IV. Những cấu trúc chứa DNA trong tế bào
b. RNA điều khiển sự hình thành tính trạng vỏ của virus
tính trạng vỏ của virus
Một số virus chứa DNA sợi đơi như các thực khuẩn thể T2, T4, T6
phân tử: 130.10 đvC. Khi lực thẩm thấu của mơi trường thay đổi đột ngột, phân tử DNA này thốt ra khỏi vỏ protein, người ta chụp ảnh được ảnh
DNA của tjực khuẩn thể T2 với chiều dài 0,05 mm (50 m), phân tử này xếp
gọn ở phần đầu của thực khuẩn thể. Tất cả thực khuẩn thể T số chẵn chứa DNA với mạch polynucleotide giống nhau, nên khi trộn lẫn các DNA mạch đơn đã bị biến tính của chúng với nhau thì các mạch đơn này cĩ thể tạo thành phân tử lai. Phân tử DNA của T3, T7 khơng thể hình thành phân tử
DNA lai với DNA của T số chẵn. Cịn virus X174 cĩ chứa DNA sợi đơn
gồm 5400 nucleotide với khoảng 9 gen.
3. Nhiễm sắc thể chính và plasmid của vi khuẩn
DNA của vi khuẩn làm thành thể nhân, tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất, khơng cĩ màng nhân làm giới hạn. DNA của thể nhân là DNA mạch vịng, xoắn kép
Ví dụ: DNA E.coli cĩ đường kính 350 µm, gồm 4.106 đơi nucleotide và
chứa khoảng 500 gen xếp nối tiếp nhau thành chuỗi dài chi phối tất cả các hoạt động chức năng của sự sống.
Plasmid cũng là phân tử DNA mạch kép, dạng vịng ở bên cạnh thể nhân. Khối lượng phân tử trung bình khoảng 1% DNA của thể nhân.
Các plasmid cĩ thể gắn tạm thời hoặc vĩnh viễn ở trên NST chính của vi khuẩn. Cĩ thể tham gia sự tự nhân đơi và tham gia tiếp hợp khác như là một phần của NST chính.
4. Nhiễm sắc thể Eukaryota.
4.1 Các trình tự lặp lại và đơn độc
DNA được cắt thành từng đoạn nhỏ, cho biến tính, sau đĩ hồi tinh thì các đoạn cĩ trình tự bổ sung dễ tái tổ hợp với nhau hơn các đoạn khác. Nhờ vậy cĩ thể nhận biết được các trình tự lặp lại. Dựa vào đĩ phân DNA thành ba loại:
+ DNA đơn độc (tái hợp rất chậm)
+ DNA lặp lại trung bình (tái hợp nhanh vừa) + DNA lặp lại cao (tái hợp rất nhanh)
Mặc dù DNA mang thơng tin mã hĩa cho các protein nhưng trong thực tế chỉ cĩ khoảng 10% trong số 3 tỷ cặp nucleotide trong genome của người thực sự làm chức năng này. Căn cứ vào đặc điểm cấu trúc và phân, chia DNA thành các loại sau:
- DNA đơn độc (Single copy DNA)
Đây là loại phổ biến nhất, chiếm khoảng 75% genome. Các đoạn DNA này chỉ thấy 1 lần (hoặc vài lần) trong genome. Một phần nhỏ của DNA loại này là các gen mã hĩa cho protein. Hẫu hết các DNA đơn độc là các intron hoặc là các đoạn nằm xen giữa các gen.
- DNA lặp lại (repetitive DNA)
Chiểm 25% cịn lại của genome, đây là các đoạn DNA được lặp đi lặp lại hàng ngàn lần trong genome. DNA lặp lại gồm 2 loại:
+ DNA vệ tinh (satellite DNA): loại DNA tập trung ở 1 số vùng nhất định trên NST, ở đĩ chúng xếp đuơi nhau, cái này tiếp cái kia. Loại này chiếm 10% bộ gen.
+ DNA lặp lại rãi rác: loại DNA này chiếm khoảng 15% genome, gồm 2 loại:
Các yếu tố rãi rác cĩ kích thước ngắn SINEs (short interspersed repetitive elements): kích thước từ 90-500 bp. Trong nhĩm này cĩ loại DNA lặp lại tên Alu với kích thước khoảng 300 bp, mang đoạn DNA cĩ thể bị enzyme hạn chế Alu I cắt (đây là enzyme cĩ nguồn gốc từ vi khuẩn
Arthrobacter luteus). Đoạn lặp Alu là 1 họ bao gồm các đoạn DNA cĩ độ giống nhau cao, phân bố rãi rác khắp hệ gen với khoảng 300.000 bản sao, chiếm khoảng 2-3% tồn bộ DNA của người, chúng được xem như là các yếu tố vận động. Ở 2 đầu mỗi đoạn Alu cĩ các đoạn lặp cùng chiều ngắn khoảng 7-10 bp. Bên trong đoạn Alu cĩ các đoạn lặp dài khoảng 40 bp. Điểm đặc biệt của các đoạn lặp DNA này là cĩ thể tạo ra bản sao của mình và cĩ thể cài vào các phần khác của bộ gen. Hiện tượng này đơi khi cĩ thể làm gián đoạn một gen mã hĩa cho protein nào đĩ và gây ra tình trạng bệnh lý di truyền.
Vai trị của các trình tự Alu đến nay chưa rõ. Một điều đáng kinh ngạc là cĩ sự tương đồng (homologus) từ 80-100% giữa phần 3' của Alu với đầu mút 5' và 3' của RNA 7SL, là phần tương tác với các tín hiệu peptid trước khi vận chuyển ra tế bào chất. Việc xác định trình tự nucleotide của
Alu cho thấy cĩ ít nhất 6 nhĩm phụ và tất cả đều bắt nguồn từ DNA mã hĩa cho RNA 7SL.
Các yếu tố rãi rác cĩ kích thước dài LINEs (long interspersed repetitive elements): bao gồm các họ LINE 1 (hay Kpn 1) và THE 1. Các trình tự LINE cĩ chiều dài khoảng 6000-7000 bp với gần 5.000 bản sao nguyên vẹn và 100.000 bản sao từng phần rãi rác khắp bộ gen người. Chúng là những trình tự lặp lại khơng mã hĩa dài nhất và thường ở vùng giàu AT. Các bản phiên mã trình tự LINE gắn với protein tạo thành phức hợp ribonucleoprotein. Ở một dịng tế bào người bị ung thư (teratocarcinome), người ta quan sát thấy cĩ các ribonucleoprotein này. Sự xen đoạn LINE vào các vị trí khác nhau cĩ thể gây hậu quả nhất định, như trong một trường hợp bệnh máu khơng đơng A (hemophilia).
4.2. Nhiễm sắc thể của Eukaryota
Nhiễm sắc thể chứa một phân tử DNA thẳng, mạch kép. NST Eukaryote gồm DNA và protein, trong số đĩ histon là protein cốt lõi trong việc cuộn lại và điều hịa hoạt tính của DNA.
Sự hình thành NST kỳ giữa từ chuỗi xoắn kép DNA qua hệ thống các bậc cấu trúc sau:
+ Nucleosome là đơn vị cấu trúc của NST được tạo nên do sợi DNA dài quấn quanh các protein histon thành sợi 11nm. Đơn vị này là phức hợp
gồm 146 cặp nucleotide của DNA quấn quanh 8 phân tử histon: 2H2A,
2H2B, 2H3 ,2H4. Các nucleosome kề nhau được nối qua một phân tử histon
trung gian H1.
+ Sợi chromatin dày 30nm: các nucleosome xếp sít nhau tạo thành phức hợp nucleoprotein.
+ Vùng xếp cuộn dày 300 nm do sợi chromatin sau nhiều lần xoắn uốn khúc tạo nên.
+ Chất dị nhiễm sắc 700 nm + Kỳ giữa 1400nm.
Hình 1.22 Phức hợp nucleoprotein cuộn lại thành NST
4.3. Trình tự CEN: trình tự lặp lại cao CEN là của các tâm động.
4.4. Trình tự TEL: thuộc các telomer (đầu mút của NST) với nhiều vai trị khác nhau: bảo vệ đầu mút NST khỏi bị cắt bởi nuclease, giữ chiều dài của NST khi sao chép, gắn với màng nhân và kìm hãm sự biểu hiện của các gen ở đầu mút. Các trình tự TEL cĩ tính bảo tồn cao trong tiến hĩa. Chúng cĩ số lần lặp lại cao, giàu A và C.
Câu hỏi ơn tập
1. Nêu chứng minh gián tiếp cho thấy DNA là vật chất di truyền. 2. Trình bày thí nghiệm biến nạp qua đĩ chứng minh DNA là vật chất di truyền.
3, Các đặc điểm của mơ hình cấu trúc của Watson và Crick (1953). 4. Mơ tả các dạng tồn tại của DNA trong tế bào.
5. Mơ hình vầ cấu trúc bộ gene của E. coli.
6. Cấu trúc và chức năng các loại RNA trong tế bào Eukaryote. 7. DNA và RNA khác nhau ở những cấu phần nào
8. Hãy nêu các tính chất của phân tử DNA. 9. Các trình tự lặp lại ở DNA Eukaryote
10. Trình bày các mức độ kết cuộn của DNA để hình thành nhiễm sắc thể.
Tài liệu tham khảo
Trịnh Văn Bảo, Phan Thị Hoan, Trần Thị Thanh Hương, Trần Thị liên, Trần Đức Phấn, Phạm Đức Phùng, Nguyễn Văn Rực, Nguyễn Thị Trang. 2002. Các nguyên lý sinh học. NXB Y học Hà Nội.
Phạm Thành Hổ (2000). Di truyền học. NXB Giáo Dục.
Nguyễn Bá Lộc (2004). Acid nucleic và sinh tổng hợp protein. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế.
Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998). Cơ sở di truyền học. NXB Giáo Dục.
Hồng Trọng Phán (1995). Di truyền học phân tử. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế.
Anthony J. F. Griffiths, Susan R. Wessler, Richard C. Lewontin, William M. Gelbart, David T. Suzuki, Jeffrey H. Miller. 2004. An introduction to genetics analysis. W.H. Freeman Publishers.
Harlt D.L., Jones E.W. (1998). Genetics - Principle and analysis. Jone and Bartlett Publshers. Toronto, Canada.
Stansfield W.D. 1991. Schaum’s outline of theory and problems of genetics. McGraw-Hill, Inc., New York.