Câu hỏi di truyền

Nội dung ôn thi môn di truyền học, cơ sở vật chất và cơ chế di truyền ở chế độ phân tử

NỘI DUNG ÔN THI MÔN DI TRUYỀN HỌC

LỚP DSI 1081 Chương II:

CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN

Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

***

I ACID NUCLEIC LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

1 Tiêu chuẩn của Vật chất di truyền ( VCDT )

VCDT phải có đủ 3 tính chất:

1/ Mang thông tin DT đặc trưng cho loài Vật chất di truyền có khả năng mã hóa mọi thông tin di truyền

của thế hệ trước chuyển giao cho thế hệ sau: gen cấu trúc quy định

cấu trúc chuỗi polypeptide và một hệ thống các gen chuyên trách ngoài

gen cấu trúc đảm nhiệm việc điều hòa biểu hiện gen

2/ Có khả năng tái bản: VCDT phải có khả năng hình thành các

bản sao, chứa đầy đủ thông tin DT

• Prokaryote : phân bào trực phân =>mỗi tế bào con nhận được một bản sao vật chất nhân giống hệt tế bào mẹ

• Eukaryote: phân bào gián phân

+ Qua nguyên phân , mỗi tế bào con nhận được một bản sao chứa toàn bộ thông tin di truyền trong nhân

+ Qua giảm phân , mỗi tế bào đơn bội chỉ nhận được của một nửa VCDT trong nhân

• Akaryote : nhân lên hàng loạt trong TB ký chủ, gđ tổng hợp bao hàm sự tái bản VCDT cho thế hệ sau

3/ Có khả năng biến đổi

- Đột biến , hiện tượng tái tổ hợp , và các yếu tố di truyền vận động làm biến đổi VCDT của các sinh vật tạo nguyên liệu cho tiến

hóa

2 Chứng minh acid nucleic là VC mang TTDT

a/ Hiện thương Biến nạp (transformation)

Frederick Griffith quan sát thấy một hiện tượng bí ẩn khi

tiến hành các thí nghiệm trên VK Streptococcus pneumoniae

Griffith dùng 2 chủng vi khuẩn (khác nhau về hình dạng khuẩn lạc và độc tính):

Chủng S (mooth): độc, khuẩn lạc nhẵn, láng (vỏ nhày= polysaccharide)

Chủng R (rough), không độc, khuẩn lạc sần, không vỏ nhày.

Lần lượt tiêm các trường hợp sau vào chuột, ta thu được kết quả:

* Nhận xét:

• Ở TH 4, những mảnh vỡ TB từ chủng S bị đun sôi đã biến đổi các

VK R sống trở thành các VK S sống Hiện tượng này gọi là Biến nạp.

Thí nghiệm của Oswald Avery, C M MacLeod và M McCarty xác định bản chất của hiện tượng biến nạp:

• Loại bỏ lipid và carbohydrate khỏi 3 ống nghiệm chứa tế bào S chết

Thêm enzyme deoxyribonuclease  loại bỏ ADN  thêm tế bào R sống

 không xuất hiện tế bào S  không có biến nạp

(hoặc tham khảo sách Di truyền học – Phạm Thành Hổ - Trang 138, đoạn 2)

b/ Thí nghiệm của Hershey - Chase

32 P đánh dấu DNA của 1 nhóm phage T2.

35 S đánh dấu protein của 1 nhóm phage T2 khác.

• Dùng 2 nhóm phage này cho nhiễm riêng rẽ vào E coli với số lượng virus lớn

• Sau đó, dùng lực khuấy để tách vỏ virus, sử dụng pp ly tâm để tách riêng vỏ virus với TB VK rồi phân tích phóng xạ

• Nhóm phage đánh dấu = 32 P: trong TB VK có chứa chất phóng xạ chứng tỏ: DNA của phage đã vào trong VK

• Nhóm phage đánh dấu = 35 S: chất phóng xạ nằm trong phần vỏ

virus bỏ lại bên ngoài

 Protein vỏ của phage không xâm nhập TB VK mà chỉ có DNA của phage được nạp vào Phân tử DNA này giúp sinh sản ra thế hệ phage mới Như vậy, DNA chính là vật liệu DT của phage.

* Thí nghiệm của Fraenkel – Conrat chứng minh RNA là VCDT của HRV :

• Dùng RNA của HRV kết hợp với protein của TMV tạo ra virus

ghép, cấy vào trong cây thuốc lá lành thấy cây bị nhiễm bệnh với triệu chứng bệnh của HRV

Phân lập từ cây bệnh này được các HRV hoàn chỉnh

(có thể trình bày TN ngược lại làm đối chứng)

Thí nghi ệm ng ư ợc :

(Dùng RNA của TMV kết hợp với protein của HRV tạo ra virus

ghép, cấy vào trong cây thuốc lá lành thấy cây bị nhiễm bệnh với triệu chứng bệnh của HRV )

•  RNA chính là CSVT của sự DT, còn protein chỉ đóng vai trò

vỏ bọc hỗ trợ

II THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC CỦA ACID NUCLEIC

1 Thành phần hóa học của acid nucleic

a/ Nucleic – đơn phân của acid nucleic

* Bazo

 Các bazo của DNA và RNA có cấu trúc dị vòng thơm.

 Các purin có cấu trúc 2 vòng, gồm adenine (A) và

guanine (G)

 Các pyrimidine có cấu trúc 1 vòng, gồm cytosine (C),

thymine (T) và uracil (U)

 Trong RNA, T thay = U Thymine = 5-methyluracil

* Nucleoside

 Trong các acid nucleic, nucleoside được tạo thành bởi: bazo (purin ở N9, pyrimidine ở N1) liên kết hóa trị với đường pentose ở vị trí C1.

 Ở RNA, đường pentose là ribose, ở DNA là 2’-deoxyribose

 Liên kết giữa bazo và đường gọi là liên kết glycosyl (hay glycosid).

* Nucleotide

 Một nucleotide: một nucleoside cùng với 1 hay nhiều nhóm photphate nối ở vị trí 3’, 5’ hoặc 2’ ( 2’ chỉ có ở đường ribose)

* Liên kết phosphodiester

 Mỗi photphate liên kết hóa trị với một pentose ở vị trí 5’ và một pentose kế tiếp ở vị trí 3’ tạo thành liên kết 3’,5’-phosphodiester

 Ở pH trung tính, mỗi phosphate đều chức điện tích âm acid nucleic là nhưng polymer mang điện tích âm

* Trình tự DNA/RNA :

Mỗi chuỗi nucleotide (trừ chuỗi nucleotide dạng vòng) đều có : + Một đầu 5’ tự do có thể gắn hoặc không gắn các nhóm phosphate

+ Một đầu 3’ tự do có một nhóm hydroxyl + Định hướng của mỗi chuỗi nucleotide là 5’ -> 3’

2 Cấu trúc không gian của acid nucleic :

2.1 Chuỗi xoắn kép DNA

2.1.1 Cấu trúc chuỗi xoắn kép :

Cấu trúc phổ biến nhất của DNA là cấu trúc chuỗi xoắn kép

+ Phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn xoắn đều quanh một trục , mỗi mạch đơn là một chuỗi nucleotide

+ Mỗi chuỗi có định hướng 5’ -> 3’ ; hướng của hai mạch ngược chiều nhau nên ta gọi là hai mạch đối song song

+ Mỗi chu kỳ xoắn của DNA gồm 10 bp ( cặp base ) dài khoảng 3,4 nm , đường kính vòng xoắn khoảng 2 nm

+ Sườn phosphate – đường của mỗi mạch đơn hướng ra ngoài , còn các base của chuỗi xoắn kép hướng vào trong

+ Hai mạch đơn kết hợp với nhau nhờ các lien kết hydro hình thành giữa các cặp base bổ sung nằm trên hai mạch ( A- T có hai liên kết( lk ) hydro , G- X có ba lk hydro )

(Tham khảo bảng 2.1: Một số dạng cấu trúc của DNA / Sách DT trang 21)

Từ các dữ kiện về cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA cho ta hai khái niệm

cơ bản :

+ Mỗi mạch đơn là một trình tự base khác nhau -> mỗi mạch đơn mang thông tin khác với mạch kia

+ Hai mạch đơn lk với nhau bởi một quan hệ bổ sung - > giải thích được cấu trúc chặt chẽ của phân tử DNA , phương cách tự tái bản để tạo ra hai phân tử con giống hệt nhau từ một phân tử mẹ ban đầu (tham khảo)

2.1.2 ý nghĩa của cấu trúc chuỗi xoắn kép :

Phân tử DNA thường có cấu trúc chuỗi xoắn kép Cấu trúc này là một cấu trúc ổn định:

+ Trong chuỗi xoắn kép, các đường pentose và các nhóm phosphate xoay

ra ngoài, hình thành lk hydro với nước đảm bảo tính ổn định cho phân tử

+ Chuỗi xoắn kép cho phép các base purine và pyrimidine có cấu trúc phẳng xếp chồng khít lên nhau bên trong phân tử DNA , hạn chế sự tiếp xúc của chúng với nước

+ Mỗi phân tử DNA có một số lượng liên kết hydro rất lớn nên dù chuyển động của nhiệt có phá vỡ lk nằm ở hai bên đầu thì vẫn còn lk ở các vùng giữa

2.2 Cấu trúc thứ cấp của RNA :

+ RNA trong tb thường tồn tại ở dạng phân tử mạch đơn -> tạo nên vùng xoắn kép cục bộ do sự hình thành lk hydro giữa hai đoạn trình tự bổ sung nào đó

+ RNA trong tế bào có nhiều dạng cấu trúc thứ cấp ứng với những chức năng riêng Có ba loại RNA chính là: RNA thông tin (mRNA) , RNA vận chuyển (tRNA), RNA của ribosome ( rRNA )

Phân tích rõ các loại RNA, kể cả của virus để xem loại nào có cấu trúc xoắn kép cục bộ

(Chỉ có mARN không có nguyên tắc bổ sung Còn tARN, rARN đều có cấu trúc xoắn kép cục bộ Ngoài ra snARN (ARN nhân nhỏ) tham gia vào quá trình ghép nối trong quá trình trưởng thành của mARN cũng có cấu trúc xoắn kép cục bộ.)

Chưa biết (sách Di truyền học – Dự án – Trang 92 / Sách cô – Trang 53)

III TÁI BẢN DNA

1 Các nguyên tắc và đặc điểm chung của tái bản DNA

a/ Sự tái bản DNA theo cơ chế bán bảo tồn

 Trong chuỗi xoắn kép DNA, 2 mạch đơn liên kết với nhau bằng 1 quan hệ bổ sung

 Trong quá trình tái bản, nếu 2 mạch đơn tách rời nhau và mỗi mạch đơn được dùng làm khuôn để tổng hợp nên một

mạch mới theo nguyên tắc bổ sung thì kết quả là: từ 1 phân tử DNA ban đầu đã tạo được 2 phân tử mới giống hệt nhau Vì trong mỗi phân tử DNA con đều mang một mạch cũ và một mạch mới nên kiểu tái bản này được gọi là bán bảo tồn

* Thí nghiệm chứng minh cơ chế bán bảo tồn (E coli)

 Nuôi E coli trong môi trường có nguồn N15, TB sử dụng

N15 để tổng hợp DNA cho đến khi DNA của VK đều mang đồng vị nặng N15

 Sau đó các tế bào được chuyển sang môi trường có chứa

N14

 Cách khoảng thời gian đều đặn tương ứng với mỗi đợt phân bào, lấy các TB đem chiết tách DNA Bằng pp ly tâm trong gradient tỉ trọng CsCl, các loại DNA nặng (N15-N15), nhẹ

(N14-N14) và lai (N14-N15) được tách ra, kết quả phân tích phù hợp với kiểu tái bản bán bảo tồn

(vẽ hình minh họa thêm)

b/ Cơ chế phân tử của quá trình tái bản DNA (THUỘC)

 Các liên kết H ổn định cấu trúc xoắn và liên kết 2 mạch đơn với nhau phải được phá vỡ để tách rời 2 mạch

 Phải có đoạn mồi (primer) (đoạn DNA/RNA ngắn) bắt cặp bổ sung với mạch khuôn để tạo đầu 3 ’ OH tự do.

 Nguyên liệu tổng hợp DNA là các desoxynucleosid triphosphate (dNTPs):dATP, dGTP, dCTP, dTTP

5’- Mạch khuôn luôn được đọc theo chiều 3 ’ -5 ’ trong khi mạch mới được tổng hợp theo chiều 5’-3’ Mỗi

nucleotide mới được gắn vào đầu 3’OH của mạch đang kéo dài = liên kết phosphodiester

 Mỗi bước được thực hiện một cách nhanh chóng , chính xác dưới sự điều khiển của enzyme đặc hiệu

c/ Đơn vị tái bản, điểm khởi đầu và điểm kết thúc tái bản

 Mỗi đoạn DNA được tái bản như một đơn vị riêng lẻ được

gọi là một đơn vị tái bản ( replicon )

 Các DNA vòng của prokaryote hay Akaryote, kích thước nhỏ chỉ gồm một đơn vị tái bản duy nhất

Sự tái bản khởi đầu từ một điểm được gọi là điểm khởi đầu sao chép (Ori)và lan ra theo 2 hướng, hình thành 2 chạc

ba tái bản cho đến khi gặp nhau tại điểm kết thúc (T) Điểm khởi đầu tái bản có khuynh hướng giàu A-T để dễ dàng khởi đầu tách rời 2 mạch đơn.

 Ở Eukaryote, mỗi phân tử DNA mạch thẳng bao gồm nhiều đơn vị tái bản  tế bào hữu nhũ điển hình có từ 50000-

100000 đơn vị tái bản , mỗi đơn vị tái bản có kích thước khoảng 40 – 200 kp Tái bản ntn, khi nào kết thúc?

(Mỗi đơn vị tái bản có điểm khởi đầu riêng và sự tái bản cũng lan theo hai hướng Khi các chạc ba tái bản gặp nhau thì sự tái bản ADN được hoàn thành)

(Sách cô – Trang 34)

d/ Sự tổng hợp mạch mới của DNA xảy ra liên tục trên một mạch và gián đoạn trên mạch kia ( - Tái bản bán gián đoạn )

 Cơ chế tái bản DNA chỉ cho phép sự tổng hợp theo hướng 5’-3’, vì thế trên 2 mạch khuôn có hướng ngược nhau, sự tổng hợp mạch mới không diễn tiến giống nhau.

 Từ điểm khởi đầu tái bản, trên mạch khuôn 3’-5’ sự tổng hợp mạch mới diễn ra một cách liên tục theo chiều 5’-3’

cùng chiêu với hướng tháo xoắn Mạch này được gọi là mạch tới.

 Trong khi đó trên mạch khuôn 5 ’ -3 ’, sự tổng hợp mạch mới cũng diễn ra theo hướng 5’-3’ nhưng ngược với hướng tháo xoắn Do đó, sự tổng hợp mạch mới không xảy ra liên tục mà dưới dạng những đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki

(1000-2000 bp ở proka, 100-200 ở euka) Mạch này được gọi là mạch chậm.

 Trên thực tế, sự tổng hợp 2 mạch theo cùng hướng vì mạch khuôn chậm được uốn vòng để quay 180 o tại chạc ba tái bản, cùng hướng với mạch khuôn tới.

e/ Mồi RNA

 Mạch tới và tất cả những đoạn Okazaki của mạch chậm chỉ

có thể được tổng hợp = cách kéo dài một mồi đã bắt cặp sẵn trên mạch khuôn

 Mồi là một đoạn RNA ngắn, dược tổng hợp bởi 1 phức hợp protein gọi là primosome, primome gồm nhiều protein và 1 enzyme primase.

 Các mồi RNA sau đó bị phân hủy bởi Rnase và được thay = trình tự DNA nhờ DNA polymerase Enzyme ligase

sẽ nối các đoạn DNA trên mạch chậm lại với nhau

2 Tái bản DNA prokaryote

Khởi đầu

loại I tháo dạng siêu

xoắn

Enzyme topoisomerase loại II tháo các nút nảy

sinh do các biến đổi cấu trúc của chuỗi xoắn

2 Tách rời 2 mạch khuôn tại điểm khởi đầu tái bản

- phá vỡ liên kết H giữa các bazo, tách rời 2 mạch đơn tại Ori

protein Dna A DnaC và

Dna B

DnaB là 1 DNA helicase nằm trong phức hợp

- Các mạch tách rời sẽ được ổn định dưới dạng mạch đơn

primose

nhờ các protein SSB

Mạch khuôn được sử dụng đến đâu thì các protein SSB được giải phóng khỏi khuôn đến đó

Kéo dài 1 Tổng hợp mồi RNA - phức hợp primoseenzyme primase trong

2 Tổng hợp mạch mới (kiểu bán gián đoạn, kéo dài mồi RNA)

- DNA polymerase III gắn vào mạch, lắp nucleotide

bổ sung vào vị trí tương ứng, kéo dài mồi RNA từ đầu

3’OH tự do

- Nếu gặp chỗ lắp sai, DNA polymerase III dùng hoạt tính exonuclease 3’-5’ cắt lùi lại để bỏ nucleotide sai, lắp cái đúng vào rồi tiếp tục tái bản

- DNA polymerase III

là phức hợp dimer Gồm nhiều đơn vị gắn với nhau, tổng hợp 1 mạch đơn DNA

+ Đơn vị α: hoạt tính polymerase thực sự

+ Đơn vị ε: chức năng

đọc sửa nhờ hoạt tính exonuclease 3’-5’

+ Đơn vị β: gắn

polymerase vào DNA

- Đây là nhân tố duy trì quy định độ dài của DNA được tổng hợp ở mạch tới khác với mạch chậm

3 Hoàn chỉnh sợi mới tổng hợp

- mồi RNA được dời đi và bị phân hủy

- chỗ trống mà mồi để lại thay bằng trình tự DNA nhờ hoạt tính polymerase 5’-3’ và exonuclease 3’-5’ của DNA polymerase I

- nối đoạn DNA trên mạch mới tổng hợp lại

- DNA polymerase I:

Loại mồi RNA (hoạt

tính exonuclease 5’-3’), lắp trình tự DNA

- Rnase H: phân hủy

mồi RNA.

-Enzyme ligase: nối

đoạn DNA lại với nhauGiai đoạn

kết thúc tái

bản và phân

chia TB

- 2 chạc ba tái bản gặp nhau ở khoảng 1800 đối diện

OriC Quanh vùng kết thúc có vài điểm làm dừng lại sự

tái bản bằng cách gắn với 1 sản phẩm của gen tus

- 2 phân tử DNA vòng dính vào nhau

- 2 NST con được phân phối vào 2 TB con

- gen tus: là 1 nhân tố

kìm hãm hoạt động helicase của Dna B

• Quá trình chuyển thông tin di truyền từ DNA sang RNA được gọi

là sự phiên mã.

• RNA được tổng hợp nhờ tác dụng của hệ enzyme RNA polymerase.

• Sự phiên mã được thực hiện theo các nguyên tắc sau:

 Vùng DNA chứa gen cần phiên mã phải mở xoắn cục

bộ và chỉ 1 trong 2 mạch của phân tử DNA được dùng làm khuôn tổng hợp RNA.

 Nguyên liệu cho sự tổng hợp là 4 loại ribonucleosid 5 ’ triphosphate: ATP, GTP, CTP và UTP.

 Phản ứng trùng hợp RNA diễn ra theo nguyên tắc bổ sung Sợi RNA được kéo dài theo chiều 5 ’ -3 ’ , ngược với chiều của mạch khuôn.

 Sự sinh tổng hợp RNA không cần đến mồi.

 Sản phẩm phiên mã là các RNA sợi đơn.

 Sự khởi đầu và kết thúc phiên mã phụ thuộc vào các trình tự DNA chuyên biệt nằm ở trước và nằm sau vùng mã hóa.

• Ở mức độ từng gen riêng biệt, RNA polymerase quyết định việc chọn mạch khuôn bằng cách gắn với phân tử DNA tại một trình tự đặc biệt trên mạch khuôn gọi là promoter

• Như vậy, trên phân tử DNA xoắn kép, cả 2 mạch đều có khả năng được chọn làm mạch khuôn cho sự phiên mã, tùy từng gen.

2 Sự phiên mã ở prokaryote

a/ RNA polymerase của prokaryote Đọc để hiểu và vận dụng

• Ở prokaryote, RNA polymerase có cấu trúc bậc 4 rất phức tạp, gồm nhiều đơn vị nối với nhau bởi các liên kết yếu

• Một holoenzyme RNA polymeraee của E coli gồm 2 hợp phần:

 Là một hợp phần tách biệt với enzyme lõi

 Với cấu trúc đặc trưng, nhân tố σ giúp cho enzyme lõi

nhận biết và gắn đúng với promoter để khởi đầu phiên mã tại vị trí chính xác.

 Nhiều thí nghiệm cho thấy, nếu thiếu nhân tố σ,

enzyme lõi sẽ khởi đầu phiên mã một cách tùy tiện tại những vị trí không đặc hiệu

 Khi sự phiên mã tiến hành được khoảng 8-9 nt thì nhân

tố σ được giải phóng khỏi enzyme lõi

• Enzyme lõi : đóng vai trò chủ chốt trong việc heo dài phiên

mã Trong đó:

 Đơn vị α: liên quan đến việc gắn với promoter

 Đơn vị β: chịu trách nhiệm khởi đầu và kéo dài phiên mã

 Đơn vị β’:liên quan đến việc gắn với khuôn DNA

b/ Các trình tự khởi đầu và kết thúc phiên mã ở prokaryote

• Đó là những trình tự đặc biệt nằm trên DNA, báo hiệu cho sự khởi đầu và kết thúc phiên mã

• Các trình tự được dẫn dưới đây là của sợi đối khuôn (sợi ý nghĩa) 5’-3’ có trình tự giống như trình tự bản mã phiên, chỉ thay đổi T với U

• Trình tự khởi đầu

 Tín hiệu khởi đầu phiên mã là vùng promoter có chứa 2 vị trí đặc hiệu, cho phép RNA polymerase nhận biết, bám vào và khởi đầu phiên mã.

 Kích thước promoter khoảng trên 40 bp, trong đó có 2 trình tự 6 bp được bảo tồn, quyết định chức năng khởi đầu

 Trình tự -35 (trình tự nhận biết) nằm cách điểm khởi

đầu phiên mã khoảng 35 nt về trước, thường có trình tự

5’TTGACA3’

 Trình tự thứ hai nằm ở vị trí -10 (hộp “TATA” hay

“hộp Pribnow”), có trình tự 5’TATAAT3’hoặc tương tự

 Điểm khởi đầu phiên , có vị trí +1, hầu như luôn là 1 purine , G phổ biến hơn A

• Trình tự kết thúc

 Tín hiệu kết thúc phiên mã trên DNA là 1 đoạn trình tự đặc biệt nằm sau gen cấu trúc, bao gồm 2 trình tự đối xứng bổ sung giàu GC và 1 loạt 6 cặp AT

 Ngay khi được hình thành trên RNA, 2 trình tự đối xứng bổ xung có khả năng tự bắt cặp hình thành cấu trúc “kẹp tóc”, đình chỉ hoạt động phiên mã Vùng giàu A-T gồm 6T trên mạch đối khuôn sẽ phiên mã thành 6U nằm ở vùng đuôi RNA

 Với một số gen, ngoài trình tự kết thúc, đòi hỏi sự có mặt của 1 protein gọi là nhân tố ρ Nhân tố ρ gồm 6

tiểu đơn vị, gắn với những vị trí đặc hiệu trên sợi đơn RNA

 Nhân tố ρ gắn với một đoạn khoảng 72 nt trên RNA, thủy phân ATP và di chuyển dọc RNA, hướng về phía

phức hợp phiên mã Chức năng của nhân tố ρ: tách rời enzyme và sợi RNA ra khỏi khuôn DNA.

3 Các giai đoạn của quá trinh phiên mã ở prokaryote

+ Enzyme nhận biết và gắn lỏng lẻo vào trình tự -35, hình thành “phức hợp đóng”.

+ Sự gắn kết này trở nên chặc chẽ hơn, “phức hợp đóng”

chuyển thành “phức hợp mở” Một vùng DNA kích

thước 17 bp, bắt đầu từ trình tự -10 sẽ được enzyme tháo xoắn và phơi ra sợi đơn DNA dưới dạng tự do để làm khuôn cho sự tổng hợp RNA

- RNA

polymerase

Kéo dài - Sau khi RNA polymerase tiến hành phiên mã được

8-9 nt thì nhân tố σ tách khỏi phức hợp để có thể tham

gia vào một quá trình phiên mã khác

- Sự tách rời nhân tố σ là cần thiết cho gđ kéo dài vì sự có mặt của nó sẽ gắn chặt phức hợp enzyme vào promoter khiến enzyme không thể trượt dài theo khuôn DNA để tiến hành sinh tổng hợp.

- RNA polymerase lõi tạo thành 1 phức hợp mới gồm 3 hợp phần là polymerase-DNA-RNA mới tổng hợp.

- Trong quá trình sinh tổng hợp, RNA polymerase di chuyển và tháo xoắn phân tử DNA 1 cách liên tục trên 1chiều dài khoảng 17 bp, đồng thời tiên hành phản ứng trùng hợp để kéo dài sợi RNA dọc theo sợi khuôn 3’-5’

- Sợi RNA được tổng hợp đến đâu sẽ được tách dần khỏi mạch khuôn DNA đến đó, trừ 1 đoạn khoảng 12 nt bắt đầu

từ điểm tăng trưởng vẫn liên kết với DNA Vùng DNA đã được phiên mã sẽ được RNA polymerase xoắn trở lại sau đó

cặp ổn địnhlà tín hiệu dừng của enzyme polymerase.

- Theo sau cấu trúc này là 1 trình tự khoảng 6U bắt cặp với các A mạch khuôn 1 cách yếu hơn tạo thuận lợi cho sự giải phóng RNA khỏi phức hợp

- Mạch khuôn DNA trở nên tự do, tái bắt cặp với mạch DNA còn lại và enzyme lõi được tách khỏi DNA

- Với 1 số gen, cần phải có nhân tố σ, gần đây, người ta

còn cho răng, protein nusA cũng là 1 nhân tố tham gia

vào gđ kết thúc

- Nhân tố

σ.

- protein nusA

4 Sơ lược về sửa đổi sau phiên mã

* Quá trình trưởng thành của các tiền mRNA

• Sản phẩm phiên mã của các gen cấu trúc chỉ là những bản sao sơ cấp (tiền mRNA) chưa hoàn chỉnh

• Trước khi được chuyển ra TBC để tham gia giải mã, các tiền mRNA phải trải qua 1 quá trình biến đổi ngay trong nhân để trở

thành các mRNA hoạt động: quá trình trưởng thành của RNA.

• Quá trình trưởng thành của tiền mARN

Gắn mũ chụp - Ngay sau khi bắt đầu phiên mã, 1 guanin có gắn nhóm methyl ở N7

được gắn vào đầu 5’ của mARN nhờ lk 5’-5’triphosphate

- Những mARN không được gắn “mũ chụp” sẽ bị phân hủy

Gắn đuôi polyA

(phản ứng cắt và nối

đuôi poly)

- các mARN bị endonuclease cắt bỏ 1 đoạn

- Vị trí cắt nằm cách trình tự AAUAAA khoảng 20 nt về phía đầu 3’

- polyA polymerase gắn 1 số Adenin nhất định vào đầu 3’ của RNA

- Quá trình ghép nối diễn ra như sau:

+ mARN được cắt ngay giữa điểm nối exon 1 và đầu 5’ của intron + 1 lk 5’-3’ được hình thành  cấu trúc dạng “nút thòng lọng” của intron

+ Điểm nối giữa exon 2 và đầu 3’ của intron bị cắt rời, intron bị loại ra và các exon và exon 2 được nối lại với nhau

5 Cấu trúc và chức năng của các RNA và ribosome :

5.1 Các RNA thông tin ( mRNA ) :

+ Là những bản sao trình tự của gen cấu trúc , đóng vai trò trung gian chuyển thông tin mã hóa trên phân tử DNA đến bộ máy dịch mã để tổng hợp protein tương ứng

+ Các mRNA có cấu trúc đa dạng , kích thước nhỏ so với DNA vì chỉ chứa thông tin mã hóa cho một hoặc vài protein

+ mRNA chiếm khoảng 2-5 % tổng số RNA tế bào

5.2 Các RNA vận chuyển ( tRNA ) :

+ Đóng vai trò vận chuyển các aa cần thiết đến bộ máy dịch mã để tổng hợp protein từ mRNA tương ứng

+ Các tRNA có cấu trúc thứ cấp với nhiều vùng xoắn kép được ổn định nhờ các lk bổ sung Hai vị trí không có lk bổ sung đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với chức năng của tRNA là : trình tự anticodon và trình tự 5’ – ACC – 3’

5.3 Các RNA của ribosome ( rRNA ) :

+ là những RNA lớn , chiếm đến 80 % tổng số RNA tế bào

+ rRNA được chia làm nhiều loại :

• UAA , UGA, UAG không mã hóa cho bất kỳ aa nào (mã vô

nghĩa) đóng vai trò là tín hiệu kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptide

61 mã còn lại mã hóa cho 20 loại aa

2 Dịch mã

a/ Khái quát về dịch mã Chỉ học “tính linh hoạt”, còn lại đọc

• Tính linh hoạt trong sự bắt cặp giữa anticodon- codon

+ Các bộ ba trên gen và mRNA được gọi là codon+ bộ ba của tRNA bắt cặp bổ sung với codon của mRNA được gọi

là anticodon + Codon trên mRNA được đọc theo chiều 5’–3’ bổ sung với anticodon của tRNA có định hướng 3’-5’

+ Mặc dù có 61 codon mã hóa các aa nhưng trên thực tế số loại phân tử tRNA trong tế bào khoảng là 61 mà chỉ khoảng 40-45 loại khác nhau

+ Linh hoạt là gì? ở base thứ mấy trên codon và anti codon? Minh họa sự linh hoạt (bảng)

Xem chi tiết tham khảo bảng :Nguyên tắc bắt cặp linh hoạt giữa anticodon – codon / sách DT trang 58 )

Tính linh hoạt: 61 codon mã hóa AA nhưng thực tế có khoảng 40 – 45 loại Base thứ ba (3’) của codon - ứng với base ở đầu 5’ của anticodon

• tARN mở đầu

tRNA mở đầu là một tRNA chuyên biệt , có khả năng nhận biết codon mở đầu ( AUG ) trên mRNA để khởi động quá trình tổng hợp protein

+ Nhóm N- formyl tương tự như một lk peptide , giúp cho tRNA

mở đầu tiến vào vị trí P của ribosome ( vị trí giữ phức hợp peptidyl – tRNA ) + Các tRNA khác luôn tiến vào vị trí A ( vị trí tiếp nhận aminoacyl – tRNA mới đến )

mở đầu để khởi đầu quá trình sinh tổng hợp protein

• Polysome

Khi một ribosome bắt đầu dịch mã trên một phân tử mARN và di chuyển qua khoảng 70- 80 nt tính từ codon mở đầu thì một ribosome thứ hai có thể lắp vào vị trí gắn ribosome trên mARN để bắt đầu dịch

• Các giai đoạn chính trong quá trình dịch mã học

 Hoạt hóa acid amine

 Quá trình hoạt hóa aa được thực hiện nhờ sự xúc tác của các enzyme đặc hiệu, đó là các aminoacyl-tARN synthetase

 Có 20 loại aminoacyl-tARN synthetase tương ứng với 20 loại aa Các enzyme này có khả năng nhận biết aa đặc hiệu

Enzyme + aa+ ATP  enzyme~aa~AMP + P-P

• aa được chuyển từ phức hợp enzyme-aa sang tARN tương ứng

enzyme~aa~AMP + tARN  tARN~aa + enzyme + AMP

 Tổng hợp chuỗi polypeptide : 3 gđ chính

 Khởi đầu: Sự lắp ráp của 1 ribosome trên 1 phân tử mARN

 Kéo dài: Sự lặp lại của những chu kỳ gắn thêm aa vào chuỗi polypepetide

 Kết thúc: sự giải phóng 1 chuỗi polypeptide

b/ Cơ chế tổng hợp protein ở prokaryote Có thể soạn học như sách phổ thông, bổ sung thêm các nhân tố tham gia ở cột bên cạnh

Khởi đầu - Mục đích của bước khởi đầu là lắp ráp 1 ribomse hoàn chỉnh vào 1

phân tử mARN ở 1 vị trí mở đầu đúng Thành phần tham gia gồm: các tiểu phần lớn và bé của ribosome, mARN, phức hợp aminoacyl-tARN mở đầu, 3 nhân tố khởi đầu (IF) và GTP.

- Diễn biến:

+ IF1và IF3 gắn vào tiểu phần bé 30S, giúp ngăn cản sự gắn tiểu phần lớn vào tiểu phần bé, tạo ra ribosome bất hoạt ko tạo phức với mARN

+ IF2 tạo phức với GTP rồi gắn vào tiểu phần bé, hỗ trợ cho sự gắn vào của phức hợp aminoacyl-tARN mở đầu

+ Tiểu phần bé gắn kết với mARN thông qua trình tự Dalgarno

+ tARN gắn vào phức hợp nhờ sự bắt cặp bổ sung của anticodon và codon mở đầu AUG trên mARN IF3 được giải phóng Lúc này, có

được phức hợp khởi đầu 30S.

+ tiểu phần lớn 50S gắn vào, thay chỗ của IF1 và IF2 GTP được thủy phân để cung cấp NL cho bước này Phức hợp được hình thành vào

cuối gđ khởi đầu được gọi là phức hợp khởi đầu 70S.

* Lưu ý: aminocyl-tARN mở đầu ngay từ đầu đã được gắn vào phức

hợp khởi đầu 70S tại vị trí P của ribosome Lúc này, vị trí A còn bỏ trống

Kéo dài - Gđ kéo dài có sự tham gia của 3 nhân tố kéo dài (EF), tất cả đều gắn

với GTP hoặc GDP

- Diễn biến:

+ Phân phối aminocyl-tARN:

 EF-Tu cần thiết cho sự phân phối các aminocyl-tARN đến vị trí A và NL tiêu tốn cho bước này đến từ sự thủy phân GTP

 Phức hợp EF-Tu.GDP đc tái tạo thành EF-Tu.GTP nhờ EF-Ts EF-Ts thay chỗ cho GDP, và nó đc thay bởi GTP

 Phức hợp EF-Tu.GTP gắn với 1 aminocyl-tARN khác

để phân phối nó đến ribosome.

+ Hình thành liên kết peptide:

 Khi cả 2 vị trí A và P đều chiếm cứ và 2 aa trở nên gần nhau, hoạt tính peptidyl transferase của tiểu phần 50S xúc tác dự hình thành lk peptide giữa chúng mà không cần tiêu tốn NL ATP đc tích lũy trong amiocyl-tARN + Chuyển dịch:

 Phức hợp EF-G và GTP đến gắn vào ribosome và tARN hết NL rời khỏi vị trí P

 Phức hợp peptidyl-tARN chuyển từ A sang P và ribosome dịch chuyển 1 codon trên mARN (tốn NL)

 GDP và EF-G đc giải phóng sau đó sẽ đc tái sử dụng 1coson mới đang hiện diện ở vị trí A trống

Chu kỳ 3 bước nói trên lặp đi lặp lại cho tới khi codon kết thúc xh ở

vị trí A

Kết thúc - Không có tARN nào nhận diện codon kết thúc

- Thay vào đó, những nhân tố pro đc gọi là nhân tố giải phóng (RF) hay nhân tố kết thúc (TF) tương tác với coson này và giải phóng chuỗi polypeptide mới đc hoàn thành

- RF1 nhậndiện các codon UAA và UAG; RF2 nhận diện UAA và UGA; RF3 giúp RF1 và RF2 thực hiện phản ứng

- Các nhân tố giải phóng khiến cho hoạt tính peptidyl transferase chuyễn chuỗi polypeptide đến nước thay vì aminocyl-tARN, vì thế 1 phân tử pro đc giải phóng

- Để dời chỗ tARN hết NL ra khỏi vị trí P và gải phóng mARN, EF-G cùng với nhân tố giải phóng ribosome đc y/c cho sự tách rời hoàn toàn 2 tiểu phần IF3 có thể gắn vào tiểu phần bé để ngăn chặn hình thành ribosome 70S bất hoạt

VI ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN

Trong tế bào, không phải loại protein nào cũng được tổng hợp với số lượng ngang nhau Một số protein cần được tổng hợp với số lượng lớn, số khác chỉ cần một ít phân tử Một số gen hoạt động thường xuyên cung cấp sản phẩm liên tục,

số khác chỉ biểu hiện ở những gia đoạn nhất định của chu trình sống và chỉ có những gen chỉ hoạt động trong điều kiện môi trường không bình thường đọc

1 Sự điều hòa biểu hiện gen của prokaryoke:

Mục đích của sự điều hòa biểu hiện gen là nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với các tác nhân dinh dưỡng và lý hóa của môi trường nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng và sinh sản của tế bào

Sự điều hòa ở đây rất linh động và có tính thuận nghịch Một enzyme có thể được sản xuất, ngừng sản xuất rồi lại tái sản xuất theo điều kiện của môi trường

Ở tế bào prokaryote do không có màng nhân nên sự phiên mã và dịch mã xảy

ra đồng thời mARN vừa được phiên mã có thể tiếp xúc ngay với bộ máy dịch

mã để làm khuôn cho sự tổng hợp protein Do vậy, sự điều hoà biểu hiện gen chủ yếu được tiến hành ở gia đoạn phiên mã Đọc

1.1 Mô hình operon về sự điều hoà hoạt động của gen ở mức phiên mã:

1.1.1 Cấu trúc của operon: học, vẽ SĐ

Operon là đơn vị phiên mã Cấu trúc của operon gồm một nhóm gen cấu

trúc, operator và promoter tổ hợp lại tạo thành Mỗi operon gắn với một gen

điều hoà và chịu sự kiểm soát của gen này

• Nhóm gen cấu trúc (structural ganes): Đảm nhận việc mã hoá

các phân tử protein- enzyme Các gen này thường xếp liền nhau

• Điểm điều hành (operator): Là đoạn DNA nằm trước đoạn gen

cấu trúc, phụ trách đóng mở gen cấu trúc

• Promoter: Là đoạn DNA nằm trước operator, nơi gắn ARN

polymerase bị ngăn cản không di chuyển dọc theo mạch khuôn DNA được, do đó quá trình tổng hợp RNA và protein tương ứng không xảy ra

Gene điều hoà (regulator): Chịu trách nhiệm tổng hợp protein điều hoà (regulatory protein) Protein điều hoà có thể đóng vai trò là protein ức chế (repressor protein) hoặc protein hoạt hoá (activator protein).

1.1.2 Sơ lược các kiểu kiểm soát phiên mã:

Kiểm soát âm (negative control) Kiểm soát dương (positive control)

- Protein điều hoà đóng vai trò là

protein ức chế, sự gắn protein ức chế

lên operator ngăn cản sự phiên mã của

các gen cấu trúc trong cùng một operon

- Protein điều hoà đóng vai trò là

protein hoạt hoá, chúng có thể gắn vào điểm khởi đầu nằm bên trong promoter hay điểm tăng cường hoặc

những trình tự nằm xa operon  kích thích sự phiêm mã các gen cấu trúc

- Protein ức chế có 2 trung tâm:

+ Một để gắn vào operator

+ Một dành cho chất cảm ứng hoặc

chất ức chế còn gọi là chất đồng ức

chế

- Protein hoạt hoá có 2 trung tâm:

+ Một để gắn vào điểm khởi đầu hoặc điểm tăng cường

+ Một dành cho chất cảm ứng hoặc chất ức chế

- Chất cảm ứng khi gắn vào protein

ức chế làm thay đổi cấu hình protein

ức chế, khiến protein ức chế rời khỏi

- Chất cảm ứng khi gắn vào protein hoạt hoá làm tạo thuận tiện cho sự phiêm mã Đây gọi là kiểm soát

operator, gen được phiêm mã Đây gọi

là kiểm soát âm, cảm ứng dương, cảm ứng

- Chất đồng ức chế khi gắn vào

protein ức chế làm thay đổi cáu hình

protein ức chế, khiến protein ức chế

gắn vào operator, gen không được

phiên mã Đây gọi là kiểm soát âm ức

chế

- Chất ức chế khi gắn vào protein hoạt hoá làm kiềm hãm sự phiên mã Đây gọi là kiểm soát dương, ức chế

Đến nay chưa có ví dụ riêng về một operon hoạt động theo kiểu kiểm soát dương tính Riêng Lac operon, ngoài kiểu điều hoà cảm ứng âm tính còn chịu sự điều hoà cảm ứng dương tính do dự tương tác giữa protein điều hoà thuộc phức hợp cAMP-CAP với vùng khởi động dẫn đến sự tăng cường phiêm mãmà chủ yếu là điều chỉnh tốc độ khởi đầu phiên mã

1.2 Các cơ chế điều hoà cảm ứng âm tính và ức chế âm tính:

1.2.1 Cơ chế điều hoà cảm ứng âm tính (điều hoà thoái dưỡng)

Trong thoái dưỡng (dị hoá), các chất hữu cơ được biến đổi thành các thành phần đơn giản hơn Cơ chế điều hoà ở đây là: Sự có mặt của cơ chất (tín hiệu điều hoà) sẽ dẫn tới sự tổng hợp các enzyme xúc tác quá trình thoái dưỡng

Ví dụ điển hình cho trường hợp này là operon lactose ở E coli

1.2.1.1 Cấu trúc của operon lactose

Nhóm gen cấu trúc của lac operon gồm:

• Gen Z: mã hoá cho enzyme β-galatosidase có 2 tác dụng: thuỷ phân lactose thành glucose và galactose và biến đổi lactose thành allolactose

• Gen Y: mã hoá cho enzyme β-galactosidepermease cần cho sự vận chuyển lactose vào trong tế bào

• Gen A: mã hoá cho emzyme thiogalacoside acetyltransferase

có chức năng chưa rõ

1.2.1.2 Cơ chế điều hoà:

Tìn hiệu điều hoà: đường lactose Mức độ: điều hoà phiên mã.

• Khi không có lactose, gen điều hoà tổng hợp protein ức chế

gắn vào operator Điều này ngăn cản ARN polymerase gắn vào

promoter cho nên sự phiên mã các gen cấu trúc của operon lactose không xảy ra.

• Khi chỉ có lactose là nguồn carbonhydrat duy nhất trong môi trường, lactose đóng vai trò chất cảm ứng gắn vào protein ức chế, làm thay đổi cấu hình không gian của protein ức chế Sự

thay đổi cấu hình này khiến cho protein ức chế không còn ái lực với operator nữa Operator được giải phóng cho phép ARN

polymerase gắn vào promoter, sự phiên mã và tổng hợp các enzyme chuyển hoá lactose xảy ra.

1.2.2 Cơ chế điều hoà ức chế âm tính (đều hoà biến dưỡng)

Quá trình biến dưỡng (đồng hoá) là quá trình tyổng hợp nên các chất cần thiết cho tế bào từ các thành phần đơn giản hơn Cơ chế điều hoà ở đây là: sự

có mặt của tín hiệu điều hoà sẽ gấy ra sự ức chế quá trình sinh tổng hợp chính nó Sự điều hoà kiểu này gọi là điều hoà ngược do sản phẩm cuối cùng

có mối liên hệ ngược (feed back).\

(a) (b) (c)

Ví dụ điển hình cho trường hợp này là operon trytophan ở E coli

1.2.2.1 Cấu trúc của operon trytophan:

Nhóm gen cấu trúc của lac operon gồm 5 gen cấu trúc A, B, C, D và E)

mã hoá cho 5 enzyme xúc tác cho quá trinh tổng hợp trytophan từ tiền chất acid chorismic

1.2.2.2 Cơ chế điều hoà:

Tín hiệu điều hoà: trytophan (Trp) Mức độ: điều hoà phiên mã Protein ức chế do gen điều hoà tổng hợp có hai trung tâm:

• Một trung tâm có ái lực với chất đồng ức chế Trp

• Một trung tâm có ái lực với operator

• Trong môi trường không có Trp, protein ức chế bất hoạt không gắn lên operator Điều này cho phép ARN polymarase gắn lên promoter và phiên

mã các gen cấu trúc thành các mARN Các mARN này sau đó dịch mã

thành các enzyme tổng hợp Trp

• Trong môi trường có Trp, protein ức chế gắn với chất đồng ức chế Trp trở thành phức hợp ức chế gắn với chất đồng ức chế có hoạt tính có

khả năng gắn với operator Điều này ngăn cản ARN polymerase gắn lên

promoter cho nên sự phiên mã và dịch mã các gen cấu trúc thành enzyme tổng hợp Trp không xảy ra.

Chương III : CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ

DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ TẾ BÀO

I) nhiễm sắc thể là vật chất di truyền ở cấp độ tế bào

- Các sinh vật nhân sơ ( prokaryote): vi khuẩn và vi khuẩn cổ, là sinh vật có cấu

tạo tế bào nhưng chưa hoàn chỉnh, chưa có nhân chính thức Vật chất di truyền gồm 1 NST duy nhất nằm ở vùng nhân và các plasmid nằm trong tế bào chất.

- ở sinh vật nhân thực (eukaryote), tế bào có nhân hoàn chỉnh Vật chất di truyền trong nhân là NST, các NST này có kích thước và hàm lượng DNA vượt hẳn NST của prokaryote Vật chất di truyền ngoài nhân là các phân tử DNA hai mạch, trần và cấu tạo vòng Đặc biệt loài nấm men rượu Saccharomyces

cerevisiae, có cấu trúc plasmid , một dạng vật chất di truyền ngoài nhân đặc trưng cho vi khuẩn

2.2.2 chất nguyên nhiễm sắc và chất dị nhiễm sắc

- Chất nguyên nhiễm sắc (euchromatine) là chất nhiễm sắc ở trạng thái dãn xoắn , DNA ở trạng thái hoạt động nên phiên mã được.

- Chất dị nhiễm sắc ( heterochromatine) là chất nhiễm sắc biểu hiện dạng cuộn xoắn cao, DNA không phiên mã được và thường sao chép muộn hơn.

2.1.2 thành phần hóa học của NST

NST = Acid nucleic ( DNA và RNA ) + Protein

- Protein chiếm 80% bao gồm protein histon và protein không histon

+ Protein histon là loại protein mà phân tử chứa phần lớn các amino acid mang tính base như lysine , arginine , histidine ; tham gia vào việc hình thành cấu trúc chuỗi nucleosome và solenoid.

+ Protein không histon chứa nhiều loại amino acid mang tính acid như

aspartate , glutamate, chiếm phân nữa protein trong chất nhiễm sắc, đảm nhận rất nhiều chức năng như đóng vai trò cấu trúc , giúp đóng xoắn DNA hình thành bậc cấu trúc cao hơn từ cấu trúc solenoid, hình thành nên khung cấu trúc, hoạt động trong quá trính sao chép hay khi NST phân ly trong nguyên phân và giảm phân, tham gia điều hòa phiên mã, hoàn thiện RNA trong quá trình biểu hiện gen.

Điểm khác nhau cơ bản giữa DNA ở Prokaryote và Eukaryote.

Prokaryote

- Chỉ có 1 NST duy nhất nằm trong vùng nucleoid

- DNA nằm trong NST và rải rác trong bào tương

- Ngoài NST, còn có các plasmid mang DNA vòng kép có khả năng tự sao độc

lập với NST

- Truyền đạt DNA theo kiểu phân cắt (vi khuẩn) và tái tổ hợp (virus)

- DNA không kết hợp với protein histone

- DNA ngắn hơn DNA của Eukaryote

Eukaryote

- Có nhiều NST, số lượng khác nhau tuỳ theo loài.

- DNA chỉ nằm trong nhân và trong ti thể (ở động vật), lạp thể (ở thực vật)

- DNA được chứa trong bộ NST và nằm trong nhân tế bào, dạng mạch thẳng kép.

- Truyền đạt DNA bằng sự phân ly chặt chẽ, chính xác của NST qua quá trình nguyên phân và giảm phân

- DNA kết hợp với protein histone trong NST

- DNA dài hơn DNA của Prokaryote

2.1.3 cách sắp xếp DNA trong NST

- Sợi cơ bản của chất nhiễm sắc có đường kính 10nm là 1 chuỗi nhiều

nucleosome -Nucleosome là đơn vị cấu trúc của NST được tạo nên

do sợi DNA dài quấn quanh các protein histon Đơn vị này là phức hợp gồm

146 cặp nucleotide của DNA quấn quanh 8 phân tử histon: 2H2A,2H2B, 2H3 ,2H4 - đoạn nối giữa hai nucleosome có kích thước trung bình là 55bp

- Chuỗi nucleosome xoắn tiếp tục thành cấu trúc solenoid, sợi này có đường kính 30nm, chứa 6 nucleosome trong 1 vòng xoắn, Các nucleosome kề nhau

được nối qua một phân tử histon trung gian H1

- Sợi solenoid gấp lại nhiều vòng , 1 vòng chứa khoảng 100kb DNA, các vòng nén lại bởi sự tương tác với 1 phức hệ protein gọi là chất nền nhân, bề ngang cấu trúc này là 300nm, cấu trúc nén tối đa ở kỳ giữa tạo thánh NST với đường kính một chromatid là 700nm

2.2 Tính đặc trưng của bộ NST

- Mỗi loài sinh vật eukeryote đều có bộ NST đặc trưng cho từng loài về số

lượng, hình thái và cấu trúc

- ở loài giao phối , tế bào sinh dưỡng (soma) mang bộ NST lưỡng bội (2n) của loài, tồn tại thành từng cặp tương đồng, 1 chiếc có nguốn gốc của bố , 1 chiếc có ngu6o6n2 gốc của mẹ

- Trong giao tử chứa bộ NST đơn bội(n), mỗi NST chỉ có 1 chiếc

- Dựa váo chức năng , cấu trúc , hình thái và tính đặc thù trong hoạt động, người

ta phân biệt các loại NST khác nhau:

+ NST thường: giống nhau ở cả 2 giới đực , cái

+ NST giới tính: khác nhau ở cả 2 giới đực , cái

+ NST phụ: có kích thước nhỏ và hiệu quả di truyền thấp, phát hiện ở 1 số thực vật như ngô, lúa mạch đen chưa qua chọn lọc, cũng được bắt gặp ở 1 số động vật như sâu bọ, giun dẹp

- Số lượng NST trong bộ lưỡng bội ổn định đối với mỗi loài nhưng không mang tính đặc trưng cao như gà , ngan, vịt nhà đều có 2n= 80, tính đặc trưng thể hiện

rõ trong số lượng , thành phần, trình tự phân bố các gen trên NST và các đặc điểm hoạt động của NST trong tái bản, phân ly, tổ hợp, trao đổi đoạn, đột biến

3 Hình thái nhiễm sắc thể :

- Trong nhân tế bào, ở kì trung gian , chất nhiễm sắc ( chromatin ) tồn tại thường xuyên dưới dạng sợi nhiễm sắc mảnh , khó quan sát Chất nhiễm sắc chia làm 2 loại :

+ Chất nguyên nhiễm sắc ( euchromatin ) : là chất nhiễm sắc ở trạng thái xoắn và hoạt động

+ Chất nguyên nhiễm sắc ( heterrochromatin ) : là chất nhiễm sắc ở trạng thái cuộn xoắn cao nhất , không hoạt động

- Khi bước vào phân bào , sợi nhiễm sắc bắt đầu đóng xoắn và đạt dộ nén cực đại ở kì giữa

- Lúc này , nhiễm sắc thể ( chromosome ) dày hơn và ở dạng kép gồm 2 nhiễm sắc tử ( chromatid ) đính nhau ở tâm động ( centromere ) ; chúng

có hình dạng kích thước đặc trưng nêncó thể quan sát và đếm số lượng thông qua kính hiển vi quang học

- Mỗi NST có 1 tâm động , đó là diểm thắt eo chia NST thành 2 vai với chiều dài khác nhau , vai ngắn gọi là vai p , vai dài gọi là vai q Dựa vào

vị trí của tâm động có thể phân biệt hình thái của NST :

+ Tâm giữa ( metacentric ) : 2 vai = nhau

+ Tâm đầu ( acrocentric ) : 2 vai không = nhau

+ Tâm mút ( telocentric ) : tâm động nằm gần cuối

- NST khổng lồ ( ở tuyến nước bọt của ấu trùng Chironomus Ngoài ra loại NST này còn được tìm thấy trong tế bào của tuyến nước bọt , tuyến Manpighi , máng ruột của 1 số cô trùng bộ 2 cánh ) có số lượng sợi nhiễm sắc gấp nhiều lần so với NST thường Nguyên nhân của hiện tượng này

do cơ chế nội nguyên phân NST tự nhân đôi nhiều lần nhưng không phân

li , tạo NST có dạng chùm nhiều sợi , bề ngang NST tăng lên Do không đóng xoắn nên bề ngang của NST khổng lồ có thể đạt 250- 300 μm , gấp 100-200lần chiều dài NST thường Dọc theo chiều dài của NST khổng lồ phân hóa thành những khoanh bắt màu đậm , nhạt không đồng nhất

.Người ta cho rằng các đĩa sẫm màu là nơi tích lũy nhiều AND , được tạo

ra do độ xoắn định khu dày đặc hoặc do tập trung nhiều hạt nhiễm sắc

- Ở ruồi giấm , NST khổng lồ ở tuyến nước bọt được hình thành do AND

tự nhân đôi 10 lần , tạo ra 210 = 1024 sợi dính liền nhau suốt dọc theo chiều dài

- NST chổi đèn : dài 800μm có ở kì đầu của giảm phân trong tế bào trứng , nhất là giai đoạn trứng có nhiều noãn hoàng Đặc điểm của NST chổi đèn

là từ trục của NST có nhiều vòng AND , cạnh các vòng AND này là những loại ARN được tổng hợp từ các vòng AND mở xoắn

-

4 Kiểu nhân và nhiễm sắc đồ :

Do sự ổn định về hình thái của mỗi NST và sự cố định về số lượng NST của mỗi loài nên mỗi loài có 1 kiểu nhân đặc trưng Kiểu nhân ( karyotype ) là

sự mô tả hình thái của bộ NST Kiểu nhân có thể được biểu thị dưới dạng nhiễm sắc đồ khi các NST được xếp theo thứ tự từ dài nhất đến ngắn nhất Vận dụng viết kiêu nhân, kết hợp phần ĐB NSt

II So sánh nguyên phân và giảm phân

a Giống nhau :

- Đều phân thành 4 kì Đặc trưng của mỗi kỳ là gì?

 K ỳ tr ư ớc: Trung th ể nh ân đ ôi (ch ỉ c ó ở TB d ộng v ật), thoi v ô s ắc h ình

th ành, NST b ắt đ ầu xo ắn

 K ỳ gi ữa: C ác NST k ép đ óng xo ắn c ực d ại, c ó h ình d ạng v à k ích th ư ớc

đ ặc tr ưng t ập trung ở m ặt ph ẳng x ích đ ạo c ủa thoi v ô s ắc

 K ỳ sau: T âm đ ộng ph ân chia c ác chromatid đ ẩy nhau v ề c ác c ực S ự ph

ân chia t ế b ào ch ất th ư ờng b ắt đ ầu ở k ỳ n ày

 K ỳ cu ối: M àng nh ân v à nh ân con l ại h ình th ành S ự ph ân chia t ế b ào ch

ất th ực hi ện xong

- Sự phân đều mỗi loại nhiễm sắc thể và các tế bào con khi nào? (Khi

tâm đ ộng b ắt đ ầu ph ân chia ở k ỳ gi ữa)

- Màng nhân và nhân con biến mất khi nào? (khi NST b ắt đ ầu xo ắn ở đ ầu k ỳ gi ữa), xuất hiên lài khi nào? (khi NST giãn ra ở kỳ cu ối)

- Hình thành thoi vô sắc biến mất khi nào? (Thoi vô s ắc bi ến m ất ở k ỳ cu ối)

b Khác nhau :

Nguyên phân (Mitosis) Giảm phân (Meiosis)

1 Xảy ra ở tế bào soma và tế bào sinh

dục trong giai đoạn chưa trưởng thành 1 Xảy ra ở tế bào sinh dục

2 Một lần phân bào => 2 tế bào con 2 Hai lần phân bào tạo 4 tế bào con

3 Số nhiễm sắc thể giữ nguyên :

7 Tâm động phân chia ở kì giữa 7 Tâm động không phân chia ở kì giữa I,

nhưng phân chia ở kì giữa II

8 Duy trì sự giống nhau : tế bào con có

kiểu gen nhân/ bộ NST giống tế bào

mẹ

8 Tạo sự đa dạng trong các sản phẩm của giảm phân.= giao tử

9 Tế bào nguyên phân có thể là lưỡng

bội (2n) hay đơn bội (n) 9 Giảm phân luôn xảy ra ở tế bào lưỡng bội (2n) hoặc đa bội (>2n)

c Đặc điểm của NST trong nguyên phân và giảm phân

Giảm phân 1 Giảm phân 2

-Bộ NST 2n đơn -> 2n kép, chưa xoắn

Kỳ Trung gian ở GP1

được gọi là Sự sinh trưởng của TB sinh dục.

-Các NST không nhân đôi

-Bộ NST dạng 1n kép

Kỳ Trung gian ở GP2

được gọi là Pha hay Giai đoạn chuyển tiếp giữa 2 lần phân bào của GP.

-Bộ NST 2n kép, bắt đầu xoắn

-Không xảy ra tiếp hợp giữa các NST kép trong cặp tương đồng

-Bộ NST 1n kép, bắt đầu xoắn

-Tơ vô sắc đính 1 bên mỗi NST kép

- Bộ NST 2n kép,xoắn cực đại

- Các NST kép xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc

-Tơ vô sắc đính 2 bên mỗi NST kép

-Bộ NST 1n kép, xoắn cực đại

sẽ phân ly về 1 cực của TB

-Mỗi cực có 1n NST

-Các NST kép phân ly tách nhau qua tâm động thành dạng đơn tháo xoắn và duỗi dần

ra, về 2 cực của tế bào

- Mỗi cực có 1n NST

đơn Như vậy cả TB sẽ

- NST giãn xoắn tối đa,

có sự phân chia tế bào

chất

-Mỗi TB có bộ NST 2n,

đơn

- Các nhiễm sắc thể kép phân ly đồng đều

về 2 cực tế bào

- NST giãn xoắn tối

đa, có sự phân chia tế bào chất

-Mỗi TB có bộ NST 1n, kép

- Các nhiễm sắc thể đơn phân ly đồng đều

về 2 cực tế bào

- NST giãn xoắn tối

đa, có sự phân chia tế bào chất

-Mỗi TB có bộ NST 1n, đơn

Kết quả -Từ 1 tế bào 2n NST thành 2 tế bào 2n NST

đơn

-Từ 1TB 2n NST thành 2 TB 1n NST kép

-Từ 1 tế bào 1n NST kép thành 2 tế bào 1n NST đơn

Đặc điểm-Từ 1 TB 2n -> 2 TB 2n

-Các TB tạo ra có thể

tiếp tục nguyên phân

-Từ 1 TB 2n -> 4 TB 1n -Các TB tạo ra không tiếp tục nguyên phân

mà biệt hoá thành giao tử

2 Những biến đổi trong quá trình phân bào đọc

Trong nguyên phân

 Hình thành NST khổng lồ: Vào kỳ trước, ADN tự nhân đôi nhiều lần, hình thành các nhiễm sắc tử, nhưng chúng không tách rời nhau

 Nội nguyên phân: Ở kỳ trước, do màng nhân không tiêu biến nên quá trình phân chia sẽ xảy ra ở bên trong màng nhân Kết quả tạo nhân mới có

bộ NST tăng gấp đôi

 Hình thành thể đa bội: Sau khi NST tự nhân đôi, màng nhân tiêu biến nhưng thoi vô sắc không xuất hiện, tạo ra những tế bào có số lượng NST tăng gấp bội

 Tế bào 2 nhân: Sau khi phân chia nhân, tế bào chất không phân chia hình thành tế bào mới có 2 nhân

Trong giảm phân

 Phát sinh các giao tử thừa hoặc thiếu NST: Do sự tiếp hợp và phân ly không bình thường của các NST

 Tạo thành các giao tử không giảm nhiễm: Do thoi vô sắc không xuất hiện

III Các hình thức sinh sản đọc

1 Các hình thức sinh sản

Sinh sản vô tính Sinh sản hữu tính

• Từ 1 hoặc 1 nhóm tế bào mẹ

nguyên phân tạo ra cơ thể con

• Là hình thức sinh sản không qua

thụ tinh

• Là hình thức sinh sản cần có sự kết hợp của 2 giao tử

• 2 giao tử kết hợp  hợp tử  cơ thể con

• Có ở sinh vật đơn bội và lưỡng bội

• Là cơ chế ổn định bộ gen qua nhiều

thế hệ

• Giữ nguyên đặc tính di truyền của

cá thể mẹ

• Ứng dụng trong nhân giống, nuôi

cấy mô tế bào

• Tạo sự đa dạng di truyền, làm nguồn nguyên liệu cho tiến hóa

• Là một xu hướng tiến hóa của sinh giới

• Số giao tử và hợp tử tỉ lệ nghịch xác suất sống sót của các cá thể được sinh ra

3 hình thức:

• Phân đôi

• Sinh sản sinh dưỡng

• Sinh sản bằng bào tử

3 chiều hướng tiến hóa:

• Sự hoàn thiện cơ quan sinh sản:

o Thụ tinh ngoài thụ tinh trong

o Tự thụ tinh  thụ tinh chéo

• Sự bảo vệ phôi và chăm sóc con:

o Phôi phát triển trong môi trường tự nhiên  bớt lệ thuộc vào môi trường xung quanh

o Con non không được bảo vệ  bảo vệ, chăm sóc, nuôi dưỡng trong thời gian nhất định

2 Các hình thức sinh sản đặc biệt đọc

2.1 Lưỡng tính sinh

• Phần lớn thực vật và động vật lưỡng tính, trên một cơ thể có cả cơ quan sinh dục đực và cái

• Tự thụ tinh, tự phấn hay thụ tinh, thụ phấn chéo

• Đa số động vật lưỡng tính giao hợp chéo Thực vật thường thụ phấn chéo, một số thích nghi với tự thụ phấn

2.2 Đơn tính sinh (trinh sản)

Trứng không thụ tinh  cơ thế sinh vật

Khác với sinh sản vô tính vì trứng hình thành từ giảm phân của tb sinh dục

Di truyền Đơn bội Cơ thể giữ nguyên bộ nhiễm sắc thể đơn bội ở trứng không thụ

tinh

Lưỡng bội Bộ nhiễm sắc thể 2n đều lấy từ một nguồn từ mẹ

Giới tính Đực Trứng đơn bội không qua thụ tinh nở thành cơ thể đực Ong

Cái

Nhiều cơ chế để tạo tb 2n: tb sinh dục cái giảm phân, tb chất không phân chia tạo tb 2n, nở ra

cơ thể cái hoặc tb sinh dục cái giảm phân bình thường, thể cực

II lại hòa hợp với nõan bào tại

tb 2n, nở ra cơ thể cái

Ốc, tôm, cua…

Khác Chu kỳ Nhiều sinh vật có mùa sinh sản hữu tính, có mùa sinh sản đơn

tính

Luân trùng Rotatoria

Nhân tạo

Trứng loài không sinh sản đơn tính  trứng phát triển không cần thụ tinh

Thường yếu, nhỏ, không phát triển đầy đủ

Trứng ếch, trứng cầu gai

Ở người Trứng không thụ tinh  phân chia thành 50 phôi bào

Mẫu sinh nhân tạo được sử dụng trong chọn giống

DI TRUYỀN HỌC MENDEL

I/ Lai đơn tính và quy luật phân ly:

Lai đơn tính là quá trình lai trong đó cha mẹ khác nhau theo 1 cặp tính trạng

1) Thí nghiệm trên đậu Hà Lan:

2) Lai phân tích (Test-cross):

Ông tiến hành lai phân tích bằng cách lấy con

lai Aa lai ngược lai với bố hoặc mẹ mang tính lặn

-Đến đây, có thể phát biểu quy luật thứ nhất của Mendel gọi là quy luật phân ly

hay giao tử thuần khiết: Trong cơ thể, các gen tồn tại theo từng đôi, khi tạo thành giao

tử từng đôi gen phân ly nhau và mỗi gen đi vào một giao tử Sau khi hai giao tử kết hợp với nhau, các gien tương ứng lại tập hợp thành từng đôi trong hợp tử.

II/ Lai với hai và nhiều cặp tính trạng:

1) Quy luật phân ly độc lập:

-Thí nghiệm cho thấy sự di truyền của từng cặp tính trạng độc lập với nhau Sự độc lập này có thể được chứng minh bằng toán học và xác suất của hai sự kiện độc lập với nhau cùng trùng hợp bằng tích xác suất của hau sự kiện đó.

-Quy luật thứ hai của Mendel: còn gọi là quy luật phân ly độc lập và tổ hợp tự do: Các gen của từng cặp trong phân bào giảm nhiễm phân ly nhau một cách độc lập với các thành viên của những cặp gen khác và chúng tập hợp lại trong các giao tử một cách ngẫu nhiên

2) Lai với nhiều cặp tính trạng:

Công thức chung của lai đa tính được thể hiện ở bảng sau :

Số cặp tính

trạng Số loại giao tử Số loại tổ hợp ở F2

Số kiểu gen F2 Số kiểu hình F2

III) Một số tính trạng Mendel ở người:

Rất nhiều tính trạng của người có sự di truyền theo các quy luật Mendel, ở đây chúng ta chỉ đề cập một số tính trạng thường gặp như: khớp ngón cái ngược ra sau được hay không, tóc mọc tạo thành đỉnh nhọn ở trán, nhiều tàn nhang, lúm đồng tiền trên gò má,

bạch tạng, dái tai của người thòng hay liền.

Phương pháp phân tích cơ thể lai:

• Tạo dòng thuần chủng: cho các cây đậu dùng làm dạng bố, dạng mẹ tự

thụ phấn liên tục  dòng thuần chủng

• Lai các cặp bố mẹ thuần chủng khác nhau về một hoặc vài cặp tính

trạng tương phản rồi theo dõi các đời con cháu, phân tích sự di truyền của mỗi cặp tính trạng, trên cơ sở phát hiện quy luật di truyền chung

của nhiều tính trạng

• Sử dụng phép lai phân tích để phân tích kết quả lai  bản chất của sự

phân li tính trạng là do sự phân li, tổ hợp của các nhân tố di truyền trong giảm phân và thụ tinh  xây dựng giả thiết giao tử thuần khiết

• Dùng toán thống kê và lý thuyết xác suất  phân tích quy luật di

truyền các tính trạng của bố mẹ cho các thế hệ sau

SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC GEN VỚI

NHAU VÀ VỚI MÔI TRƯỜNG

cầu

F1: AaBb (mào quả óc chó)

F2: 9 A-B- : 3 A-bb : 3 aaB- : 1 aabb

9 mào quả óc chó : 3 hoa hồng : 3 hạt đậu : 1 mào đơn

 Đây là tương tác bổ trợ không làm sai lệch tỉ lệ phân li

Giải thích:

• Mào hoa hồng và hạt đậu là trội so với dạng mào đơn

• F2 có 16 kiểu tổ hợp với tỷ lệ ngang nhau

F1 đồng nhất kiểu gen (vì bố mẹ thuần chủng)

 F1 quy luật tương tác gene

• Kiểu hình mới biểu hiện ở F1 và khoảng 9/16 ở F2 phải là kết quả của sự tương tác giữa các gene trội không allele theo kiểu bổ trợ

• 4 loại giao tử với tỷ lệ tương đương  dị hợp tử về 2 cặp gene phân ly độc lập

Quy ước:

• A-B-: mào hình quả óc chó (do bổ trợ giữa các gene trội A và B)

• bb: mào hình hoa hồng (do biểu hiện của gene trội A)

• aaB-: mào hình hạt đậu (do biểu hiện của gene trội B)

• aabb: mào đơn (do khuyết cả hai gene trội; kiểu dại)

b) Tỉ lệ F2 là 9:6:1

Ví dụ: Sự di truyền hình dạng quả ở bí ngô

• Lai hai giống bí ngô thuần chủng quả tròn khác nguồn gốc với nhau

• F1 xuất hiện toàn dạng quả dẹt

• F2 có sự phân ly kiểu hình xấp xỉ 9 dẹt : 6 tròn : 1 dài

Giải thích: Theo một trong hai cách: bổ trợ giữa các gene trội hoặc bổ trợ giữa các gene lặn

Giải thích theo cách đầu, dựa trên quy ước:

Quy ước:

• D-F- : quả dẹt (do tương tác bổ trợ giữa các gene D và F)

• D-ff và ddF- : quả tròn (chỉ có một trong hai gene trội D, F)

• ddff : quả dài (do khuyết đồng thời cả hai gene trội)

• Lai hai giống bắp trắng thuần chủng khác nhau

• F1 gồm tất cả cây lai có màu trứng

• F1 tự thụ phấn  F2 nhận được 382 màu trứng và 269 trắng (9:7)

Giải thích: Kiểu hình cây màu trứng là kết quả của sự tương tác bổ trợ giữa hai

gene trội không allele phân ly độc lập

Quy ước:

• A-B- : màu trứng (do tác động bổ trợ giữa các gene trội A và B)

• bb, aaB-, aabb : hoa trắng (do không có mặt đầy đủ cả hai gene trội)

Kiểm chứng:

Ptc giống cây trắng 1(AAbb) × giống trắng 2 (aaBB)

F1 màu trứng (AcBb)

F1×F1 = AaBb × AaBb = (Aa × Aa)(Bb × Bb)

→ F2 = (3A-:1aa)(3B-:1bb) = 9 A-B- : (3 A-bb + 3 aaB- + 1 aabb)

= 9 đỏ tía : 7 trắng

Cơ sở sinh hóa của các kiểu hình Sự hình thành màu quả ở cây bắp là kết quả của sự tổng hợp anthocyanin Nếu như bất kỳ khâu nào bị gián đoạn do vắng mặt của một enzyme hoạt động thì sự hình thành màu sắc không xảy ra Mô hình tổng quát:

Kiểu gene có chứa A Kiểu gene có chứa B

↓ ↓

Enzyme (A) Enzyme (B)

↓ ↓

Chất tiền thân → Sản phẩm trung gian → Anthocyanin

Hình 2.7 Sơ đồ minh họa mối quan hệ giữa các gene trội A và B trong quá trình hình thành sắc tố anthocyanin ở cây bắp.

• Đối với các kiểu gene có chứa cả hai gene trội A và B (A-B-), có đầy đủ các enzyme cần thiết cho việc tạo ra anthocyanin  hoa màu đỏ tía

• Kiểu gene chứa aa (aaB- hay aabb), enzyme thứ nhất không được tạo ra hay không có hoạt tính  phản ứng tạo sản phẩm trung gian không thực hiện được

• Kiểu gene chứa bb (A-bb hoặc aabb) thì phản ứng thứ hai biến đổi chất trung gian thành anthocyanin bị dừng lại, vì thiếu enzyme tương ứng

• Nếu kiểu gen có cặp allele là cc hoặc pp  con đường tổng hợp bị gián đoạn, sắc tố không được tạo ra  quả màu trắng

2) Tương tác ác chế:

Khi một gen làm cho gen khác không có biểu hiện kiểu hình gọi là át chế

Át chế trội xảy ra khi A>B (hoặc B>A) và át chế lặn khi aa>B (hoặc bb>A)

a) Át chế trội với tỉ lệ 13:3

Ví dụ:Sự di truyền màu sắc lông ở gà

• Lai giống gà thuần chủng, gà Leghorn trắng với gà Wyandotte trắng

• F1 thu được toàn gà lông trắng

• F2 có tỷ lệ phân ly kiểu hình xấp xỉ 13 lông trắng : 3 lông có màu.

Giải thích:

• Quy ước:

o A-B- , A-bb và aabb : trắng

o aaB-: có màu

• B (sản xuất chất tạo màu) là trội so với b (không có khả năng tạo màu)

• allele trội A át chế gene không allele với nó, không có khả năng tạo màu

• allele a không có khả năng át chế lẫn tạo màu

Sơ đồ lai:

Ptc Gà Leghorn trắng ( AABB ) × Gà Wyandotte trắng (aabb)

F1 Tất cả gà trắng (AaBb)

F1×F1 = AaBb × AaBb = (Aa × Aa)(Bb × Bb)

→ F2 = (3A-:1aa)(3B-:1bb) = (9 A-B- + 3 A-bb + 1 aabb) : 3

aaB-= 13 trắng : 3 có màu

b) Tương tác át chế trội với tỉ lệ 12:3:1

Ví dụ: Sự di truyền màu sắc lông ở ngựa

• Lai giữa hai giống ngựa thuần chủng lông xám và hung đỏ với nhau

• F1 thu được toàn ngựa lông xám

• F2 có tỷ lệ kiểu hình xấp xỉ 12 xám : 3 đen : 1 hung đỏ

Giải thích:

• Quy ước:

o A-B- và A-bb : xám