TỔ CHỨC PHÂN TỬ CỦA NHIỄM SẮC THỂ

Trang 1

TỔ CHỨC PHÂN TỬ

CỦA NHIỄM SẮC

THỂNhóm 3:

Trang 2

I KHÁI NIỆM VỀ NHIỄM SẮC THỂ (NST)

- NST là cơ sở di truyền ở cấp độ tế bào

- Là cấu trúc nằm trong nhân tế bào, có khả năng bắt màu đặc trưng với các phẩm nhuộm kiềm tính

- Mỗi loại sinh vật có bộ NST đặc trưng về hình dạng, kích thước, số lượng và được duy trì ổn định qua các thế hệ

Hình dạng NST

Trang 3

II CẤU TRÚC NST CỦA PROKARYOTE

- Sinh vật nhân sơ (Prokaryote) là nhóm sinh vật mà tế bào không có màng nhân, do đó nhân không có hình dạng cố định  vùng nhân

- Khi nhuộm màu tế bào bằng thuốc nhuộm Feulgen, vùng nhân hiện màu tím

- Nhiễm sắc thể chứa 1 sợi ADN dạng vòng xoắn kép (ở

Xạ khuẩnStreptomyces có thể gặp nhiễm sắc thể dạng

thẳng)

Trang 4

- NST của prokaryote có kích thước thay đổi từ 160.000 cặp base ở vi khuẩn Candidatus Carsonella ruddii đến 12.200.000 cặp base ở vi khuẩn sống trong đất Sorangium Cellulosum.

- Một số vi khuẩn như Borrellia (Xoắn khuẩn gây bệnh Lyme) có chứa nhiễm sắc thể tuyến tính (linear chromosome)

Trang 5

Linear choromosome ở loài Borrelia burgdorferi NEU2011

Trang 6

- Vi khuẩn Escherichia coli là đối tượng được sử dụng

rộng rãi trong các nghiên cứu di truyền phân tử

Vi khuẩn Escherichia coli

Trang 8

III CẤU TRÚC NST CỦA EUKARYOTE

1 Cấu trúc hiển vi của NST

- Mỗi NST gồm 2 cromatic gắn

với nhau ở tâm động, mỗi

cromatic chứa 1 phân tử

ADN

- Mỗi NST điển hình đều chứa

các trình tự nucleotit đặc biệt

được gọi là tâm động và các

trình tự nucleotit ở 2 đầu

cùng của NST được gọi là

đầu mút và trình tự khởi đầu

nhân đôi ADN

Trang 9

-Các NST thường khác nhau về vị trí tâm động

(centromere), là nơi các sợi thoi vô sắc bám vào trong quá trình phân bào

- Các tâm động có bản chất là ADN và kinetochore bám quanh nó có bản chất protein

 Sự kết hợp của 2 thành phần này tạo thành 1 cấu trúc động học tham gia vào các khía cạnh thiết yếu của việc di chuyển của NST về các tế bào con trong quá trình phân bào

Trang 10

- Mỗi NST thường chỉ có một eo thắt lớn chứa một

tâm động gọi là eo sơ cấp (primary constriction)

- NST thành 3 kiểu chính:

+ NST tâm giữa

+ NST tâm đầu

+ NST tâm mút

Trang 11

- Ngoài eo sơ cấp ra thì trên một số NST cụ thể còn

có eo thứ cấp (secondary constriction), nếu eo này

nằm ở gần đầu mút và xảy ra sự thắt sâu sẽ tạo nên

1 vệ tinh (satellite) của NST (ở người đó là các NST

13, 14, 15, 21 và 22)

- Eo thứ cấp thường chứa các gen tổng hợp các ARN ribosome, tích tụ tạm thời và hình thành nên tổ chức gọi là hạch nhân

Trang 12

Cấu trúc đầu mút của NST (telome)

- Trên mỗi NST có các đầu mút với cấu trúc đặc trưng gọi là telomere, các telomere không chứa các gen, chúng gồm những trình tự ngắn (6-8 bp) lặp lại nối tiếp cả ngàn lần và có tính bảo tồn cao trong tiến hóa

Ví dụ: Tetrahymena: (TTGGGG)n

Caenorhabditis: (CCCTCCC)n

Ở người và các động vật có vú các đoạn lặp nối tiếp (1.000- 2.000 lần) của telomere như sau: 5’-TTAGGG-3’

Trang 13

- Các trình tự đầu mút kết hợp với nhiều loại protein đặc trưng tạo thành cấu trúc dạng vòng và có các chức năng quan trọng như: ổn định và bảo vệ các đầu mút của NST và được xem là “ đồng hồ nguyên phân”, giới hạn sự phân chia của các tế bào soma trong khoảng 40-50 lần.

Các tâm động và đầu mút của NST eukaryote được cấu trúc với những trình tự đơn giản, được lặp lại rất nhiều lần gọi là ADN vệ tinh hay ADN lặp lại kiểu nối tiếp

Trang 14

- Mỗi NST eukaryote là một phức hợp nucleoprotein bao gồm 1 phân tử AND sợi kép mạch thẳng kết hợp với các phân tử protein cơ sở gọi là histone (giàu các aminoacid lysine và arginine) (2H2A, 2H2B giàu lysin, 2H3 và 2H4 giàu Arginin ), phức hợp như thế gọi là chất nhiễm sắc (chromatin).

2 Cấu trúc siêu hiển vi

Trang 15

- Đơn vị tổ chức cơ sở của các NST eukaryote là các nucleosome , mỗi nucleosome có đường kính khoảng 11

nm, gồm 1 khối cầu 8 phân tử histon, (H2A+H2B+H3+H4)2 gọi là lõi octamer và đoạn ADN có kích thước 146 bp, quấn vòng xung quanh nó ( nói chung là 1 đoạn ADN dài 160- 200 bp quấn 2 vòng quanh octamer)

- Một phân tử H1 bám vào đoạn ADN nối giữa 2 nucleosom dài khoảng 150 bp, giữ vững sự tương tác của ADN với các histon lõi

Trang 18

- Bậc cấu trúc đầu tiên của chromatin được hình dung dưới dạng một chuỗi các nucleosome, hay sợi nucleosome có độ dày 11nm hay ( 110 A0).

3 Bốn bậc cấu trúc siêu hiển vi của NST

- Bậc thứ 2 của NST là sự cuộn gập chromatin có liên quan đến sự xoắn lại của sợi nucleosome thành sợi dày 30nm gọi là 1 solenoid Các histon H1 tham gia vào sự xoắn lại này bằng cách tương tác với các phân tử H1 khác

Trang 19

- Bậc thứ 4 của NST: các dãy euchromatin được sắp xếp trong các không gian 3 chiều xoắn chặt lại tạo thành các vùng gọi là heterochromatin trên 1 chromatid với độ dày 700nm.

- Bậc thứ 3 của NST là sự cuộn vòng của sợi solenoid thành 1 cấu trúc xoắn hơn với các vòng được neo dính vào 1 giá trung tâm ( dày 300nm) => đây chính là vùng tháo giản xoắn của NST, gọi là euchromatic

Trang 21

Như vậy, sự khác nhau cơ bản giữa cấu trúc NST ở vi khuẩn và ở eukaryote là:

+ Ở sinh vật nhân sơ chưa có cấu trúc NST điển hình, NST của vi khuẩn thường là 1 phân tử ADN dạng vòng chứa 1 sợi ADN xoắn kép ( AND không có sự kiên kết với protein loại histon) và số lượng ít

+ Ở sinh vật nhân thực đã có cấu trúc NST điển hình, số lượng ADN nhiều và ở dạng xoắn kép, đã liên kết với protein loại histon

Trang 22

-ADN là chất trùng phân (polymer) sinh học, có trọng lượng phân tử lớn, gồm nhiều đơn phân nối với nhau thành các mạch (chuỗi) dài.

- Đơn phân tạo nên các axit nucleic là bốn loại nucleic, trong ADN là các đơn deoxyibonucleotid

Trang 23

- Mỗi nucleotid gồm 3 thành phần: nhóm phosphat, đường pentose và một trong bốn loại bazo nito (các dẫn xuất purin hoặc pyrimidin).

- Mỗi bazo nito gắn với dezoxiibo được gọi là nucleozit Khi có một gốc axit photphoric gắn vào nucleozit thì sẽ thành một nucleotit

- Các nucleozit ứng với các bazo có trong thành phần của chúng, được gọi là xitidin, timidin, adenozin và guanozin Các nucleotide tương ứng được gọi là xitidin, timidin, adenin, guanin

IV TỔ CHỨC TRẬT TỰ NUCLEOTIDE TRONG ADN

Trang 25

- Có 4 loại nuclêôtit là A, T, G, X, chúng phân biệt nhau về bazơ nitơ nên người ta gọi tên của các nuclêôtit theo tên của các bazơ nitơ ( A = Ađênin, T = Timin, G = Guanin và X = Xitôzin).

Trang 29

-Các nuclêôtit trên một mạch liên kết với nhau bằng liên kết phôtphođieste tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit (liên kết phosphodieste giữa gốc đường của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide tiếp theo).

- Các nuclêôtit giữa 2 mạch liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô theo nguyên tắc bổ sung (A của mạch này liên kết với T của mạch kia bằng 2 liên kết hiđrô và ngược lại;

G của mạch này liên kết với X của mạch kia bằng 3 liên kết hiđrô và ngược lại)

Trang 35

-Các liên kết phôtphodieste giữa các nuclêôtit trong chuỗi pôlinuclêôtit là các liên kết bền vững, chỉ những tác nhân đột biến có cường độ mạnh mới có thể làm ảnh hưởng tới liên kết này do đó liên kết phôtphodieste giữ cho phân tử ADN sự bền vững nhất định.

- Ngược lại, liên kết hiđrô là liên kết yếu nhưng ADN có rất nhiều liên kết hiđrô nên ADN vừa bền vững vừa linh hoạt, chính nhờ tính linh hoạt này mà các enzim có thể sữa chữa các sai sót về trình tự sắp xếp các nuclêôtit.

Trang 36

-Do cấu tạo hoá học của các nucleobase mà liên kết hydro chỉ hình thành giữa 2 loại nucleobase nhất định là A với T (qua 2 liên kết hydro) và C với G (bằng 3 liên kết hydro).

- Đó thực chất là liên kết giữa một purine và 1 pyrimidine nên khoảng cách tương đối giữa 2 chuỗi polynucleotide được giữ vững Nguyên tắc hình thành liên kết trên được gọi là nguyên tắc bổ sung và nó phổ biến trên mọi loài sinh vật

Trang 37

-Trong tế bào, dưới tác dụng của một số protein đặc hiệu, 2 chuỗi của phân tử ADN có thể tách nhau ra (còn gọi là biến tính ADN) do các liên kết hydro bị cắt đứt.

- Khi đó, các nucleotide trên mỗi chuỗi có thể tạo thành liên kết với các nucleotide tự do trong môi trường nội bào

- Kết quả của quá trình này là tạo thành 2 phân tử ADN giống hệt nhau từ 1 phân tử ADN ban đầu

Trang 38

- Đây cũng chính là nguồn gốc của đặc tính di truyền của sinh vật.

- Các nhà khoa học có thể thực hiện quá trình tự nhân đôi này trong ống nghiệm gọi là kỹ thuật PCR

 Nếu sự bắt cặp giữa nucleotide chuỗi gốc với

nucleotide không tuân theo nguyên tắc bổ sung thì

sẽ tạo thành đột biến, nguồn gốc của hiện tượng biến dị.

Trang 39

- Trình tự Nucleotit của gen cấu trúc qui định trình tự axit amin của chuỗi polipeptit.

Trang 40

Nhóm Eukaryote tiến hoá hơn với đặc điểm:

 99% genome nằm trong nhân TB Phần còn lại nằm

trong một số cơ quan tử (ty thể, lạp thể)

+ Bộ gen tế bào chất gồm các ADN sợi kép, vòng

+ Bộ gen trong nhân chứa nhiều NST

Trong tế bào eukaryote, DNA kết hợp chặt chẽ với các protein là histone

Trang 41

-Các DNA ở eukaryote có đ c điểm khác với DNA ặc điểm khác với DNA prokaryote.

- Toàn b phân tử DNA prokaryote đều mang thông tin mã ộ phân tử DNA prokaryote đều mang thông tin mã hóa cho các protein trong khi đó DNA của eukaryote bao gồm những trình tự mã hóa (các exon) xen kẽ với những trình tự không mã hóa (intron)

Trang 43

1 Khái niệm

- Yếu tố di truyền vận động (transposatic genetic elements) hay còn gọi là gen nhảy là đoạn nucleotit có khả năng di chuyển vị trí ngay trong một thể nhiễm sắc hoặc từ thể nhiễm sắc này sang thể nhiễm sắc khác

- Gen nhảy có vai trò trong sự tái tổ hợp lại hệ gen

Trang 44

2 Sự phát hiện yếu tố di truyền vận động

- Barbara McKlintock phát hiện và nghiên cứu về các yếu tố di truyền vận động trên cây ngô từ những năm

40 của thế kỉ XX

- Vào năm 1983 bà nhận được giải thưởng Nobel

- Gery Fink và cs là những người đầu tiên sử dụng nấm men để nghiên cứu điều hoà hoạt tính gene ở eukaryote.

- Vào năm 1985, J.Bocke và G Fink đã chứng minh, yếu tố Ty1, giống với retrovirus.

Trang 45

3 Các yếu tố di truyền vận động ở prokaryote và eukaryote

• Trình tự đoạn xen

• Gen nhảy

• Cơ chế của sự chuyển vị

• Yếu tố TnA

Trang 46

3.1.Yếu tố di truyền vận động ở prokaryote

a Trình tự đoạn xen

-Trình tự đoạn xen (insertion sequence) là một đoạn ADN của

vi khuẩn di chuyển từ một vị trí trên nhiễm sắc thể đến vị trí mới trên cùng nhiễm sắc thể hoặc trên nhiễm sắc thể khác

- Yếu tố IS khi xen vào giữa gen có thể làm gián đoạn trình

tự mã hóa và làm bất hoạt sự biểu hiện của gene

Trang 47

Một vài trình tự và kích thước của đoạn xen:

Đoạn lặp lại đảo ngược (bp)

IS1 5 - 8 bản sao trên

nhiễm sắc thể

768 18 - 23

IS2 5 bản sao trên NST

1 bản sao trên plasmid

5 bản sao trên NST

2 bản sao trên plasmid

Trang 48

- Tất cả các yếu tố IS đều chứa đoạn ADN mã hóa cho protein, được gọi là transposase, là enzyme cần thiết cho

sự di chuyển của yếu tố IS từ một vị trí trên nhiễm sắc thể đến vị trí khác

- Đoạn gen này nằm giữa 2 đoạn lặp lại đảo ngược (inverted repeat - IR) ngắn

- Ví dụ: Sự tái tổ hợp của plasmid và nhiễm sắc thể của E.coli tạo

ra những chủng Hfr qua trao đổi chéo đơn giữa yếu tố IS trên plasmid và yếu tố IS trên nhiễm sắc thể.

Trang 49

b Gene nhảy của prokaryote

-Các yếu tố IS riêng lẻ không chỉ có khả năng tự di chuyển

mà khi hai yếu tố này nằm đủ gần nhau thì chúng có thể vận động như một đơn vị hoàn chỉnh và mang theo các gene nằm giữa chúng

- Cấu trúc phức tạp này được gọi là transposon

- Có hai kiểu transposon ở vi khuẩn:

+ Transposon hỗn hợp (composite transposon)

+ Transsposon đơn giản (simple transposon)

Trang 50

Hình 1 Đặc trưng về cấu trúc của transposon hỗn hợp (composite transposon) và transsposon đơn giản (simple transposon)

Trang 51

c Cơ chế của sự chuyển vị

Trang 52

- Sự chuyển vị có thể tạo IS ở hai đầu có thể định vị cùng chiều.

- Sự chuyển vị có thể tạo IS ở hai đầu có thể định vị ngược chiều

Trang 53

- Dựa vào phương thức chuyển vị:

+Yếu tố cắt – dán: cắt khỏi vị trí này và xen vào vị trí khác

+Yếu tố sao chép: sao chép và xen vào vị trí mới (enzym transposase)

+ Yếu tố sao chép ngược: ARN => ADN và xen vào vị trí mới (enzym transcriptase)

Trang 54

- Các IS có thể vận chuyển gen bất kỳ khác.

Trang 55

- Transposon có thể chuyển vị sao chép.

Trang 56

- Chuyển vị bảo tồn.

Trang 57

d Yếu tố TnA

- TnA là các yếu tố vận động phức tự có các gen mã hóa cho khả năng vận động của chúng và mang các gen chọn lọc

- Có kích thước lớn (khoảng 5kb) và phức tạp hơn các yếu tố Transposon hỗn hợp

Trang 58

+ TnpR: resolvase (chất

ức chế)

+ ampR (hay bla) mã hóa

+ -galactamase (xác định tính kháng với amp

Trang 59

- Cơ chế chuyển vị của Tn3

Trang 60

3.2 Yếu tố di truyền vận động ở eukaryote

-Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote chia làm 2 nhóm là các retrotransposon và các DNA transposon

Trang 61

-Việc tạo dòng những yếu tố này từ các allele đột biến cho thấy xen đoạn này không giống với yếu tố IS hoặc transposon của vi khuẩn.

- Thay vào đó chúng có đặc tính của retrovirus (virus của động vật)

- Có sự giống nhau trong cấu trúc và thành phần gen của retrovirus và yếu tố Ty1 được phân lập từ đột biến HIS4

Trang 62

- Giống với retrovirus, transposon của nấm men có lặp đoạn cuối dài (long terminal repeat sequence) LTRs, chứa hàng trăm cặp base, được gọi là trình tự δ nằm ở 2 phía đoạn mã hóa, cả hai đều chứa gen gag và gen pol

Trang 63

- Sự chuyển vị nhờ retrotransposition

Trang 66

Hiện tượng loạn sản con lai ở ruồi giấm:

- ♂P X ♀M

=>Con lai loạn sản

- Chủng P mang yếu tố di truyền khi xâm

nhập vào tế bào trứng chủng M gây loạn sản.

Trang 67

- Trong các mô soma, hai intron đầu bị cắt

bỏ sẽ sản sinh ra protein ức chế (66 kD) hoạt tính của yếu

tố P.

- Trong các mô tế bào mầm, cả intron 3 cũng bị cắt bỏ, sinh

ra protein 87 kD, là enzym transposase.

Trang 68

- Sự hoạt động của yếu tố P phụ thuộc vào cytotype – trạng thái để yếu tố này truyền theo dòng mẹ qua tế bào chất của trứng.

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	7,14 MB

TỔ CHỨC PHÂN TỬ CỦA NHIỄM SẮC THỂ

Cấu trúc centromere: