Di truyền tế bào đề cương ôn tập

Đề cương ôn tập môn Di truyền tế bào phục vụ thi cao học. Nhận làm thuê slide cực đẹp, chuyên nghiệp, giá cực rẻ và nhanh chóng tại Hà Nội: 0966.839.291. Công Ty Cổ Phần Công Nghệ Tài Nguyên Và Môi Trường. Nhận đào tạo về Powerpoint.

1 Ribosom

+ Thành phần hoá học: Gồm protein và rARN => B/C: ribonucleoprotein

ARN của ribosom (rARN) chiếm khoảng 80%-90% tổng số ARN của tế bào Protein và rARN liên kết với nhau tạo thành ribosom là nhờ liên kết hydro và ion Mg2+

+ Cấu trúc siêu hiển vi:

Gồm hai tiểu phần (tiểu phần lớn và tiểu phần nhỏ) Ví dụ: ribosom của prokaryote có hằng số lắng 70S gồm 2 đơn vị nhỏ cấu thành là đơn vị 50S và 30S; ribosom của eukaryote

có kích thước lớn hơn, thành phần rARN và protein phức tạp hơn và hằng số lắng là 80S gồm 2 tiểu đơn vị 60S (rARN loại 28S; 5,8S; 5S và 45 phân tử protein) và 40S (rARN 18S

và 33 phân tử protein)

Các tiểu phần lớn và nhỏ của ribosom có thể tách nhau ra khi trong môi trường có nồng

độ các cation (Mg, Ca, Co, Mn) giảm xuống và khi nồng độ các cation đó lại tăng cao thì hai tiểu phần lại liên kết với nhau tạo thành ribosom hoàn chỉnh

Trên tiểu phần lớn của ribosom có 3 vùng (điểm) đáng lưu ý:

- Vùng liên kết peptidil-tARN (vùng P) có vai trò cố định tARN khi đang lắp ráp các axit amin vào mạch polipeptid

- Vùng liên kết amino-acyl - tARN (vùng A) có vai trò cố định tARN đang mang axit amin chuyển vào ribosom

- Vùng E (exit): Vị trí chờ ra của tARN

Chức năng

Ribosom là nơi tổng hợp protein, có thể xem là phân xưởng tổng hợp protein của tế bào sống Tại ribosom các axit amin trong môi trường nội bào được tập hợp, lắp ráp tạo thành mạch polipeptid do thông tin di truyền trong mạch mARN quy định Sự tổng hợp protein trên ribosom được gọi là sự dịch mã hay giải mã

Ribosom là có thể gắn với mARN lạ và loại protein được tổng hợp là do mật mã chứa trong mARN quy định Ví dụ khi virus xâm nhập vào vi khuẩn thì ribosom của vi khuẩn đã tổng hợp được protein của virus

Nguồn gốc

Các rARN được tổng hợp trong nhân tế bào trên khuôn ADN, sau đó tích luỹ trong nhân con, tại đây rARN liên kết với protein hình thành các tiền ribosom, nhờ liên kết hydro và ion Mg2+ Tiền ribosom chuyển qua màng nhân ra tế bào chất và hình thành các tiểu phần ribosom

2 ý nghĩa của nguyên phân

+ Phân bào nguyên nhiễm là phương thức sinh sản của tế bào trong các cơ thể đa bào + Phân bào nguyên nhiễm là phương thức sinh trưởng của các mô, cơ quan trong cơ thể đa bào Các mô, cơ quan tăng khối lượng không chỉ do sự gia tăng tổng hợp các chất nội bào

và gian bào mà chủ yếu do gia tăng số lượng tế bào do phân bào

+ Phân bào nguyên nhiễm là cơ chế bảo đảm cho bộ nhiễm sắc thể 2n ổn định qua các thế

hệ tế bào

+ Phân bào nguyên nhiễm là cơ sở của hình thức sinh sản vô tính sinh dưỡng

3 Những đặc điểm về cấu tạo để cho thấy DNA ưu việt hơn RNA trong vai trò là vật chất mang thông tin di truyền

- Về đường, RNA có đường là ribose khác với đường trong DNA là đường deoxiribose Đường deoxiribose không có gốc –OH ở vị trí C2 Đây là gốc hóa học phản ứng mạnh và có tính ưa nước => RNA kém bền vững hơn DNA trong môi trường nước

- Về base nitric, RNA có U; DNA có T Về cấu trúc hóa học T khác U vì được bổ sung thêm gốc metyl (-CH3) Đây là gốc kị nước=>DNA bền hơn RNA trong môi trường tế bào

- DNA thường có cấu trúc mạch kép, trong khi RNA có cấu trúc mạch đơn giúp cho các cơ chế sửa chữa DNA diễn ra dễ dạng hơn, TTDT ít có xu hướng bị biến đổi

- U trong RNA dễ bị biến đổi, chỉ cần 1 biến đổi hóa học duy nhất (amin hóa hoặc metyl hóa) chuyển hóa tương ứng thành X hoặc T Trong khi T cần 1 biến đổi hóa học (loại metyl) để trở thành U, nhưng cần 2 biến đổi hóa học (vừa loại metyl hóa, vừa loại amin hóa) để trở thành X, điều này khó xảy ra Do vậy, DNA có khuynh hướng lưu giữ TTDT bền vững hơn

4 Đặc tính của mã di truyền

- Mã di truyền là mã bộ ba; Mã di truyền không chồng chéo, cùng 1 nucleotit không thể tham gia vào thành phần của 2 codon gần nhau

- Mã di truyền không có “dấu phẩy” (không ngắt quãng), thông tin được đọc theo 1 chiều Trình tự đọc thông tin di truyền chỉ phụ thuộc vào điểm bắt đầu, từ đó việc đọc được tiến hành liên tục theo từng bộ ba theo chiều 5’ – 3’

- Mã di truyền mang tính “thoái hoá”: cùng 1 axit amin có thể được mã hoá bởi một số

bộ ba khác nhau Mã di truyền mang tính thoái hoá mạnh Thể hiện: chỉ có 2 axit amin là methionin và triptophan có 1 bộ ba mã hoá; 9 axit amin được mã hoá bởi 2 bộ ba; 1 axit amin được mã hoá bởi 3 bộ ba; 5 axit amin được mã hoá bởi 4 bộ ba; 3 axit amin được mã hoá bởi 6 bộ ba

- Mã di truyền có tính chất phổ biến Các loài sinh vật đều được mã hoá theo nguyên tắc chung Gen tách từ cơ thể sinh vật bậc cao đem giải mã trong bất kỳ cơ thể nào cũng chỉ cho 1 loại protein Đây là một trong những bằng chứng chứng minh nguồn gốc chung của sinh giới

- Mã di truyền có bộ 3 khởi đầu và kết thúc đặc hiệu

5 khác biệt về tái bản adn trong tế bào prokaryot và eukaryot

(1) ở E coli quá trình sao chép xuất phát từ một điểm ori (origine), nên cả phân tử ADN thành một đơn vị sao chép thống nhất gọi là replicon, bao gồm 2 chạc tái bản - Tế bào

nhân thực có số lượng, kích thước phân tử ADN lớn hơn nhiều so với tế bào tiền nhân tạo nên nhiều nhiễm sắc thể, mỗi nhiễm sắc thể gồm một phân tử ADN thẳng kết hợp với protein Do đó sao chép ADN ở tế bào nhân thực phức tạp hơn và tốc độ chậm hơn Biểu

hiện, ADN tế bào nhân thực có nhiều ori và replicon cùng nhiều chạc tái bản)

(2) Quá trình tái bản ADN ở E coli được thực hiện bởi 3 loại enzyme ADN polimerase I; II và III Sự tái bản ADN ở sinh vật nhân chuẩn được thực hiện bởi sự xúc tác của 3 loại enzyme: ADN polimerase : chức năng tái bản ADN nhân ADN polimerase : Sửa đổi ADN nhân ADN polimerase : Tái bản hệ gen ti thể

6: Khác biệt của quá trình phiên mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn

Điểm

khác biệt

Vị trí

xảy ra

Tế bào chất Trong nhân ; các bào quan (ty thể và lục lạp)

Enzym Chỉ cần 1 loại E tổng hợp

cho 3 loại ARN khác nhau (mARN ; tARN ; rARN)

Trong nhân có 3 loại ARNase chịu trách nhiệm phiên mã cho các gen khác nhau : ARNase I: rARN: 28S, 18S, 5S; ARNase II: mARN; ARNase III: tARN và rARN loại 5,8S Trong TBC có E ARN pol tổng hợp cả

3 loại ARN

Đơn vị

phiên mã

Một đơn vị phiên mã gồm nhiều gen (1 gen điều hòa, một vùng điều hòa điều khiển sự phiên mã của cả một nhóm gen cấu trúc ; nhóm gen cấu trúc)

Một đơn vị phiên mã chỉ gồm một gen (một gen điều hòa, một vùng điều hòa điều khiển

sự phiên mã 1 gen cấu trúc)

Hoàn

thiện

mARN

ARN tổng hợp ra được dùng để dịch mã ngay mà không cần biến đổi

ARN tổng hợp ra phải qua biến đổi : cắt bỏ intron, nối exon, gắn mũ 7mGppp ở đầu 5’và đuôi poly Aowr đầu 3’

Ý nghĩa

- Đối với sinh vật nhân sơ : Giúp tiết kiệm năng lượng và thời gian cho các quá trình phiên mã, dịch mã diễn ra nhanh hơn (phiên mã và dịch mã xảy ra gần như đồng thời) góp phần làm cho SV nhân sơ sinh sản nhanh

- Đối với SV nhân thực : Việc gắn mũ và đuôi poly A có tác dụng kích thích mARN đi

ra TBC để dịch mã và tránh khỏi sự phân hủy của một số E, là tín hiệu để riboxom nhận biết và gắn vào mARN để dịch mã và tạo ra sự ổn định lâu dài hơn trong tế bào Việc cắt

bỏ intron và nối exon có thể tạo ra các mARN trưởng thành khác nhau từ cùng 1 gen, qua

đó dịch mã tạo ra các protein khác nhau

7 Khác biệt liên quan đến cơ chế phiên mã và dịch mã ở Prokaryot và Eukaryo

Tế bào prokaryot không có màng nhân nên quá trình phiên mã và dịch mã có thể diễn ra đồng thời Các ribosom và tARN có thể gắn vào đầu 5’ của mARN để dịch mã trong khi quá trình phiên mã vẫn đang tiếp diễn

Ở tế bào Eukaryot có màng nhân ngăn cách nhân và tế bào chất, sự phiên mã và dịch mã

là 2 quá trình tách biệt cả về không gian và thời gian Phiên mã diến ra trước ở trong nhân, dịch mã xảy ra sau ở tế bào chất

8 Định luật Hardy - Weinberg

Nội dung định luật: Trong những điều kiện nhất định không làm biến đổi tần số các alen thì quần thể có tỉ lệ xác định các cá thể mang tính trạng trội và các cá thể mang tính trạng lặn và tần số tương đối của mỗi alen và thành phần kiểu gen có xu hướng duy trì ổn định qua các thế hệ

Nếu một gen gồm 2 alen và kí hiệu p là tần số alen A, q là tần số alen a, tỉ lệ các kiểu gen ở thế hệ sau sẽ là: p2AA : 2pq Aa : q2 aa = 1 Công thức Hardy - Weinberg phản ánh

sự phân bố các kiểu gen trong quần thể Biểu thức này là nhị thức Newton: (pA + qa)2 = 1 Nếu một gen gồm nhiều alen và ký hiệu tần số các alen là pA, qa, ra1 thì thành phần kiểu gen của quần thể ngẫu phối là : (pA + qa +ra1 + )2 = 1

Chứng minh định luật bằng sử dụng tần số các kiểu gen:

Ví dụ: Một quần thể ngẫu phối có 25 cá thể được chia thành 3 nhóm cóp kiểu hình khác nhau: màu đen gồm 4 cá thể có kiểu gen AA, màu xám gồm 12 cá thể có kiểu gen Aa, màu trắng gồm 9 cá thể có kiểu gen aa

Tần số tương đối của nhóm màu đen ĐAA=

25

4 = 0,16

Tần số tương đối của nhóm màu xám HAa=

25

12 = 0,4

Tần số tương đối của nhóm màu trắng Raa=

25

9 = 0,36

Tần số phân bố kiểu gen của thế hệ xuất phát là: 0,16 AA : 0,48 Aa : 0,36 aa = 1

Số alen A trong quần thể xuất phát là 8 + 12 = 20

Số alen a trong quần thể xuất phát là 18 + 12 = 30

Tần số tương đối alen A =

30 20

20

 = 0,4; a = 20 30

30

 = 0,6

Sự kết hợp ngẫu nhiên của các cá thể trong quần thể, sẽ có:

Aa  Aa 0,48 0,48 0,0576 0,1152 0,0576

Như vậy tần số tương đối các kiểu gen ở thế hệ con cũng bằng tần số tương đối các kiểu gen tương ứng ở thế hệ bố mẹ Như vậy, định luật Hardy – Weinberg đã được chứng minh bằng cách sử dụng tần số các kiểu gen

Chứng minh định luật bằng sử dụng tần số alen

Ví dụ: Quan sát quần thể ngô ở thời kì trỗ hoa có p là tần số alen A qui định sự tạo thành màu vàng của hạt, q là tần số alen a qui định sự tạo thành màu nâu của hạt Sự gặp nhau ngẫu nhiên của các hạt phấn và noãn mang alen A và a sẽ cho thế hệ sau:

Tần số tương đối của các kiểu gen ở thế hệ con: p2AA : 2pq Aa : q2 aa=1

Gọi p1 là tần số tương đối của alen A, q1 là tần số tương đối của alen A ở thế hệ con, thì ta có: p1 = p2 +

2

2 pq

= p (p+q) Vì p + q = 1  p1 = p; q1 = q2 +

2

2 pq

= q (p+q) Vì p + q =

1  q1 = q Như vậy tần số alen ở thế hệ con cũng bằng tần số alen ở thế hệ bố mẹ Định luật Hardy-Weinbrg đã được chứng minh khi sử dụng tần số alen

Công thức tổng quát của định luật

Một gen gồm 2 alen (A và a) thì cấu trúc di truyền của quần thể là:

p2AA + 2pqAa + q2 aa=1 hay (pA + qa)2 = 1

Trường hợp một gen có nhiều hơn 2 alen, chẳng hạn: gọi p là tần số alen a1; q là tần số alen

a2; r là tần số alen a3, thì (pa1 + qa2 + ra3)2 = 1  pa1 + qa2 + ra3 =1 và p2a1a1 + 2pqa1a2 +

q2a2a2 + 2qra2a3 + 2pra1a3 + r2a3a3= 1

Một gen gồm nhiều alen tương ứng với tần số p, q, r, h, thì công thức của định luật là: (p + q + r + h + )2 = 1

Điều kiện nghiệm đúng của định luật

- Sự bắt cặp giữa các cá thể và sự tổ hợp của các giao tử trong quần thể là hoàn toàn ngẫu nhiên

- Kích thước quần thể phải lớn để tránh trường hợp giao tử phân bố không đều

- Đột biến thuận và đột biến nghịch xảy ra vô cùng hiếm đến mức có thể bỏ qua

- Không có sự xâm nhập của các quần thể khác

- Các cá thể có kiểu gen khác nhau có khả năng sống và độ hữu thụ như nhau và không có chọn lọc

Ý nghĩa của định luật Hardy –Weinberg

Về mặt lí luận: Định luật Hardy –Weiberg phản ánh trạng thái cân bằng di truyền của quần

thể giao phối Điều này có thể giải thích tại sao trong tự nhiên có những quần thể giữ vững trạng thái ổn định trong thời gian dài Trong tiến hoá, sự duy trì kiên định những đặc điểm đạt được có ý nghĩa quan trọng chứ không phải chỉ có sự phát sinh các đặc điểm mới mới

có ý nghĩa

Về mặt thực tiễn: Dựa vào công thức Hardy – Weinberg, từ tỉ lệ kiểu hình có thể suy ra tỉ

lệ kiểu gen và tần số alen Ngược lại, từ tần số tương đối của alen có thể dự tính được tỉ lệ kiểu gen và kiểu hình Nắm được tần số kiểu gen và kiểu hình của một số quần thể có thể

dự đoán tác hại của các đột biến gây chết, đột biến gây hại hoặc khả năng gặp những đồng hợp tử mang đột biến có lợi

9 Vai trò của đột biến trong tiến hóa

- Khái niệm đột biến: đột biến là những biến đổi đột ngột về một tính trạng nào đó, do những biến đổi trong vật chất di truyền, xảy ra ở cấp độ phân tử (đột biến gen) hoặc mức

độ tế bào (đột biến NST)

- Đột biến do VCDT biến đổi, có khả năng di truyền qua các thế hệ qua cơ chế tự sao của ADN hoặc tự nhân đôi của NST, vì vậy đột biến là nguồn nguyên liệu cho quá trình CLTN dẫn đến sự tiến hóa của sinh giới

* Đa số các đột biến là có hại nhưng được xem là nguồn nguyên liệu tiến hóa vì:

- ĐB do VCDT biến đổi nên có thể di truyền qua các thế hệ qua cơ chế tự sao của ADN

hoặc tự nhân đôi của NST

- Đa số các ĐB là có hại nhưng cũng có ĐB có lợi hoặc trung tính

- Tần số ĐB đối với từng gen riêng rẽ trung bình 10-3 – 10-6 Sinh vật có rất nhiều gen nên

tỷ lệ giao tử mang ĐB về gen này hoặc gen khác là rất lớn Đây là nguồn nguyên liệu vô

cùng phong phú cho quá trình chọn lọc

- Khi môi trường thay đổi, giá trị thích nghi của một ĐB có thể bị thay đổi Trong môi

trường quen thuộc, thể ĐB thường tỏ ra có sức sống kém hoặc kém thích nghi so với dạng gốc Đặt vào điều kiện sống mới thể đột biến có thể tỏ ra thích nghi hơn

- Giá trị thích nghi của một đột biến có thể thay đổi tùy tổ hợp gen Một đột biến nằm

trong tổ hợp gen này có hại nhưng trong sự tương tác với các gen trong tổ hợp khác nó có thể trở nên có lợi

- Tuy đột biến có hại nhưng phần lớn gen ĐB là gen lặn, ở cơ thể dị hợp không biểu hiện

ra kiểu hình gây hại

* Đột biến gen được xem là nguồn nguyên liệu chủ yếu của tiến hóa vì:

- ĐBG phổ biến hơn ĐB NST

- ĐBG ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sự sinh sản của SV

10 Vai trò của quá trình giao phối trong tiến hóa

- Quá trình giao phối là một trong các nhân tố tiến hóa cơ bản, tạo nguồn nguyên liệu tiến

hóa

- Giao phối làm đột biến phát tán trong quần thể và tạo ra vô số biến dị tổ hợp là nguồn nguyên liệu phong phú của CLTN

- Quá trình giao phối làm trung hòa tính có hại của đột biến

- Quá trình giao phối góp phần tạo ra những tổ hợp gen thích nghi

- Giao phối tự do làm cho thành phần kiểu gen của quần thể đạt tới trạng thái cân bằng

11 adn tái tổ hợp và tạo dòng vô tính

(1) Phân lập gen

Phân lập gen bằng cách sử dụng RE

Tách các đoạn ADN từ bộ gen bằng enzym cắt giới hạn rồi gắn vào các vector tạo

vector tái tổ hợp Phương pháp này mang tính mò mẫm vì toàn bộ các đoạn ADN cấu thành bộ gen của sinh vật đều được gắn vào vector Tuy nhiên hiện nay đây vẫn là

phương pháp có hiệu quả trong việc thiết lập ngân hàng ADN bộ gen hay còn gọi thư viện ADN bộ gen

Phân lập gen bằng cách sử dụng kỹ thuật PCR

Muốn tổng hợp gen bằng phương pháp này cần biết thông tin về trình tự nucleotit của gen để thiết kế cặp mồi đặc hiệu Sự hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu cấu trúc bậc 1 của protein cùng với phương pháp xác định trình tự nucleotit đã thúc đẩy nhanh chóng việc tổng hợp nhân tạo các gen

Phân lập gen từ mARN bằng kỹ thuật PCR ngược (RT-PCR)

Từ khuôn mẫu là mARN tách từ tế bào chất, nhờ sử dụng enzym phiên mã ngược (RT = reverse transcriptase) tổng hợp được ADN một sợi (cADN = complementary) Từ cADN sợi đơn tổng hợp được ADN kép nhờ enzym ADN polimeraza Sử dụng phương pháp này sẽ tổng hợp được các dòng cADN có trình tự mã hoá liên tục

(2) Vector là những phân tử ADN hoặc ARN không lớn lắm, có khả năng xâm nhập vào

tế bào vi khuẩn, tự nhân lên một cách độc lập so với NST của vi khuẩn, hoàn thành vai trò của vật dẫn truyền trung gian

Ứng dụng chủ yếu của vector

+) Tạo dòng nhằm khuyếch đại số lượng bản sao một trình tự ADN nhất định

+) Chuyển gen vào tế bào hay cơ thể  tạo sinh vật chuyển gen

+) Sản xuất protein với số lượng lớn từ ADN được tạo dòng

Các đặc tính của vector

 Có các trình tự khởi đầu sự sao chép (ori) để có thể tự sao chép và tồn tại độc lập

 Vector có kích thước càng nhỏ càng tốt Kích thước vector càng nhỏ càng dễ xâm nhập vào tế bào vi khuẩn và càng được sao chép nhanh

 Vector có trình tự nhận biết để RE cắt hở làm chỗ gắn gen lạ vào

 Có trình tự điều hoà (promoter) và vị trí bám của ribosom (rbs - ribosome binding site) tạo thuận lợi cho sự phiên mã và sự biểu hiện của gen lạ

 Vector phải có đặc tính cho phép phát hiện dễ dàng tế bào vi khuẩn có chứa chúng Các đặc tính này được mã hoá bởi các gen chọn lọc Thông thường đó là đặc tính kháng với kháng sinh giúp vi khuẩn có mang vector sống được trên môi trường có kháng sinh hoặc khả năng sản sinh một enzym chuyển hoá một cơ chất tạo màu phát hiện được trên môi trường thạch

 Vector phải tồn tại được trong tế bào chủ qua nhiều thế hệ và ít gây xáo trộn nhất cho

tế bào chủ

TẠO VECTOR TÁI TỔ HỢP

Mục đích: gắn đoạn ADN (đoạn gen quan tâm) hay cADN vào vector chuyển gen để tạo

nên plasmid tái tổ hợp Quá trình này được thực hiện nhờ xúc tác của enzym ADN ligase Các enzym này xúc tác phản ứng nối bằng cách hình thành liên kết photphodieste nối 2 nucleotit kế cận

Chọn dòng mang gen biến nạp ( Xác định dòng vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp) Plasmid và đoạn gen cần tạo dòng được trộn lẫn với nhau dưới tác dụng của enzym nối ADN ligase Hỗn hợp này có thể có các plasmid tái tổ hợp với plasmid không có gen lạ xen vào Hỗn hợp trên được trộn lẫn với tế bào vi khuẩn để thực hiện biến nạp Sau đó cấy hỗn hợp trên lên môi trường dinh dưỡng, do hỗn hợp không đồng nhất như trên, nên các khuẩn lạc mọc lên có 2 loại như sau:

- Tế bào vi khuẩn nhận được plasmid không có gen lạ xen vào

- Tế bào vi khuẩn nhận được plasmid tái tổ hợp

Vì vậy cần xác định được đúng dòng vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp Có thể sử dụng các phương pháp sau:

Lai axit nucleic

Sử dụng phương pháp lai axit nucleic có hiệu quả trong việc tách dòng gen mong muốn từ thư viện ADN bằng việc sử dụng mẫu dò được đánh dấu phóng xạ Người ta tiến hành làm tan tại chỗ các khuẩn lạc trên giấy lọc nitrocellulo để ADN thoát ra và gắn trên giấy Sau đó cho mẫu dò lai với ADN trên màng lai Các sợi đơn của mẫu dò sẽ bắt cặp với các sợi đơn của ADN trên màng lai tại vị trí có các trình tự nucleotit bổ sung Việc phát hiện các phân tử lai thông qua phóng xạ tự ghi Bằng phương pháp này người ta dễ dàng phát hiện khuẩn lạc mang đoạn ADN mong muốn từ rất nhiều khuẩn lạc mang các đoạn ADN khác nhau, dựa vào thông tin đã biết khi tổng hợp mẫu dò

Phát hiện khuẩn lạc chứa plasmid tái tổ hợp thông qua biểu hiện kiểu hình

Nhiều vector (pUC 18/19, pCR 2.1) được thiết kế mang trình tự điều hoà của gen lacZ (gen tổng hợp protein enzym - galactozidaza) khi biến nạp vào tế bào vi khuẩn chủ, biến tế bào chủ có kiểu hình Lac - thành Lac + (được gọi là bổ sung ) Các vi khuẩn có kiểu hình Lac+ được nhận biết nhờ sự chuyển hoá cơ chất X-gal làm khuẩn lạc có màu xanh

Nếu đoạn ADN lạ được gắn xen vào trình tự điều hoà của lacZ, làm gen không hoạt động, do vậy không thực hiện được phản ứng biến đổi X-gal thành màu xanh, vì vậy khuẩn lạc có màu trắng Nhờ vậy người ta có thể nhận biết nhanh chóng bằng mắt thường các khuẩn lạc chứa plasmid tái tổ hợp (màu trắng) lẫn trong đám khuẩn lạc màu xanh (không mang plasmid tái tổ hợp)

Mất hoạt tính do xen đoạn

Phương pháp này được sử dụng đối với các vector mang gen kháng thuốc (pBR 322) Trên các gen này (chẳng hạn: ampiciline, tetracycline) có mang các điểm nhận biết của các enzym cắt hạn chế Plasmid được mở vòng dưới tác dụng của một RE mà điểm cắt của nó

nằm trên một gen kháng thuốc nào đó (ví dụ: gen kháng tetracycline tet) và đoạn ADN lạ được xen vào vị trí mở vòng trên plasmid, làm cho gen kháng thuốc trên mất hoạt tính Hỗn hợp trên được biến nạp vào E.coli, tế bào E.coli có thể có 3 loại kiểu gen và kiểu hình như sau:

- Tế bào E.coli không nhận được plasmid sẽ không mọc được trên môi trường có ampiciline, tetracycline

- Tế bào E.coli nhận được plasmid nhưng gen lạ không gắn được vào sẽ mọc được trên môi trường có ampiciline, tetracycline

- Tế bào E.coli nhận được plasmid tái tổ hợp, gen tet bị mất hoạt tính do gen lạ xen vào, gen kháng ampiciline vẫn hoạt động bình thường Do vậy các tế bào E.coli mang plasmid tái tổ hợp không mọc được trên môi trường chứa tetracycline, nhưng vẫn mọc được trên môi trường chứa ampiciline Đây chính là dòng tế bào cần chọn

(5) Ứng dụng của công nghệ ADN tái tổ hợp và thành tựu

Trong y học

- Sản xuất các hoocmon để chữa bệnh cho con người

Thành tựu: Sản xuất insulin bằng kỹ thuật ADN tái tổ hợp, tác dụng chữa bệnh

đái tháo đường, bằng cách: phân lập gen sản xuất insulin ở người, chuyển vào tế bào

vi khuẩn E coli thông qua vector là plasmid Insulin được sản sinh trong tế bào vi

khuẩn giống như trong tế bào người; Sản xuất interferon bằng cụng nghệ plasmid tái

tổ hợp Interferon là loại protein đặc biệt, có vai trò bảo vệ cơ thể động vật khi bị nhiễm virut Người ta đã tách gen mã hóa interferon từ cơ thể sống và ghép vào plasmid, đưa vào E coli để sản xuất interferon

- Sản xuất vaccin bằng công nghệ ADN tái tổ hợp

Là loại vaccin được chế từ vi khuẩn hoặc nấm men tái tổ hợp mang gen mã hóa kháng nguyên của một virut hay một vi khuẩn nào đó

Một số loại vaccin được sản xuất bằng công nghệ ADN tái tổ hợp: vaccin viêm gan B; vaccin sốt rét, vaccin dại kiểu mới, vaccin tả kiểu mới

Trong trồng trọt

Công nghệ ADN tái tổ hợp đã tạo trên nhiều giống cây trồng mới có năng xuất cao, mang gen chống chịu sâu bệnh: Thành công trong việc tách dòng gen Nif (nitrogen fixing)

là gen tổng hợp enzym xúc tác cho quá trình cố định nitơ phân tử, có trong plasmid của vi khuẩn nốt sần cây họ đậu chuyển vào các cây không phải họ đậu, tạo ra giống mới cho năng xuất cao mà không cần đến phân đạm; Tạo giống thuốc lá mới mang gen kháng virut TMV (Tobacco mosaic virut); Tạo cây bông kháng sâu đục thân; Tạo giống khoai lang kháng bọ hà; Chuyển các gen tổng hợp các sắc tố khác nhau ở hoa

Trong chăn nuôi

- Sản xuất vaccin phòng chống một số bệnh ở gia súc, gia cầm

Thành tựu: Sản xuất vaccin chống bệnh Newcasle (bệnh cúm gia cầm); Sản xuất vaccin chống bệnh lở mồn long móng ở các loài động vật móng guốc (trâu, bò, lợn, cừu)

- Công nghệ gen ở động vật sản xuất các loại protein quý hiếm, đặc hiệu

Thành tựu: Sản xuất chất hoạt hóa plasminogen mô người, chất tăng đông máu, chất này được tiết qua tuyến sữa (các động vật bậc cao) nhờ promotor  -lactoglobulin; Bằng phương pháp tương tự người ta đã tổng hợp được  -antitrypsin người

12 Vật chất di truyền phải thoả mãn các tiêu chẩn sau:

 Chứa đựng thông tin ở dạng bền vững cần thiết cho việc cấu tạo hoạt động và sinh sản của t/b

 Được sao chép 1 cách chính xác để thông tin di truyền của thế hệ sau giống như của t/h trước

 Thông tin di truyền chứa trong vật chất di truyền phải được sử dụng để sinh ra những phân tử

cần cho cấu trúc và hoạt động của tế bào

 Vật chất di truyền phải có khả năng biến đổi

13 Nêu cấu trúc và chức năng của các loại ARN trong tế bào nhân thực (Eukaryot)

*ARN thông tin (mARN)

- mARN được tổng hợp trong nhân tế bào, từ gen cấu trúc, có chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ ADN trong nhân tế bào đến tế bào chất và trực tiếp tham gia tổng hợp protein

- ARN thông tin được cấu tạo từ một mạch polyribonucleotit có từ khoảng

600-1500 ribonucleotit Phân tử mARN có một bộ ba mở đầu (AUG), sau đó đến bộ ba quy định axit amin thứ nhất, thứ hai (đoạn mã hóa), cuối cùng là bộ ba kết thúc (UAA, UGA, UAG)

* ARN ribosom (rARN = ribosomal ARN)

- ARN ribosom chiếm 80% tổng số ARN trong tế bào Các rARN kết hợp với protein tạo thành ribosom, một thành phần của bộ máy dịch mã Tuỳ theo hệ số lắng, rARN được chia thành nhiều loại: Ở nhóm Eukaryot có rARN 28S; 18S; 5,8S; 5S Ở nhóm Prokaryot có rARN 23S; 16S và 5S

* ARN vận chuyển (tARN)

- ARN vận chuyển chiếm từ 10 – 20 % ARN tổng số trong tế bào Mỗi phân tử tARN có từ 75 – 85 nucleotit Chức năng của tARN là vận chuyển axit amin tương ứng đã được hoạt hoá đến bộ máy dịch mã để tổng hợp protein

- tARN có cấu trúc đặc thù theo không gian 3 chiều giống chiếc lá dâu xẻ 3 thuỳ do mạch đơn poliribonucleotit quấn trở lại Thuỳ I: nhận biết enzym hoạt hoá và gắn axit amin tương ứng vào đầu 3’ của tARN (enzyme aminoacyl tARN synthetase); Thuỳ II: mang cụm đối mã khớp với cụm mã sao trên mARN theo nguyên tắc bổ sung; Thuỳ III: nhận biết và tác dụng với ribosom; Một số tARN có thuỳ thứ IV gọi

là vòng biến đổi Đầu 3’ là nơi gắn với axit amin của mọi tARN đều mang bộ 3 AXX, còn đầu mút 5’ kết thúc bằng bộ 3 GGG, còn các nucleotit khác thay đổi tuỳ loại tARN