4. ĐỘT BIẾN
4.3. Đột biến gen
4.3.1. Cơ chế đột biến gen
Đột biến gene là những biến đổi trong cấu trúc của gene. Do tác động của các tác nhân gây đột biến, trong một số trường hợp một hoặc một số cặp nucleotide bị biến đổi dẫn đến đột biến gene.
a. Các dạng biến đổi nucleotide
- Thay thế nucleotide: thường hay gặp sự thay thế của một base này bằng một
base khác, nhưng cũng có thể gặp sự thay thế một nhóm base đồng thời để tạo nên sự biến đổi gene. Sự thay thế này có thể gặp ở DNA mã hóa cũng có thể gặp ở DNA không mã hóa. Sự thay thế này có thể là sự thay thế cùng loại hoặc sự thay thế khác loại:
+ Sự thay thế cùng loại: sự thay thế của base nhân pyrimidine (C hoặc T) cũng bằng base nhân pyrimidine, hoặc sự thay thế của base nhân purin (G hoặc A) cũng bằng base nhân purin.
+ Sự thay thế khác loại: là sự thay thế của base nhân pyrimidine bằng base nhân purin và ngược lại.
Sự thay thế cùng loại hay gặp hơn so với sự thay thế khác loại đặc biệt là ở DNA ty thể.
Tùy theo thay thế base nào trong mã bộ 3 mà có thể dẫn đến sự thay thế một amino acid này bằng một amino acid khác, hay sự thay thế đó không làm thay đổi amino acid.
123
- Đảo nucleotide: là hiện tượng đảo vị trí của các nucleotide trong một đơn vị mã,
do vậy cũng làm thay đổi một amino acid này bằng một amino acid khác.
Trường hợp đơn giản nhất là khi thay thế hoặc đảo một nucleotide, đó là trường hợp đột biến điểm (point mutation).
- Mất nucleotide: mất nucleotide là hiện tượng một hoặc vài nucleotide bị mất.
Thường hay xảy ra ở vùng DNA không mã hóa, cũng có thể xảy ra ở vùng DNA mã hóa gây ra hiện tượng đột biến khung.
Mất đoạn lớn hiếm gặp hơn nhưng cũng có thể gặp ở những vùng chứa những đoạn DNA lặp lại ngẫu nhiên hoặc ở các đoạn lặp lại xen vào.
- Thêm nucleotide: là hiện tượng một hoặc một vài nucleotide được thêm vào trình
tự bình thường của một chuỗi nucleotide.
Trong trường hợp một hoặc hai nucleotide bị mất hoặc thêm vào chuỗi nucleotide bình thường sẽ làm thay đổi các bộ ba mã hóa từ vị trí bị mất hoặc thêm nucleotide, do vậy cấu tạo của chuỗi polypeptide bị thay đổi từ chỗ có nucleotide mất hoặc thêm vào. Loại đột biến này được gọi là đột biến khung (frameshift mutation). Trong trường hợp một bộ ba hoặc bội số của bộ ba nucleotide bị mất đi hoặc được thêm vào sẽ dẫn đến mất đi hoặc thêm vào một hoặc một vài amino acid của chuỗi polypeptide, trình tự các amino acid tiếp sau đó không bị thay đổi.
b. Biến đổi chất lượng hoặc số lượng protein
- Đột biến chất lượng protein
Trình tự các amino acid trong chuỗi polypeptide là do trình tự các nucleotide trong gene cấu trúc quy định. Đột biến gene cấu trúc dẫn đến thay đổi chất lượng protein, từ đó dẫn đến biến đổi protein tạo thành. Ví dụ: chuỗi β globin có 146 amino acid, ở chuỗi β globin bình thường amino acid thứ 26 là glutamic acid với mã là GAA hoặc GAG, nếu nucleotide thứ hai trong mã đổi A thành U (A U), do vậy mã đổi thành GUA hoặc GUG, mã hóa lysin, protein được tạo thành là hemoglobin E.
- Đột biến số lượng protein
Số lượng protein được tổng hợp do gene ở vùng điều chỉnh quy định. Đột biến gene ở vùng điều chỉnh dẫn đến việc tổng hợp protein bị rối loạn: kìm hãm tổng hợp chuỗi polypeptide này, kích thích tổng hợp chuỗi polypeptide kia, do vậy hình thành protein bất thường. Ví dụ: sự kìm hãm tổng hợp chuỗi β, kích thích tổng hợp chuỗi γ ở người
124
trưởng thành dẫn đến sự có mặt bất thường về số lượng hemoglobin F (α2 γ 2) ở người trưởng thành. Đây là một nguyên nhân của bệnh β thalassemia.
4.3.2. Biểu hiện của gene đột biến
- Tùy theo tương quan giữa hai allele của gene mà có các trường hợp sau: + Từ gene trội (A) đột biến thành allele lặn a.
+ Từ gene lặn (a) đột biến thành allele trội A.
Tùy theo mức độ biểu hiện của gene đột biến đó, có thể biểu hiện thành kiểu hình hay không và biểu hiện ở mức độ nào.
- Dựa vào sự biểu hiện của gene, có thể chia làm hai loại:
+ Đột biến im lặng là đột biến không làm thay đổi sản phẩm gene.
+ Đột biến không im lặng là đột biến có sự thay đổi chuỗi polypeptide hoặc chức năng của RNA, làm cho một hoặc nhiều thành phần amino acid của chuỗi bị thay đổi có thể thêm hoặc bớt vào sản phẩm.
Những đột biến không im lặng có thể là những đột biến vô nghĩa hoặc những đột biến sai nghĩa. Đột biến vô nghĩa, đột biến điểm làm các bộ ba mã hóa amino acid thành một trong ba bộ mã kết thúc (mã vô nghĩa): UAA, UGA, UAG.
Đột biến sai nghĩa là những đột biến mà dẫn đến có sự thay thế amino acid này bằng amino acid khác.
Những đột biến trên luôn liên quan với sự giảm mạnh chức năng gene, là áp lực cho chọn lọc bởi vì hiếm khi chúng là bình thường.
Các dạng đột biến trên cũng có thể xảy ra đối với bộ ba mã mở đầu, mã kết thúc hoặc ở vị trí cắt ghép các exon - intron.
4.3.3. Đột biến ở các loại tế bào
- Ở tế bào sinh dục (giao tử): dạng đột biến này có thể truyền từ bố mẹ sang
thế hệ con. Tùy theo đột biến gene trội, lặn, trội không hoàn toàn mà biểu hiện hay không ở thế hệ con.
- Ở tế bào sinh dưỡng (soma): hậu quả của dạng đột biến này chỉ thể hiện ở
cá thể bị đột biến, không truyền cho thế hệ sau. Tùy theo đột biến gene trội, lặn, trội không hoàn toàn mà có biểu hiện hay không biểu hiện ra kiểu hình. Hậu quả cũng còn phụ thuộc vào độ biểu hiện của gene và tác động của môi trường.
125
LƯỢNG GIÁ
1. Giải thích một số thuật ngữ và ký hiệu thường dùng trong y học, cho ví dụ: thuật ngữ tính trạng, kiểu hình, kiểu gene, allele, giải thích các ký hiệu P, F.
2. Nêu nội dung định luật I, định luật II và định luật III của Mendel. 3. Trình bày sự liên kết gene và tái tổ hợp gene trong nhóm gene liên kết. 4. Trình bày các cơ chế xác định giới tính do nhiễm sắc thể giới.
5. Trình bày đặc điểm của sự di truyền ngoài nhiễm sắc thể, cho một ví dụ minh họa.
6. Nêu đặc điểm của DNA. 7. Nêu đặc điểm của bộ gene.
8. Trình bày cấu trúc và chức năng của RNA vận chuyển (tRNA), RNA thông tin (mRNA), RNA ribosome (rRNA) và RNA nhỏ trong nhân (small nuclear RNA).
9. Mô tả quá trình tái bản DNA.
10. Trình bày quá trình phiên mã ở Prokaryote.
11. So sánh quá trình phiên mã ở Eukaryote và Prokaryote. 12. Trình bày quá trình sinh tổng hợp protein ở Prokaryote. 13. Nêu đặc điểm của mã di truyền.
14. Trình bày mô hình cấu trúc của một gene ở Eukaryote. 15. Trình bày các bước điều hòa biểu hiện gene ở Eukaryote. 16. Trình bày định nghĩa, cơ chế gây đa bội.
17. Trình bày định nghĩa, phân loại, cơ chế gây lệch bội. 18. Trình bày rối loạn cấu trúc kiểu chromatide.
19. Trình bày rối loạn cấu trúc kiểu NST loại mất đoạn, đảo đoạn, nhân đoạn. 20. Trình bày rối loạn cấu trúc kiểu NST loại chuyển đoạn.
21. Trình bày cơ chế gây đột biến gene (các dạng biến đổi nucleotide). 22. Trình bày sự biểu hiện của gene đột biến.
126
CHƯƠNG 4: NGUỒN GỐC SỰ SỐNG VÀ ĐA SẠNG SINH HỌC
MỤC TIÊU BÀI HỌC
1. Kể được tên và đặc điểm các giới sinh vật trong hệ thống phân loại 5 giới của Whittaker.
2. Trình bày được các hình dạng thường gặp và phân loại vi khuẩn theo phương pháp nhuộm Gram.
3. Trình bày được các đặc tính chung của virus.
4. Trình bày được đặc tính của các nhóm thuộc phân giới Protozoa. 5. Trình bày được đặc tính của các ngành thuộc giới nấm.
6. Kể được tên các sinh vật thường ký sinh gây bệnh ở người của 2 ngành giun dẹp và giun tròn
7. Trình bày được đặc điểm của các lớp thuộc ngành chân khớp và ý nghĩa y học quan trọng của ngành.