1.4.1- Vật chất di truyền của virus
Virus được phỏt hiện vào cuối thế kỷ 19, cú kớch thước rất nhỏ, sống ký sinh trờn cỏc loài sinh vật khỏc nhau, khụng cú cấu tạo tế bào hoàn thiện, nghĩa là khụng cú màng tế bào, khụng cú cỏc bào quan. Virus khụng cú thể tự tổng hợp protein khi chỳng nằm bờn ngoài tế bào chủ, nờn sau khi đó hỡnh thành, chỳng khụng tăng về kớch thước. Cấu tạo của virus đơn giản gồm một bộ mỏy di truyền của nú, gúi trong vỏ protein, bờn ngoài cú thể cú màng bao.
Bộ mỏy di truyền của virus chỉ cú một loại axit nucleic: DNA (mạch kộp hoặc mạch đơn) hoặc RNA. Cấu trỳc của phõn tử axit nucleic trong virus cú thể ở dạng thẳng hoặc dạng vũng. Bộ gen nhỏ nhất cú 4 gen, lớn nhất cú chừng vài trăm gen.
Virus chỉ cú thể tự tỏi bản bộ mỏy di truyền của mỡnh và tổng hợp protein bao gúi bộ mỏy di truyền trong tế bào chủ.
1.4.2- Vật chất di truyền của vi khuẩn
Vi khuẩn là loại vi sinh vật cú cấu trỳc tế bào nhưng đơn giản, tức là chỳng cú màng tế bào, nguyờn sinh chất và cỏc bào quan, tuy nhiờn, chỳng chưa cú màng nhõn. Bộ mỏy di truyền của vi khuẩn nằm trong nguyờn sinh chất là phõn tử DNA mạch kộp vũng trũn, được gọi là nhiễm sắc thể. Ngoài nhiễm sắc thể, trong tế bào vi khuẩn cũn cú plasmid - là những phõn tử DNA nhỏ, mạch vũng, xoắn kộp, chỳng cú khả năng phõn chia độc lập khụng phụ thuộc vào DNA nhiễm sắc thể.
Vi khuẩn thuộc nhúm tế bào đơn bội - cú số nhiễm sắc thể là n, cỏc tế bào lưỡng bội luụn cú số lượng nhiễm sắc thể là 2n. Bộ mỏy di truyền của vi khuẩn E. Coli được nghiờn cứu kỹ nhất. E. Coli cú một nhiễm sắc thể (chromosome), bộ gen cú khoảng 2.000 đến 4.000 gen trờn phõn tử DNA vũng trũn, xoắn kộp bao gồm khoảng 4,5 triệu nucleotide, cấu trỳc khụng gian nằm dưới dạng siờu xoắn.
1.4.3- Vật chất di truyền của eucaryote
1.4.3.1- DNA trong nhõn
Tế bào của cỏc sinh vật cú nhõn điển hỡnh (eucaryote) cấu tạo hoàn thiện, bao gồm màng tế bào, nguyờn sinh chất, cỏc bào quan và nhõn tế bào. Khỏc với tế bào vi khuẩn, nhõn tế bào cú màng nhõn bao bọc.
Bộ mỏy di truyền của tế bào là những phõn tử DNA nằm trong cấu trỳc nhiễm sắc thể. Mỗi nhiễm sắc thể chứa một phõn tử DNA thẳng, mạch xoắn kộp. Cỏc nhiễm sắc thể phõn bố trong nhõn. Số lượng và hỡnh dạng của nhiễm sắc thể là đặc trưng cho mỗi loài sinh vật.
Cỏc tế bào dinh dưỡng của nhúm sinh vật eucaryote đều cú số lượng nhiễm sắc thể là 2n (tế bào lưỡng bội). Tế bào giới tớnh chỉ cú một bộ nhiễm sắc thể n (tế bào đơn bội).
5 5 A 110A Đoạn liên kết Histone H2A, H2B, H3 và H4 Hỡnh 1-14: Sơđồ cấu tạo của nucleosome
Cỏc nhiễm sắc thể của eucaryote cú tổ chức phức tạp. Mỗi nhiễm sắc thể chứa một phõn tử DNA dài mạch xoắn kộp liờn kết với protein histone và cuộn lại, tạo thành phức hợp nucleoprotein.
Histone là những protein cú phõn tử nhỏ chứa nhiều axit amin mang điện tớch dương như lysine, arginine nờn dễ liờn kết với phõn tử DNA mang điện tớch õm.
Phõn tử DNA trong nhiễm sắc thể được cuộn xoắn ở nhiều mức độ khỏc nhau. Nucleosome là đơn vị cấu trỳc cơ bản, được tạo nờn do một đoạn DNA khoảng 200 cặp nucleotide liờn kết với 5 loại protein histone là H1, H2A, H2B, H3 và H4.
Cấu tạo của mỗi nucleosome gồm một đoạn DNA khoảng 145 cặp nucleotide quấn quanh một cỏi lừi gồm 8 protein histone là 2H2A, 2H2B, 2H3 và 2H4 và một đoạn DNA liờn kết cú độ dài khoảng 55 cặp nucleotide, đoạn này gắn với protein histone H1. Độ dài của đoạn DNA liờn kết này thay đổi tựy theo chủng loại sinh vật.
Cỏc nucleosome xếp sỏt vào nhau, tạo thành sợi chromatin. Sợi chromatin cuộn xoắn, uốn khỳc nhiều lần, tạo thành vựng xếp cuộn dày đậm đặc, gọi là chất dị nhiễm sắc. Chất dị nhiễm sắc là trạng thỏi cuộn xoắn cao của phức hợp nucleoprotein ở thời kỳ phõn bào (Hỡnh 1-15).
Cỏc nhiễm sắc thể được nhõn đụi lờn trước thời kỳ phõn bào và sau đú, chia đều về cho cỏc tế bào con trong thời kỳ phõn bào. Như vậy, cỏc thụng tin di truyền được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khỏc.
AB B C D E F Nucleosome Sợi Chromatin Vùng xếp cuộn Chất dị nhiễm sắc Nhiễm sắc thể Hỡnh 1-15: Cỏch sắp xếp của phức hợp nucleprotein, tạo thành nhiễm sắc thể ở giai đoạn phõn chia tế bào
1.4.3.2- DNA ngoài nhõn
Cú một số bào quan trong tế bào chất như ti thể và lục lạp của tế bào eucaryote cú chứa DNA. Cỏc DNA ngoài nhõn này cũng mang gen mó húa cho protein và truyền từ thế hệ này sang thế hệ khỏc, tuy nhiờn, sự phõn ly của cỏc gen tế bào chất khụng tuõn theo cỏc định luật của Mendel vỡ cơ chế phõn chia tế bào chất về cỏc tế bào con khụng đều như cỏc nhiễm sắc thể trong nhõn. Lục lạp và ti thể là hai loại bào quan tham gia trực tiếp vào quỏ trỡnh chuyển húa năng lượng của tế bào.
Để phõn biệt với DNA nhiễm sắc thể, DNA của lục lạp được ký hiệu là cpDNA (chloroplast DNA) và DNA của ti thể được ký hiệu là mtDNA (mitochondrial DNA).
Bộ gen của cpDNA mó húa cho cỏc protein trong thành phần của lục lạp. cpDNA cú cấu trỳc dạng vũng trũn, sợi xoắn đụi cú kớch thước nhỏ, khoảng từ 120 đến 200kb (kilobazơ) tựy theo chủng loại thực vật.
DNA của ti thể (mtDNA) mó húa cho nhiều protein của màng bờn trong ti thể và một số protein tham gia vào chuỗi chuyển vận điện tử. mtDNA cũng cú cấu trỳc dạng vũng trũn nhưng nhỏ hơn cpDNA nhiều lần.
Mặc dự bộ mỏy di truyền ngoài nhõn là cỏc DNA của ti thể và lục lạp cú thể tự nhõn đụi một cỏch độc lập và cú bộ mỏy tổng hợp protein riờng, nhưng hoạt động của chỳng cú sự phối hợp chặt chẽ với bộ mỏy di truyền trong nhõn, hoạt động của cỏc gen ngoài nhõn gúp phần bổ sung cho cỏc hoạt động của cỏc gen trong nhõn.
Như vậy, trong cỏc loại tế bào eucaryote cú chứa lục lạp thỡ tồn tại ba loại DNA là DNA nhiễm sắc thể, cpDNA và mtDNA, cũn cỏc tế bào khụng cú lục lạp thỡ chỉ cú hai loại là mtDNA và DNA nhiễm sắc thể.
CHƯƠNG II