Tài liệu Một số vấn đề về di truyền học docx

Xét ở mỗi gen, chỉ một mạch của chuỗi xoắn kép là mang thông tin và được gọi là mạch khuôn dùng để tạo ra phân tử ARN mang trình tự bổ trợ để điều khiển quá trình tổng hợp chuỗi polypept

Một số vấn đề về di truyền học

Kiến thức bổ sung và cập nhật kiến

thức mới về Di truyền học Hữu ích

cho giáo viên và học sinh, xin giới

thiệu cùng các bạn đồng nghiệp và

các bạn học sinh

I GEN

I 1 Về khái niệm

Các thông tin di truyền sinh vật cần

cho quá trình sinh trưởng, phát triển

và sinh sản nằm trong phân tử ADN

của nó Những thông tin này nằm

trong trình tự nucleotit của ADN và

được tổ chức thành các gen Mỗi gen thường chứa thông tin để tổng hợp

một chuỗi polypeptit hoặc một phân

tử ARN có chức năng riêng biệt Xét

về cấu trúc, mỗi gen là một đoạn

ADN riêng biệt mang trình tự bazơ

thường mã hoá cho trình tự axit amin của một chuỗi polypeptit Các gen rất khác nhau về kích thước, có thể từ

dưới 100 cặp đến vài triệu cặp bazơ ở sinh vật bậc cao, các gen hợp thành các phân tử ADN rất dài nằm trong các cấu trúc được gọi là nhiễm sắc

thể ở người có khoảng 30.000 -

40.000 gen phân bố trên 23 cặp NST, trong đó có 22 cặp NST thường

(autosome) và 1 cặp NST giới tính (X

và Y) Như vậy, ở người có 24 loại

NST khác nhau Trên nhiễm sắc thể, các gen thường nằm phân tán và cách

biệt nhau bởi các đoạn trình tự không

mã hóa Các đoạn trình tự này được gọi là các đoạn ADN liên gen ADN liên gen rất dài, như ở người các gen chỉ chiếm dưới 30% toàn bộ hệ gen Xét ở mỗi gen, chỉ một mạch của

chuỗi xoắn kép là mang thông tin và được gọi là mạch khuôn dùng để tạo

ra phân tử ARN mang trình tự bổ trợ

để điều khiển quá trình tổng hợp

chuỗi polypeptit Mạch kia được gọi

là mạch không làm khuôn Cả hai

mạch trên phân tử ADN đều có thể được dùng làm mạch để mã hoá cho các gen khác nhau Ngoài ra, người ta còn dùng một số thuật ngữ khác để chỉ mạch khuôn và mạch không làm khuôn, như mạch đối nghĩa / mạch

mang nghĩa, mạch không mã hoá /

mạch mã hoá Cần chú ý là, mạch đối

nghĩa và mạch không mã hóa chính là mạch khuôn để tổng hợp phân tử

ARN

Khả năng lưu giữ thông tin di truyền của ADN là rất lớn Với một phân tử ADN có n bazơ sẽ có 4n khả năng tổ hợp trình tự bazơ khác nhau Trong thực tế, chỉ một số lượng hạn chế các trình tự mang thông tin có ích (thông tin mã hóa các phân tử ARN hoặc

protein có chức năng sinh học)

I 2 Về tổ chức của gen

Hầu hết các gen phân bố ngẫu nhiên trên nhiễm sắc thể, tuy nhiên có một

số gen được tổ chức thành nhóm,

hoặc cụm Có hai kiểu cụm gen, đó là các operon và các họ gen

Operon là các cụm gen ở vi khuẩn

Chúng chứa các gen được điều hoà hoạt động đồng thời và mã hoá cho các protein thường có chức năng liên quan với nhau Ví dụ như operon lac

ở E coli chứa ba gen mã hoá cho các enzym mà vi khuẩn cần để thủy phân lactose Khi có lactose làm nguồn

năng lượng (và vắng mặt glucose) thì

vi khuẩn cần ba enzym do operon lac

mã hoá Sự dùng chung một trình tự khởi đầu phiên mã (promoter) của các gen trong operon (hình 1) cho phép các gen đó được điều khiển biểu hiện đồng thời và sinh vật có thể sử dụng nguồn năng lượng một cách hiệu

quả.Ở các sinh vật bậc cao không có các operon, các cụm gen được gọi là các họ gen Không giống như các

operon, các gen trong một họ gen rất giống nhau, nhưng không được điều khiển biểu hiện đồng thời Sự cụm lại của các gen trong họ gen có lẽ phản ánh nhu cầu cần có nhiều bản sao của những gen nhất định và xu hướng lặp đoạn của nhiều gen trong quá trình

tiến hóa Một số họ gen tồn tại thành nhiều cụm riêng biệt trên nhiều nhiễm sắc thể khác nhau Hiện tượng này có

lẽ là do sự tái cấu trúc ADN trong quá trình tiến hoá đã phá vỡ các cụm gen Các họ gen có thể có cấu trúc đơn

giản hoặc phức tạp ở các họ gen đơn giản, các bản sao của gen giống hệt nhau Ví dụ như họ gen mã hóa ARN ribosom 5S (rARN 5S) ở mỗi tế bào người, có khoảng 2000 cụm gen của gen này, phản ánh tế bào cần số lượng lớn sản phẩm của gen này (hình 2a)

Trong khi đó, các họ gen phức tạp chứa các gen tương tự nhưng không giống hệt nhau Ví dụ như họ gen

globin ở người mã hóa cho cho các chuỗi polypeptit tương ứng với các loại globin a, b, g, e, và z (hình 2b) chỉ khác nhau vài axit amin Các

chuỗi polypeptit globin tương tác với nhau thành một phức hệ, và kết hợp với các phân tử hem để tạo ra

hemoglobin (một loại protein vận

chuyển oxy trong máu)

I.3 Trình tự khởi đầu phiên mã

(promoter)

Sự biểu hiện của gen được điều khiển

rất chặt chẽ Không phải tất cả các

gen có trong ADN của tế bào đều

được biểu hiện đồng thời Những gen

khác nhau được hoạt hoá biểu hiện

vào những thời điểm và ở những tế

bào khác nhau Tất cả các gen được

biểu hiện trong một tế bào sẽ xác định

đặc tính và chức năng của tế bào đó

Ví dụ, các gen biểu hiện trong tế bào

cơ khác với các gen được biểu hiện trong tế bào máu Sự biểu hiện của

gen được điều khiển bắt đầu từ một đoạn trình tự ADN đứng trước (nằm ngược dòng về phía đầu 5’) so với

đoạn trình tự mã hóa được gọi là trình

tự khởi đầu phiên mã (promoter, còn gọi là trình tự khởi động) Đoạn trình

tự khởi động chứa trình tự đặc hiệu được ARN polymerase và các protein đặc biệt gọi là các yếu tố phiên mã

nhận biết để gắn vào trong quá trình phiên mã của gen Mức độ biểu hiện của gen trong tế bào được xác định bằng mức độ gắn kết (ái lực) của

ARN polymerase và các yếu tố phiên

mã với promoter

I 4 xon và ntron

Ở các sinh vật bậc cao (sinh vật nhân chuẩn), thông tin di truyền mã hoá

trên các NST thường bị phân cắt

thành nhiều đoạn trình tự ADN cách biệt được gọi là các exon Các exon bị ngăn cách bởi những trình tự không mang thông tin có ích được gọi là các intron Số lượng các intron trong một gen biến động lớn, có thẻ từ 0 đến

trên 50 phân đoạn Độ dài của các

intron và exon cũng rất biến động,

nhưng các intron thường dài hơn và chiếm phần lớn trình tự của gen

Trước khi thông tin trong gen được sử dụng để tổng hợp phân tử protein

tương ứng, thì các intron phải được

cắt bỏ khỏi phân tử ARN nhờ quá

trình được gọi là quá trình cắt bỏ (quá trình hoàn thiện phân tử mARN)

Trong quá trình đó, các exon được giữ

lại và nối lại với nhau thành một trình

tự mã hoá liên tục

Việc xác định các intron trong trình tự một gen có thể thực hiện được nhờ

các intron điển hình có trình tự bắt

đầu là 5’-GU và kết thúc là AG- 3’ Tuy vậy, thực tế ngoài những dấu

hiệu này, việc cắt bỏ các intron còn

cần các trình tự khác ở vùng nối giữa intron và exon (xem thêm mục I.1)

I 6 Gen giả (pseudogene)

Có một số gen giống với các gen khác

nhưng trình tự bazơ của chúng có

những sai sót làm cho chúng không có khả năng chứa những thông tin sinh học hữu ích Những gen đó được gọi

là những gen giả và những sai sót

hoặc đột biến trong trình tự ADN của chúng xuất hiện trong quá trình tiến hoá làm thông tin bị lẫn lộn đến mức không còn điều khiển quá trình sinh tổng hợp protein bình thường được

nữa Những gen giả là dấu vết của quá trình tiến hoá Trải qua tiến hoá,

những sự biến đổi ban đầu các bazơ gây mất thông tin được lặp đi lặp lại đến mức thậm chí trình tự bazơ của

các gen giả khác hẳn với trình tự gen gốc ban đầu Ví dụ như các gen

globin giả trong các cụm gen globin