Tuy nhiên, ở một số thực khuẩn thể – thực khuẩn Bacillus subtilis PBS1 và PBS2 và thực khuẩn Yersinia piR1-37 – thymine được thay bằng uracil.[23] Một thực khuẩn thể khác thể Staphylococ
Trang 1Các trang trong thểCác trang trong thể loại
“Di truyền học” loại “Di truyền học”
Trang 21 ARN 1
1.1 Phân loại 1
1.2 Hình ảnh 2
1.3 am khảo 2
2 Chất hoạt động bề mặt 3 2.1 Đặc điểm 3
2.2 Phân loại 3
2.3 Ứng dụng 4
2.4 Đọc thêm 4
2.5 am khảo 4
2.6 Liên kết ngoài 4
3 Chọn giống vật nuôi 5 3.1 Phương thức 5
3.2 am khảo 5
4 Chọn lọc nhân tạo 6 4.1 Ứng dụng 6
4.2 am khảo 6
5 Công nghệ Biofloc 7 5.1 Ứng dụng 7
5.2 am khảo 7
6 Công nghệ sinh học 8 6.1 Định nghĩa 8
6.2 Lịch sử 8
6.3 Ứng dụng 9
6.4 am khảo 9
6.5 am khảo 9
7 DAS 11 7.1 Trang và công cụ đang sử dụng DAS 11
7.2 am khảo 11
i
Trang 3ii MỤC LỤC
7.3 Liên kết ngoài 11
8 DNA 12 8.1 Cấu trúc 13
8.1.1 Phân loại nucleobase 15
8.1.2 Rãnh DNA 15
8.1.3 Cặp base 16
8.1.4 Có nghĩa và đối nghĩa 16
8.1.5 DNA siêu xoắn 17
8.1.6 Những mô hình cấu trúc DNA 17
8.1.7 DNA có thành phần hóa học thay thế 18
8.1.8 Cấu trúc bộ bốn 18
8.1.9 DNA phân nhánh 18
8.2 Những thay đổi hóa học và trình tự của DNA 18
8.2.1 Chỉnh sửa base và phương cách đóng gói DNA 19
8.2.2 Phá hủy (hư hại) 19
8.3 Chức năng sinh học 20
8.3.1 Gen và bộ gen 20
8.3.2 Phiên mã và dịch mã 21
8.3.3 Nhân đôi DNA (sao chép, tái bản) 21
8.3.4 Axit nucleic ngoại bào 22
8.4 Tương tác với protein 22
8.4.1 Protein liên kết DNA 22
8.4.2 Enzyme chỉnh sửa DNA 23
8.5 Tái tổ hợp di truyền 24
8.6 Tiến hóa 25
8.7 Sử dụng trong công nghệ 25
8.7.1 Kỹ thuật di truyền 25
8.7.2 Kỹ thuật nhận diện DNA 26
8.7.3 DNA enzyme hay xúc tác DNA 26
8.7.4 Tin sinh học 26
8.7.5 Công nghệ nano DNA 27
8.7.6 Lịch sử và nhân chủng học 27
8.7.7 Lưu trữ thông tin 27
8.8 Lịch sử nghiên cứu DNA 28
8.9 Xem thêm 29
8.10 Chú thích 29
8.11 am khảo 37
8.12 Liên kết ngoài 38
9 DNA tái tổ hợp 39 9.1 Xem thêm 39
Trang 49.2 am khảo 39
10 Dự án bản đồ gen người 40 10.1 Dự án 40
10.1.1 Tiền đề 40
10.1.2 Mục đích 41
10.1.3 Cách thức tiến hành 42
10.2 Bộ gen của ai đã được xác định trình tự? 42
10.3 Lợi ích mang lại 42
10.4 Chỉ dẫn 43
10.5 am khảo 43
10.6 Xem thêm 43
10.7 Liên kết ngoài 43
11 Enzym giới hạn 45 11.1 Phân loại enzyme giới hạn 45
11.2 Vị trí điểm cắt 45
11.3 Đoạn bổ sung và đoạn nối 45
11.4 Cách sử dụng 46
11.5 Nhiều trình tự nhận biết là palindromic 46
11.6 Tên gọi 46
11.7 í dụ minh hoạ 46
11.8 am khảo 46
11.9 Liên kết ngoài 46
12 Hóa sinh 47 12.1 am khảo 47
12.1.1 Sách tham khảo 47
12.2 Đọc thêm 49
12.3 Liên kết ngoài 49
13 Kỹ thuật di truyền 50 13.1 am khảo 50
14 Lò phản ứng quang sinh học 51 14.1 Xem thêm 51
14.2 Liên kết ngoài 51
14.3 Chú thích 51
15 Nghiên cứu tương quan toàn bộ nhiễm sắc thể 53 15.1 Giới thiệu 53
15.2 am khảo 53
15.2.1 Môn học liên quan 53
Trang 5iv MỤC LỤC
16.1 Lịch sử 54
16.2 Vấn đề bản quyền của kỹ thuật PCR 54
16.3 ực nghiệm PCR 54
16.3.1 Đoạn mồi 55
16.3.2 y trình 55
16.3.3 Ví dụ 56
16.3.4 Tối ưu hoá PCR 56
16.3.5 Recent developments in PCR techniques 57
16.4 Những ứng dụng của PCR 57
16.4.1 Vân tay di truyền 57
16.4.2 Kiểm tra huyết thống 57
16.4.3 Chẩn đoán bệnh di truyền 57
16.4.4 Tách dòng gene 57
16.4.5 Gây đột biến điểm 58
16.4.6 Phân tích mẫu DNA cổ 58
16.4.7 Xác định kiểu gene của các đột biến 58
16.4.8 So sánh mức độ biểu hiện của gene 58
16.5 Các liên kết ngoài 58
16.6 am khảo 58
17 Phương pháp Dideoxy 59 17.1 Nội dung 59
17.2 Xem thêm 59
17.3 am khảo 59
18 Sinh vật cơ khí hóa 60 18.1 Tổng quan 60
18.2 Nguồn gốc 60
18.3 Con người cơ khí hóa 60
18.4 Social cyborgs 60
18.5 Sinh vật cơ khí hóa trong đời sống con người 60
18.5.1 Trong y học 60
18.5.2 Trong quân sự 61
18.5.3 Trong nghệ thuật 61
18.5.4 Trong các vũ trụ giả tưởng quen thuộc 61
18.6 Chú thích 61
18.7 am khảo 61
18.8 Đọc thêm 62
19 Sữa non 63 19.1 Đặc điểm 63
Trang 619.2 Công dụng 63
19.3 Trên thị trường 64
19.4 am khảo 64
19.5 Chú thích 64
20 Tế bào gốc 65 20.1 Lịch sử 65
20.2 Công nghệ và ứng dụng 65
20.3 Tính xác thực của ứng dụng tế bào gốc từ dây rốn 65
20.4 am khảo 65
21 Tế bào mẹ nguyên sơ 66 21.1 Nên tìm hiểu 66
21.2 am khảo 66
22 ịt trong ống nghiệm 67 22.1 Chú thích 67
23 Tiêm ủng 68 23.1 Lịch tiêm chủng tại Việt Nam 68
23.2 Chú thích 68
23.3 Liên kết 69
24 Tin sinh học 70 24.1 Các lĩnh vực nghiên cứu chính 70
24.1.1 Genomics - Hệ gene học 70
24.1.2 Sinh học tiến hoá 72
24.1.3 Phân tích chức năng gene 72
24.1.4 Các hệ thống sinh học kiểu mẫu 73
24.1.5 Phân tích hình ảnh mức độ cao 73
24.2 Công cụ phần mềm 73
24.3 Xem thêm 74
24.3.1 Môn học liên quan 74
24.4 Hình ảnh 74
24.5 am khảo 74
24.6 Liên kết ngoài 74
24.6.1 Dự án phần mềm 74
24.6.2 Tổ chức 74
24.6.3 ư mục 75
24.7 Sách tham khảo 75
25 Trứng đực 76 25.1 Xem thêm 76
25.2 Chú thích 76
Trang 7vi MỤC LỤC
26.1 Cơ sở khoa học 77
26.1.1 á trình hấp thụ 77
26.1.2 á trình phân hủy và chuyển hóa 77
26.1.3 á trình tích tụ 77
26.2 Các loài có tiềm năng ứng dụng 77
26.2.1 Cỏ hương bài (Cỏ Vetiver) 78
26.2.2 Cải xoong 78
26.2.3 Cây hoa dại Alyssum Bertolonii 78
26.2.4 Cây dương xỉ 78
26.2.5 Cây điên điển 78
26.2.6 Cây rau muống 78
26.2.7 Cây bồn bồn 78
26.2.8 Cây lau sậy 78
26.2.9 Bèo tây[3] 78
26.3 Chú thích 78
27 Di truyền học 80 27.1 Lịch sử 80
27.1.1 Di truyền học Mendel và cổ điển 81
27.1.2 Di truyền học phân tử 82
27.2 Đặc trưng của di truyền 82
27.2.1 Di truyền riêng rẽ và quy luật Mendel 82
27.2.2 Ký hiệu và biểu đồ 83
27.2.3 Tương tác của nhiều gen 83
27.3 Cơ sở phân tử của tính di truyền 84
27.3.1 ADN và nhiễm sắc thể 84
27.3.2 Sinh sản 85
27.3.3 Tái tổ hợp và liên kết gen 85
27.4 Biểu hiện gen 86
27.4.1 Mã di truyền 86
27.4.2 Kiểu gen, kiểu hình và môi trường 87
27.4.3 Điều hòa gen 87
27.5 Biến đổi di truyền 88
27.5.1 Đột biến 88
27.5.2 Chọn lọc tự nhiên và tiến hóa 88
27.6 Nghiên cứu và công nghệ 89
27.6.1 Sinh vật mẫu 89
27.6.2 Di truyền y học 89
27.6.3 Kỹ thuật di truyền 90
27.6.4 Xác định trình tự ADN và hệ gen học 90
27.7 Một vài vấn đề xã hội liên quan 90
Trang 827.7.1 Sự di truyền trí thông minh 90
27.7.2 Ưu sinh học 91
27.7.3 Đạo đức sinh học 91
27.7.4 Sinh vật biến đổi di truyền 91
27.7.5 Khoa học hình sự 91
27.8 am khảo 91
27.8.1 ư mục 94
27.9 Liên kết ngoài 95
28 Adam nhiễm sắc thể Y 96 28.1 Hình ảnh 96
28.2 Chỉ dẫn 96
28.3 am khảo 96
28.4 Xem thêm 96
28.5 Liên kết ngoài 96
29 ADN ty thể 97 29.1 Nguồn gốc 97
29.2 Đặc trưng 97
29.3 Cấu trúc 98
29.4 Sự kiện em bé ra đời với mtDNA ghép 98
29.5 Chỉ dẫn 98
29.6 am khảo 98
29.7 Xem thêm 98
29.8 Liên kết ngoài 98
30 Alen 99 30.1 Hình ảnh 99
30.2 Chú thích 99
30.3 am khảo 99
31 Amelogenin 100 31.1 Chú thích 100
32 ARN thông tin 101 32.1 “Vòng đời” một ARN thông tin 101
32.1.1 Phiên mã 101
32.1.2 Chế biến 101
32.1.3 Sửa chữa 102
32.1.4 Vận chuyển 102
32.1.5 Dịch mã 102
32.1.6 Phân hủy 102
32.2 Cấu trúc ARN thông tin 102
Trang 9viii MỤC LỤC
32.2.1 Vùng mã hóa 102
32.2.2 Vùng không mã hóa 102
32.3 ARN thông tin đối mã (anti-sense ARN thông tin) 103
32.4 Xem thêm 103
32.5 am khảo 103
33 Axit nucleic 104 33.1 Hình ảnh 104
33.2 am khảo 105
33.3 Liên kết ngoài 105
34 Bệnh di truyền 106 34.1 am khảo 106
35 Biến nạp 107 35.1 am khảo 108
36 Bộ gen 109 36.1 Hình ảnh 109
36.2 am khảo 109
37 Chimera (di truyền học) 110 37.1 Mức độ phổ biến 110
37.2 am khảo 110
38 Cistron 111 38.1 Chú thích 111
39 Cổ ai di truyền 112 39.1 Loài người 112
39.2 Các loài thú 112
39.3 Sự kiện thảm họa Toba 113
39.4 uần dưỡng và nuôi trồng 113
39.5 Chỉ dẫn 113
39.6 am khảo 113
39.7 Xem thêm 114
39.8 Liên kết ngoài 114
40 Danh sá nhóm đơn bội mtDNA theo ủng tộc 115 40.1 Bảng danh sách 115
40.2 Chỉ dẫn 115
40.3 am khảo 115
40.4 Xem thêm 115
40.5 Liên kết ngoài 115
Trang 1041 Di truyền 116
41.1 Lịch sử 116
41.2 Hình ảnh 117
41.3 Xem thêm 117
41.4 am khảo 117
41.5 Đọc thêm 117
41.6 Liên kết ngoài 117
42 Di truyền học loài người 118 42.1 Sự khác nhau về di truyền và các mẫu thừa kế 118
42.2 Chỉ dẫn 118
42.3 am khảo 118
42.4 Xem thêm 118
42.5 Liên kết ngoài 118
43 Di truyền Mendel 119 43.1 Tổng quát 119
43.2 y tắc Mendel thứ nhất- y tắc đồng dạng 119
43.3 y tắc Mendel thứ hai- y tắc phân ly 119
43.3.1 í nghiệm 120
43.4 y tắc Mendel thứ ba - y tắc phân ly độc lập 120
43.4.1 í nghiệm 120
43.5 Xem thêm 120
43.6 Sách tham khảo 120
43.7 am khảo 120
44 Đọc sửa (sinh học) 121 44.1 Chú thích 121
44.2 Liên kết ngoài 121
45 Đột biến sinh học 122 45.1 Nguyên nhân 122
45.2 Phân loại 122
45.3 Đột biến gen 122
45.3.1 Cơ chế 123
45.3.2 Vai trò 123
45.3.3 Ý nghĩa 124
45.4 Đột biến NST 124
45.4.1 Về số NST 124
45.4.2 Về cấu trúc 125
45.5 am khảo 125
45.6 Chú thích 126
45.7 Xem thêm 126
Trang 11x MỤC LỤC
46.1 Lịch sử 127
46.2 am khảo 127
47 Eve ty thể 128 47.1 Hình ảnh 128
47.2 Chỉ dẫn 128
47.3 am khảo 128
47.4 Xem thêm 128
47.5 Liên kết ngoài 128
48 Gen 129 49 Giải Gruber về Di truyền học 130 49.1 Người nhận giải 130
49.2 am khảo 130
49.3 Liên kết ngoài 130
50 GMO 131 50.1 am khảo 131
51 Haplotype 132 51.1 Lịch sử 132
51.2 Nguồn gốc 132
51.3 Đặc trưng 132
51.4 Chỉ dẫn 132
51.5 am khảo 132
51.6 Xem thêm 132
51.7 Liên kết ngoài 132
52 Hệ số di truyền 133 52.1 Chú thích 133
53 Hiệp hội Di truyền học ần kinh và Hành vi ốc tế 134 53.1 Hoạt động 134
53.2 am khảo 134
53.3 Xem thêm 134
53.4 Liên kết ngoài 134
54 Kiểu gen 135 54.1 Chú thích 135
54.2 Liên kết ngoài 135
55 Kiểu hình 136 55.1 Biến dị kiểu hình 136
Trang 1255.2 am khảo 137
56 Kim Lực 138 56.1 Hoạt động 138
56.2 Các nghiên cứu 138
56.3 Chỉ dẫn 138
56.4 am khảo 138
56.5 Xem thêm 138
56.6 Liên kết ngoài 138
57 Lai kinh tế 139 57.1 Phương pháp 139
57.2 Hiệu quả 139
57.3 Ghi chú 140
57.4 Liên kết ngoài 140
57.5 Xem thêm 140
58 Mã di truyền 141 58.1 Đặc điểm của mã di truyền 141
58.2 Phân loại mã di truyền 141
58.3 Mã di truyền và axit amin 142
58.4 Hình ảnh 142
58.5 am khảo 142
58.6 Liên kết ngoài 142
59 Mức phản ứng 143 59.1 am khảo 143
60 Nguyên tắc bổ sung 144 60.1 am khảo 144
61 Nhân giống tạp giao 145 61.1 Mục đích 145
61.2 Biện pháp 145
61.3 am khảo 145
61.4 Xem thêm 145
61.5 Liên kết 145
62 Nhiễm sắc thể Y 146 62.1 Phát hiện 146
62.2 Tác động và tiến hóa 146
62.3 Hình ảnh 146
62.4 Chỉ dẫn 146
62.5 am khảo 146
Trang 13xii MỤC LỤC
62.6 Xem thêm 146
62.7 Liên kết ngoài 146
63 Nhóm đơn bội 147 63.1 Sự thành tạo haplogroup 147
63.2 Chỉ dẫn 148
63.3 am khảo 148
63.4 Xem thêm 148
63.5 Liên kết ngoài 148
64 Nhóm đơn bội Y-ADN 149 64.1 Những nhóm đơn bội chính 149
64.1.1 Biểu diễn cây 149
64.2 Bảng lịch sử phát triển Haplogroup Y-ADN ở châu Âu 149
64.3 Chỉ dẫn 149
64.4 am khảo 149
64.5 Xem thêm 149
64.6 Liên kết ngoài 149
65 Nhóm máu 150 65.1 Các hệ nhóm máu 150
65.2 Phân loại theo hệ thống ABO 150
65.3 Phân loại theo hệ thống Rh 151
65.4 Chú thích 151
65.5 am khảo 151
66 Nucleotide 152 66.0.1 Nucleotide 152
66.0.2 Deoxynucleotides 152
66.1 Tổng hợp 152
66.1.1 Trong tự nhiên 152
66.1.2 Dùng hóa bảo trợ 152
66.2 am khảo 152
66.3 Xem thêm 152
66.4 Các liên kết ngoài 153
67 Phát sinh ủng loại học 154 67.1 Xây dựng cây phát sinh chủng loại 154
67.2 Hạn chế và cách giải quyết khác 154
67.3 Vai trò của hóa thạch 154
67.4 Lịch sử 154
67.5 Chỉ dẫn 154
67.6 am khảo 154
Trang 1467.7 Sách tham khảo 154
67.8 Xem thêm 154
67.9 Liên kết ngoài 155
68 Phiên mã 156 68.1 ành phần tham gia 156
68.2 Diễn biến 156
68.3 Chế biến 156
68.4 Hình ảnh 157
68.5 am khảo 157
69 Sinh trắc vân tay 158 69.1 am khảo 158
69.2 Liên kết ngoài 158
70 Tam giác U 159 70.1 am khảo 159
70.2 Lưu ý 160
71 ể đạm độc 161 71.1 ể đạm độc chính (PrP) 161
71.1.1 Phát hiện 161
71.2 Cơ chế sao chép của ể đạm độc 161
71.3 Bệnh do nhiễm thể đạm độc 161
71.3.1 Lây nhiễm 161
71.3.2 Phương pháp chữa trị và chẩn đoán 161
71.3.3 Tổng quan 161
71.3.4 Báo cáo 161
71.3.5 Di truyền học 162
71.3.6 Nghiên cứu 162
71.3.7 Khác 162
71.4 am khảo 162
72 uyết nội cộng sinh 163 72.1 Chỉ dẫn 163
72.2 am khảo 163
72.3 Xem thêm 163
72.4 Liên kết ngoài 163
73 ường biến 164 73.1 Ví dụ 164
73.2 Vai trò 164
73.3 am khảo 164
73.4 Liên kết ngoài 164
Trang 15xiv MỤC LỤC
74.1 Các loại tính trạng 165
74.1.1 Tính trạng số lượng 165
74.1.2 Tính trạng chất lượng 165
74.1.3 Tính trạng trội 165
74.1.4 Tính trạng lặn 165
74.1.5 Tính siêu trội 165
74.2 Một số khái niệm liên quan 165
74.2.1 Kiểu gen 165
74.2.2 Kiểu hình 165
74.3 Chú thích 166
75 Tổ ức Bộ gen loài người 167 75.1 Lịch sử 167
75.2 Hoạt động 167
75.3 am khảo 167
75.4 Xem thêm 167
75.5 Liên kết ngoài 167
76 Tổ tiên ung gần nhất 168 76.1 Tổ tiên chung gần nhất của tất cả người đang sống 168
76.2 Chỉ dẫn 169
76.3 am khảo 169
76.4 Xem thêm 169
76.5 Liên kết ngoài 169
77 Trình tự axit nucleic 170 77.1 Xem thêm 170
77.2 am khảo 170
78 Ủy ban HUGO về danh mục gen 171 78.1 Hướng dẫn đặt tên 171
78.2 y trình đặt tên 171
78.3 y trình hiệu đính tên 171
78.4 am khảo 171
78.5 Xem thêm 171
78.6 Liên kết ngoài 171
79 Vật liệu di truyền 172 79.1 am khảo 172
80 Viroid và Prion 173 80.1 Xem thêm 173
80.2 am khảo 173
Trang 1680.3 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh 174
80.3.1 Văn bản 174
80.3.2 Hình ảnh 178
80.3.3 Giấy phép nội dung 186
Trang 17Chương 1
ARN
Axít ribonucleic (viết tắt ARN hay RNA) là một trong
hai loạiaxít nucleic, là cơ sở di truyền ở cấp độ phân tử
Ở một số loài mà không có ADN (như một số loạivirút),
thì ARN đóng vai trò là vật chất di truyền Nó khác với
ADNở chỗ có dạng mạch đơn hoặc mạch vòng, chứa
đường ribose thay vì deoxyribose và uracilthay cho
thymine
ARN chủ yếu nằm trongtế bào chất, có cấu tạo đa phân
do nhiều đơn phân (gọi là ribonucleotit) kết hợp lại
Mỗi ribonucleotit bao gồm: đường pentose(C5H10O5);
axít Photphoric H3PO4; một trong bốn loại Bazơ-Nitric
(nitrogeneous base - là hợp chất bazơ có chứa nguyên
tử nitơ):Adenin(A),Guanin(G),Uraxin(U),Xitozin(X)
á trình đa phân hóa đòi hỏi sự hiện diện của 1
enzyme gọi làRNA polymerase
Các Ribonuleotit được liên kết với nhau bằng liên kết
cộng hóa trị giữa đường của Ribonucleotit này với
H3PO4 của Axít nucleotit kế tiếp, tạo thành chuỗi
Polynucleotit
ARN mensajero.
A hairpin loop from a pre-mRNA Highlighted are the nucleobases (green) and the ribose-phosphate backbone (blue) Note that this is a single strand of RNA that folds back upon itself.
1.1 Phân loại
Về vai trò tham gia các quá trìnhphiên mãvàdịch mãthông tin di truyền, ARN được chia làm ba loại chính:1
Trang 18• ARN thông tin (ký hiệu: mARN, viết tắt từ
messenger ARN ): gồm một sợi Polynucleotit dạng
thẳng, có từ 600 đến 1500 đơn phân gọi là
ribonucleotit (Rinu) Sao chép đúng mạch mẫu
của gen quy đinh cấu trúc Có chức năng sao
chép thông tin di truyền từ gen cấu trúc đem đến
Riboxom là nơi tổng hợp protein
• ARN vận chuyển (ký hiệu: tARN, viết tắt từ
transfer ARN”): là một mạch Polynucleotit có từ 80
đến 100 ribonucleotit tự xoắn như hình chạc ba nên
một số đoạn có nguyên tắc bổ sung A-U; G-X Có
những đoạn không có nguyên tắc bổ sung, những
đoạn này tạo thành các thùy tròn Một trong các
thùy tròn mang bộ ba đối mã Một sợi mút của sợi
ARN 3' gắn với một acid amin và đầu mút tự do 5'.
Mỗi tARN chỉ vận chuyển một loại acid amin ứng
với bộ ba đối mã mà mang Các acid amin sẽ được
vận chuyển đến riboxom để tổng hợp protein.
• ARN riboxom(ký hiệu: rARN, viết tắt từ ribosomal
ARN ): gồm một mạch dạng xoắn tương tự tARN.
Là thành phần cấu tạo ribôxôm - nơi tổng hợp
protein Ribosome được cấu tạo từ 2 tiểu phần: ở
sinh vật nhân sơ ribosome 70s gồm tiểu đơn vị lớn
50s và tiểu đơn vị bé 30s ở sinh vật nhân chuẩn
ribosome 80s gồm tiểu đơn vị lớn 60s và tiểu đơn
vị bé 40s
Ngoài ra, một số ARN có vai trò điều khiển hoạt động
gen hoặc có chức năng tham gia các quá trình phát
triển, biệt hoá tế bào nhưRNAi(interfering RNA) hay
Trang 19Chương 2
Chất hoạt động bề mặt
Một mixen với phần đầu kị nước hoà tan trong dầu, trong khi
phần ưa nước hướng ra phía ngoài
Chất hoạt động bề mặt (tiếng Anh: Surfactant, Surface
active agent) đó là mộtchất làm ướtcó tác dụng làm
giảmsức căng bề mặtcủa một chất lỏng Là chất mà
phân tửcủa nó phân cực: một đầu ưa nước và một đuôi
kị nước
2.1 Đặc điểm
Chất hoạt động bề mặt được dùng giảmsức căng bề mặtcủa mộtchất lỏngbằng cách làm giảm sức căng bề mặttại bề mặt tiếp xúc (interface)của hai chất lỏng Nếu cónhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạthóa bề mặt làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chấtlỏng đó Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vào trong mộtchất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa bề mặt có
xu hướng tạo đám (micelle, được dịch là mixen),nồng
độmà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là
nồng độ tạo đám tới hạn Nếu chất lỏng lànướcthì cácphân tử sẽ chụm đuôi kị nước lại với nhau và quay đầu
ưa nước ra tạo nên những hình dạng khác nhau nhưhình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2 chiều).Tính ưa, kị nước của một chất hoạt hóa bề mặt được đặctrưng bởi một thông số làđộ cân bằng ưa kị nước(tiếng
Anh: Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), giá trị này
có thể từ 0 đến 40 HLB càng cao thì hóa chất càngdễhòa tantrong nước, HLB càng thấp thì hóa chất càng dễhòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu
2.2 Phân loại
Tùy theo tính chất mà chất hoạt hóa bề mặt được phântheo các loại khác nhau Nếu xem theo tính chất điệncủa đầu phân cực của phân tử chất hoạt hóa bề mặt thì
có thể phân chúng thành các loại sau:
• Chất hoạt hóa ion: khi bị phân cực thì đầu phân
cực bịion hóa
• Chất hoạt hóa dương: khi bị phân cực thì
đầu phân cực mangđiện dương, ví dụ: Cetyltrimêtylamôni brômua (CTAB)
(CTAB)
• Cetyl pyridinium clorua (CPC)
• Polyethoxylated tallow amin (POEA)
• Benzalkonium clorua (BAC)
• Benzethonium clorua (BZT)
• Chất hoạt hóa âm: khi bị phân cực thì đầu
phân cực mangđiện âm3
Trang 20• Natri dodecyl sulfat (SDS), amoni lauryl
sulfat, và các muối ankyl sulfat khác
• Natri laureth sulfat, hay natri lauryl ete
sulfat (SLES)
• Ankyl benzen sulfonat
• Xà phòng và các muối của axit béo
• Chất hoạt hóa phi ion: đầu phân cực không bị ion
hóa, ví dụ: Ankyl poly(êtylen ôxít)
• Ankyl poly(etylen oxit)
• Copolymers của poly(etylen oxit) và
poly(propylen oxit) (trong thương mại gọi
là các Poloxamer hay Poloxamin)
• Ankyl polyglucozit, bao gồm:
• Cocamit MEA, cocamit DEA
• Chất hoạt hóa lưỡng cực: khi bị phân cực thì đầu
phân cực có thể mang điện âm hoặc mang điện
dương tùy vàopHcủa dung môi, ví dụ: Dodecyl
Chất hoạt hóa bề mặt ứng dụng rất nhiều trong đời
sống hàng ngày Ứng dụng phổ biến nhất làbột giặt,
sơn,nhuộm…
Ngoài ra những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như
• Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm cho
vải sợi, chất trợ nhuộm
• Trong công nghiệpthực phẩm: Chất nhũ hóa cho
bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp
• Trongdầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan
• Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốctuyểnnổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt để làm giàu khoángsản
2.4 Đọc thêm
• Tính HLB của một chất hoạt hóa bề
2.5 Tham khảo
2.6 Liên kết ngoài
• (tiếng Anh)Surfactants explained for Parents
• Sigma-Aldrich: Surfactants - structures,information, and application
Trang 21Chương 3
Chọn giống vật nuôi
Chọn giống trong ngànhchăn nuôi, là việc phát hiện
và giữ lại những cá thể mang đặc tính tốt đáp ứng các
yêu cầu đề ra và loại thải các cá thể xấu không đạt
yêu cầu, nhằm hoàn thiệngiống vật nuôivà nâng cao
năng suấtvật nuôi Chọn lọc là một trong ba khâu rất
quan trọng trong công tác giống vật nuôi (chọn
lọc-chọn phối-nhân giống) Đó là khâu đầu tiên và có vai
trò quyết định của công tác giống Muốn có những cá
thể để ghép đôi rồi từ đó nhân lên thì trước hết phải
chọn lọc từ các cá thể tốt từ quần thể Trên cơ sở chọn
lọc tốt kết hợp với nuôi dưỡng chăm sóc tốt thì con vật
sẽ phát huy được giá trị của phẩm giống
3.1 Phương thức
• Chọn lọc tự nhiên: Chọn lọc tự nhiên (natural
selection) là quá trình đào thải chọn lọc trong điều
kiện tự nhiên, tồn tại lại những cá thể có tính năng,
tính trạng thích hợp Tất cả các con vật đều bắt
nguồn từ thú hoang và chịu ảnh hưởng sâu sắc
của chọn lọc tự nhiên Đó là mối tương quan giữa
cơ thể và ngoại cảnh Cá thể nào thích nghi được
thì tồn tại và phát triển, cá thể nào không thích
nghi được thì bị tiêu diệt
• Chọn lọc nhân tạo: Chọn lọc nhân tạo (Artificial
selection) là quá trình chọn lọc nhân tạo do con
người tiến hành, nhằm chọn ra những cá thể có
tính năng tính trạng mong muốn
• Chọn lọc cá thể: Chọn lọc cá thể (Individual
selection) là quá trình chọn lọc từng con (cá thể)
một, căn cứ vào những chỉ tiêu nhất định để chuẩn
bị ghép đôi Để chọn lọc cá thể cần tiến hành đánh
giá qua tổ tiên, bản thân và qua đời con
• Chọn lọc theo nhóm: Chọn lọc theo nhóm là quá
trình chọn lọc và sử dụng theo nhóm dựa trên
những chỉ tiêu nhất định tính chung cho toàn
nhóm
• Chọn lọc kiểu hình: Chọn lọc kiểu hình
(phenotypic selection) là chọn các cá thể dựa
trên các chỉ tiêu về ngoại hình, sức sản xuất, sức
sinh sản của chúng
• Chọn lọc khác: Chọn lọc vô ý thức (ngẫu nhiên),
chọn lọc có ý thức
3.2 Tham khảo
• Giáo trình chăn nuôi Nhà xuất bản Nông nghiệp
Hà Nội 2000 TS Trần Văn Tường
5
Trang 22Chọn lọc nhân tạo
Chọn lọc nhân tạo hay sinh sản có chọn lọc là một
quá trình mà con người chọn các loài động vật khác vàthực vật theo một vàitính trạngđặc biệt mà con ngườimuốn á trình này nhằm đào thải những biến dị bấtlợi cho con người và tích lũy nhữngbiến dịcó lợi
Ví dụ: một nông dân nuôi gà rừng sẽ chọn ra nhữngcon gà đẻ nhiều trứng nhất để gây giống, lứa con củanhững con gà này sẽ đẻ ra lượng trứng nhiều hơn mứctrung bình so với những con gà khác, rồi người đó lạichọn những con đẻ nhiều trứng nhất trong lứa này đểphối giống, tạo ra lứa cháu Trải qua hàng chục thế hệchọn lọc như vậy sẽ tạo ra giốnggà siêu trứng, có thể
đẻ ra lượng trứng nhiều gấp mấy lần so với gà rừng
4.1 Ứng dụng
4.2 Tham khảo
6
Trang 23Chương 5
Công nghệ Biofloc
Biofloc (BFT) là tập hợp vật chất hữu cơ lơ lửng trong
nước có chứa tảo, động vật nguyên sinh, vi sinh vật…;trong đó, chiếm ưu thế hơn là các vi sinh vật dị dưỡng;chúng được gắn kết với nhau bằng chất keo sinh họcgọi polyhydroxy alkanoat (PHA) tạo thành khối bông,xốp, màu vàng nâu Biofloc có hàm lượng chất lượngdinh dưỡng cao, trở thành thức ăn cho cho nhiều loạiđộng vật thủy sinh (tôm, cá…)
5.1 Ứng dụng
BFT là một công nghệ mới được ứng dụng rộng rãitrong nuôi trồng thủy sản Khi bổ sung nguồn cacbontheo một tỷ lệ phù hợp cùng với lượng nitơ sẵn có trongmôi trường ao nuôi sẽ giúp cho vi sinh vật dị dưỡngphát triển, chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ thànhprotein trong sinh khối làm thức ăn tự nhiên cho cá,tôm
Hiện nay, BFT được ứng dụng phổ biến trong nuôitrồng thủy sản ở nhiều nơi trên thế giới
Trang 24Công nghệ sinh học
Cấu trúc của insulin.
Công nghệ sinh học là ngành được xây dựng dựa trên
hệ thống các sinh vật sống hoặc các tổ chức sống nhằm
sản xuất và tạo ra các sản phẩmcông nghệdựa trên
ngành sinh học, đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong
nông nghiệp, khoa họcthực phẩm, vàdược phẩm.Hiệp
hội đa dạng về sinh họccủaLiên Hiệp ốcđã đưa ra
một vài định nghĩa về công nghệ sinh học:[1]
6.1 Định nghĩa
A Gel Documentation System with computer monitor
Khái niệm công nghệ sinh học bao trùm nhiều quy
trình chủ yếu có hai công đoạn trong việc làm này là
thay đổi hay phân tích các sinh vật sống theo mục đíchcủa con người như thuần hóa động vật, trồng trọt vàcải tạo những sinh vật này thông qua các hoạt độngsinh sản nhưchọn lọc có điều kiện, lai ghép haynhânbản vô tính Khái niệm này trong thời hiện đại bao gồmcông nghệ gencũng như cáccông nghệ nuôi cấy mô và
tế bào Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ định nghĩa công nghệsinh học là việc ứng dụng khía cạnh sinh học của sinhvật, hệ thống hoặc các quá trình sinh học vào nhiềungành công nghiệp khác nhau để hiểu biết về khoa học
sự sống và cải tiến giá trị của vật liệu sinh học trongcác ngành dược học, thực vật học và động vật học.[2]Công nghệ sinh học là một lĩnh vực công nghệ cao dựatrên nền tảng khoa học về sự sống với sự kết hợp giữaquy trình nghiên cứu và thiết bị kỹ thuật nhằm tạo racác quy mô công nghệ khai thác các hoạt động sốngcủa vi sinh vật, tế bào thực vật và động vật nhằm sảnxuất ở quy mô công nghiệp các sản phẩm sinh học cóchất lượng cao, phục vụ cho nhu cầu và lợi ích của conngười đồng thời phát triển kinh tế - xã hội và các sảmphẩm thân thiện với môi trường nhằm giảm nguy cơ ônhiễm môi trường ngày càng gia tăng hiện nay
6.2 Lịch sử
a từng thời kỳ phát triển, công nghệ sinh học chiathành 3 giai đoạn chính:
• Công nghệ sinh học truyền thống: nhằm chế biến
các sản phẩm dân dã đã có từ lâu đời nhưtương,chao,nước mắm… bằng các phương pháp truyềnthống như: xử lý đất đai, phân bón,… nhằm phục
vụ chonông nghiệpcây trồng, chăn nuôi; hay tạo
ra các sản phẩm phục vụ nhu cầu đời sống sinhhoạt
• Công nghệ sinh học cận đại: có sử dụng công nghệ
trong quá trình chế biến sản phẩm như việc sửdụng các nồi lên men công nghiệp đểsản xuấtởquy mô lớn các sản phẩm sinh hoạt nhưmì chính,acid amin, acid hữu cơ, chấtkháng sinh,vitamin,enzym, v.v…
• Công nghệ sinh học hiện đại: thường thấy như
8
Trang 256.4 THAM KHẢO 9
Công nghệdi truyền, công nghệtế bào, công nghệ
enzym và protein, công nghệ vi sinh vật, công
nghệlên men, công nghệmôi trường
6.3 Ứng dụng
Ngày nay, công nghệ sinh học đang được ứng dụng
vào trong rất nhiều các lĩnh vực của cuộc sống:công
nghiệp,nông nghiệp,y học, dược… Bằng những kiến
thứcsinh họcvềthực vật,động vật,nấm,vi khuẩn,… và
sử dụng “công nghệDNA tái tổ hợp" những nhà khoa
học đang cố gắng tạo ra những cây trồng, vật nuôi có
năng suất và chất lượng cao, những loại thực phẩm,
dược phẩm phục vụ cho việc chữa bệnh cho con người
Công nghệ tế bào và kĩ thuật chuyển gen hiện nay rất
phát triển ở Việt Nam
Hoa hồng lớn lên từ một tế bào qua phương pháp nuôi cấy mô
Công nghệ sinh học là một lĩnh vực rất rộng và tham
gia vào khá nhiều vào trong các lĩnh vực khác như:
• Tin sinh họclà một lĩnh vực đa ngành trong đó
giải quyết vấn đề sinh học bằng cách sử dụng
các kỹ thuật tính toán, và làm cho tổ chức nhanh
chóng và phân tích dữ liệu sinh học có thể Lĩnh
vực này cũng có thể được gọi là sinh học tính toán,
và có thể được định nghĩa là" khái niệm sinh học
về các phân tử và sau đó áp dụng các thông tin
kỹ thuật để hiểu và tổ chức thông tin liên kết vớicác phân tử này, trên quy mô lớn.”[3]Tin sinh họcđóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vựckhác nhau, chẳng hạn như chức năng gen, cấutrúc gen,proteomics, và tạo thành một thành phầnquan trọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học vàdược phẩm
• Công nghệ sinh học lamlà một thuật ngữ đã được
sử dụng để mô tả các ứng dụng hàng hải và thủysản của công nghệ sinh học, nhưng ứng dụng của
nó là tương đối hiếm
• Công nghệ sinh học xanh được áp dụng côngnghệ sinh họcnông nghiệp Một ví dụ là việc lựachọn và thuần hóa thực vật thông qua vi nhângiống Một ví dụ khác là thiết kế chuyển genethựcvậtđể phát triển trong môi trường cụ thể trong sựhiện diện (hoặc không) của các hóa chất Một hyvọng là công nghệ sinh học xanh có thể sản xuấtcác giải pháp thân thiện với môi trường hơn so vớitruyền thốngcông nghiệp nông nghiệp Một ví dụcủa việc này là kỹ thuật chuyển gen kháng sâubệnh vào thực vật, do đó không cần phải sử dụngchất bảo vệ thực vất quá nhiều như hiện nay Một
ví dụ này sẽ làbắp chuyển gene
• Công nghệ sinh học đỏđược áp dụng trong lĩnhvựcy dược Một số ví dụ thiết kế của các sinh vật
để sản xuấtkháng sinh, và các kỹ thuật chữa cáccăn bệnh di truyền quakỹ thuật di truyền
• Công nghệ sinh học trắng, còn được gọi là côngnghệ sinh học công nghiệp, công nghệ sinh học ápdụng trongcông nghiệp Một ví dụ là nuôi cấy visinh vật để sản xuất một hóa chất hữu ích Dùngenzymenhư mộtchất xúc táctrong công nghiệp
để sản xuất hóa chất có gây ô nhiễm môi trường.Công nghệ sinh học trắng có xu hướng tiêu thụ íttài nguyên hơn so với các quy trình truyền thốngđược sử dụng để sản xuất hàng công nghiệp.[4]
6.4 Tham khảo
• Công nghệ Sinh học là một lĩnh vực Công nghệCao, GS.Nguyễn Lân Dũng, nguồn ư viện Khoahọc VLOS
6.5 Tham khảo
[1] "e Convention on Biological Diversity(Article 2 Use
of Terms).”United Nations.1992 Truy cập20 tháng 9
năm2006
[3] Gerstein, M "Bioinformatics Introduction.” Yale University Retrieved on ngày 8 tháng 5 năm 2007.
Trang 26[4] “Bienvenue sur le site de Centrale Santé”(PDF) Truy
cập 7 tháng 10 năm 2015
Trang 27Chương 7
DAS
Hệ thống chú thích phân bổ (DAS) được sử dụng tronglĩnh vựcTin sinh họcđể chia sẻ và đối chiếu thông tinchú giải về bộ gen Nó là một dự ánmã nguồn mở
eo trang webbiodas.org:
Hệ thống chú thích phân bổ (DAS) là một
hệ thống máy khách-máy chủ trong đó máykhách đơn được tích hợp thông tin từ nhiềumáy chủ liên hợp Nó cho phép máy đơn tậphợp thông tin chú giải về bộ gen từ nhiềutrang webở xa, đối chiếu thông tin, biểu diễn
nó trước người dùng dưới một hiển thị đơn.Những sự điều phối vị trí nhỏ là cần thiếttrong số nhiều nguồn cung cấp thông tinkhác nhau
7.1 Trang và công cụ đang sử dụng DAS
• Ensemble Ensembl Genome Browser
• UCSC Genome Browser
Trang 28Cấu trúc của chuỗi xoắn kép DNA Các nguyên tử với màu sắc
khác nhau đại diện cho các nguyên tố và chi tiết cấu trúc hai cặp
base thể hiện bên phải.
DNA (viết tắt từ thuật ngữ tiếng Anh
Deoxyribonucleic acid), trong tiếng Việt gọi là
Axit deoxyribonucleic[1][2] (nguồn gốc từtiếng Pháp
Acide désoxyribonucléique, viết tắt ADN), làphân tử
mangthông tin di truyềnmã hóa cho hoạt độngsinh
trưởng,phát triển, chuyên hóa chức năng vàsinh sản
của cácsinh vậtvà nhiều loàivirus DNA vàRNAlà
nhữngaxit nucleic; cùng với protein, lipid và những
cacbohydrat cao phân tử (polysaccharide), chúng là
một trong bốn loạiđại phân tửchính có vai trò quan
trọng thiết yếu đối với mọi dạngsốngđược biết đến
Phần lớn các phân tử DNA được cấu tạo từ hai mạch
polyme sinh học xoắn đều quanh một trục tưởng
tượng tạo thànhchuỗi xoắn kép
Hai mạch DNA này được gọi là các polynucleotide
vì thành phần của chúng bao gồm các đơn phân
nucleotide.[3][4] Mỗi nucleotide được cấu tạo từ một
trong bốn loạinucleobasechứanitơ—hoặc làcytosine
(C), guanine (G), adenine (A), hay thymine (T)—liên
kết vớiđường deoxyribosevà mộtnhóm phosphat Các
nucleotide liên kết với nhau thành một mạch DNA
bằng liên kết cộng hóa trị giữa phân tử đường của
nucleotide với nhóm phosphat của nucleotide tiếp theo,
Cấu trúc của một đoạn xoắn kép DNA.
tạo thành “khung xương sống” đường-phosphat luânphiên vững chắc
Những base nitơ giữa hai mạch đơn polynucleotide liênkết với nhau theonguyên tắc bổ sung(A liên kết với T,
và C liên kết với G) thông qua các mối liên kết hydro
để tạo nên chuỗi DNA mạch kép Tổng số lượng cặpbase liên quan tới DNA trênTrái Đấtước tính bằng 5,0
x 1037, và nặng khoảng 50 tỷtấn.[5] Để so sánh, tổngkhối lượngcủasinh quyểnxấp xỉ bằng 4 nghìn tỷ tấncacbon.[6]
DNA lưu trữthông tinsinh học, cácmã di truyềnđếncác thế hệ tiếp theo và để chỉ dẫn cho quá trìnhsinh12
Trang 298.1 CẤU TRÚC 13
tổng hợp protein Mạch đơn DNA có liên kết hóa học
vững chắc chống lại sự phân cắt, và hai mạch đơn của
chuỗi xoắn kép lưu trữ thông tin sinh học như nhau
ông tin này được sao chép nhờ sự phân tách hai mạch
đơn Một tỷ lệ đáng kể DNA (hơn 98% ởngười) là các
đoạnDNA không mã hóa(non-coding), nghĩa là những
vùng này không giữ vai trò mạch khuôn để xác định
trình tự protein thông qua các quá trìnhphiên mã,dịch
mã
Hai mạch DNA chạy song song theo hai hướng ngược
nhau Gắn với mỗi phân tử đường là một trong bốn loại
nucleobase (hay các base) ông tin di truyền được mã
hóa bởitrình tựcủa bốn nucleobase gắn trên mỗi mạch
đơn Những mạch RNA được tổng hợp từ những khuôn
mẫu DNA trong quá trìnhphiên mã Và dưới sự chỉ dẫn
củamã di truyền, phân tử RNA tiếp tục được diễn dịch
để xác định trình tự cácaxit aminoở cấu trúc protein
trong quá trình dịch mã
DNA ởtế bào nhân thực(động vật,thực vật,nấmvà
nguyên sinh vật) được lưu trữ bên trongnhân tế bào
và một sốbào quan, nhưty thểhoặclục lạp.[7]Ngược
lại, ởsinh vật nhân sơ(vi khuẩnvàvi khuẩn cổ), do
không có nhân tế bào, DNA nằm trong tế bào chất
Bên trongtế bào, DNA tổ chức thành những cấu trúc
dài gọi lànhiễm sắc thể(chromosome) Trong giai đoạn
phân bàocác nhiễm sắc thể hình thành được nhân đôi
bằng cơ chếnhân đôi DNA, mang lại cho mỗi tế bào có
một bộ nhiễm sắc thể hoàn chỉnh như nhau Ở nhiễm
sắc thể sinh vật nhân thực, những proteinchất nhiễm
sắc(chromatin) như histone giúp thắt chặt và tổ chức
cấu trúc DNA Chính cấu trúc thắt chặt này sẽ quản lý
sự tương tác giữa DNA với các protein khác, quy định
vùng nào của DNA sẽ được phiên mã
Friedrich Miescherđã cô lập được DNA lần đầu tiên vào
năm 1869.Francis CrickvàJames Watsonnhận ra cấu
trúc phân tử chuỗi xoắn kép của nó vào năm 1953, dựa
trên mô hình xây dựng từ dữ liệu thu thập qua ảnh chụp
nhiễu xạ tia XdoRosalind Franklinthực hiện DNA trở
thành một công cụ phân tử giúp các nhà nghiên cứu
khám phá các lý thuyết và định luậtvật lý sinh học,
nhưđịnh lý ergodicvà lý thuyếtđàn hồi Những tính
chất vật liệu độc đáo của DNA biến nó trở thành phân
tử hữu ích đối với các nhà khoa học vật liệu quan tâm
trong lĩnh vực chế tạo vật liệu cỡ micro và nano, như
trongcông nghệ nano DNA Các tiến bộ trong lĩnh vực
này bao gồm phương pháporigami DNAvà vật liệu lai
dựa trên DNA.[8]
8.1 Cấu trúc
deoxyribose backbone
Phosphate-Adenine
Cytosine Guanine
5′ end
Cấutrúc hóa học của DNA; liên kết hydro thể hiện bằngcác nét chấm
Cấu trúcphân tử 3 chiều của dạng phổ biến B-DNA
DNA là một polyme dài cấu tạo bởi các đơn phânnucleotide lặp lại.[9][10] Cấu trúc DNA của mọiloài là không tĩnh (non-static),[11] chứa hai mạchpolynucleotide xoắn đều quanh một trục tưởng tượngtheo chiều từ trái sang phải (xoắn phải), mỗi một vòngxoắn (khoảng 10,4 cặp nucleotide) dài 34ångström(3,4
Trang 30nm) và có bán kính 10 ångström (1,0 nm).[12]eo một
nghiên cứu khác, khi đo đạc trong nhữngdung dịchđặc
biệt, chuỗi phân tử DNA rộng từ 22 đến 26 ångström
(2,2 đến 2,6 nm), và một đơn vị nucleotide dài 3,3 Å
(0,33 nm).[13]Dù cho mỗi đơn vị lặp lại có kích thước rất
nhỏ, polyme DNA vẫn có thể là những phân tử rất lớn
chứa hàng triệu nucleotide Ví dụ, DNA trong nhiễm
sắc thể lớn nhất ở người,nhiễm sắc thể số 1, chứa xấp
xỉ 220 triệucặp base[14]và dài đến 85 mm nếu được duỗi
thẳng
Phân biệt cấu trúc nucleoside và nucleotide.
Trong những sinh vật sống, DNA thường không tồn
tại như một phân tử đơn lẻ, mà thay vào đó là một cặp
phân tử liên kết chặt khít với nhau.[12][15]Hai mạch dài
này quấn vào nhau như dây leo, tạo thành hình xoắn
ốc kép Một nucleobase liên kết với một phân tử đường
tạo thành cấu trúc gọi lànucleoside, và một base liên
kết với một phân tử đường và một hoặc nhiều nhóm
phosphat gọi lànucleotide (nucleotide trong DNA và
RNA là loại nucleotide chỉ mang một nhóm phosphat)
Mạch polyme chứa nhiều nucleotide gắn kết với nhau
(như trong DNA) được gọi là polynucleotide.[16] Mỗi
nucleotide chứa cả hai thành phần đường và nhóm
phosphat đóng vai trò khung xương cho phân tử (giữ
cho các đơn phân của mạch liên kết với nhau), và chứa
nucleobase để tương tác với mạch DNA còn lại trong
chuỗi xoắn kép thông qua hệ thống liên kết hydro
Khung xương chính của mạch DNA hình thành từ các
nhómphosphatvàphân tử đườngluân phiên nhau.[17]
Phân tử đường trong DNA là2-deoxyribose, một loại
đườngpentose(5cacbon) Các phân tử đường liên kết
với nhau thông qua trung gian nhóm phosphat tạo
thànhliên kết phosphodiestegiữa nguyên tửcacbon
thứ 3 với nguyên tử cacbon thứ 5 trên hai mạch vòng
của hai phân tử đường kế cận.Liên kếtbất đối xứng
này cho phép xác định hướng chạy của mạch đơn DNA
Xem xét gần hơn trên một chuỗi xoắn kép, người ta
nhận thấy các nucleotide hướng theo một chiều trên
một mạch và theo chiều ngược lại trên mạch kia, gọi
là: hai mạch hướng ngược chiều nhau hay đối song song
(antiparallel) Các đầu không đối xứng kết thúc của
chuỗi DNA là đầu 5′ (năm phẩy) và đầu 3′ (ba phẩy),
với đầu 5′ kết thúc bởi nhóm phosphat và đầu 3′ kết
thúc bởi nhóm hydroxyl (OH) Sự khác nhau chủ yếu
giữa DNA vàRNAlà ở phân tử đường, với đường
2-deoxyribose trong DNA được thay thế bởi đườngribosetrong RNA.[15]
Một phần của DNA Các base nằm ngang giữa hai mạch xoắn [18] (phiên bản ảnh động).
Hai mạch xoắn của chuỗi DNA được gắn ổn định bởihai lực liên kết chính: liên kết hydro giữa các nucleotidecủa hai mạch và tương tác chồng chất (base-stacking)giữa các base thơm.[19]Trong môi trường dung dịch của
tế bào,liên kết πliên hợp của các base nucleotide sắpxếp vuông góc với trục của phân tử DNA, giảm thiểutương tác của chúng vớilớp vỏ solvat hóa (solvationshell), và do vậy làm giảm năng lượng tự do Gibbs
Trang 318.1 CẤU TRÚC 15
Bốn base trong DNA làadenine(viết tắt A),cytosine
(C),guanine(G) vàthymine(T) Bốn base này gắn với
nhóm đường/phosphat để tạo thành nucleotide hoàn
chỉnh, nhưadenosine monophosphate Adenine ghép
cặp với thymine và guanine ghép cặp với cytosine, ký
hiệu bằng các cặp base A-T và G-C.[20][21]
không khung
8.1.1 Phân loại nucleobase
Các nucleobase được phân thành hai loại:purine, gồm
adenine (A) và guanine (G), là hợp chất dị vòng có
hai vòng 5 và 6 nguyên tử cacbon gắn với nhau; và
pyrimidine, gồm cytosine (C) và thymine (T), là hợp
chất dị vòng có 6 nguyên tử cacbon.[15]Một nucleobasepyrimidine thứ năm làuracil(U), thay thế cho thymine(T) trong RNA và khác với thymine do thiếu đi mộtnhóm metyl(–CH3) trên vòng của nó Ngoài RNA vàDNA, một số lượng lớn axit nucleic nhân tạo tương tựđược tạo ra để nghiên cứu các tính chất của axit nucleic,hoặc sử dụng trong công nghệ sinh học.[22]
Uracil thường không có ở DNA, nó chỉ xuất hiện nhưmột sản phẩm phân tách của cytosine Tuy nhiên, ở một
số thực khuẩn thể – thực khuẩn Bacillus subtilis PBS1
và PBS2 và thực khuẩn Yersinia piR1-37 – thymine
được thay bằng uracil.[23] Một thực khuẩn thể khác thể Staphylococcal S6 - được phát hiện với bộ gen màthymine thay bằng uracil.[24]
-Base J (beta-d-glucopyranosyloxymethyluracil), mộtdạng tinh chỉnh của uracil, cũng xuất hiện ở một số
sinh vật: trùng roi Diplonema và Euglena, và mọi nhóm
Kinetoplastida.[25] Sinh tổng hợp base J diễn ra theohai bước: bước thứ nhất một thymidine xác định trongDNA được biến đổi thành hydroxymethyldeoxyuridine(HOMedU); bước thứ hai HOMedU đượcglycosyl hóathành base J.[26] Các nhà khoa học cũng khám phá
ra những protein được tổng hợp từ base này.[27][28][29]Những protein này dường như có họ hàng xa vớigengây ung thư(oncogene) Tet1 mà tham gia vào quá trìnhphát sinhbệnh bạch cầu myeloid cấp tính.[30] Base Jcũng đóng vai trò làm tín hiệu kết thúc cho enzymeRNA polymerase II.[31][32]
Rãnh lớn và rãnh nhỏ trên phân tử DNA Rãnh nhỏ là một vị trí liên kết với chất nhuộm màu Hoechst 33258.
8.1.2 Rãnh DNA
Hai mạch đơn xoắn đôi vào nhau tạo thành bộ khungcho DNA Ở chuỗi xoắn kép này có thể xuất hiện nhữngkhoảng trống nằm cách nhau giữa hai mạch gọi là các
rãnh (groove) Những rãnh này nằm liền kề với các cặp
base và có thể hình thành mộtđiểm bám(binding site)
Vì hai mạch đơn không đối xứng nhau nên dẫn đến cácrãnh có kích thước không đều, trong đó rãnh lớn (majorgroove) rộng 22 Å và rãnh nhỏ (minor groove) rộng 12
Å.[33]Độ rộng của rãnh giúp cho các cạnh của base trởnên dễ tiếp cận hơn trong rãnh lớn so với rãnh nhỏ Kết
Trang 32quả là, các protein của cácnhân tố phiên mãmà liên kết
với những đoạn trình tự cụ thể trong chuỗi xoắn kép
DNA thường thực hiện bằng việc tiếp xúc với các cạnh
của các base ở rãnh lớn.[34] Tình huống này thay đổi
đa dạng tùy theo hình dáng bất thường của DNA bên
trong tế bào (xem ở dưới), nhưng các rãnh lớn và rãnh
nhỏ luôn luôn được đặt tên để phản ánh sự khác nhau
về kích thước đo được nếu DNA vặn xoắn trở về dạng
B thường gặp
8.1.3 Cặp base
Trong chuỗi xoắn kép DNA, mỗi loại nucleobase trên
một mạch chỉ liên kết với một loại nucleobase trên
mạch kia Đây được gọi là nguyên tắc bổ sung cặp base
Ở đây, purine hình thànhliên kết hydrovới pyrimidine,
trong đó adenine chỉ ghép với thymine bằng hai liên
kết hydro, và cytosine chỉ ghép với guanine bằng ba
liên kết hydro Sự bố trí giữa hai nucleotide liên kết với
nhau qua chuỗi xoắn kép gọi là một cặp base Vì liên
kết hydro không phải làliên kết cộng hóa trị, nên có
thể bị đứt ra và nối lại tương đối dễ dàng Hai mạch của
DNA trong chuỗi xoắn kép do vậy có thể tách rời nhau
ra giống nhưkhóa kéo, hoặc bằng lực cơ học hoặc bằng
nhiệt độcao.[35]Hệ quả của nguyên tắc bổ sung này là
mọi thông tin trong trình tự chuỗi xoắn kép DNA được
lặp lại ở mỗi mạch, và có vai trò quan trọng tronggiai
đoạn sao chép DNA Nói chung, trình tự lặp lại ngược
chiều giữa hai mạch và những tương tác liên kết bổ
sung trong các cặp base là tối quan trọng đối với mọi
chức năng của DNA trong cơ thể sống.[10]
Hình trên, cặp base G-C liên kết bằng ba liên kết
hydro Hình dưới, cặp base A-T liên kết bằng hai liên
kết hydro Liên kết hydro không phải là liên kết cộng
hóa trị và được thể hiện bằng các nét chấm nhỏ
Hai loại cặp base khác nhau bởi số liên kết hydro giữa
các base, cặp A-T có 2 liên kết hydro và cặp G-C có
3 liên kết hydro Những phân tử DNA chứa nhiềucặp
G-Csẽ ổn định hơn so với những phân tử chứa ít cặp
G-C
Như miêu tả ở trên, hầu hết phân tử DNA bao gồm hai
mạch polyme liên kết thành dạng xoắn kép bởi liên kết
không phải là liên kết cộng hóa trị; cấu trúc mạch kép
này (dsDNA - double stranded DNA) cũng được duy trì
chủ yếu bởi nhữngtương tác chồng chất pi giữa các
base trên hai mạch, mà mạnh nhất là ở cấu trúc chồng
chất G,C (tương tác chồng chất pi là những tương tác
không cộng hóa trị giữa các vòng thơm mang liên kết
pi liên hợp) Hai mạch có thể tách nhau ra – một quá
trình gọi là nóng chảy – để tạo thành hai phân tử DNA
mạch đơn (ssDNA - single-stranded DNA) Sự phân tách
xảy ra ở nhiệt độ cao, độ mặn thấp và độ pH cao (độ pH
thấp cũng làm tách DNA, nhưng vì DNA trở nên không
ổn định do axit bịkhử purine hóa(bản chất DNA là mộtloại axit), do đó độ pH thấp ít khi được sử dụng)
Sự ổn định của dạng mạch kép dsDNA không chỉ phụthuộc vào thành phần G-C (tỷ lệ % cặp base G-C) màcòn phụ thuộc vào trình tự các base (do tương tác chồngchất pi giữa các base là một thuộc tính đặc hiệu củatrình tự) và độ dài (phân tử càng dài thì càng ổn định)
Độ ổn định được đo bằng nhiều cách khác nhau; cáchphổ biến là đưa phân tử đạt tới “nhiệt độ nóng chảy”, đó
là nhiệt độ mà tại đấy khoảng 50% số phân tử ds biếnđổi thành phân tử ss; nhiệt độ nóng chảy phụ thuộcvào cường độ ion và sự đông đặc của DNA Do vậy, cả
tỷ lệ phần trăm số cặp base G-C và chiều dài tổng thểcủa chuỗi xoắn kép DNA xác định nên cường độ liênkết giữa hai mạch DNA Những chuỗi xoắn kép DNAdài với thành phần nhiều G-C có tương tác giữa haimạch mạnh hơn so với những chuỗi xoắn kép ngắn vớithành phần nhiều A-T.[36] Trong hoạt động sinh học,
có những phần của chuỗi xoắn kép DNA dễ dàng tách
ra khi cần thiết, ví dụ nhưhộp PribnowTATAAT ở một
sốvùng khởi động(promoter), có xu hướng chứa nhiềuthành phần A-T, khiến cho các mạch có thể phân tách
dễ dàng.[37]
Trong phòng thí nghiệm, cường độ của tương tác này
có thể đo bằng cách tìm ra nhiệt độ cần thiết để phâncắt liên kết hydro giữa hai mạch, hay chính lànhiệt
độ nóng chảycủa chúng (được ký hiệu là T, nghĩa là melting temperature (nhiệt độ nóng chảy)) Khi tất cả
các cặp base tách rời nhau, hai mạch của chuỗi DNA
sẽ tách rời và tồn tại trong dung dịch như các phân
tử độc lập Những phân tử mạch đơn DNA (ssDNA)
không có hình dạng chung, nhưng một số có thể thu
về những dạng ổn định tùy theo độ dài và thành phầncặp base.[38]
8.1.4 Có nghĩa và đối nghĩa
Một trình tự DNA gọi là “có nghĩa” (sense) nếu trình tự
của nó giống với trình tự của bản saoRNA thông tindùng để dịch mã thành protein.[39]Khi đó, trình tự trên
mạch bổ sung còn lại được gọi là trình tự "đối nghĩa”
(antisense) Cả trình tự có nghĩa và đối nghĩa có thểtồn tại trên các đoạn khác nhau của cùng một mạchđơn DNA (tức là cả hai mạch có thể chứa cả trình tự
có nghĩa lẫn đối nghĩa) Ở tế bào nhân thực và nhân
sơ, các trình tự RNA đối nghĩa đều được tạo ra, nhưngchức năng của những RNA này vẫn chưa được hiểu rõhoàn toàn.[40]Có đề xuất cho rằng các RNA đối nghĩa
có khả năng tham gia vào hoạt động điều hòabiểu hiệngenthông qua sự bổ sung base RNA-RNA.[41]
Một vài trình tự DNA ở sinh vật nhân thực và nhân
sơ, và hay gặp hơn ở plasmidvà virus, xóa nhòa sựkhác biệt giữa những mạch có nghĩa và đối nghĩa do
có sự hiện diện của các gen chồng lợp (overlapping
Trang 338.1 CẤU TRÚC 17
gene).[42]Trong trường hợp này, một số trình tự DNA
đảm nhận đến hai trách nhiệm, mã hóa cho một protein
khi đọc dọc theo một mạch, và mã hóa protein thứ hai
khi đọc theo hướng ngược lại dọc theo mạch kia Trong
vi khuẩn, sự chồng lợp này có thể tác động đến quá
trình điều hòa phiên mã gen,[43]trong khi ở virus, các
gen chồng lợp lại làm tăng lượng thông tin được mã
hóa bên trong bộ gen nhỏ bé của virus.[44]
8.1.5 DNA siêu xoắn
DNA có thể xoắn lại tựa như một sợi dây thừng
theo một tiến trình gọi là DNA siêu xoắn (DNA
supercoiling) Với DNA ở trạng thái “bình thường”, một
mạch thường xoắn đều quanh trục tưởng tượng của
chuỗi xoắn kép theo từng đoạn ngắn mang khoảng 10,4
cặp base, nhưng nếu DNA bị vặn xoắn thì các mạch
có thể trở nên siết chặt hơn hoặc lỏng lẻo hơn.[45]Nếu
DNA bị xoắn theo hướng của chuỗi xoắn kép, hay siêu
xoắn thuận (positive supercoiling), thì các base giữ chặt
với nhau hơn Còn nếu DNA bị xoắn ngược hướng
với chuỗi xoắn kép, hay siêu xoắn nghịch (negative
supercoiling), thì các base phân tách dễ dàng hơn
Trong tự nhiên, hầu hết DNA trong tế bào đều ở trạng
thái gần siêu xoắn nghịch do chịu sự tác động của nhóm
enzyme có tên gọitopoisomerase.[46] Những enzyme
này cũng cần thiết để tháo xoắn các mạch DNA trong
những quá trình nhưphiên mãvànhân đôi DNA.[47]
Từ trái qua phải, các cấu trúc của DNA dạng A, B và Z.
8.1.6 Những mô hình cấu trúc DNA
DNA có thể tồn tại ở nhiềucấu hình, trong đó bao gồmA-DNA, B-DNA, vàZ-DNA, mặc dù chỉ có cấu hình B-DNA và Z-DNA trực tiếp quan sát thấy trong nhữngsinh vật chuyên hóa chức năng.[17]Cấu hình mà DNAtuân theo phụ thuộc vào mức độhydrathóa, trình tựDNA, số cặp base và chiều hướng siêu xoắn, cộng vớinhững tu sửa hóa học trên các base, thành phần vàhàm lượngionkim loại, cũng như sự hiện diện của cácpolyamintrong dung dịch.[48]
Báo cáo đầu tiên về ảnh chụptán xạ tia Xcủa dạng DNA và B-DNA sử dụng phương pháp phân tích dựatrênhàm Paersonchỉ cung cấp thông tin giới hạn vềcấu trúc của các sợi định hướng trong DNA.[49][50]Một
A-hướng phân tích khác, do Wilkins cùng cộng sự (et al.)
đề xuất vào năm 1953, cho các phần chụp nhiễu
xạ-tán xạ tia X đối với B-DNA in vivo (trong cơ thể sống
thí nghiệm) của các sợi DNA hydrat hóa cao độ tuântheo những hạng tử bình phương tronghàm Bessel.[51]Trong cùng tạp chí, James Watson và Francis Cricktrình bàymô hình phân tửDNA của họ sau khi phântích các hình ảnh nhiễu xạ tia X và gợi ra rằng cấu trúccủa nó có dạng chuỗi xoắn kép.[12]
Dạng B-DNA là cấu hình phổ biến nhất tìm thấy dưới
những điều kiện của tế bào sống,[52]tồn tại ở trạng tháigần giống tinh thể (paracrystalline state), đó là cấu hìnhđộng mặc dù tính tương đối cứng của chuỗi xoắn képDNA được giữ ổn định bởi liên kết hydro giữa các base
Để đơn giản, hầu hết những mô hình phân tử DNA đều
bỏ qua liên kết động lực của nước và các ion đối vớiphân tử dạng B-DNA, và do đó ít hữu ích khi dùng các
mô hình này để hiểu cách hoạt động của B-DNA trong
tế bào sống ở trạng thái bình thường (in vivo).[53]Phântích vật lý và toán học của ảnh chụp tia X[54][55]cũngnhư dữ liệu quang phổ thu được cho dạng B-DNA tiềntinh thể (paracrystalline), do vậy phức tạp hơn so với
dữ liệu nhiễu xạ tia X của ảnh chụp dạng A-DNA
So với B-DNA, dạng A-DNA xoắn ốc theo chiều tayphải rộng hơn về đường kính, với một rãnh nhỏ nônghơn và rộng hơn, trong khi rãnh lớn sâu hơn và hẹphơn Dạng A thường xuất hiện dưới các điều kiện phisinh lý, đặc biệt trong các mẫu DNA mất nước mộtphần, trong khi ở tế bào nó có thể ở dạng lai ghép mạchđơn DNA với mạch đơn RNA, cũng như xuất hiện cả ởphức hệ enzyme-DNA.[56][57]Ở đoạn DNA nơi các base
đã bị tinh sửa về mặt hóa học bằng phương phápmetylhóacó thể trải qua sự thay đổi lớn về hình dạng cấuhình và trở thành dạngZ-DNA Ở cấu hình đây, haimạch xoắn quanh trục theo chiều tay trái, ngược chiềuvới hướng của dạng B phổ biến.[58]Những cấu trúc bấtthường này có thể nhận ra bằng một loại protein đặchiệu liên kết với Z-DNA và các protein này có thể thamgia vào hoạt động điều hòa quá trình phiên mã.[59]
Trang 348.1.7 DNA có thành phần hóa học thay thế
Trong một vài năm, cácnhà sinh học vũ trụđã đề xuất
về một sinh quyển bóng tối (shadow biosphere), một
sinh quyển vi sinh vật giả thuyết tồn tại trên Trái Đất
mà sử dụng các quá trình phân tử và hóa học khác căn
bản so với những gì đã biết về sự sống hiện tại Một
trong các đề xuất đó là sự tồn tại của dạng sinh vật
sống mà nguyên tửasenthay chophosphotrong DNA
Một báo cáo năm 2010 cho thấy khả năng này có mặt
trong vi khuẩnGFAJ-1,[63][63][64]mặc dù đã có những
tranh cãi,[64][65] và cuối cùng năm 2012 một báo cáo
khác nêu ra bằng chứng cho thấy các vi khuẩn này chủ
động ngăn không cho asen kết hợp vào bộ khung DNA
của nó và những phân tử sinh học khác.[66]
8.1.8 Cấu trúc bộ bốn
Tại đầu mút của mỗi nhiễm sắc thể là những vùng đặc
hiệu của DNA gọi làtelomere Chức năng chính của
nhóm vùng này đó là cho phép tế bào thực hiện sao
chép những đầu mút nhiễm sắc thể sử dụng enzyme
telomerase, bởi vì bình thường các enzyme sao chép
DNA không thể nhân đôi đến đầu 3′ tận cùng của
nhiễm sắc thể.[67] Những đầu mút đặc hiệu này của
nhiễm sắc thể cũng giúp bảo vệ DNA bị rút ngắn sau
mỗi lần nhân đôi, và cho dừng hệ thốngsửa chữa DNA
trong tế bào khi hệ thống này coi DNA bị hỏng và cần
được sửa chữa.[68] Trong tế bào người, các telomere
thường là những mạch đơn DNA dài chứa vài nghìn
trình tự TTAGGG lặp đi lặp lại.[69]
Cấu trúc bộ bốn DNA hình thành bằng những đoạn telomere lặp
lại Hình dạng vòng của bộ khung DNA nhìn rất khác so với
dạng xoắn ốc của DNA điển hình Những hình cầu xanh lục ở
giữa đại diện cho các ion kali [70]
Các trình tự giàu guanine có khả năng giữ ổn định
những đầu mút của nhiễm sắc thể bằng cách hình
thành nên cấu trúc gồm những đơn vị chứa bốn basexếp chồng lên nhau, hơn là dạng bổ sung cặp basethường thấy ở các phân tử DNA khác Ở đây, bốn baseguanine tạo thành một tấm phẳng và những đơn vịphẳng chứa bốn base này xếp xen chồng lẫn nhau hìnhthành nên cấu trúcG-quadruplex(bộ bốn) ổn định.[71]
Sự ổn định của cấu trúc này có được là do liên kết hydrogiữa các cạnh của base và hiện tượngchelat hóacủamột ion kim loại nằm ở trung tâm của khối phẳng bộbốn base.[72]Những cấu trúc khác cũng có thể tồn tại,với trung tâm của bộ bốn base hoặc là một mạch đơngấp xoắn xung quanh các base, hoặc là một vài mạchsong song với nhau, trong đó mỗi mạch đều đóng gópmột base vào cấu trúc trung tâm
Bên cạnh dạng cấu trúc xếp chồng, telomere cũng có
cấu trúc dạng vòng lớn gọi là vòng telomere (telomere loop), hay T-loop Trong cấu trúc này, một mạch đơn
DNA quấn quanh thành một vòng tròn dài ổn định bởicác protein liên kết với telomere.[73] Tại đầu mút tậncùng của T-loop, telomere mạch đơn DNA được giữ ởmột vùng bao bởi DNA mạch kép bằng mạch telomerephân tách mạch kép DNA và thực hiện việc bổ sungcặp base với một trong hai mạch Cấu trúcba mạch
này (triple-stranded DNA) được gọi là vòng chuyển chỗ
(displacement loop) hayD-loop.[71]
DNA phân nhánh có thể tạo thành mạng lưới chứanhiều nhánh
8.1.9 DNA phân nhánh
Ở chuỗi xoắn kép DNA, hiện tượngsờn tước đầu mútxuất hiện khi những đoạn không được bổ sung hiệndiện tại đầu mút của DNA mạch kép a đó, DNAphân nhánh có thể hình thành nếu có một mạch DNAthứ ba xuất hiện và mang những đoạn mới liên hợpvới đoạn không được bổ sung của chuỗi xoắn kép đã bịsờn tước trước đó Dạng đơn giản nhất của DNA phânnhánh chỉ bao gồm ba mạch DNA, tất nhiên là có thểtồn tại thêm nhiều nhánh phức tạp khác.[74]DNA phânnhánh được ứng dụng trongcông nghệ nanođể lắp rápnhững cấu hình phân tử mong muốn
8.2 Những thay đổi hóa học và trình tự của DNA
Cấu trúc của cytosine khi có và không có nhóm5-metyl Sựkhử aminbiến đổi 5-methylcytosine thànhthymine
Trang 358.2 NHỮNG THAY ĐỔI HÓA HỌC VÀ TRÌNH TỰ CỦA DNA 19
8.2.1 Chỉnh sửa base và phương cách đóng
gói DNA
Biểu hiện của gen chịu ảnh hưởng bởi phương cách
đóng gói DNA trong nhiễm sắc thể, thành một cấu
trúc gọi làchất nhiễm sắc(chromatin) Những tác động
chỉnh sửa base có thể xảy ra trong quá trình đóng gói,
với các vùng không có hoặc có mức biểu hiện gen thấp
thông thường chứa các base cytosine ở mứcmetyl hóa
cao Sự đóng gói DNA và ảnh hưởng của nó lên biểu
hiện gen cũng xảy ra bởi hiệu ứng thay đổi liên kết cộng
hóa trị tại lõi protein histonebọc quanh DNA trong
cấu trúc chất nhiễm sắc hoặc bởi phức hệ chất nhiễm
sắc tái mô hình hóa (xemTái mô hình hóa chất nhiễm
sắc(chromatin remodeling)) Do vậy, tác độngxen lẫn
giữa metyl hóa DNA và thay đổi liên kết ở histone có
ảnh hưởng phối hợp đến chất nhiễm sắc và biểu hiện
gen.[75]
Ví dụ, sự metyl hóa cytosine, tạo ra5-methylcytosine,
có vai trò quan trọng đối với sự bất hoạt X của
nhiễm sắc thể (X-inactivation).[76] Mức độ metyl hóa
trung bình thay đổi theo mỗi sinh vật – giun tròn
Caenorhabditis eleganskhông có phản ứng metyl hóa
cytosine, trong khi ở động vật có xương sống có
mức độ cao hơn, lên tới 1% lượng DNA chứa
5-methylcytosine.[77] Tuy 5-methylcytosine có vai trò
quan trọng, nhưng nó vẫn có thể bị khử amin hóa để
chuyển thành base thymine, do đó cytosine metyl hóa
có khuynh hướng gâyđột biến.[78]Những thay đổi base
khác bao gồm sự metyl hóa adenine ở vi khuẩn, sự hiện
diện của5-hydroxymethylcytosinetrongnão,[79]và sự
glycosyl hóacủa uracil tạo thành “Base J” trong các loài
Kinetoplastida.[80][81]
8.2.2 Phá hủy (hư hại)
DNA có thể bị hư hại bởi nhiềutác nhân đột biến, làm
thay đổi trình tự DNA Những tác nhân đột biến bao
gồmcác chất oxy hóa, các chất ankyl hóa cũng như
bức xạ điện từnăng lượng cao nhưtia cực tímvàtia
X Loại DNA hư hại hình thành phụ thuộc vào loại
tác nhân đột biến Ví dụ, tia UV có thể phá hủy DNA
khi tạo rathymine nhị trùng(thymine dimer), nghĩa là
cấu thành liên kết chéo giữa các base pyrimidine với
nhau.[83] Mặt khác, những tác nhân oxy hóa nhưgốc
tự dohayhydro peroxittạo ra nhiều dạng hư hại, bao
gồm tinh sửa base, đặc biệt làguanosine, và làm đứt gãy
chuỗi xoắn kép.[84]Một tế bào điển hình ở người chứa
khoảng 150.000 base chịu sự phá hủy dưới tác nhân oxy
hóa.[85]Trong những tổn hại oxy hóa này, mức độ nguy
hiểm nhất đó là làm chuỗi xoắn kép bị đứt gãy, vì rất
khó để hàn gắn chúng lại và có thể dẫn tới đột biến
điểm(point mutation),đột biến thêm đoạnvàmất đoạn
Một sản phẩm cộng của liên kết cộng hóa trị (covalent adduct) giữa dạng kích hoạt chuyển hóa của benzo[a]pyrene, tác nhân đột biến chính trong khói thuốc lá, với DNA [82] (ở giữa)
trên trình tự DNA, cũng như quá trìnhchuyển đoạnnhiễm sắc thể(chromosomal translocation).[86]Nhữngđột biến này có thể gây raung thư Bởi vì những giớihạn vốn có trong cơ chếsửa chữa DNA, nếu con ngườisống đủ lâu, những hư hại này cuối cùng sẽ dẫn tới sựphát triển của ung thư.[87][88]Những phá hủy DNA màxuất hiện một cáchtự nhiênlà do các quá trình bìnhthường trong tế bào tạo ra các sản phẩm phản ứng vớioxy, chẳng hạn các phản ứng thủy phân của nước trong
tế bào, v.v, cũng xảy ra một cách thường xuyên Mặc dùhầu hết những phá hủy này đều được sửa chữa, nhưngtrong bất kỳ tế bào nào vẫn có một vài DNA hư hại cóthể còn tồn tại mặc cho các hoạt động sửa chữa NhữngDNA bị phá hủy còn sót lại sẽ tích tụ dần theo độ tuổibên trong các mô sau nguyên phân ở động vật Sự tích
tụ này dường như là một nguyên nhân quan trọng dẫntới sự già yếu.[89][90][91]
Nhiều tác nhân đột biến nằm gọn trong không giangiữa hai cặp base liền kề, hay gọi là cácphân tử xen kẹp(intercalation) Hầu hết các phân tử xen kẹp là nhữnghợp chất vòng thơm cấu trúc phẳng; ví dụ:ethidiumbromua,acridine,daunomycinvàdoxorubicin Để chomột phân tử xen kẹp có thể vừa vặn không gian giữahai cặp base, các base phải bị tách ra, bóp méo chuỗiDNA bằng cách tháo xoắn mạch kép Điều này ngăncản quá trình phiên mã và nhân đôi DNA, phát xuấtđộc tính và những đột biến.[92] Kết quả là, các phân
tử xen kẹp vào DNA có thể là tác nhân gây ung
Trang 36thư, và trong trường hợp củathalidomidelàtác nhân
gây quái thai(teratogen).[93]Những phân tử khác như
benzo[a]pyrene diol epoxitvàaflatoxintạo thành sản
phẩm cộng vào DNA dẫn tới các lỗi trong quá trình
nhân đôi.[94]Tuy thế, do khả năng ngăn cản sự phiên
mã và nhân đôi DNA, những độc tố tương tự khác cũng
được sử dụng trong phương pháphóa trị liệuđể ngăn
chặn sự lớn lên nhanh chóng của các tế bào ung thư.[95]
8.3 Chức năng sinh học
Vị trí của DNA nhân chứa trong chất nhiễm sắc bên trong nhân
tế bào của tế bào nhân thực.
DNA thông thường hiện diện trong nhiễm sắc thể dạng
thẳng ở sinh vật nhân thực, và nhiễm sắc thể dạng vòng
ở sinh vật nhân sơ Nhiễm sắc thể (chromosome) thực
chất làchất nhiễm sắc(chromatin) bị co xoắn từ kỳ đầu
của quá trình phân bào Còn chất nhiễm sắc chính là
phức hợp giữa chuỗi xoắn kép DNA với các protein
histone và phi histone gói gọn thành một cấu trúc cô
đặc Điều này cho phép các phân tử DNA rất dài nằm
gọn trong nhân tế bào Cấu trúc vật lý của nhiễm sắc
thể và chất nhiễm sắc thay đổi luân phiên tùy thuộc vào
từng giai đoạn của chu kỳ tế bào Tập hợp các nhiễm
sắc thể trong một tế bào tạo thànhbộ gencủa nó;bộ
gen ngườicó xấp xỉ 3 tỷ cặp base DNA xếp thành 46
nhiễm sắc thể.[96]ông tin chứa trong DNA tổ chức
dưới dạng trình tựcủa các đoạn DNA gọi là gen Sự
kế thừathông tin di truyền trong gen được thực hiện
thông qua các cặp base bổ sung Ví dụ, trong quá trình
phiên mã, khi một tế bào sử dụng thông tin ở một gen,
trình tự DNA sẽ được sao mã vào trình tự bổ sung
RNA thông qua lực hút giữa DNA và các nucleotide
chính xác của RNA ông thường, bản sao RNA này
được dùng làm khuôn mẫu để xác địnhtrình tựcác axit
amino trong quá trình dịch mã, thông qua sự tương tác
giữa các nucleotide RNA Trong quá trình khác, một tế
bào có thể tự sao chép thông tin di truyền của nó bằng
quá trình nhân đôi DNA Chi tiết của những chức năng
này được nêu trong những bài viết liên quan; bài này
tập trung vào tương tác giữa DNA và các phân tử khác
mà đảm trách các chức năng của bộ gen
Hình minh họa những mức độ co xoắn từ DNA đến nhiễm sắc thể kép tại kỳ giữa của quá trình phân bào: Chuỗi xoắn kép DNA 2
nm, cấu trúc nucleosome, chuỗi nucleosome (sợi cơ bản) 10 nm, sợi chất nhiễm sắc 30 nm, sợi siêu xoắn 300 nm, chromatid 700
nm và nhiễm sắc thể kép 1400 nm ở mức xoắn cực đại Xem video trực quan.
8.3.1 Gen và bộ gen
Gen là một đoạn của DNA mã hóa các thông tin chức năng sinh học Nhiễm sắc thể chứa một chuỗi DNA dài trên đó bao gồm rất nhiều gen Một nhiễm sắc thể ở người có thể chứa tới 500 triệu cặp base với hàng nghìn gen.
DNA chứa các đoạn gen được gói gọn và xếp chặt có thứ
tự bởi quá trìnhcô đặc DNA(DNA condensation), để có
thể vừa vặn trong một thể tích nhỏ của tế bào Ở sinhvật nhân thực, DNA nằm trongnhân tế bào, cùng vớimột lượng nhỏ nằm trongty thểvàlục lạp Ở sinh vậtnhân sơ, DNA nằm trong một thể có hình dạng khôngđều giữa tế bào chất, gọi làthể nhân (hoặc vùng nhân,
nucleoid).[97]ông tin di duyền trong một bộ gen đượclưu trữ bởi các gen, và tập hợp toàn bộ các gen trong
tế bào của cơ thể thuộc một loài sinh vật được gọi làkiểu gen Mỗi gen là một đơn vị củatính di truyềnvà
là một đoạn của DNA có ảnh hưởng tới một đặc tính cụthể trong cơ thể sinh vật Các gen chứa mộtkhung đọc
mở(open reading frame) có thể được phiên mã, cùngvới các vùngtrình tự điều hòa(regulatory sequence)nhưvùng khởi động(promoter) và vùng tăng cường(enhancer) có khả năng điều hòa quá trình phiên mãcủa khung đọc mở
Ở nhiềuloài, chỉ một phần nhỏ trong tổng số trình tựcủa bộ gen là mã hóa cho protein Ví dụ, chỉ khoảng1,5% bộ gen người chứa các đoạn exon mã hóa choprotein, trong khi trên 50% DNA ở người chứa cáctrình tự lặp lại không mã hóa (non-coding repeatedsequence).[98]Những lý do cho sự có mặt của rất nhiềuDNA không mã hóaở bộ gen của sinh vật nhân thực và
sự cách biệt rất lớn trongkích cỡ bộ gen, haygiá trị C,
Trang 378.3 CHỨC NĂNG SINH HỌC 21
giữa các loài đã đưa đến một vấn đề nan giải lâu năm
gọi là “nghịch lý giá trị C”.[99]Tuy nhiên, một số trình
tự DNA không mã hóa protein vẫn có thể có chức năng
mã hóa các phân tửRNA không mã hóatham gia vào
quá trìnhđiều hòa biểu hiện gen.[100]
T7 RNA polymerase (xanh lam) đang tổng hợp mRNA (xanh lục
ở giữa) từ mạch mẫu DNA (vàng) [101]
Một số trình tự DNA không mã hóa đóng vai trò cấu
trúc bộ khung trong nhiễm sắc thể.Telomerevà tâm
động(centromere) điển hình chỉ chứa vài gen, nhưng
lại có vai trò quan trọng đối với chức năng và sự ổn
định của nhiễm sắc thể.[68][102] Một dạng DNA không
mã hóa xuất hiện ở người gọi làgen giả(pseudogene),
là những bản sao của gen nhưng đã bị bất hoạt do tác
động của đột biến.[103]Những trình tự này thường chỉ
là cáchóa thạchphân tử, mặc dù chúng có thể phục vụ
như là vật liệu di truyền dạng thô cho sự sản sinh gen
mới thông qua quá trìnhnhân đôi(gene duplication)
Mã di truyền: DNA, qua trung gian RNA thông tin, mã hóa cho
protein với các bộ ba mã hóa.
Mỗi gen là một đoạn trình tự DNA chứa thông tin di
truyền và có thể ảnh hưởng đếnkiểu hìnhcủa sinh vật
Bên trong một gen, trình tự các base dọc theo một mạch
DNA xác định nên trình tự củaRNA thông tin, rồi từ
đó xác lập nên trình tự của một hay nhiều protein Mối
liên hệ giữa trình tự nucleotide của các gen và trình tự
cácaxit aminocủa protein được xác định bởi những quy
tắc trong quá trìnhdịch mã, được biết đến với cái tên
bộmã di truyền Mỗi mã di truyền chứa bộ ba 'chữ cái'
gọi là triplet (bộ ba mã gốc) trên DNA hay codon (bộ ba
mã sao) trên mRNA hay anticodon (bộ ba đối mã) trên
tRNA tạo thành một trình tự gồm ba nucleotide (v.d.ACT, CAG, TTT trên mạch gốc DNA)
Trong quá trình phiên mã, các triplet của một gen đượcsao chép sang RNA thông tin thành các codon tươngứng bằng enzymeRNA polymerase Bản sao RNA nàysau đó được giải mã bởiribosomethông qua hoạt độngđọc trình tự RNA bằng cách bổ sung cặp base trongRNA thông tin vớiRNA vận chuyển, loại phân tử mangtheo axit amino Vì có bốn loại base khác nhau được
tổ hợp thành các mã bộ ba, do vậy có tất cả 64 codon(tổ hợp 43) Tất cả chúng được phân bổ để mã hóa cho
20 loạiaxit amino cơ bảncủa sự sống, do đó một axitamino có thể có nhiều hơn một codon mã hóa cho nó.Bên cạnh đó cũng có ba codon 'kết thúc' hoặc 'vô nghĩa'(nonsense) đánh dấu điểm kết thúc của một vùng mãhóa; chúng là các codon UAA, UAG và UGA (tương ứngvới các triplet TAA, TAG và TGA)
DNA-Polymerase (Polα)
Lagging strand
Okazaki fragment
Leading strand
Topoisomerase DNA Polymerase (Polδ)
DNA-ligase RNA primer
DNA primase
Helicase Single strand, Binding proteins
Nhân đôi DNA Chuỗi xoắn kép được tháo xoắn theo chiều 3'
→ 5' bởi enzyme topoisomerase và cắt tách hai mạch đơn bởi enzyme helicase Tiếp theo, một DNA polymerase lần lượt liên kết liên tục các nucleotide tự do từ môi trường nội bào với các nucleotide trên mạch khuôn có chiều 3' → 5' tổng hợp nên mạch dẫn đầu (leading strand) theo nguyên tắc bổ sung Những DNA
polymerase khác liên kết với mạch khuôn có chiều 5' → 3' ngược với chiều tháo xoắn tổng hợp nên mạch theo sau(lagging strand)
thành những đoạn ngắt quãng gọi là đoạn Okazaki Sau đó, các đoạn Okazaki này sẽ được nối lại với nhau bởi enzyme DNA ligase.
8.3.3 Nhân đôi DNA (sao chép, tái bản)
Phân bào là quá trình cơ bản của sinh vật để có thểsinh trưởng, nhưng khi một tế bào phân chia, nó phảinhân đôi DNA trong bộ gen của nó sao cho hai tếbào con có cùng thông tin di truyền như của tế bào
mẹ Cấu trúc mạch kép DNA giúp hình thành một cơchế đơn giản cho quá trìnhnhân đôiDNA Ở đây, haimạch đơn tháo xoắn tách rời nhau và mỗi mạch mới
bổ sung với mỗi mạch gốc được tổng hợp bằng mộtloạienzymegọi làDNA polymerase Enzyme này tạo
ra những mạch mới bằng cách tìm những nucleotide
tự do từ môi trường nội bào và gắn kết chính xác với
Trang 38nucleotide trên mạch gốc ban đầu theo nguyên tắc bổ
sung Vì DNA polymerase chỉ tổng hợp mạch mới theo
chiều 5′ → 3′, do vậy trên mạch khuôn có chiều 3' → 5'
thì mạch bổ sung được tổng hợp liên tục do cùng chiều
với chiều tháo xoắn.[105]Còn trên mạch khuôn có chiều
5' → 3' thì mạch bổ sung được tổng hợp ngắt quãng tạo
nên các đoạn ngắn gọi làđoạn Okazakido ngược chiều
với chiều tháo xoắn, sau đó các đoạn này được nối lại
với nhau nhờ enzyme nốiDNA ligase.[106]
8.3.4 Axit nucleic ngoại bào
DNA ngoại bào trần (extracellular DNA - eDNA), hầu
hết được giải phóng khi tế bào chết đi, xuất hiện khắp
nơi trong môi trường Mức độ tập trung của nó trong
đất có thể lên tới 2 μg/lít, và trong môi trường nước
tự nhiên lên tới 88 μg/lít.[107]Đã có một số chức năng
khả thi của eDNA được đề xuất: nó có thể tham gia vào
vận chuyển ngang gen;[108] cung cấp dinh dưỡng;[109]
và có khả năng hoạt động như một chất đệm để khôi
phục hoặc chuẩn độ ion hoặc tính kháng sinh.[110]DNA
ngoại bào hoạt động như một thành phần chức năng
của chất nền ngoại bào trong lớp màng vi sinh vật
(phim sinh học - biofilm) của một số loài vi khuẩn Nó
có thể hoạt động như một nhân tố nhận diện để điều
phối sự bám dính và phân tán của một số loại tế bào
đặc hiệu trong phim sinh học;[111]hoặc đóng góp vào
sự hình thành phim sinh học;[112]cũng như đóng góp
vào đặc tính vật lý chắc chắn của phim sinh học và sức
đề kháng trước những căng thẳng sinh học (biological
stress).[113]
8.4 Tương tác với protein
Mọi chức năng của DNA phụ thuộc vào tương tác với
protein Nhữngtương tác proteinnày có thể không đặc
hiệu hoặc đặc hiệu khi protein liên kết với một trình
tự DNA cụ thể Các enzyme cũng liên kết với DNA và
trong số này, những enzyme polymerase sao chép trình
tự base của DNA trong quá trình phiên mã và nhân đôi
DNA có vai trò đặc biệt quan trọng
8.4.1 Protein liên kết DNA
Tương tác của DNA (màu cam) với protein histone
(màu lam) Những axit amino cơ bản của protein liên
kết với các nhóm phosphat tính axit trên DNA
Các protein cấu trúc liên kết với DNA là những ví dụ
đã được nghiên cứu khá kĩ về tương tác không đặc hiệu
DNA-protein Bên trong nhiễm sắc thể, DNA được giữ
trong phức hợp với protein cấu trúc Những protein này
tổ chức DNA thành một cấu trúc thắt đặc gọi làchất
nhiễm sắc(chromatin) Trong sinh vật nhân thực, cấutrúc này bao gồm DNA liên kết với phức hợp các đơn
vị protein cơ sở nhỏ gọi làhistone, trong khi ở sinh vậtnhân sơ lại có nhiều loại protein tham gia hơn.[114][115]Các histone tạo thành một phức hợp dạng đĩa gọi lànucleosome, với chuỗi xoắn kép DNA bao quanh bềmặt cấu trúc bằng hai vòng xoắn Những tương táckhông đặc hiệu được hình thành thông qua các phần dư
cơ bản trong histone, tạo raliên kết ionvới bộ khungđường-phosphat có tính axit của DNA, và do vậy phầnlớn tương tác là độc lập với trình tự các base.[116]Nhữngphản ứng hóa học làm thay đổi các axit amino cơ bảnnày bao gồm phản ứngmetyl hóa,phosphoryl hóavàacetyl hóa.[117] Những thay đổi hóa học này làm ảnhhưởng tới cường độ tương tác giữa DNA và histone,khiến cho cácnhân tố phiên mãtrở nên dễ dàng hoặckhó tiếp cận được với DNA và do vậy thay đổi tốc độquá trình phiên mã.[118] Những protein liên kết DNAkhông đặc hiệu khác trong chất nhiễm sắc bao gồmcác nhóm protein có tính linh động cao mà khi liên kết
có thể uốn hoặc làm vặn DNA.[119]Các protein này cóvai trò quan trọng trong việc sắp uốn nucleosome vàxếp đặt chúng thành những cấu trúc lớn hơn tạo thànhnhiễm sắc thể.[120]
Có một nhóm protein liên kết DNA đặc biệt là cácprotein chỉ liên kết đặc hiệu với một mạch đơn DNA
Ở người,protein A phục vụ quá trình nhân đôi DNA
là protein được hiểu biết rõ ràng nhất trong nhómnày và tham gia vào những quá trình khi hai mạchxoắn kép đã tách rời nhau, bao gồm sao chép DNA,tái tổ hợp và sửa chữa DNA.[121] Những protein liênkết này giúp ổn định hóa mạch đơn DNA và bảo vệ nókhỏi hiện tượng hình thành cấu trúcvòng gấp kẹp tóc
(stem-loop/hairpin loop) hoặc bị phân cắt bởi enzymenuclease
Ngược lại, có những protein khác phải biến đổi cấu hình
để liên kết với những trình tự DNA riêng biệt Lĩnh vựcnghiên cứu sâu rộng nhất về những protein này đó lànghiên cứu nhiều loạinhân tố phiên mã(transcriptionfactor) khác nhau, đây chính là các protein điều hòaquá trình phiên mã Mỗi nhân tố phiên mã liên kếtvới một tập hợp cụ thể các trình tự DNA và kích hoạthoặc ức chế hoạt động phiên mã của gen tại nhữngtrình tự gần vớivùng khởi độngcủa chúng Nhân tốphiên mã thực hiện vai trò này theo hai cách Đầutiên, chúng có thể gắn với RNA polymerase chịu tráchnhiệm cho quá trình phiên mã, hoặc trực tiếp hoặc giántiếp thông qua các protein trung gian; giúp định vịpolymerase tại vùng gen khởi động và cho phép bắtđầu phiên mã.[123]Hoặc cách khác, nhân tố phiên mã
có thể gắn vớienzymelàm biến đổi các histone ở vùngkhởi động Điều này làm thay đổi khả năng tiếp cậncủa polymerase với mạch khuôn DNA.[124]
Do những DNA đích này xuất hiện trong toàn thể bộgen sinh vật, vì vậy những thay đổi trong hoạt động củamột loại nhân tố phiên mã có thể ảnh hưởng tới hàngnghìn gen.[125] Hệ quả là, những protein này thường
Trang 398.4 TƯƠNG TÁC VỚI PROTEIN 23
Protein nhân tố ức chế phiên mã lambda motif cấu trúc
xoắn-ngoặt-xoắn (helix-turn-helix - HTH) gắn vào DNA đích [122]
là mục tiêu của các quá trìnhtruyền tín hiệu tải nạp
(signal transduction) mà điều khiển sự đáp ứng đối với
những thay đổi của môi trường hoặcbiệt hóa tế bào
và điều khiển sự phát triển Nét đặc trưng của những
tương tác của các nhân tố phiên mã với DNA đến từ
các protein tạo nhiều tiếp xúc với các cạnh của các base
DNA, cho phép chúng "đọc” được trình tự DNA Phần
lớn những tương tác với base diễn ra ở rãnh lớn, nơi có
thể tiếp xúc nhiều nhất với các base.[34]
Enzyme giới hạn EcoRV (xanh lục) trong phức hệ với cơ chất
ra trình tự gồm 6 base 5′-GATATC-3′ và thực hiện việccắt theo một đường nằm ngang Trong tự nhiên, nhữngenzyme này bảo vệ vi khuẩn chống lại sự tấn côngcủathể thực khuẩnbằng cách tiêu hóa DNA thể thựckhuẩn khi chúng xâm nhập vào tế bào vi khuẩn, lúc nàycác enzyme hoạt động như một phần tronghệ thốnghạn chế cải biến(restriction modification system).[127]Trong công nghệ sinh học, những nuclease hoạt độngvới các trình tự đặc hiệu được sử dụng trongtách dòngphân tử (molecular cloning) và kỹ thuật nhận diệnDNA(DNA profiling)
Minh họa cấu trúc chạc tái bản (replication fork):
a: mạch khuôn, b: mạch dẫn đầu (leading strand), c: mạch theo sau (lagging strand), d: chạc tái bản, e: đoạn mồi RNA, f: các đoạn Okazaki
Những enzyme có chức năng nối lại những đoạn DNA
bị cắt hoặc bị đứt gãy được gọi làDNA ligase.[128]Ligaseđặc biệt quan trọng trong việc nối lại cácmạch theo saungắt quãng của DNA, tức là các đoạn Okazaki tại chạctái bản thành một bản sao hoàn chỉnh từ mạch khuônDNA Chúng cũng tham gia vào việcsửa chữa DNAvàtái tổ hợp di truyền.[128]
Topoisomerase và helicase
Topoisomeraselà những enzyme mang hoạt tính củanuclease lẫn ligase Những protein này có khả năngthay đổi số lượng các nútsiêu xoắntrong cấu trúc DNA.Một số enzyme trong nhóm này thực hiện hoạt độngcắt chuỗi xoắn ốc DNA và cho phép một phần phân tửquay được, do vậy làm giảm mức siêu xoắn của nó; saucuối enzyme sẽ gắn khít hoàn chỉnh lại đoạn DNA bị
Trang 40gãy.[46] Những loại enzyme khác có thể cắt một chuỗi
xoắn kép DNA và rồi kéo một mạch DNA thứ hai vào vị
trí cắt này, trước khi thực hiện việc nối lại chuỗi xoắn
kép.[129] Topoisomerase cần thiết cho nhiều quá trình
liên quan đến DNA, như nhân đôi và phiên mã.[47]
Helicaselà những protein thuộc một trong những loại
động cơ phân tử Chúng sử dụng năng lượng hóa
học trongnucleoside triphosphat, nổi bật làadenosine
triphosphat(ATP), để phá vỡ liên kết hydro giữa các
base và tháo xoắn chuỗi kép DNA thành hai mạch
đơn.[130]Những enzyme này có vai trò quan trọng thiết
yếu đối với hầu hết quá trình nơi các enzyme cần thiết
phải tương tác với các base DNA
Polymerase
Ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử của DNA: các đơn vị rRNA
của Chrironumus pallidivitatus (chụp năm 2005).
Polymeraselà những enzyme thực hiện tổng hợp mạch
polynucleotide từ nucleoside triphosphat Tính tuần
tự của các sản phẩm của chúng được sinh ra dựa
trên những mạch polynucleotide đã có—gọi là mạch
khuôn Những enzyme này hoạt động bằng lần lượt
thêm vào một nucleotide tại nhóm 3′hydroxylở điểm
cuối của mạch polynucleotide đang phát triển Kết quả
là, mọi polymerase hoạt động luôn theo chiều từ đầu
5′ đến đầu 3′.[131] Tại trung tâm hoạt động của các
enzyme này, phân tử nucleoside triphosphat đi đến
ghép cặp với base của mạch khuôn: điều này cho phép
polymerase tổng hợp một cách chính xác mạch bổ sung
đối với mạch khuôn của nó Các polymerase được phân
loại theo các nhóm mạch khuôn mà chúng sử dụng
Trong quá trình sao chép DNA,DNA polymerasephụ
thuộc DNA tạo nên những bản sao của những mạch
polynucleotide DNA Để bảo toàn thông tin sinh học,điều cơ bản là trình tự của các base trong mỗi bản sao làtrình tự bổ sung chính xác cho trình tự base trong mạchkhuôn mẫu Nhiều DNA polymerase có hoạt tínhđọc
và sửa sai(proofreading) Ở đây, polymerase nhận racác lỗi thường xuất hiện trong phản ứng tổng hợp do
sự thiếu đi những base ghép cặp giữa các nucleotidekhông khớp với nhau Nếu polymerase phát hiện một
sự không ăn khớp, hoạt tínhexonuclease3'−5′ được
kích hoạt và base không khớp nào được phát hiện sẽ bịcắt bỏ.[132]Trong hầu hết các sinh vật, DNA polymerasehoạt động trong một phức hệ lớn gọi làreplisomecóchứa nhiều tiểu đơn vị phụ, như protein kẹp DNA(DNA clamp) hayhelicase.[133]
DNA polymerase phụ thuộc RNA là những loạipolymerase chuyên biệt thực hiện sao chép trình tự củamạch RNA sang DNA Chúng bao gồmenzyme phiên
mã ngược(reverse transcriptase, RT), ví dụ như mộtenzyme của virut retrovirus tham gia vào quá trìnhxâm nhập tế bào, vàtelomerase, cần cho quá trình saochép telomere.[67][134] Telomerase là một polymerasekhác thường bởi vì nó chứa chính mạch khuôn RNA của
nó như là một phần trong cấu trúc của enzyme này.[68]
Sự phiên mã được thực hiện bởiRNA polymerasephụthuộc DNA thông qua quá trình sao chép trình tự củamạch DNA sang RNA Để bắt đầu giải mã một gen,RNA polymerase gắn với một trình tự của DNA gọi
là vùng khởi động (promoter) và tách hai mạch DNA
khỏi nhau Sau đó nó sao chép trình tự gen vào mộtRNA thông tincho đến khi nó đi đến vùng kết thúc
(terminator) của DNA, nơi RNA polymerase dừng lại vàtách khỏi DNA Với DNA polymerase phụ thuộc DNA
ở người,RNA polymerase II, enzyme thực hiện phiên
mã hầu hết các gen trong bộ gen người, hoạt động như
là một phần của mộtphức hệ proteinlớn với nhiều tiểuđơn vị phụ và vùng điều hòa khác nhau.[135]
8.5 Tái tổ hợp di truyền
Cấu trúc của thể trung gianđiểm giao Hollidaytrongtái tổ hợp di truyền Bốn đoạn mạch DNA tách rời cómàu đỏ, lam, lục và vàng.[136]
Chuỗi xoắn kép DNA thường không tương tác vớinhững đoạn khác của DNA, và trong tế bào người cácnhiễm sắc thể khác nhau thậm chí còn nằm ở nhữngvùng tách biệt trong nhân tế bào gọi là "vùng nhiễm sắcthể" (chromosome territory).[137]Sự tách biệt về khônggian giữa các nhiễm sắc thể khác nhau là quan trọngđối với khả năng hoạt động của DNA như là nơi lưugiữ ổn định thông tin di truyền, khi một vài lần nhiễmsắc thể tương tác trong sựtrao đổi chéo nhiễm sắc thểxảy ra trong quá trìnhsinh sản hữu tính, khi ấy tái tổ
