chromatin

Như đã biết, sợi chromatin có hình một chuỗi hạt, sợi

là sợi ADN, hạt là hạt

histon xung quanh có cuộn ADN ADN là sợi kép có một phần tự do và một phần là liên

kết với histon Phần ADN liên kết với các histon tạo thành hạt, hạt ấy được gọi tên là

nucleosom Phần tự do và phần cuộn của ADN trong phạm vi một nucleosom là một

chu kỳ, chu kỳ dài khoảng 220 đôi bazơ Phần cuộn gồm xấp xỉ hai vòng dài 140 đôi

bazơ Sợi ADN khi duỗi

70

Sau đây là một số chi tiết về thành phần cấu trúc

không gian của các thành viên

trong sợi chromatin

Như đã biết, sợi chromatin có hình một chuỗi hạt, sợi

là sợi ADN, hạt là hạt

histon xung quanh có cuộn ADN ADN là sợi kép có một phần tự do và một phần là liên

kết với histon Phần ADN liên kết với các histon tạo thành hạt, hạt ấy được gọi tên là

nucleosom Phần tự do và phần cuộn của ADN trong phạm vi một nucleosom là một

chu kỳ, chu kỳ dài khoảng 220 đôi bazơ Phần cuộn gồm xấp xỉ hai vòng dài 140 đôi

bazơ Sợi ADN khi duỗi khi xoắn, có một loại histon tham gia vào việc cố định và giải

phóng vòng xoắn, nằm phía ngoài các nucleosom, bên bờ của vòng xoắn, histon đó có

tên là H1 ở động vật có vú, ở chim (hồng cầu chim)

nó hơi khác một chút và có tên là H5

Khi tế bào nghỉ tức không phân bào thì thấy vắng mặt H1 mà lại thấy một histon khác :

H1o Rất có thể H1o là một biến thể của H1

Nucleosom gồm có một hạt histon và ADN cuộn

xung quanh Phần ADN đã nói

ở trên, hạt tâm histon là một cái đĩa dày, hai mặt lồi làm bằng 8 phân tử histon, tức là

các protein kiềm: 2H2A, 2H2B giàu lysin, 2H3 và 2H4 giàu Arginin 8 phân tử này lại

vừa xếp ngang lại vừa xếp dọc tạo thành một hình đĩa ADN cuộn quanh đĩa Ngoài ra

còn có thêm một ít protein không histon như đã nói ở trên

Mối tương tác giữa ADN và histon chủ yếu thực hiện với H3 và H4 Hai loại có

tính bảo thủ cao nhất trong số các histon Có những biến đổi hóa học của histon khi gen

hoạt động Có thể coi là vai trò can thiệp, thúc đẩy hoặc điều chỉnh sự hoạt động của

gen, góp phần cùng với các thành phần điều chỉnh khác

Về các HMG: HMG là chữ viết tắt của “High

mobility Group” có nghĩa là nhóm

cơ động cao (cơ động là cơ động trên bản kéo điện di) HMG có mặt ở tất cả các

Eukaryota Có 4 loại HMG1, HMG2 , HMG14, HMG17 Chúng vừa tương tác với histon

vừa với ADN HMG1 và HMG2 lúc gian kỳ thấy có mặt ở bào tương, còn hai loại kia

thì luôn luôn ở trong nhân Mỗi nucleosom có hai vị trí bám cho các protein HMG

Sự hình thành sợi chromatin: sợi chromatin hình thành trong pha S của sự phân

bào, từ bào tương đi ngay vào nhân để cùng với ADN mới tạo nên sợi chromatin Khi

nhiễm sắc thể hình thành, sợi chromatin xoắn lại theo nhiếu cấp (và luôn luôn chỉ xoắn

với riêng mình) để cuối cùng tạo nên những hình múi xoắn (múi vi thể chromatin)

quanh lõi khung protein

Chức năng của sợi chromatin: sợi chromatin mang ADN nhưng không phải tất

cả ADN đều sao mã mà có những đoạn sao mã, đoạn không , xen kẽ với nhau Trong

môñt gen cũng có thể có những đoạn không sao mã xen kẽ Các đọan ấy được gọi là

vùng trắng hay intron Vùng có sao mã gọi là exon Sản phẩm sao mã bao gồm cả intron và exon được gọi là ARN tiền thân, phải

trải qua sự “ghép exon” (splicing) để dịch mã ra

protein

Ghép exon có nhiều kiểu:

- Kiểu chùn intron lại thành vòng tạo điều kiện cho hai đầu exon gần nhau nhất

nối với nhau ( chỗ chùn ấy tạo nên một thể gọi là thể ghép exon(spliceosom)

- Có loài sinh vật có kiểu ghép exon khác, các intron

bị cắt bỏ, các exon nối lại

với nhau theo trình tự của gen tức ghép exon cùng gen (cis-splicing) Sự ghép exon

cùng gen có thể có sự có mặt của các protein tác động nhưng cũng có thể không có

protein tác động, loại không có protein tác động gọi

là “ghép tự động exon”

(autosplicing) Mới đây người ta phát hiện thấy ở loài trypanosoma có hiện tượng ghép

exon khác gen (trans-splicing) tức là ghép exon của gen này với exon của gen khác tạo

nên một gen mới

Tuy nhiên những hiểu biết về intron và exon còn

chưa đầy đủ, có một intron của

qúa trình sao mã này lại trở thành exon của quá trình sao mã khác Có tác giả thì gọi

exon là phần mã hóa cho cả mARN, tARN và rARN,

có tác giả khác thì chỉ dành cho

nó việc mã hóa ra mARN mà thôi Ngày nay có xu hướng gọi chi tiết hơn: exon là tên

chung chỉ có phần sao mã, nhưng có phần của exon chỉ sao mã mà không dịch mã