CHUYEN DE HSG 12

- Do các cặp nuclêôtit liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung đã đảm bảo chochiều rộng của chuỗi xoắn kép bằng 20 Å , khoảng cách giữa các bậc thang trênchuỗi xoắn bằng 3,4Å, phân tử

Chuyên đề - DI TRUYỀN HỌC Chương I: CƠ CHẾ DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ

I BẰNG CHỨNG ADN LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN

- Năm 1869 các nhà bác học phát hiện thấy axit đêoxiribonuclêic ở trong nhân

tế bào bạch cầu của người, nhưng lúc này chức năng của nó chưa biết

- Năm 1910 người ta đã biết có hai nhóm axit nuclêic là ADN và ARN khiphân tích thành phần của axit nuclêic

- Năm 1924 những nghiên cứu hiển vi có sử dụng phương pháp nhuộm màuADN và Prôtêin cho thấy cả hai chất này có trong NST

- Những bằng chứng gián tiếp khác cũng đã gợi ra mối quan hệ giữa ADN vàvật chất di truyền như: hầu hết các tế bào xôma của một loài nhất định đều chứa mộtlượng ADN không đổi trong khi đó hàm lượng ARN và số lượng cũng như số loạiprôtêin lại rất khác nhau ở những kiểu tế bào khác nhau Nhân của giao tử ở cả thựcvật và động vật có hàm lượng ADN chỉ bằng một nửa của nhân tế bào xôma cùngloài

*Thí nghiệm chứng minh ADN là vật chất di truyền:

Bệnh viêm phổi ở động vật có vú là do những nòi vi khuẩn Streptococucuspneumonniea có khả năng tổng hợp vỏ polisaccarit vở này bảo vệ vi khuẩn chống lạicác cơ chế kháng lại vi khuẩn làm cho vi khuẩn có thể gây bệnh Khi vi khuẩn pháttriển trên môi trường nuôi cấy đặc phát triển thành khuẩn lạc Vi khuẩn có vỏ bọccho khuẩn lạc bóng nhẵn (gọi là S: smooth) Nòi đột biến của Pneumonniae bị mấtenzim cần cho sự tổng hợp vỏ pôlisaccarit tạo khuẩn lạc nhăn nheo (kí hiệu là R:rough) Các nòi R không gây bệnh viêm phổi

Tác giả F.Griffith (1928) đã khám phá ra rằn những con chuột bị tiêm đồng

thời một lượng nhỏ vi khuẩn R sống và một lượng lớn tế bào S đã bị chết vì nhiệt lại

bị chết do viêm phổi Vi khẩn được phân lập từ máu của những mẫu chuột chết là vikhuẩn S

Năm 1944 Avery, Macleod và Mc Cartey đã chứng minh được nhân tố biến

nạp trong thí nghiệm của Griffith là ADN

II CẤU TRÚC, CƠ CHẾ TỔNG HỢP, TÍNH ĐẶC TRƯNG ADN

1 Cấu trúc ADN

1.1 Cấu trúc hoá học của ADN

- ADN tồn tại chủ yếu trong nhân tế bào, cũng có mặt ở ti thể, lạp thể ADN là một

loại axit hữu cơ có chứa các nguyên tố chủ yếu C, H, O, N và P (hàm lượng P có từ

- Trên mạch đơn của phân tử các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết hoá trị làliên kết hình thành giữa đường C5H10O4 của nuclêôtit này với phân tử H3PO4 của

nuclêôtit bên cạnh, (liên kết này còn được gọi là liên kết photphodieste) Liên kết

photphodieste là liên kết rất bền đảm bảo cho thông tin di truyền trên mỗi mạch đơn

ổn định kể cả khi ADN tái bản và phiên mã

- Từ 4 loại nuclêôtit có thể tạo nên tính đa dạng và đặc thù của ADN ở các loài sinhvật bởi số lượng, thành phần, trình tự phân bố của nuclêôtit

- Xét tỷ lệ thành phần nồng độ phân tử gam của các Bazơ trong ADN thấy chúng thểhiện hai đặc điểm quan trọng sau:

+ Nồng độ của các bazơ purin bằng nồng độ các bazơ pirimidin

[purin] = [A] + [G] = [pirimidin] = [X] + [T]

+ Nồng độ của Ađênin và Timin là bằng nhau, còn nồng độ của Guanin vàXittozin là bằng nhau [A] = [T] ; [G] = [X]

+Xét tỷ lệ cá bazơ [G][X[G]][[X A]] [T] đôi khi còn được gọi là tỷ lệphần trăm của G + X, tỷ lệ này thay đổi giữa các loài khác nhau, nhưng ổn định ởtrong tất cả các tế bào của một cơ thể và của loài

1.2 Cấu trúc không gian của ADN

Vào năm 1953, J.Oatxơn và F.Cric đã xây dựng mô hình cấu trúc không giancủa phân tử ADN

*Mô hình ADN theo J.Oatxơn và F.Cric có đặc trưng sau:

+ Là một chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch pôlinuclêôtit xoắn đều quanh một trục theochiều từ trái sang phải như một thang dây xoắn, mà 2 tay thang là các phân tử đường(C5H10O4) và axit phôtphoric sắp xếp xen kẽ nhau, còn mỗi bậc thang là một cặpbazơ nitric đứng đối diện và liên kết với nhau bằng các liên kết hiđrô theo nguyên tắc

bổ sung, nghĩa là một bazơ lớn (A hoặc G) được bù bằng một bazơ bé (T hoặc X)hay ngược lại Do đặc điểm cấu trúc, ađenin chỉ liên kết với timin bằng 2 liên kếthiđrô và guanin chỉ liên kết với xitôzin bằng 3 liên kết hiđrô

- Do các cặp nuclêôtit liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung đã đảm bảo chochiều rộng của chuỗi xoắn kép bằng 20 Å , khoảng cách giữa các bậc thang trênchuỗi xoắn bằng 3,4Å, phân tử ADN xoắn theo chu kỳ xoắn, mỗi chu kỳ xoắn có 10cặp nuclêôtit có chiều cao 34Å

- Ngoài mô hình của J.Oatxơn, F.Cric nói trên đến nay người ta còn phát hiện ra 4dạng nữa đó là dạng A, C, D, Z các mô hình này khác với dạng B (theo Oatxơn,Cric) ở một vài chỉ số: số cặp nuclêôtit trong một chu kỳ xoắn, đường kính, chiềuxoắn

- Ở một số loài virut và thể ăn khuẩn ADN chỉ gồm một mạch pôlinuclêôtit ADNcủa vi khuẩn, ADN của lạp thể, ti thể lại có dạng vòng khép kín

2 Cơ chế và ý nghĩa quá trình tái bản ADN

2.1 Quá trình tái bản ADN

Vào kì trung gian của phân bào nguyên phân, giảm phân ADN trở về trạngthái ổn định Dưới tác dụng của enzim ADN-polimeraza, các liên kết hiđro bị cắt 2mạch đơn của ADN tách nhau ra, trên mỗi mạch đơn các nuclêôtit lần lượt liên kết

với các nuclêôtit tự do của môi trường theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) (A liên kết với T bằng 2 liên kết hiđrô, G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô, và ngược lại) Kết

quả từ một phân tử ADN mẹ hình thành 2 phân tử ADN con, trong mỗi ADN con cómột mạch là nguyên liệu cũ, 1 mạch là nguyên liệu mới được xây dựng nên, theonguyên tắc bán bảo toàn

*Cần lưu ý : enzim ADN-polimeraza chỉ có tác dụng tổng hợp các mạch đơn

mới theo chiều 5’ – 3’ Nên trên phân tử ADN mẹ, mạch (3’ – 5’) được sử dụng làmkhuôn tổng hợp liên tục Còn trên mạch đơn mẹ (5’ – 3’) được tổng hợp theo chiều

ngược lại (tổng hợp giật lùi) tạo thành từng đoạn ngắn mỗi đoạn được gọi là đoạn Okazaki.

2.2 Ý nghĩa quá trình tái bản ADN

Sự tổng hợp ADN là cơ sở hình thành NST, đảm bảo cho quá trình phân bàonguyên phân, giảm phân, thụ tinh xảy ra bình thường, thông tin di truyền của loàiđược ổn định Ở cấp độ tế bào và cấp độ phân tử qua các thế hệ Nhờ đó con sinh ragiống với bố mẹ, ông bà tổ tiên

III MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ADN

+ Nhiệt độ ở đó một nửa số phân tử ADN sợi kép bị tách hoàn toàn thành hai

mạch đơn được gọi là nhiệt độ nóng chảy, kí kiệu là T m Đối với mỗi phân tử ADN

giá trị T m phụ thuộc vào thành phần, tỷ lệ và vị trí sắp xếp của các cặp nuclêôtit trong

ADN Trong phân tử ADN có tỷ lệ GX càng cao thì giá trị T m càng lớn và ngược lại.Ngoài ra nếu phân tử ADN có số đoạn trình tự lặp lại liên tục càng nhiều thì nhiệt độ

biến tính T m cũng càng cao Người ta ước tính nếu số liên kết GX trong phân tử

ADN giảm đi 1% thì nhiệt độ biến tính T m giảm đi 0.40c Trong điều kiện bình

thường T m của một phân tử ADN thường nằm trong khoảng 85 – 950c

+ Để ước tính nhiệt độ biến tính của một phân tử ADN có kích thước ngănhơn hoặc bằng 25bp sử dụng công thức Wallace (1989)

T m = 2 0 C x (A + T) + 4 0 C x (G + X) + Còn đối với phân tử ADN dài hơn 25bp T m được tính theo công thứcMeinkoth – Wahl (1989)

T m = 81.5 0 C + 16.6(log 10 [Na + ] + 0.41(%[G+X]) – (500/n – 0.61(%FA)

Trong đó: [Na+] là nồng độ Na+,

Trong đó n : là chiều dài chuỗi ADN được nhân bản (FA = formamide)

* Sau khi biến tính, nếu như các tác nhân biến tính loại khỏi môi trường thìphân tử ADN sợi kép có khả năng hồi tính Lúc này hai mạch đơn đã tách nhau ratrong quá trình biến tính sẽ liên kết trở lại theo nguyên tắc Chargaff để hình thànhnên cấu trúc chuỗi xoắn kép Tuy vậy nếu nhiệt độ hạ quá đột ngột sự hồi tính có thểkhông diễn ra Lúc đó phân tử ADN sẽ ở dạng vô định hình hoặc có cấu trúc bị rốiloạn do các mạch đơn bị đứt ở nhiều điểm Một số tác nhân gây biến tính ADN vĩnhviễn Đặc tính biến tính của ADN được ứng dụng trong việc phát minh ra máy nhân

gen PCR (polymerase chain reaction) Đây là phương pháp nhân bản các đoạn trình

tự ADN trong điều kiện invitro

2 Các bazơ có thể văng ra ngoài

Tính chất hoá năng của chuỗi xoắn kép của ADN ưu tiên cho sự kết cặp giữa một bazơ trên mạch polynu này với một bazơ bổ sung với nó trên mạch polynu đối diện Tuy nhiên một bazơ đơn lẻ có thể văng ra ngoài khung đường – phosphate của chuỗi xoắn kép và áp sát với vị trí xúc tác của các enzim

3 ADN có thể ở dạng sợi đơn hay sợi kép, mạch thẳng hay vòng

Ví dụ ADN của E.coli là phân tử ADN kép vòng kín có khoảng 4.7 triệu bpdài khoảng 1300µm

4 Tính đặc trưng của phân tử ADN.

+ Đặc trưng bởi số lượng, thành phần trình tự phân bố các nuclêôtit, vì vậy từ 4 loạinuclêôtit đã tạo nên nhiều loại phân tử ADN đặc trưng cho mỗi loài

+ Đặc trưng bởi tỷ lệ :

+ Đặc trưng bởi số lượng, thành phần trình tự phân bố các gen trong từng nhóm genliên kết

5)Tính không đặc trưng của ADN

* Được thể hiện ở :Cấu trúc xoắn kép, cấu tạo đơn giản

- Liên kết hóa học như liên kết photphođieste ,hyđrô Nguyên tắc bổ sung giữa cáccặp bazơ nitric

6)Tính ổn định của ADN

ADN đặc trưng cho mỗi loài và được di truyền qua các thế hệ tế bào và qua cácthế hệ của loài nhờ

a) Ở cấp độ tế bào do kết hợp của 3 cơ chế : nguyên phân , giảm phân ,thụ tinh

b) Ở cấp độ phân tử do cơ chế tự nhân đôi của ADN

- Diển biến của cơ chế này sách giáo khoa đã trình bày kĩ vì vậy chỉ lưu ý một số ýquan trọng khác

+ Sự tái bản diễn ra nhanh và chính xác do sự hiện diện của một số enzim đặc trưngnhư các loại ADN-polimeraza(I , II ,III .),Nucleaz (gồm endocuclêaz vàexonuclêaz)

+ Tốc độ tái bản có thể khác nhau tùy theo loài

+ Các ADN -polimeraza chỉ xúc tác cho quá trình bổ sung theo hướng từ 3' đến 5'của mạch khuôn

7) Tính không ổn định ADN :

Do các tác nhân lí hóa của môi truờng ngoài hoặc do cấu trúc gen kém bền vững

và những biến đổi sinh lí nội bào mà cấu trúc ADN có thể bị thay đổi tạo thành cácdạng đột biến gen

IV CẤU TRÚC, CƠ CHẾ TỔNG HỢP VÀ Ý NGHĨA TỔNG HỢP ARN

- Trên mạch phân tử các ribônuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hoá trị giữađường C5H10O5 của ribonuclêôtit này với phân tử H3PO4 của ribônuclêôtit bên cạnh

- Có 3 loại ARN: rARN chiếm 70-80%, tARN chiếm 10-20%, mARN chiếm 5-10%.

- Mỗi phân tử mARN có khoảng 600 đến 1500 đơn phân, tARN gồm 80 đến 100 đơnphân, trong tARN ngoài 4 loại ribônuclêôtit kể trên còn có 1 số biến dạng của cácbazơnitric (trên tARN có những đoạn xoắn giống cấu trúc ADN, tại đó cácribônuclêôtit liên kết với nhau theo NTBS (A-U, G-X) Có những đoạn không liênkết được với nhau theo NTBS vì chứa những biến dạng của các bazơnitric, nhữngđoạn này tạo thành những thuỳ tròn Nhờ cách cấu tạo như vậy nên mỗi tARN có 2

bộ phận quan trọng: bộ ba đối mã và đoạn mang axit amin có tận cùng là ađenin

- Phân tử rARN có dạng mạch đơn, hoặc quấn lại tương tự tARN trong đó có tới70% số ribônuclêôtit có liên kết bổ sung Trong tế bào có nhân có tới 4 loại rARNvới số ribonuclêôtit 160 đến 13000

- Ba loại ARN tồn tại trong các loài sinh vật mà vật chất di truyền là ADN Ở những loài virut vật chất di truyền là ARN thì ARN của chúng cũng có dạng mạch đơn, mộtvài loài có ARN 2 mạch.-

2 Cơ chế tổng hợp mARN (Phiên mã)

1 Khái niệm: Là quá trình truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sang

ARN mạch đơn

Quá trình phiên mã chỉ xảy ra trên 1 mạch của gen, mạch này được gọi là mạch gốc.

2 Yếu tố tham gia

- Enzim: cần nhiều enzim khác nhau, và các yếu tố trợ giúp Vai trò chính là củaARN polimeraza (ARN poli)

- Khuôn: 1 mạch của ADN Chiều tổng hợp mạch mới từ 5'-3'

- Nguyên liệu: Các riboNu và nguồn cung cấp năng lượng (ATP, UTP, GTP )

3 Diễn biến quá trình phiên mã

3.1 Mở đầu:

- ARN poli nhận biết điểm khởi đầu phiên mã Việc ARN poli nhận biết điểm khởiđầu phiên mã của 1 gen là cực kì quan trọng đối với sự phiên mã của gen 1 khi ARNpol đã bám vào ADN, gần như chắc chắn nó sẽ phiên mã ARN poli thì luôn rà soátdọc sợi ADN, trong khi gen thì có gen được phiên mã nhiều, gen phiên mã ít Cănbản của sự khác nhau này là ở cái gọi là ái lực của gen đối với ARN poli Ái lực càngcao, gen càng có nhiều ARN poli chạy qua, càng nhiều phân tử protein được tổnghợp Ái lực này phụ thuộc vào hàng loạt protein, và đặc biệt là trình tự ở vùng điềuhòa của gen

- ADN tháo xoắn, tách mạch tại vị trí khởi đầu phiên mã

- Các riboNu tới vị trí ADN tách mạch, liên kết với ADN mạch khuôn theo nguyêntắc bổ sung, cụ thể:

A (ADN) liên kết với U - mt

T (ADN) liên kết với A - mt

G (ADN) liên kết với X - mt

X (ADN) liên kết với G - mt

Phân tử ARN được tạo ra ở sinh vật nhân sơ, qua 1 vài sơ chế nhỏ có thể làm khuôn

để tổng hợp protein Thực tế, ở sinh vật nhân sơ, quá trình phiên mã (tổng hợp

mARN) và quá trình dịch mã (tổng hợp protein) gần như xảy ra đồng thời.

Ở sinh vật nhân thực, do gen là gen phân mảnh (có xen kẽ exon và intron),

nên phân tử ARN được tạo ra có cả đoạn tương ứng intron, exon Phân tử này đượcgọi là tiền mARN Tiền mARN sẽ được cắt bỏ các intron để tạo thành phân tửmARN trưởng thành Phân tử mARN trưởng thành này mới làm khuôn tổng hợpprotein

Ở sinh vật nhân thực, hệ enzim phức tạp hơn, có nhiều loại ARN poli tổnghợp từng loại mARN, tARN, rARN

3 Ý nghĩa tổng hợp ARN

Sự tổng hợp ARN đảm bảo cho gen cấu trúc thực hiện chính xác quá trình dịch

mã ở tế bào chất Cung cấp các prôtêin cần thiết cho tế bào

V CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦA AXIT NUCLÊIC

1 Chức năng sinh học của ADN

Ở phần lớn các sinh vật (trừ một số virut) ADN có chức năng là vật chất mang thôngtin di truyền Để đảm nhiệm chức năng này ADN có bốn đặc tính cơ bản:

- Có khả năng lưu giữ thông tin ở dạng bền vững cần cho việc cấu tạo, sinhsản và hoạt động của tế bào

- Có khả năng sao chép chính xác để thông tin di truyền có thể được truyền từthế hệ này sang thế hệ kế tiêp thông qua quá trình phân bào hay quá trình sinh sản

- Thông tin chứa đựng trong vật chất di truyền phải được để tạo ra các phân tửcần cho cấu tạo và hoạt động của tế bào

- Vật liệu di truyền có khả năng biến đổi những thay đổi này chỉ xẩy ra với tần

số thấp

2 Chức năng của ARN

Khác với ADN trong tế bào có nhiều loại ARN khác nhau, mỗi loại đảm nhiệmmột chức năng sinh học nhất định Có thể tóm tắt chức năng của ARN như sau:

- Chức năng vận chuyển thông tin di truyền: đây là vai trò chủ yếu củamARN Phân tử này là bản sao của gen đồng thời làm khuôn để tổng hợp nên chuỗipolypeptit tương ứng

- Chức năng tham gia tổng hợp và vận chuyển prôtêin: chức năng này biểuhiện qua vai trò của tARN là phân tử có vai trò nhận biết và lắp ráp chính xác cácaxit amin tương ứng với bộ ba mã hoá trên mARN trong quá trình phiên mã; vai tròcủa rARN kết hợp với các prôtêin cấu trúc hình thành ribosome hoàn chỉnh là nơiquá trình dịch mã diễn ra; và vai trò của SRP ARN trong vận chuyển prôtêin

- Chức năng hoàn thiện các phân tử ARN: các snARN là thành phần tham giahình thành nên spliceosome là phức hệ có vai trò trong cắt các đoạn ỉnton và nối cácđoạn exon trong quá trình hoàn thiện mARN ở sinh vật nhân thực Ngoài ra ở sinhvật nhân thực còn có snoARN tham gia hoàn thiện các phân tử rARN từ các phân tửtiền thân tại hạch nhân để từ đó hình thành nên các tiểu đơn vị của ribosome

- Chức năng xúc tác: một số ARN có kích thước nhỏ có tính chất xúc tácgiống enzyme gọi là ribozyme

- Chức năng điều hoà biểu hiện của gen: nhóm ARN có chức năng này gọi làARN can thiệp

mARN Truyền thông tin quy định trình tự các axit amin của prôtêin từ

and tới ribosometARN Dịch các mã bộ ba trên phân tử mARN thành các axit amin

trên phân tử prôtêinrARN Cấu trúc nên ribosome và có vai trò xúc tác hình thành liên kết

peptite

Tiền – ARN

Sản phẩm trực tiếp của quá trình dịch mã là phân tử tiền thânhình thành nên mARN, tARN, rARN hoàn thiện Ở sinh vậtnhân thực một số phân đoạn ARN intron có vai trò xúc tácphản ứng cắt chính nó

snARN Vai trò xúc tác và cấu trúc phức hệ cắt intron (spliceosome) từ

các phân tử tiền mARN để tạo thành mARN hoàn chỉnh

SRP ARN

Là thành phần của phức hệ ARN – prôtêin làm nhiệm vụ nhậnbiết các peptide tín hiệu trong phân tử prôtêin mới được tổnghợp giúp giải phóng các phân tử protêin này khỏi mạng lướinội chất

snoARN (ARN hạch

nhân kích thước nhỏ)

Tham gia hoàn thiện rARN từ phân tử tiên rARN và đóng góiribosome tại hạch nhân

gARN Tham gia vào quá trình biên tập ADN ti thể

Telomerase – ARN Thành phần của enzym telomerase làm khuôn để tổng hợp

trình tự ADN lặp lại tại đầu mút các NST ở sinh vật nhân thực

tmARN

ARN tích hợp chức năng của tARN và mARN giúp giải phóngribosome khỏi sự tắc nghẽn khi dịch mã các phân tử mARN bịmất bộ ba kết thúc

M1ARN Thành phần ARN có vai trò xúc tác của ARNase P, tham gia

hoàn thiện các phân tử tARNCác loại ARN can

VI MÃ DI TRUYỀN ĐẶC ĐIỂM CỦA MÃ DI TRUYỀN

-Có 3 bộ ba (ATT, ATX, AXT trên ADN hay UAA UGA và UAG trênmARN) là mã kết thúc

BẢNG MÃ DI TRUYỀN Bazơ thứ hai

GUG Valin

GUAGUXGUU

GAXU

AUG Metionin

AUA Izolơxin

AUXAUU

GAX

XUG Lơxin

XUAXUXXUU

GAXU

UUG LơxinUUA

UUX

Pheninalanin

UUU

GAXU

3 Những đặc điểm cơ bản của mã di truyền

- Mã di truyền được đọc theo một chiều 5’-3’ trên phân tử mARN

- Mã di truyền được đọc liên tục theo từng cụm 3 nuclêôtit, các bộ ba không đọc gốilên nhau

- Mã di truyền là đặc hiệu, không một bộ ba nào mã hoá đồng thời 2 hoặc một số axitamin khác nhau

- Mã di truyền có tính thoái hoá có nghĩa là mỗi axit amin được mã hoá bới một số

bộ ba khác loại trừ mentionin, triptophan chỉ được mã hoá bởi một bộ ba Các bộ ba

mã hoá cho cùng một axit amin chỉ khác nhau ở nuclêôtit thứ 3 Điều này có nghĩagiúp cho gen bảo đảm được thông tin di truyền và xác nhận trong bộ ba, 2 nuclêôtitđầu là quan trọng còn nuclêôtit thứ ba có thể linh hoạt Nhưng cũng có thể gây nên

sự lắp ráp nhầm các axit amin trong chuỗi polipeptit

- Mã di truyền có tính phổ biến Nghĩa là ở các loài sinh vật đều được mã hoá theo

một nguyên tắc chung (các từ mã giống nhau) Điều này phản ánh nguồn gốc chung

của các loài

II Quá trình dịch mã.

Ở sinh vật nhân thực, sau khi mARN được tổng hợp, hoàn thiện, nó sẽ rờikhỏi nhân, ra ngoài tế bào chất, làm khuôn mẫu cho quá trình dịch mã

Ở sinh vật nhân sơ, vì không có màng nhân, nên quá trình phiên mã và dịch

mã xảy ra gần như đồng thời

Trong quá trình dịch mã, mARN liên kết với riboxom Quá trình dịch mã được thựchiện theo 3 bước:

1 Hoạt hoá a.a:

Dưới tác dụng của enzim, và sử dụng năng lượng, 1 phân tử a.a sẽ liên kết với

1 phân tử tARN tại vị trí xác định, tạo thành phức hệ aa – tARN

Ta coi rằng mỗi loại tARN chỉ liên kết với 1 loại a.a; nhưng mỗi loại a.a có thể liênkết với nhiều hơn 1 loại tARN (tính chất tương tự với mã bộ ba)

2) Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit

Tiểu phần bé của riboxom liên kết với mARN, sau đó phân tử tARN mang a.a

mở đầu (Met ở nhân thực, f-Met ở nhân sơ) đến Bộ ba đối mã trên phân tử tARN sẽ

liên kết theo nguyên tắc bổ sung với bộ ba mã hoá trên phân tử mARN Sau đó, tiểuphần lớn của riboxom sẽ liên kết, tạo thành phức hệ mARN-riboxom, bắt đầu quátrình dịch mã

Quá trình này còn có sự tham gia của các yếu tố khác (If-I, If-II…) tARN manga.a thứ nhất tới vị trí A (tARN mang Met ở vị trí P có sẵn), trong đó bộ ba đối mãcủa nó liên kết bổ sung với bộ ba mã hoá tiếp theo (sau vị trí mở đầu) trên mARN Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa a.a mở đầu và a.a thứ nhất Tiếp

đó, riboxom dịch chuyển 1 nấc trên mARN, khiến các tARN dịch chuyển 1 vị trí:+ tARN mang a.a mở đầu  vị trí E Liên kết giữa tARN và a.a của nó bị phá vỡ,tARN rời khỏi riboxom

+ tARN mang a.a thứ nhất  vị trí P

+ 1 tARN khác, mang a.a thứ 2 vào liên kết với bộ ba mã hoá kế tiếp trên mARN Cứnhư thế, liên kết peptit được hình thành giữa các a.a theo thứ tự nhất định Quá trìnhtiếp tục cho tới khi gặp bộ ba kết thúc thì dừng lại

3) Kết thúc quá trình

Khi Rbx tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN (UAG ) thì quá trình hoàn tất.Các tiểu phần riboxom tách nhau và rời khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit mới

được tổng hợp Axit amin mở đầu (Met) rời khỏi chuỗi Chuỗi polipeptit tiếp tục

được hoàn thiện và tạo thành phân tử protein hoàn chỉnh

ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG GEN

1 Khái niệm: Điều hoà hoạt động của gen là điều hoà lượng sản phẩm của gen được

tạo trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môitrường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể

Điều hòa hoạt động gen có thể ở mức độ phiên mã, dịch mã, sau phiên mã

- Ở sinh vật nhân sơ điều hoà hoạt động gen chủ yếu ở mức độ phiên mã

2 Cấu trúc của opêron Lac ở E coli

*Opêron là các gen cấu trúc liên quan về chức năng được phân bố liền nhau và có

chung cơ chế điều hòa hoạt động

*Cấu trúc Ôperon Lac:

Z,Y,A: Là các gen cấu trúc mã hóa cho các enzim phân giải Lactozo

O: Vùng vận hành là trình tự nu đặc biệt để protein ức chế liên kết ngăn cản PMP: Vùng khởi động có trình tự nu để ARN polimeraza liên kết và khởi động quá

trình phiên mã (PM)

Gen điều hòa không nằm trong Operon nhưng có vai trò điều hòa hoạt độngOperon

3.Cơ chế điều hoà Hoạt động của ôpêron Lac:

Khi môi trường không có lactôzơ: gen điều hoà tổng hợp prôtêin ức chế Prôtêin

ức chế gắn vào vùng vận hành (O)  các gen cấu trúc không phiên mã

Khi môi trường có lactôzơ: Lactôzơ là chất cảm ứng gắn với prôtêin ức chế 

prôtêin ức chế bị biến đổi không gắn được vào vùng vận hành ARN polimeraza liênkết với vùng khởi động tiến hành phiên mã  mARN của Z, Y, A được tổng hơp vàdịch mã tạo các enzim phân hủy Lactozo Khi Lactozo cạn kiệt thì protein ức chế lạiliên kết với vùng (O) quá trình phiên mã dừng lại

CÁC CÔNG THỨC TỔNG QUÁT ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP

1 Công thức xác định mối liên quan về SL các loại nuclêôtit trong ADN, ARN

- Trong phân tử ADN (hay gen) theo NTBS:

2 Công thức xác định mối liên quan về tỉ lệ % các loại đơn phân ADN, ARN

- Mỗi mạch đơn của gen bằng 50% tổng số nuclêôtit của gen Nếu cho mạch gốc củagen là mạch 1, có thể xác định mối liên quan % các đơn phân trong gen và ARNtương ứng:

3.1 Khi biết các đại lượng khác nhau của gen cấu trúc:

a) Biết số lượng nuclêôtit (N) của gen:

b) Biết khối lượng phân tử của gen (M):

c) Biết số lượng chu kỳ xoắn của gen (S x )

Mỗi chu kỳ xoắn của gen gồm 10 cặp nuclêôtit có chiều cao 34Å , chiều dài gen:

LG = Sx x 34Å

d) Biết số lượng liên kết hoá trị (HT)

- Số lượng liên kết hoá trị giữa các nuclêôtit (HTG) bằng số nuclêôtit của gen bớt đi 2

- Số lượng liên kết hoá trị trong mỗi nuclêôtit và giữa các nuclêôtit (HTT+G)

(HTT+G = 2N –2)

3.2 Khi biết các đại lượng tham gia vào cơ chế tái bản của gen:

a) Biết số lượng nuclêôtit môi trường cung cấp (N cc ) và số đợt tái bản (K) của gen

(CCM: số lượng nuclêôtit cung cấp tạo nêncác gen có nguyên liệu mới hoàn toàn

Từ đó suy ra chiều dài gen:

- Liên kết hoá trị giữa các nuclêôtit và trong mỗi nuclêôtit được hình thành trên cácgen con (HT): HT’ = (2k – 1)(2N – 2)

Chiều dài gen:

3.3 Khi biết các đại lượng tạo nên cấu trúc mARN

a) Biết số lượng ribônuclêôtit (RARN) của phân tử mARN:

LG = RARN x 3,4Å

b) Biết khối lượng của phân tử mARN (MARN)

Mỗi ribônuclêôtit có khối lượng trung bình 300đvC Vậy chiều dài gen:

c) Biết số lượng liên kết hoá trị của phân tử mARN (HTARN)

- Nếu chỉ biết số lượng liên kết hoá trị giữa các ribônuclêôtit thì công thức trên đượcbiến đổi: LG = (HTARN + 1) x 3,4Å

d) Biết số lượng ribônuclêôtit được cung cấp (Rcc) sau n lần sao mã

Sau mỗi lần sao mã tạo nên 1 mã sao nên:

e) Biết thời gian sao mã (tARN) - vận tốc sao mã (VARN)

RARN = tARN x VARN

Lúc này bài toán xác định chiều dài gen : LG = (tARN x VARN) x 3,4Å

3.4 Các công thức tính số lượng nuclêôtit mỗi loại cần cung cấp sau k đợt tái bản của gen.

Theo NTBS ta tính được số lượng mỗi loại nuclêôtit cần cung cấp để tạo nên cácgen có nguyên liệu hoàn toàn mới:

GEN VÀ SỰ ĐIỀU HOÀ BIỂU HIỆN GEN

I KHÁI NIỆM VỀ GEN

*Khái niệm: Gen là 1 đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho 1 sản phẩm

xác định (sản phẩm đó có thể là chuỗi polipeptit hay ARN)

*Cấu trúc chung: 1 gen mã hóa protein có cấu trúc điển hình gồm 3 vùng:

- Vùng điều hoà: Mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã

- Vùng mã hóa: Mang thông tin mã hóa các a.a

- Vùng kết thúc: Mang tín hiệu kết thúc phiên mã

Vùng điều hòa Vùng mã hóa Vùng kết thúc

exon intron exon intron exon (nhân thực)

Trong vùng mã hóa có những đoạn thực sự mang thông tin mã hóa a.a (gọi làđoạn exon) và những đoạn không mang thông tin mã hóa a.a (intron) Gen có cả

exon và intron gọi là gen phân mảnh; gen chỉ có exon là gen không phân mảnh.

Gen không phân mảnh có ở nhân sơ; gen phân mảnh có ở nhân thực và vi khuẩn cổ(ít được đề cập đến) Các đoạn exon luôn mở đầu và kết thúc cho 1 gen

Như vậy có nghĩa là, không phải tất cả các đoạn ADN đều là gen Thực tế,

người ta nhận thấy số lượng gen/tổng số ADN là rất nhỏ, đặc biệt là ở sinh vật nhânthực Các đoạn ADN không phải là gen có rất nhiều chức năng quan trọng mà khoahọc vẫn chưa xác định được hết Trong đó có các trình tự đầu mút, trình tự tâm động,đoạn ADN nối giữa các gen

II SỰ ĐIỀU HOÀ BIỂU HIỆN CỦA GEN

1 Sự điều hoà hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ

*Mô hình Opêron Lac Mô hình opêron lac có các đặc điểm sau:

- Hệ thống xử lí lactôzơ gồm hai phần: các gen cấu trúc cần cho vận chuyển

và chuyển hoá lactôzơ và các yếu tố điều hoà – gen Lac I, vùng vận hành lac O(Operator), vùng khởi động P (Promotor) Tập hợp thành Operon lac

- Những sản phẩm của các gen Lac Z và Lac Y được mã hoá trong một phân

tử mARN đa cistron Phân tử mARN này chứa một gen thứ 3 được kí hiệu là Lac A

mã hoá cho enzym transacetylaza

- Vùng khởi động cho phân tử mARN Lac Z, Lac Y, Lac A ở ngay bên cạnhvùng Lac O

- Sản phẩm của gen Lac I, chất ức chế, liên kết với một trình tự bazơ duy nhấtcủa ADN được gọi là vùng vận hành

- Khi chất ức chế được gắn vào vùng vận hành thì sự mở đầu phiên mãmARN Lac do ARN – Pol bị cản trở, vì enzym này không thể vượt qua đó để đến vớicác gen cấu trúc

- Các chất cảm ứng kích thích sự tổng hợp mARN bằng cách bám vào và làmbất hoạt chất ức chế Vùng vận hành được giải toả và vùng khởi động sẵn sàng khởiđộng cho quá trình tổng hợp mARN

* Sự điều hoà dương tính của Operon Lac: Sản phẩm của gen điều hoà có vai trò làm

tăng sự biểu hiện của một hay một số gen cấu trúc

* Sự điều hoà âm tính của Operon Lac Sản phẩm của gen điều hoà thường ức chế

hoặc làm tắt sự biểu hiện của gen cấu trúc

2 Sự điều hoà hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực

-Một số sai khác quan trọng về sự điều hoà di truyền của sinh vật nhân sơ vàsinh vật nhân thực

- Ở sinh vật nhân thực thường chỉ có kiểu chuỗi pôlypeptit đơn được dịch mã

từ một phân tử mARN hoàm chỉnh, do vậy những kiểu opêron bắt gặp ở sinh vậtnhân sơ không tìm thấy ở sinh vật nhân thực

- ADN của sinh vật nhân thực liên kết với Histon tạo thành NST và với nhiều proteinkhác Chỉ có một phần nhỏ ADN là trần Ở vi khuẩn hầu hết các ADN ở dạng tự do

- Do vậy những yếu tố điều hoà có thể tác động trực tiếp trên ADN sinh vậtnhân sơ nhưng không thể xẩy ra ở sinh vật nhân thực

- Một phần đáng kể ADN của sinh vật nhân thực có đoạn nu lặp lại hàng trămtới hàng triệu lần Vi khẩn chỉ chứa một vài đoạn lặp

- Một phần lớn các đoạn bazơ nitơ ở ADN sinh vật nhân thực không đượcdịch mã

- Các sinh vật nhân thực có cơ chế nhằm sắp xếp lại những đoạn ADN nhấtđịnh theo một cách có kiểm soát và để làm tăng lượng bản sao những gen đặc trưngkhi cần thiết Điều này ít có ở vi khuẩn

- Ở sinh vật nhân thực ARN được tổng hợp trong nhân và được vận chuyểnqua màng nhân tới tế bào chất để được sử dung Ở vi khuẩn không xẩy ra

*Chú ý:

Ở sinh vật nhân sơ các phân tử ARN thường mang thông tin di truyền cho cáctrật tự axit amin của nhiều chuỗi polypeptit khác nhau Lúc đó được gọi là mARN đa

ciston (ciston là một trật tự bazơ nitơ mã hoá cho một chuỗi polypeptit) Ở sinh vậtnhân thực thì hầu như mARN là đơn ciston.

* Một số câu hỏi bài tập ứng dụng:

Câu 1 So sánh sự phiên mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực.

*Hd:

a Giống nhau

- Sản phẩm đều là ARN sợi đơn

- Phản ứng trùng hợp nhờ enzim ARN pol theo chiều 5’ – 3’

- Vùng ADN chứa gen được phiên mã phải có sự mở xoắn cục bộ làm lộ ra sợikhuôn ADN

- Nguyên liệu: ATP, và các dNTP (UTP, GTP, XTP)

- Sự khởi đầu và kết thúc quá trình phiên mã đều phụ thuộc vào các tín hiệu nằm ởvùng khởi động và vùng kết thúc của gen

- Quá trình phiên mã đều gồm 3 giai đoạn: Khởi động, kéo dài, kết thúc

b Khác nhau

- Ở tế bào nhân sơ:Enzim tham gia phiên mã ARN pol chỉ có 1 loại; Ở nhân thựcARN poli có 3 loại: ARN poli - I tổng hợp nên rARN, ARN poli -II tổng hợp nênmARN và ARN poli - III tổng hợp nên tARN

- Các nhân tố tham gia quá trình phiên mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thựckhông giống nhau

- Ở sinh vật nhân thực sự phiên mã không tạo ra các mARN hoạt động và được dịch

mã ngay như ở sinh vật nhân sơ Các tiền mARN phải trải qua nhiều biến đổi trướckhi trở thành mARN trưởng thành (cắt bỏ các đoạn intron nối các đoạn exon)

-mARN của sinh vật nhân thực thường là đơn ciston còn sinh vật nhân sơ là đa ciston

Câu 2 Hai gen I và II có chiều dài bằng nhau Mạch khuôn của gen I có T A

a Xác định số lượng nuclêôtit từng loại của mỗi gen

b Số liên kết hiđrô bị phá huỷ trong quá trình sao mã của cả hai gen

c Trên mỗi phân tử mARN có một số riboxom tham gia giải mã, khoảng cách giữa các riboxom bằng nhau Khoảng cách giữa riboxm thứ nhất đến riboxom cuối cùng là 240A 0 Khi chuỗi polipeptit do riboxom thứ nhất tổng hợp có 50 axit amin thì riboxom cuối cùng đang ở vị trí nào trên mARN?

I Khái niệm và các dạng đột biến gen:

1 Khái niệm: Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen, liên quan đến

một cặp nuclêôtit làm thay đổi trình tự nu tạo ra alen mới

2 Các dạng đột biến gen: + Đột biến thay thế một cặp nuclêôtit

+ Đột biến thêm hoặc mất một cặp nuclêôtit

II Nguyên nhân và cơ chế phát sinh đột biến gen

1 Nguyên nhân

- Bên ngoài: do các tác nhân gây đột biến như vật lý (tia phóng xạ, tia tử ngoại…),hoá học (các hoá chất 5BU, NMS…) hay sinh học(1 số virut…)

- Bên trong: do rối loạn các quá trình sinh lí hóa sinh trong tế bào

2 Cơ chế phát sinh đột biến gen:

a) Sự kết cặp không đúng trong nhân đôi AND

- Trong quá trình nhân đôi do sự kết cặp không hợp đôi( không theo nguyên tắc bổsung) dẫn đến phát sinh đột biến gen

b) Tác động của các tác nhân gây đột biến

- Tia tử ngoại (UV) có thể làm cho 2 bazơ T trên cùng 1 mạch liên kết với nhau độtbiến

- 5-brômua uraxin ( 5BU) gây ra thay thế cặp A-T bằng G-X đột biến

- Virut viêm gan B, virut hecpet… đột biến

III Hậu quả và ý nghĩa của đột biến gen:

1 Hậu quả của đột biến gen:

Đột biến thay thế một cặp có thể làm thay đổi trình axit amin trên Pro làm thay

đổi chức năng Pro

Đột biến thêm, mất cặp nu làm mã di truyền bị đọc sai từ bộ ba đột biến đến cuối

gen làm thay đổi trình tự axit amin, chức năng pro

Ở cấp độ phân tử đột biến gen thường trung tính Nếu đột biến làm thay đổi chứcnăng Pro thương có hại Tuy nhiên có một số đột biến có lợi

Tính có hại của đột biến phụ thuộc môi trường, tổ hợp gen

2 Vai trò và ý nghĩa của đột biến gen

a) Đối với tiến hoá

- Đột biến gen làm xuất hiện các alen mới tạo ra biến dị di truyền phong phú là nguồn nguyên liệu cho tiến hoá

b) Đối với thực tiễn

- Cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình tạo giống cũng như trong nghiên cứu di truyền

NHIỄM SẮC THỂ SINH VẬT NHÂN SƠ VÀ NHÂN THỰC

Tất cả các sinh vật đang sống có cấu trúc tế bào đều có vật chất di truyền lànhiễm sắc thể mang các gen được mã hoá trên phân tử ADN Tuy nhiên cấu trúcNST của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực rất khác nhau Ở sinh vật nhân sơ

NST gồm một chuỗi ADN xoắn kép duy nhất, thường là mạch vòng, sự nhân đôiADN diễn ra từ một điểm duy nhất

Ở sinh vật nhân thực tế bào chứa NST có cấu trúc mạch thẳng và nằm trong bàoquan có màng bao bọc là nhân tế bào Các ADN liên kết chặt chẽ với một lượng lớnprôtêin đặc biệt Lượng ADN có trong tế bào nhân thực lớn hơn rất nhiều trong tếbào nhân sơ Vì thế để đáp ứng được yêu cầu về tốc độ nhân đôi các NST ở sinh vậtnhân thực thường có nhiều điểm khởi đầu nhân đôi

và cánh ngắn của NST; Hai loại NST khác có tâm động nằm gần về một đầu củaNST

II CẤU TRÚC NST ĐIỂN HÌNH

Tất cả các NST nhân thực đều chứa hai vùng khác biệt có tầm quan trọngđặc biệt về cấu trúc Đó là tâm động và đầu mút Ngoài ra một số NST còn có vùng

tổ chức hạch nhân

Tâm động là vị trí để các sợi thoi vô sắc gắn vào trong quá trình phân chia

tế bào Bất kì đoạn NST nào không liên kết với tâm động cũng không được phân ly

về các tế bào con Sự liên kết của tâm động với các sợi thoi vô sắc là nhờ các prôtêingắn với tâm động tạo thành một cấu trúc gồm nhiều lớp gọi là hạch phân chia (thểđộng)

Các đầu mút của NST không chỉ đơn giản là phần cuối của NST hay phân

tử ADN mà là một cấu trúc được biệt hoá Chúng chứa nhiều đoạn trình tự ADN đơngiản, ngắn và lặp lại nhiều lần ở người đoạn trình tự lặp lại đó là TTAGGG, nhưng

có sự biến động nhỏ giữa các loài sinh vật nhân thực khác nhau Các prôtêin đặc biệtliên kết ở vùng đầu mút và tạo nên cấu trúc nuclêôprôtêin

Cấu trúc đó có tác dụng cản trở sự tái tổ hợp giữa phần đầu mút của cácNST khác nhau Số lượng các đoạn lặp lại ở đầu mút thường nhiều ở các tế bào mầm

nhưng giảm dần theo số lần phân bào ở các tế bào xôma Vì vậy đây chính là chỉ thịphân tử xác định quá trình già hoá

Độ dài của đầu mút được duy trì nhờ nhờ hoạt động của enzym đặc biệt gọi

là telomeraza – một loại prôtêin có chứa trình tự ARN bổ trợ với đoạn ADN lặp lạitại đầu mút Khi enzym này hoạt động trình tự ARN được sử dụng như mạch khuôn

để kéo dài phần đầu mút bị ngắn đi sau mỗi lần phân bào

Ở tế bào xôma thường vắng mặt enzym telomeraza, nhưng enzym này lạixuất hiện ở nhiều dạng tế bào khối u Ở những tế bào khối u này (còn gọi là các dòng

tế bào bất tử) độ dài phần đầu mút được duy trì ổn định

Vùng tổ chức hạch nhân thường được tìm thấy ở eo thứ cấp Chúng gồmcác trình tự mã hoá các gen rARN 5,8S; 18S và 28S được lặp lại kế tiếp nhau

III CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA NHIỄM SẮC THỂ

Nhiễm sắc thể được cấu tạo gồm ADN và prôtein; cũng có một lượng nhỏARN nhưng chỉ là để chuẩn bị chuyển ra tế bào chất Hỗn hợp ADN và prôtêin gọi làchất nhiễm sắc

Prôtêin cấu trúc được chia thành hai loại: Histon (prôtêin có tính kiềm) vàphi Histon (prôtêin có tính axit) Cả hai loại prôtêin đều có vai trò quan trọng trongcấu trúc và chức năng của NST Histon là loại prôtêin có khối lượng phân tử nhỏ, pHsinh lí, chúng tích điện dương do tần số lizin và arginin cao Sự tích điện dương giúp

nó tương tác được với ADN mang điện tích âm Có 5 loại Histon là H1; H2a; H2b;H3 và H4 Các Histon này được tìm thấy ở mọi sinh vật nhân thực

Về cấu trúc, các thể nhân gồm lõi Histon bao quanh là vòng ADN Phần lõigồm hai đĩa song song, mỗi đĩa gồm bốn phân tử Histon là H2a, H2b, H3 và H4.Phân tử ADN chạy quanh vành đĩa và gắn với một phân tử Histon H1 nằm ngoài thểnhân

Vòng xoắn ADN cuốn quanh phần lõi thể nhân gồm 146 cặp bazơ nitơ Độdài đoạn nối giữa các thể nhân có thể thay đổi khác nhau ở các loài khác nhau Ởngười nó gồm khoảng 60 cặp bazơ nitơ nên độ dài tổng cộng của phân đoạn ADNtương ứng với mỗi thể nhân là khoảng 200 cặp bazơ nitơ Đây là mức độ đóng xoắn

cơ bản của ADN trong chất nhiễm sắc Sự đóng xoắn tiếp theo phụ thuộc vào prôtêinH1 (nằm ngoài lõi nhân) Các phân tử prôtêin H1 có thể tương tác với nhau để cuộncác thể nhân thành cấu trúc cuộn xoắn có đường kính khoảng 30nm Đây chính là

đường kính của sợi nhiễm sắc thường nhìn thấy ở các ảnh chụp từ kính hiển vi điệntử.

IV CHẤT NHIỄM SẮC HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG VÀ KHÔNG HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG

Không phải tất cả mọi vùng của chất nhiễm sắc đều tham gia hoạt động nhưnhau trong quá trình phiên mã Một số vùng chất nhiễm sắc không tham gia vào quátrình phiên mã Chúng được gọi là chất dị nhiễm sắc để phân biệt với chất nhiễm sắchoạt động Dưới kính hiển vi điện tử, chất dị nhiễm sắc gồm dày đặc các sợi nhiễmsắc Chất dị nhiễm sắc gồm hai nhóm là dị nhiễm sắc bắt buộc và dị nhiễm sắc khôngbắt buộc

Động vật có vú giới cái thường có hai NST X, nhưng một chiếc thườngkhông hoạt động Nó được chuyển thành chất di nhiễm sắc và được quan sát thấynhư một chấm nhỏ đậm đặc bên cạnh nhân ở kì trung gian gọi là thể ba hay chấtnhiễm sắc X Bằng cách đó dường như có sự bù trù lượng chất nhiễm sắc giữa conđực và con cái, vì ở con đực chỉ có một NST X còn NST Y chủ yếu được cấu tạo từchất dị nhiễm sắc bắt buộc Sự bất hoạt một NST X trong cặp NST giới tính XX củagiới cái là một sự kiện ngẫu nhiên Trong quá trình hình thành giao tử NST X bấthoạt được hoạt hoá trở lại

ĐỘT BIẾN CẤU TRÚC NST

1 Khái niệm

Đ.Biến là những biến đổi đột ngột trong cấu trúc của NST do tác nhân gây đột biến

I Cấu trúc siêu hiển vi của nhiễm sắc thể

Thành phần: ADN + Protein Histon

- Nuclêôxôm: Một đoạn ADN (khoảng 146 cặp Nu) quấn quanh 8 phân tử histôn

- Chuỗi nuclêôxôm (mức xoắn 1) tạo sợi cơ bản có đường kính  11nm

- Sợi cơ bản xoắn (mức 2) tạo sợi chất nhiễm sắc có đường kính 30nm

- Sợi chất nhiễm sắc xoắn mức 3 có đường kính  300 nm và hình thành Crômatit

có đường kính  700 nm

2 Nguyên nhân

Do tác nhân lý hoá trong ngoại cảnh (tia phóng xạ, tia tử ngoại, sốc nhiệt, các loạihoá chất) hoặc những rối loạn trong các quá trình sinh lý, hoá sinh tế bào làm phá vỡcấu trúc NST ảnh hưởng tới quá trình tái bản, tiếp hợp, trao đổi chéo của NST

3 Cơ chế và hậu quả

Cơ chế phát sinh đột biến cấu trúc NST là các tác nhân gây đột biến trong ngoạicảnh hoặc tế bào đã làm cho NST bị đứt gãy hoặc ảnh hưởng tới quá trình tự nhânđôi của NST, trao đổi chéo của các crômatit Có những dạng sau đây

* Mất đoạn:

Đoạn bị mất có thể nằm ở đầu mút một cánh của NST hoặc ở khoảng giữa đầu mút

và tâm động Đột biến mất đoạn làm giảm số lượng gen trên NST Đột biến mất đoạnthường gây chết hoặc làm giảm sức sống Ở người, NST 21 bị mất đoạn sẽ gây ungthư máu Ở ngô và ruồi giấm hiện tượng mất đoạn nhỏ không làm giảm sức sống kể

cả ở thể đồng hợp, vì vậy người ta đã vận dụng hiện tượng mất đoạn để loại ra khỏiNST những gen không mong muốn

* Lặp đoạn :

Một đoạn nào đó của NST có thể được lặp lại một lần hay nhiều lần, sự lặp đoạnlàm tăng số lượng gen cùng loại Đột biến lặp đoạn có thể do đoạn NST bị đứt đượcnối xen vào NST tương đồng hoặc do NST tiếp hợp không bình thường, do trao đổichéo không đều giữa các crômatit Đột biến lặp đoạn làm giảm cường độ biểu hiệncủa tính trạng Ở ruồi giấm, lặp đoạn 2 lần trên NST X làm cho mắt lồi thành mắtdẹt, lặp đoạn 3 lần làm cho mắt càng dẹt Có trường hợp lặp đoạn làm tăng cường độbiểu hiện của tính trạng Ở đại mạch có đột biến lặp đoạn làm tăng hoạt tính củaEmzim amilaza, rất có ý nghĩa trong công nghiệp sản xuất bia

* Đảo đoạn :

Một đoạn NST bị đứt rồi quay ngược lại 180o và gắn vào chỗ bị đứt làm thay đổitrật tự phân bố gen trên NST Đoạn bị đảo ngược có thể chứa hoặc không chứa tâmđộng , có thể đảo đoạn trong, đảo đoạn ngoài, đảo đoạn trên cánh bé hoặc cánh lớncủa NST Đột biến đảo đoạn thường ít ảnh hưởng tới sức sống của cá thể vì vật chất

di truyền không bị mất đi, góp phần tăng cường sự khai thác giữa các NST tươngứng trong các nòi thuộc cùng một loài.

* Chuyển đoạn:

Hiện tượng chuyển đoạn có thể diễn ra trong cùng một NST hoặc giữa 2 NSTkhông tương đồng Một đoạn NST này bị đứt ra và gắn vào một NST khác hoặc cảhai NST khác cặp cùng đứt một đoạn nào đó rồi trao đổi đoạn bị đứt với nhau Nhưvậy có thể thấy có hai kiểu chuyển đoạn là chuyển đoạn không tương hỗ và chuyểnđoạn tương hỗ Sự chuyển đoạn làm phân bố lại các gen trong phạm vi một cặp NST

hay giữa các NST khác nhau tạo ra nhóm gen liên kết mới Đột biến chuyển đoạn lớn thường gây chết hoặc mất khả năng sinh sản Tuy vậy, trong thiên nhiên hiện tượng chuyển đoạn nhỏ khá phổ biến ở các loài chuối, đậu, lúa Người ta đã chuyển những nhóm gen mong muốn từ NST của loài này sang NST của loài khác.

ĐỘT BIẾN SỐ LƯỢNG NST

1 Khái niệm

Sự biến đổi số lượng NST có thể xảy ra ở một hay một số cặp NST, tạo nên thể dịbội, hoặc ở toàn bộ các cặp NST, hình thành thể đa bội

1 Khái niệm và phân loại

a)Khái niệm: Làm thay đổi số lượng NST trong 1 hay 1 số cặp tương đồng

* Ví dụ : ở người có 3 NST 21, xuất hiện hội chứng Đao, tuổi sinh đẻ của người mẹ

càng cao tỉ lệ mắc hội chứng Đao càng nhiều

Thể dị bội ở NST giới tính của người gây những hậu quả nghiêm trọng:

XXX (hội chứng 3X): nữ, buồng trứng và dạ con không phát triển, thường rối loạn

kinh nguyệt khó có con

OX (hội chứng Tớcnơ): nữ, lùn, cổ ngắn, không có kinh nguyệt, vú không phát

triển, âm đạo hẹp, dạ con nhỏ, trí tuệ chậm phát triển

XXY (hội chứng Claiphentơ): nam, mù màu, thân cao, chân tay dài, tinh hoàn

nhỏ, si đần, vô sinh

OY: Không thấy ở người, có lẽ hợp tử bị chết ngay sau khi thụ tinh.

Ở thực vật cũng thường gặp thể dị bội, đặc biệt ở chi Cà và chi Lúa Ví dụ ở càđộc dược, 12 thể ba nhiểm ở 12 NST cho 12 dạng quả khác nhau về hình dạng vàkích thước

2 Cơ chế phát sinh

a) Trong giảm phân

- Do sự phân ly NST không bình thường ở 1 hay 1 số cặp kết quả tạo ra các giao tử

thiếu, thừa NST (n -1; n + 1 giao tử lệch nhiễm)

- Các giao tử này kết hợp với giao tử bình thường  thể lệch bội

b) Trong nguyên phân

- Trong nguyên phân một số cặp NST phân ly không bình thường hình thành tế bàolệch bội

-Tế bào lệch bội tiếp tục nguyên phân  1 phần cơ thể có các tế bào bị lệch bội thể khảm

3 Hậu quả: Đột biến lệch bội tuỳ theo từng loài mà gây ra các hậu quả khác nhau

như: tử vong, giảm sức sống, giảm khả năng sinh sản…

4 Ý nghĩa Đột biến lệch bội cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá và trong chọn giống.

ĐỘT BIẾN ĐA BỘI

1 Khái niệm và cơ chế phát sinh thể tự đa bội

a) Khái niệm: Là dạng đột biến làm tăng 1 số nguyên lần bộ NST đơn bội của loài

và lớn hơn 2n ( 3n, 4n, 5n, 6n )

b) Cơ chế phát sinh

*Cơ chế phát sinh thể đa bội chẵn là : các NST đã tự nhân đôi nhưng thoi vô sắc

không hình thành, tất cả các cặp NST không phân li, kết quả là bộ NST trong tế bàotăng lên gấp đôi

- Sự không phân li NST trong nguyên phân của tế bào 2n tạo ra tế bào 4n Ở loài giaophối, nếu hiện tượng này xảy ra ở lần nguyên phân đầu tiên của hợp tử thì sẽ tạo

thành thể tứ bội; nếu hiện tượng này xảy ra ở đỉnh sinh trưởng của một cành cây thì

sẽ tạo nên cành tứ bội trên cây lưỡng bội

- Sự không phân li NST trong giảm phân tạo ra giao tử 2n (không giảm nhiễm) Sựthụ tinh giữa giao tử 2n và giao tử n tạo ra hợp tử 3n, hình thành thể tam bội

2 Khái niệm và cơ chế phát sinh thể dị đa bội

a) Khái niệm: Sự tăng số bộ NST đơn bội của 2 loài khác nhau trong 1 tế bào

b) Cơ chế hình thành: Do hiện tượng lai xa và đa bội hoá

3 Hậu quả và vai trò của đột biến đa bội

- Tế bào đa bội thường có số lượng ADN tăng gấp bội  tế bào to, cơ quan sinhdưỡng lớn, sinh trưởng phát triển mạnh khả năng chống chịu tốt

- Đột biến đa bội đóng vai trò quan trọng trong tiến hoá (hình thành loài mới) và trong trồng trọt ( tạo cây trồng năng suất cao )

* Kiến thức bổ sung: Các thể lệch bội cũng tương tự như các thể đa bội lẻ thường

mất khả năng sinh sản hữu tính do khó khăn trong quá trình giảm phân tạo giao tử vànếu giảm phân được sinh ra có các giao tử không bình thường

- Nếu xét 1 lôcut gen trên cặp NST nào đó thể đột biến lệch bội dạng ba và độtbiến đa bội dạng 3n đều có kiểu gen tương tự như nhau ví dụ Aaa khi giảm phân sẽsinh ra các loại giao tử như sau:

- Giao tử bình thường A, a

- Giao tử không bình thường Aa, aa

- Các thể đa bội thường gặp ở thực vật còn ở động vật đặc biệt là động vật bậc caothì hiếm gặp là do khi các cơ thể động vật bị đa thường dẫn đến làm giảm sức sống,gây rối loạn giới tính, mất khả năng sinh sản hữu tính và thường tử vong

Một số đặc điểm phân biệt giữa thể lệch bội và thể đa bội

- Sự biến động số lượng NST xảy ra ở 1

vài cặp

- Số lượng NST trong mỗi cặp có thể

- Sự biến động số lượng NST xảy ra ở tất

cả các cặp NST

- Số lượng NST trong mỗi cặp chỉ có

tăng hoặc giảm

- Thường có ảnh hưởng bất lợi đến thể

đột biến và thường có kiểu hình không

bình thường

- Thể lệch bội thường mất khả năng sinh

sản hữu tính do khó khăn trong giảm

phân tạo giao tử

- Thể lệch bội có thể gặp ở cả động vật

và thực vật

tăng 1 số nguyên lần bộ đơn bội

- Thường có lợi cho thể đột biến vì thể đabội thường sinh trưởng , phát triển mạnh,chống chịu tốt

- Thể đa bội chẵn sinh sản hữu tính bìnhthường còn thể đa bội lẻ mới khó khăntrong sinh sản hữu tính

- Thể đa bội thường gặp ở thực vật ít gặp

ở động vật

- Tế bào đa bội có lượng ADN tăng gấp bội nên quá trình sinh tổng hợp các chất hữu

cơ diễn ra mạnh mẽ Vì vậy cơ thể đa bội có tế bào to, cơ quan sinh dưỡng to, pháttriển khoẻ, chống chịu tốt

- Các thể đa bội lẻ hầu như không có khả năng sinh giao tử bình thường Nhữnggiống cây ăn quả không hạt thường là thể đa bội lẻ

- Thể đa bội khá phổ biến ở thực vật Ở động vật, nhất là các động vật giao phối,thường ít gặp thể đa bội vì trong trường hợp này cơ chế xác định xác định giới tính bịrối loạn, ảnh hưởng tới quá trình sinh sản

CÁC CÔNG THỨC TỔNG QUÁT SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP

1 Số lượng NST đơn mới cung cấp cho nguyên phân

- Nguyên liệu cung cấp tương đương: (2k – 1)2n

k là số đợt nguyên phân liên tiếp của một tế bào, 2n là bộ NST lưỡng bội của loài

- Nguyên liệu cung cấp tạo nên các NST đơn có nguyên liệu mới hoàn toàn:

Vậy nếu có n cặp NST sẽ có 2n/2 cách sắp xếp NST ở kì giữa I.

9 Số loại giao tử tạo ra khi có trao đổi đoạn

- Trường hợp 1: loài có n cặp NST mà mỗi cặp NST có cấu trúc khác nhau trong đó

có k cặp NST mà mỗi cặp có trao đổi đoạn tại một điểm với điều kiện n>k:

Số loại giao tử = 2n + k

- Trường hợp 2: Loài có n cặp NST, có Q cặp NST mà mỗi cặp có 2 trao đổi đoạn

không xảy ra cùng lúc với n > Q:

Số loại giao tử = 2n.3Q

- Trường hợp 3: loài có n cặp NST, có m cặp NST mà mỗi cặp có 2 trao đổi đoạn

không cùng lúc và 2 trao đổi đoạn cùng lúc: Số loại giao tử: 2n + 2m

10 Số loại giao tử thực tế được tạo ra từ một tế bào sinh tinh hoặc một tế bào sinhtrứng:

- Từ một tế bào sinh tinh trùng:

+ Không có trao đổi đoạn: 2 loại tinh trùng trong tổng số: 2n loại

+ Có trao đổi đoạn 1 chỗ trên k cặp NST của loài: có 4 loại tinh trùng trong tổng số

2n + k loại

+ Có trao đổi đoạn 2 chỗ không cùng lúc trên Q cặp NST của loài: có 4 loại tinhtrùng trong tổng số: nn.3Q + Có trao đổi đoạn 2 chỗ cùng lúc và 2 chỗ không cùng lúc: có 4 loại tinh trùng trongtổng số: 2n + 2m

- Từ một tế bào sinh trứng: Thực tế chỉ tạo ra một loại trứng trong tổng số loại trứng

được hình thành trong mỗi trường hợp: 1/2n, 1/2n+k, 1/23.3Q, ½ n+2m,

Chương 2: TÍNH QUY LUẬT CỦA HIỆNTƯỢNG DI TRUYỀN

I QUY LUẬT PHÂN LI MEN ĐEN

*Một số khái niệm cơ bản:

+ Con lai: con của sự lai giữa hai bố mẹ mang hai tính trạng khác nhau

+ Kiểu hình: (phenotype) là tập hợp tất cả các tính trạng của cơ thể được biểu hiện