Đề cương ôn tập hết học phần môn di truyền học

Học thuyết tế bào khẳng định tất cả các sinh vật được cấu tạo từ các tế bào ( J.Schleiden 1938, T.Schwann 1939). 1958, R.Virchov phát triển thêm: tất cả các tế bào đều bắt nguồn từ những tế bào sống trước nó và không có sự hình thành tế bào ngẫu nhiên từ chất vô sinh Học thuyết tế bào hiện đại khẳng định: tất cả các sinh vật đều cấu tạo nên từ tế bào và các sản phẩm của tế bào, những tế bào mới được tạo nên từ sự phân chia của những tế bào trước nó, có sự giống nhau căn bản về thành phần hóa học và các hoạt tính trao đổi chất giữa tất cả các loại tế bào và hoạt động của cơ thể là sự tích hợp hoạt tính của các đơn vị độc lập Sinh giới có nhiều mức độ tổ chức khác nhau. Tế bào là cấu trúc nhỏ nhất có biểu hiện đầy đủ các tính chất của sự sống. Các sinh vật có cấu trúc hóa học phức tạp, chúng được tổ chức lại trong phức hệ phân tử của nhiều bào quan với những chức năng chuyên biệt khác nhau để hình thành tế bào là đơn vị cơ sở của sự sống Các đặc tính của sự sống chỉ biểu hiện thống nhất, đồng bộ, hài hòa, đầy đủ ở mức tế bào và cao hơn. Di truyền là một đặc tính của tế bào, liên quan chặt chẽ với các cấu trúc phức tạp, nhờ nguồn năng lượng và sự sinh sản của tế bào. Tính di truyền biểu hiện trọn vẹn ở mức tế bào, ngược lại, nhờ có tính di truyền mà hệ thống cấu trúc tinh vi và sự biến đổi năng lượng phức tạp của tế bào được tái tạo

Sinh học phân tử 95 ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HẾT HỌC PHẦN MÔN DI TRUYỀN HỌC Câu 1: Tế bài là đơn vị cơ sở của sinh giới Học thuyết tế bào khẳng định tất cả các sinh vật được cấu tạo từ các tế bào ( J.Schleiden 1938, T.Schwann 1939). 1958, R.Virchov phát triển thêm: tất cả các tế bào đều bắt nguồn từ những tế bào sống trước nó và không có sự hình thành tế bào ngẫu nhiên từ chất vô sinh Học thuyết tế bào hiện đại khẳng định: tất cả các sinh vật đều cấu tạo nên từ tế bào và các sản phẩm của tế bào, những tế bào mới được tạo nên từ sự phân chia của những tế bào trước nó, có sự giống nhau căn bản về thành phần hóa học và các hoạt tính trao đổi chất giữa tất cả các loại tế bào và hoạt động của cơ thể là sự tích hợp hoạt tính của các đơn vị độc lập Sinh giới có nhiều mức độ tổ chức khác nhau. Tế bào là cấu trúc nhỏ nhất có biểu hiện đầy đủ các tính chất của sự sống. Các sinh vật có cấu trúc hóa học phức tạp, chúng được tổ chức lại trong phức hệ phân tử của nhiều bào quan với những chức năng chuyên biệt khác nhau để hình thành tế bào là đơn vị cơ sở của sự sống Các đặc tính của sự sống chỉ biểu hiện thống nhất, đồng bộ, hài hòa, đầy đủ ở mức tế bào và cao hơn. Di truyền là một đặc tính của tế bào, liên quan chặt chẽ với các cấu trúc phức tạp, nhờ nguồn năng lượng và sự sinh sản của tế bào. Tính di truyền biểu hiện trọn vẹn ở mức tế bào, ngược lại, nhờ có tính di truyền mà hệ thống cấu trúc tinh vi và sự biến đổi năng lượng phức tạp của tế bào được tái tạo Câu 2: Đặc điểm của bệnh di truyền gen lặn và gen trội trên NST thường: * Đặc điểm của bệnh di truyền gen trội trên NST thường Các bệnh di truyền gen trội trên NST thường được gặp với tần số 1/200 cá thể. Ví dụ: tất thừa ngón sau trục (postaxial polydactyly) với biểu hiện thừa ngón cạnh ngón út. Tật này di truyền kiểu trội trên NST thường. Trong đó gen Sinh học phân tử 96 A quy định thừa ngón, a quy định ngón bình thường. Đặc điểm quan trọng của các bệnh di truyền do gen trội trên NST thường: - Cả 2 giới đều có tỷ lệ mắc bệnh ngang nhau. - Không có sự gián đoạn giữa các thế hệ. - Người mang gen bệnh ở trạng thái dị hợp kết hôn với người bình thường sẽ truyền cho con của họ với xác suất là 1/2. * Đặc điểm của bệnh di truyền gen lặn trên NST thường Ví dụ: Bệnh bạch tạng là một bệnh di truyền gen lặn gây ra do đột biến gen mã hóa enzyme chuyển hóa tyrosine. Sự thiếu hụt enzyme này làm đình trệ quá trình chuyển hóa để tổng hợp sắc tố melanin. Người mắc bệnh sẽ có rất ít sắc tố ở da, tóc và mắt. Vì melanin cũng cần cho sự phát triển của các sợi thần kinh thị giác nên người mắc bệnh bạch tạng cũng có thể bị tật rung giật nhãn cầu, lác mắt giảm thị lực. Đặc điểm chính của bệnh di truyền do gen lặn trên NST thường: - Bệnh thường được thấy ở một hoặc một số anh chị em ruột nhưng lại không có ở thế hệ bố mẹ. - Một cặp vợ chồng mang gen bệnh sẽ có trung bình 1/4 con cái mang mắc bệnh. - Nam và nữ đều có khả năng mắc bệnh như nhau. - Hôn nhân giữa những người có quan hệ họ hàng được gặp nhiều trong phả hệ của loại bệnh di truyền này. Nhiều bệnh di truyền gen trội thật ra có biểu hiện ở những người đồng hợp tử nặng hơn so với những người dị hợp tử. Ví dụ: ở bệnh loạn sản sụn bẩm sinh (achondroplasia) là bệnh di truyền gen trội trên NST thường với biểu hiện lùn. Những người dị hợp tử gần như có một cuộc sống bình thường với tuổi thọ trung bình ít hơn người bình thường khoảng 10 năm. Tuy nhiên những người đồng hợp có biểu hiện nặng hơn và thường chết ở tuổi thiếu niên do suy hô hấp. Sinh học phân tử 97 Có thể phân biệt bệnh di truyền gen trội và gen lặn dựa trên biểu hiện lâm sàng của người dị hợp tử: bệnh di truyền trội có biểu hiện trên lâm sàng, trong khi đó bệnh di truyền lặn luôn luôn bình thường trên lâm sàng. Một điểm cần lưu ý là thuật ngữ trội và lặn trong cách nói được dùng để chỉ kiểu di truyền chứ không phải để nói về gen. Xét trường hợp bệnh hồng cầu hình liềm, người đồng hợp tử đột biến này có biểu hiện bệnh, người dị hợp tử bình thường về mặt lâm sàng nhưng có nguy cơ bị nhồi máu lách rất cao. Rõ ràng là bệnh hồng cầu hình liềm có đặc điểm của một bệnh di truyền gen lặn nhưng đặc điểm của người dị hợp làm bệnh này có tính chất của một bệnh di truyền trội. Câu 3: Chứng minh AND là chất mang thông tin di truyền 1.1. Chứng minh gián tiếp - DNA có trong tế bào của tất cả các vi sinh vật, thực vật, động vật chỉ giới hạn ở trong nhân và là thành phần chủ yếu của NST - Tất cả các tế bào dinh dưỡng của bất kỳ một loại sinh vật nào đều chứa một lượng DNA rất ổn định, không phụ thuộc vào sự phân hóa chức năng hoặc trạng thái trao đổi chất. Ngược lại, số lượng RNA lại biến đổi tùy theo trạng thái sinh lý của tế bào - Số lượng DNA tăng theo số lượng bội thể của tế bào. Ở tế bào sinh dục đơn bội (n) số lượng DNA là 1, thì tế bào dinh dưỡng lưỡng bội (2n) có số lượng DNA gấp đôi là 2 - Tia tử ngoại (UV) có hiệu quả gây đột biến cao nhất ở bước sóng 260nm. Đây chính là bước sóng DNA hấp thu tia tử ngoại nhiều nhất 1.2. Chứng minh trực tiếp (biến nạp) Hiện tượng biến nạp do Griffith phát hiện vào năm 1928 ở vi khuẩn Diplococcus pneumoniae (gây sưng phổi ở động vật có vú). Vi khuẩn này có hai dạng: Dạng S (gây bệnh): có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, ngăn cản bạch cầu phá vỡ tế bào, tạo khuẩn lạc láng trên môi trường agar. Dạng R: không có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, tạo khuẩn lạc nhăn Thí nghiệm được tiến hành như sau: Sinh học phân tử 98 - Tiêm vi khuẩn dạng S sống gây bệnh cho chuột, sau một thời gian nhiễm bệnh, chuột chết - Tiêm vi khuẩn dạng R sống không gây bệnh cho chuột, chuột sống - Tiêm vi khuẩn dạng S bị đun chết cho chuột, chuột chết - Tiêm hỗn hợp vi khuẩn dạng S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống cho chuột, chuột chết. Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và R Hiện tượng trên cho thấy vi khuẩn S không thể tự sống lại được sau khi bị đun chết, nhưng các tế bào chết này đã truyền tính gây bệnh cho tế bào R. Hiện tượng này gọi là biến nạp. Kết luận: hiện tượng biến nạp là một chứng minh sinh hóa xác nhận rằng DNA mang tín hiệu di truyền. Nhưng vai trò của DNA vẫn chưa được công nhận vì cho rằng trong các thí nghiệm vẫn còn một ít protein Câu 4: cấu trúc AND 1. Cấu trúc hóa học của ADN Phân tử ADN gồm những đơn vị gọi là nucleotid. Mỗi nucleotid gồm 1 phân tử đường 5C, 1 nhóm phosphat và 1 baz có N. Theo qui ước, 5 carbon của đường được đánh số từ 1 đến 5. Nguyên tử carbon trong đường của nucleotid được đánh số 1' đến 5' theo chiều kim đồng hồ từ nguyên tử oxy. Dấu (') xác định rằng carbon thuộc về đường đúng hơn là thuộc base Có 4 loại nucleotid khác nhau bởi các baz N. Hai baz Adenin và Guanin là các purin, có cấu trúc vòng đôi, còn Timin và Cytosin là các pyrimidin có cấu trúc vòng đơn. Trong phân tử ADN các nucleotid được sắp xếp theo một trình tự đặc biệt, đó là các phân tử đường nối với nhau bởi các nhóm phosphat liên kết với C3 của đường này và với C5 của đường kế tiếp thành chuỗi, các baz N được sắp xếp phía ngoài chuỗi Phân tử ADN thường gồm 2 sợi được nối với nhau bằng liên kết hydro giữa các baz (cơ cấu bậc thang). Những liên kết này chỉ xảy ra giữa cytosine và guanin hoặc giữa timin và adenin. Do vậy, trình tự của các baz trên sợi này xác định trình tự bổ sung trên sợi còn lại Tính chất bổ sung giữa các cặp base dẫn đến tính chất bổ sung giữa hai chuỗi polynucleotide của DNA. Do đó biết thành phần, trật tự sắp xếp của các Sinh học phân tử 99 nucleotide trên chuỗi này sẽ suy ra thành phần, trật tự sắp xếp của các nucleotide trên chuỗi kia. Cần lưu ý rằng sự phân cực của hai sợi là ngược chiều nhau: 1 sợi từ 5’ đến 3’, còn 1 sợi từ 3’ đến 5’. Phân tử sợi đôi xoắn lại làm thành cấu trúc xoắn kép nhờ các liên kết hydro. * Cấu trúc không gian của DNA - mô hình của Watson & Crick Trong năm 1950 hầu như người ta chưa biết gì về sự sắp xếp trong không gian của các nguyên tử trong phân tử ADN cũng như là không biết làm thế nào phân tử này có thể chứa đựng thông tin cần thiết để tự nhân đôi và điều khiển các chức năng của tế bào. Vào khoảng thời gian này nhiều nhà khoa học bắt đầu ứng dụng kỹ thuật phân tích sự nhiễu xạ tia X để nghiên cứu ADN. Nổi bật trong số đó là R. Franklin và F. Wilkins. Họ đã thành công trong việc tạo ra những mẫu nhiễu xạ tia X sắc nét hơn những mẫu đã có từ trước. Sau đó C. Crick dùng phương pháp toán học để phân tích các ảnh nhiễu xạ ADN đã cho thấy tinh thể ADN phải là một xoắn với 3 chu kỳ chính có lặp lại là 0,34nm; 2,0nm và 3,4nm Sinh học phân tử 100 Hình 2.7. Mô hình cấu trúc của DNA Từ những gì đã biết về thành phần hóa học của ADN, những thông tin về nghiên cứu sự nhiễu xạ tia X của ADN, về khoảng cách chính xác giữa các nguyên tử liên kết nhau trong phân tử, các góc giữa các liên kết và kích thước của các nguyên tử, J. Watson và C. Crick đã xây dựng một mô hình cấu trúc của phân tử ADN. Họ xây dựng mô hình theo tỉ lệ của các thành phần cấu tạo ADN rồi tìm cách lắp đặt chúng với nhau sao cho phù hợp với các kết quả thu được từ tất cả các nghiên cứu trên. Họ xác định được chu kỳ 0,34nm tương ứng với khoảng cách giữa 2 nucleotid kế tiếp nhau trong sợi ADN, chu kỳ 2,0nm là chiều rộng của xoắn và chu kỳ 3,4nm là khoảng cách giữa các xoắn trong sợi. Vì 3,4nm bằng 10 lần khoảng cách giữa 2 nucleotid kế tiếp nhau nên mỗi xoắn có 10 cặp nucleotid. Sinh học phân tử 101 Trên những dữ liệu về nhiễu xạ tia X, Watson và Crick tính toán thấy rằng một sợi nucleotid quấn xoắn, chiều rộng của xoắn là 2,0nm và mỗi xoắn dài 3,4nm thì sợi có tỉ trọng bằng 1/2 tỉ trọng của ADN. Do vậy ADN phải gồm 2 sợi nucleotid hơn là một sợi. Họ sắp xếp lại mô hình tỉ lệ và sau cùng mô hình phù hợp với tất cả những dữ liệu được tìm ra là: phân tử ADN gồm 2 sợi nucleotid quấn theo 2 hướng ngược nhau quanh một trục giả định có của trục. Theo cách này các liên kết hydro giữa các baz trên hai sợi quấn ngược chiều nhau mới đủ sức giữ 2 sợi ở trạng thái xoắn. Như vậy khi phân tử ADN mở xoắn thì giống như một cái thang, 2 trụ thang tương đương với 2 sợi gồm đường và nhóm phosphat xen kẽ nhau còn các thanh ngang là các cặp baz liên kết nhau bằng cầu nối hydro Câu 5: trình bày diễn biến của quá trình nguyên phân và ý nghĩa của quá trình nguyên phân: Quá trình nguyên nhiễm là quá trình phức tạp, gồm nhiều thời kỳ nối tiếp nhau: kỳ đầu, kỳ giữa, kỳ sau, và kỳ cuối. Thực tế trong tế bào sống rất khó phân biệt giới hạn chuyển tiếp giữa các kì. Mỗi kỳ có đặc trưng về cấu trúc và tập tính về NST, bộ máy phân bào. Trong chu kỳ sống của tế bào thì thời kỳ phân bào là thời kỳ có nhiều biến đổi sâu sắc trong cấu trúc và tập tính của NST. Qua đó các NST đã được nhân đôi trong gian kỳ sẽ phân bố đồng đều cho 2 tế bào con 2.1. Kì đầu: Nhiễm sắc thể xuất hiện ở dạng các sợi xoắn, mảnh, sắp xếp trong nhân. Về sau NST thấy rõ hơn, nó gồm 2 sợi xoắn kép có tên là nhiễm sắc tử (chromatide). Hai nhiễm sắc tử trong 1 NST được đính lại với nhau bởi tâm động chung. Số nhiễm sắc tử trong một nhân là gấp đôi số 2n (2n x 2). Dần dần các NST xoắn lại và co ngắn lại, dầy lên. Ở cuối kỳ đầu NST chuyển ra phía ngoài màng nhân và màng nhân dần bị biến mất. Bộ máy phân bào xuất hiện gồm có 2 sao và thoi phân bào. Sinh học phân tử 102 2.2. Kì giữa: Các NST tập trung vào giữa tế bào, các tâm động cùng nằm trên một mặt phẳng xích đạo. Thoi vô sắc được hình thành đầy đủ và có thể thấy 2 dạng sợi của nó. Một dạng sợi kéo dài qua suốt tế bào, nối với 2 cực của tế bào. Dạng sợi thứ 2 dính một đầu mút vào cực của tế bào và đầu mút kia vào tâm động của thể nhiễm sắc. Ở cuối kỳ giữa các thể nhiễm sắc bắt đầu tách nhau ở ra phần tâm 2.3. Kì sau: Kỳ sau bắt đầu từ lúc các NST phân tách nhau ra và di chuyển về các cực khác nhau. Bắt đầu tâm động phân đôi, các tâm động con tách nhau ra mang theo các nhiễm sắc tử. Như vậy, 2 nhiễm sắc tử trong 1 NST tách nhau ra và nhờ tâm động sẽ di chuyển về hai cực của tế bào theo sợi của thoi phân bào. Và các nhiễm sắc tử đã trở thành NST con. Ở thời kỳ này bắt đầu hình thành nhân nhỏ, các màng nhân xuất hiện màng ngăn cách các tế bào chị em, các cơ quan tử phân phối đều giữa các tế bào mới. 3.4. Kì cuối: Ở giai đoạn này các NST con đã chuyển đến 2 cực, chúng dần mở xoắn và ẩn vào dịch tế bào giống như lúc bắt đầu kỳ đầu. Màng nhân được tái tạo hoàn toàn, hạch nhân xuất hiện. Đồng thời xảy ra quá trình phân chia tế bào chất. Quá trình phân chia tế bào chất xảy ra ở động vật và thực vật khác nhau - Tế bào động vật: Sự phân chia ở một tế bào động vật bình thường bắt đầu bằng sự thành lập của một rãnh phân cắt chạy vòng quanh tế bào. Khi sự phân chia tế bào chất xảy ra, vị trí của rãnh thường được xác định bằng sự định hướng của thoi phân bào, thường là ở vùng mặt phẳng xích đạo của thoi. Rãnh này càng ngày càng ăn sâu vào trong cho đến khi nó cắt ngang qua tế bào, tạo ra hai tế bào mới. - Tế bào thực vật: Vì tế bào thực vật có vách celluloz tương đối cứng nên không thể tạo các rãnh phân cắt, do đó sự phân chia tế bào chất xảy ra theo một cách khác. Sinh học phân tử 103 Ở nhiều loài nấm và tảo, màng nguyên sinh và vách phát triển vào bên trong tế bào cho đến khi hai mép gặp nhau và tách biệt hoàn toàn thành hai tế bào con Ở thực vật bậc cao một màng đặc biệt gọi là đĩa tế bào được thành lập ở mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Ðĩa tế bào ban đầu được hình thành ở trung tâm của tế bào chất và từ từ lan ra cho đến khi chạm vào mặt ngoài của tế bào và cắt tế bào làm hai phần * Ý nghĩa: - Ý nghĩa sinh học: là phương thức sinh sản của tế bào cũng như của cơ đơn bào, qua đó tế bào mẹ truyền TTDT cho các thế hệ tế bào con. TTDT trong DNA và NST được nhân đôi và phân đôi về 2 tế bào con, do đó bảo tồn, giữ nguyên số NST qua các thế hệ. Là cơ sở tế bào của phương thức sinh sản sinh dưỡng (vô tính) ở thực vật cũng như một số động vật bậc thấp. - Ý nghĩa thực tiễn: Dựa trên cơ sở của nguyên phân tiến hành giâm cành, chiết cành, ghép cành… Ứng dụng nuôi cấy mô đạt hiệu quả Câu 6: chu kì tế bào và các giai đoạn của chu kì tế bào: Chu kì tế bào là thời gian diễn ra kể từ thời điểm tế bào được hình thành nhờ phân bào của tế bào mẹ và kết thúc bởi sự phân bào để hình thành tế bào mới Người ta chia chu kì tế bào ra hai thời kì chính: - Thời kì giữa hai lần phân chia, được gọi là gian kì, kí hiệu là I. Đây là thời kì tế bào trao đổi chất, sinh trưởng và chuẩn bị cho phân bào - Thời kì phân bào, kí hiệu là M, là thời kì tế bào mẹ phân đôi cho ra hai tế bào con Trong cơ thể đa bào các tế bào được biệt hóa khác nhau để thực hiện chức năng khác nhau nên thời gian kéo dài của chu kì sống của chúng là khác nhau đặc biệt là gian kì Sinh học phân tử 104 Hình 2.19. Chu kì tế bào 1.1. Gian kì Trong gian kì tế bào thực hiện các chứa năng trao đổi chất, các hoạt động sống khác nhau, tổng hợp các RNA và DNA, các protein, enzim… và chuẩn bị cho tế bào phân chia. Tùy theo đặc điểm chức năng người ta chia gian kì làm 3 giai đoạn (hay pha) liên tiếp nhau: giai đoạn G1, giai đoạn S và giai đoạn G2 * Pha G1: Giai đoạn G1 (Gap1) kéo dài từ sau khi tế bào phân chia đến bắt đầu sao chép vật chất di truyền. Sự tích luỹ vật chất nội bào đến một lúc nào đó đạt điểm hạn định (restriction) thì tế bào bắt đầu tổng hợp AND. Thời gian của pha G1 tùy thuộc vào chức năng sinh lí của tế bào: phôi ( 30’ – 1 giờ), gan (1 năm), noron thần kinh (cả đời)…tế bào ung thư thời gian pha G1 bị rút ngắn. Kết thúc pha G1, tế bào đi vào pha S và G2 để vào thời kì phân bào và tùy thuộc . Sinh học phân tử 95 ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HẾT HỌC PHẦN MÔN DI TRUYỀN HỌC Câu 1: Tế bài là đơn vị cơ sở của sinh giới Học thuyết tế bào khẳng. lâm sàng của người dị hợp tử: bệnh di truyền trội có biểu hiện trên lâm sàng, trong khi đó bệnh di truyền lặn luôn luôn bình thường trên lâm sàng. Một điểm