Chuyên đề 9: Đột biến số lượng nhiễm sắc thể

1. Đột biến dị đa bội:

Đa bội thể lai: còn gọi là thể dị bội. Đa bội thể lai có được khi cả 2 bộ NST của 2 loài khác nhau cùng đứng chung trong một tế bào (2nA + 2nB).

Thể dị đa bội là kết quả của lai xa (lai khác loài) và đa bội hóa. Quá trình hình thành thể đa bội diễn ra trong tự nhiên khá nhiều, với các bằng chứng là nhiều loài hiện tại đang tồn tại mang bộ nhiễm sắc thể của 2 hay nhiều loài đang tồn tại. Các bằng chứng cho thấy, các loài thực vật có hoa hiện nay, đa số được hình thành bằng con đường lai xa và đa bội hóa. Là kết quả của quá trình dị đa bội.

2. Đột biến đa bội nguyên (euploidy) – tự đa bội:

Đa bội thể (polyploidy): hiểu theo nghĩa rộng là sự thay đổi số lượng NST. Sự thay đổi số lượng NST có nhiều kiểu: đa bội nguyên (euploidy), đa bội lai (alloploidy) và đa bội lệch (aneuploidy)

2.1 Đa bội nguyên:
Sự tăng nguyên lần bộ NST đơn bội của một loài, được gọi là đa bội thể nguyên hay đa bội thể thuần. Đây là đa bội hiểu theo nghĩa hẹp, nếu có cá thể 2n NST thì dạng 3n, 4n, 5n … là các dạng đa bội thể.

– Thể đơn bội (Monoploid): một số sinh vật Eukaryote bậc thấpnhư vi  nấm,  vi  tảo  có  nhân  dơn  bội.  Các  cơ  thể  đơn  bội  ở  sinh  vật  bậc  cao thường  ít  hơn  và  có  sức  sống  kém  hơn  dạng  lưỡng  bội  bình  thường.  Các thực vật đơn bội đã được tìm thấy nhưng thường bất thụi. Một số ít động vật tồn tại ở dạng đon bội. Một ngoại lệ đáng lưu ý là ong đực và ong vò vẽ.

– Thể tam bội (Triploid): tam bội NST (3n) có thể được tạo nên do sự kết hợp giữa các giao tử đơn bội với giao tử lưỡng bội. Bộ NST đon bội thứ ba của thể tam nhiễm thường phân bố vào các tế bào sinh dục với nhiều loại tổ hợp khác nhau, tạo nên các giao tử mất cân bằng di truyền. Các thể tam bội có độ bất thụ cao nên trong thiên nhiên, chúng thường ở dạng sinh sản vô tính như cây chuối.

– Thể tứ bội (Tetraploid): tứ bội NST (4n) có thể xuất hiện trong các tế bào cơ thể do sự tăng đôi số NST của tế bào soma. Sự tăng đôi số NST có thể xảy ra nhờ tác động của alkaloid colchicine vào tế bào hoặc do sự hợp nhất của các giao tử 2n.

Trong cơ thể lưỡng bội, tế bào một số mô chuyên biệt trở thành đa bội. Ví dụ một số tế bào gan của người là thể đa bội, nội nhủ của hạt nhiều loài thực vật là thể tam bội.

2.2 Đặc điểm di truyền của thể đa bội:

Thể tự đa bội là những dạng đa bội xuất hiện trên cơ sở gấp bội bộ nhiễm sắc thể của chính loài đó.

Các thể tự đa bội được áp dụng rất rộng rãi trong chọn giống thực vật để tạo ra những dạng cây có kiểu gene ổn định. Bằng phương pháp sinh sản sinh dưỡng và tự thụ phấn, các dạng tự đa bội được duy trì rất lâu. Trong sinh sản hữu tính, thể tự đa bội cho ra những dạng đồng nhất về số lượng nhiễm sắc thể và bộ gene nếu như dạng ban đầu là đồng hợp tử.

Tuy nhiên, có một vấn đề rất lớn và đặc trưng cho các thể tự đa bội là khả năng sinh sản và kết hạt của nó rất kém. Đặc tính này có liên quan chặt chẽ đến qúa trình giảm phân và một số đặc  điểm di truyền khác.

Do thể tự tứ bội có sự gấp đôi về số lượng nhiễm sắc thể nên sự tiếp hợp của các nhiễm sắc thể trong giảm phân của nó khác so với dạng lưỡng bội. Sự rối loạn của quá trình phát sinh giao tử chính là nguyên nhân cơ bản làm giảm tính hữu thụ của chúng. Kiểu gene AAaa sẽ cho ra 3 kiểu giao tử với tỉ lệ 1AA :4A a:1aa. Ở F2 sự phân ly theo kiểu hình là 35:1. Tỉ lệ này đã được thực nghiệm chứng minh nhiều lần, mà lần đầu tiên là thu được trong thí nghiệm về màu sắc tím và trắng của hoa cây Dautura stramonium.

Khi có sự dị hợp tử  về nhiều gene thì khả năng xuất hịên của những dạng đồng hợp tử lặn ở thể tứ bội thuần còn ít hơn nữa so với dạng lưỡng bội. Qua đây ta thấy rõ là, đa bội thể đã ngăn cản việc chuyển trạng thái dị hợp sang đồng hợp tử. Bởi vậy, thể đa bội duy trì tính dị hợp tử tốt hơn dạng lưỡng bội. Đây là một nguyên tắc rất quan trọng ứng dụng vào việc duy trì hiện tượng ưu thế lai.

Khả năng sinh sản hữu tính của thể tự tứ bội: Các thể tự đa bội có một nét đặc trưng là khả năng sinh sản hữu tính kém và đặc tính này rất ổn định. So với dạng lưỡng bội ban đầu, thường các cây tự tứ bội có khả năng kết hạt kém, hạt phấn ít; bởi vậy sự tăng lên về trọng lượng hạt không bù đắp lại được sự tổn thất do số lượng hạt bị giảm sút gây nên. Tuy nhiên, bằng những phương pháp chọn lọc có hệ thống, có thể nâng cao khả năng sinh sản của nó đến mức gần bình thường so với dạng lưỡng bội. Đồng thời, cần thấy rằng, khả năng kết hạt kém ở cây tự đa bội là một đặc điểm rất có giá trị trong việc chọn giống những cây mà mục đích không phải lấy hạt, như nho, dưa hấu, cam quít, chuối …cây sinh sản sinh dưỡng và cây cảnh.

Theo Darlington, Kostoff, Mather…thì những nguyên nhân gây ra tính sinh sản kém ở cây tự đa bội chủ yếu là về mặt tế bào học. đó là do sự rối loạn của quá trình giảm phân. Ví dụ, ở luá mạch tứ bội, đáng lẽ hình thành những tế bào sinh dục có 14 nhiễm sắc thể thì con số ấy thường lại là 13 hay 15. Những giao tử này hoặc bị chết sớm hoặc kém sức sống thường là những giao tử đực. Theo quan sát của Fischer, ở ngô tứ bội có khoảng 85% tế bào có từ  8 – 10 bộ 4 nhiễm sắc thể, những cây này có tỉ lệ kết hạt cao. Còn ở những cây có tỉ lệ kết hạt kém thì số lượng bộ bốn này ít đi.

Tuy nhiên, cũng có những nghiên cứu cho thấy tính hữu thụ kém của thể tự đa bội, ít hoặc không có liên quan rõ rệt đến sự rối loạn của quá trình giảm phân. Xét theo nguyên nhân tế bào học, về mặt nguyên tắc có thể khắc phục hiện tượng bất thụ bằng cách khống chế sự đa tiếp hợp giữa các nhiễm sắc thể tương đồng tạo điều kiện cho sự tiếp hợp đôi. Muốn vậy, phải tạo được những thể tự đa bội nhưng có nguồn gốc lai giữa những dạng có kiểu nhân rất gần nhau trong cùng một loài. Ví dụ, lai giữa các dạng tự tứ bội của các thứ lúa thuộc hai loài phụ Japonica và Indica của loài Oryza sativa như Lương Đình Của (1952) đã làm.

Tóm lại, nguyên nhân gây ra khả năng sinh sản hữu tính kém của các dạng tự đa bội là do sự khống chế của các nhân tố di truyền và những sự rối loạn trong quá trình giảm phân. Những biến đổi về mặt sinh lý cũng có ảnh hưởng đến tính hữu thụ của thể tự đa bội. Song phần lớn chúng là kết quả của sự tác động của hai loại nhân tố trên.

Khả năng giao phối của thể tự tứ bội và sự tạo thành thể tam bội: Các dạng tự tứ bội thường được đặc trưng bằng khả năng giao phối của chúng với dạng lưỡng bội ban đầu. Song cần chú ý rằng, nếu lấy dạng lưỡng bội làm mẹ lai với dạng tứ bội thì không cho kết quả tốt, nhưng nếu lai ngược lại thì lại có hiệu quả; vì rằng hạt phấn của cây tứ bộicó sức sống kém. Từ đó sẽ hình thành nên dạng tam bội (3n). Tam bội thể nói chung không có khả năng sinh sản hữu tính; vì rằng quá trình giảm phân của nó bị rối loạn. Chẳng hạn, ở dưa hấu tam bội (3n = 33) sẽ hình thành nên những giao tử có số nhiễm sắc thể từ 0 đến 33. Trong số ấy chỉ những giao tử có số nhiễm sắc thể là 11 và 22 mới có khả năng hữu thụ. Vì thế, sẽ có khoảng 95% số giao tử được sinh ra là bất thụ. Rõ ràng tính bất thụ của của tam bội thể là một nhược điểm rất lớn đối với các cây lấy hạt. Song lại rất có giá trị đối với những cây lấy quả mà không cần hạt như dưa hấu, nho, chuối hoặc những cây lấy củ, như củ cải, củ cải đường hoặc cây dùng cho chăn nuôi hoặc cây cảnh.

Lần đầu tiên ở Nhật bản, Kihara Yamashita, Kondo, Nishiyama…và sau đó là Kiss Arpad (Hungari) đã tạo ra dạng dưa hấu  tam bội mà hiện nay được bán phổ biến trên nhiều thị trường thế giới. Loại dưa hấu này quả to, hương vị ngon, thịt quả dày, hàm lượng đường cao và không hạt. Dưa hấu tam bội này được tạo ra từ quá trình lai giữa dưa hấu tứ bội (dạng mẹ) và lưỡng bội. Vì dưa hấu tam bội không cho hạt nên phải có một hệ thống sản xuất hạt tam bộ riêng. Để có dạng tam bội có sản lượng cao phải chọn mhững dạng lưỡng bội từ các thứ khác nhau, có khả năng kết hợp cao. Khi giao hạt tam bội phải gieo thêm một số hàng hạt lưỡng bội, vì hạt phấn cây tam bội thường kém sức sống,  Để phân biệt được cá quả tam, tứ và lưỡng bội, ta có thể sử dụng những đặc điểm về mặt hình thái được kiểm soát một cách di truyền. Nếu như dạng tự tứ bội có vỏ quả màu sáng (gS gSgSgS) thì ta dùng cây lưỡng bội cho phần thuộc thứ có vỏ quả màu xanh (GG) và cây tam bội sinh ra sẽ cho quả có vỏ sọc xanh (GgSgS).

3. Sự phân bố và các con đường hình thành thể đa bội trong tự nhiên:

3.1. Sự phân bố các thể đa bội trong tự nhiên:

Hiện tượng đa bội hoá rất phổ biến trong giới thực vật từ hạ đẳng đến thượng đẳng, đặc biệt ở thực vật có hoa. Hơn một nữa một số loài thực vật có hoa là dạng đa bội. Tỉ lệ các dạng đa bội cao nhất là ở cây thảo, nhất là cây thảo nhiều năm và rất ít ở cây gỗ.

Hiện tượng đa bội giữ một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hoá của giới thực vật. Trong sự sinh sản hữu tính, việc hình thành hợp tử có thể coi là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phát triển của hiện tượng đa bội, Sự hình thành nội nhũ tam bội do kết quả thụ tinh kép ở thực vật hạt kín là bước tiến quan trọng tiếp theo và có ý nghĩa rất lớn trong quá trình tiến hoá. Hiện tượng đa bội giữ một vai trò rất lớn trong sự hình thành các giống cây trồng. Việc chọn lọc ban đầu xảy ra là vô ý thức, song đã giữ lại nhiều dạng đa bội vì chúng có nhiều đặc tính tốt, đáp ứng được nhiều yêu cầu của con người. Ví dụ, theo Mol (1922), cây hoa thuỷ tiên trước đây ở Hà lan là dạng lưỡng bội (2x = 24), sau đó nó bị thay thế bằng dạng tam bội (3x = 36); đến năm1989, dạng tứ bội (4x = 48) được trồng phổ biến ở nhiều nơi.

3. 2. Các con đường hình thành đa bội thể 

Do sự rối loạn trong quá trình phân bào

Ta biết rằng, trong tự nhiên tồn tại những cơ chế đảm bảo cho sự ổn định về số lượng nhiễm sắc thể của loài, đó là do các quá trình nguyên phân, giảm phân và thụ tinh. Tuy nhiên, các cơ chế ấy có thể bị rối loạn do những nguyên nhân sau đây: 1. Chỉ có nhân phân chia mà tế bào không phân chia hoặc nhân sau lúc phân chia không phân ly. 2. Các nhiễm sắc thể sau lúc phân chia không phân ly về các cực hay phân ly không đều. 3. Có sự gấp bội nhiễm sắc thể mà không có sự phân ly của chúng về hai cực.

Một trong những nguyên nhân trên khi xảy ra đều dẫn đến sự thay đổi số lượng nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và tạo thành những tế bào đa bội. Tuy con đường phát sinh mà người ta chia ra hai loại đa bội thể: đa bội thể do quá trình nguyên phân gây ra và đa bội thể do quá trình giảm phân gây ra. Sự rối loạn của quá trình nguyên phân có thể xảy ra ở các tế bào soma hoặc vào thời kỳ phân chia thứ nhất của hợp tử. Các mô hoặc cơ thể đa bội được hình thành từ những tế bào đa bội thường thể hiện không hoàn toàn. Ở chúng thường xen lẫn các tế bào, các mô có những mức bội thể khác nhau. Những cơ thể như vậy gọi là thể khảm.

Nếu sự tăng bội bộ nhiễm sắc thể xảy ra vào thời kỳ phân chia thứ nhất của hợp tử thì tất cả các tế bào phôi sẽ là đa bội và ta có một cơ thể đa bội hoàn toàn.

Sự rối loạn trong quá trình phân ly nhiễm sắc thể có thể xảy ra trong lúc hình thành tế bào sinh dục. Sự không phân ly của các nhiễm sắc thể về hai cực trong giảm phân dẫn đến sự hình thành những giao tử lưỡng bội. Sự thụ tinh xảy ra giữa những giao tử này sẽ tạo thành những thể tứ bội.

Nguyên nhân rối loạn của quá trình nguyên phân dẫn đến sự không phân ly của các nhiễm sắc thể và kìm hãm sự phân chia nhân thường là do sự bất bình thường của sự co ngắn của nhiễm sắc thể, sự mất tính chất phân cực của tế bào đang phân chia hoặc sự tăng về độ nhớt của tế bào chất đưa đến sự thay đổi diện tích của các phần tử keo.

Do quá trình lai tạp

Ngoài nguyên nhân do sự rối loạn của quá trình nguyên phân và giảm phân, con đường thứ hai để hình thành các dạng đa bội là sự giao phối giữa các cây thuộc những đơn vị phân loại khác nhau, thường xảy ra giữa các loài.

Nguồn: http://thuviensinhhoc.com

Chuyên đề 8: Nhiễm sắc thể và đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể

A. Nhiễm sắc thể – NST

I. Hình thái và cấu trúc

Ở sinh vật nhân thực, từng phân tử ADN được liên kết với các loại protein khác nhau (chủ yếu là histon) tạo nên cấu trúc được gọi là NST (thể bắt màu với thuốc nhuộm kiềm tính)

Các protein khác tham gia hình thành cấu trúc NST được gọi chung là protein phi histon.

Ở vi khuẩn thật – eubacteria (trong chương trình phổ thông được hiểu là sinh vật nhân sơ đơn thuần) ADN tuy không liên kết với protein histon (trần) nhưng có liên kết với các protein phi histon khác. Tuy nhiên, đôi khi người ta cũng coi vi khuẩn với ADN trần dạng vòng là 1 NST của vi khuẩn.

Ở vi khuẩn cổ – archaea (cũng là sinh vật nhân sơ, nhưng có nhiều đặc điểm khác biệt – được tính riêng là 1 lãnh giới – sgk 10) ADN ở vài loài có liên kết với protein histon.

Ở phần lớn các loài, NST thường tồn tại thành từng cặp tương đồng, giống nhau về hình thái, kích thước và vị trí tương ứng của gen (locut gen) nhưng không giống nhau về gen. Riêng NST giới tính có thể tồn tại riêng lẻ, tương đồng hoặc không tương đồng. Mỗi loài có bộ NST đặc trưng về số lượng, hình thái và cấu trúc. Tuy nhiên số lượng NST trong bộ NST không phản ánh mức độ tiến hóa của loài.

1. Cấu trúc hiển vi của NST

Cấu trúc hiển vi được hiểu là cấu trúc quan sát được dưới kính hiển vi thông thường. Cấu trúc này được nhìn rõ nhất khi làm tiêu bản NST của tế bào trong kì giữa của chu kì tế bào. Khi đó NST tồn tại dưới dạng sợi kép với 2 cánh là 2 cromatit.

Mỗi NST chứa 3 trình tự nucleotit đặc biệt:

+ Tâm động: vị trí liên kết với thoi phân bào (và cũng là vị trí được nhân đôi sau cùng)

+ Trình tự đầu mút: trình tự lặp lại đặc biệt giúp bảo vệ NST

+ Trình tự khởi đầu tái bản: trình tự mà tại đó ADN được bắt đầu nhân đôi

NST thường có các phần bắt màu đậm (dị nhiễm sắc – là vùng đóng xoắn chặt, thường ở vùng này gen không được phiên mã) và vùng bắt màu nhạt hơn (nguyên nhiễm sắc – là vùng có tháo xoắn, thường xảy ra sự phiên mã gen tương ứng)

2. Cấu trúc siêu hiển vi của NST

Trình bày mức độ cuộn xoắn từ ADN -> NST với sự hỗ trợ của nhiều loại protein.

Các loại protein tham gia đóng gói NST:

+ 8 protein histon trong nucleoxom: H2A, H2B, H3, H4 – mỗi loại có 2 phân tử.

+ protein giữa các nucleoxom: H1

II. Chức năng của NST:

– Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền:

– Điều hòa hoạt động của các gen thông qua mức độ cuộn xoắn của NST.

– Giúp tế bào phân chia đều vật chất di truyền vào tế bào con ở pha phân bào.

B. Đột biến cấu trúc NST:

Là những biến đổi trong cấu trúc của NST.

Đột biến này thực chất là sự sắp xếp lại những khối gen trên và giữa các NST, được phát hiện nhờ phương pháp nhuộm băng NST (tiêu bản NST). Các tác nhân vật lý như các tia phóng xạ, tác nhân hóa học và các tác nhân sinh học như virus có thể gây ra đột biến dạng này. Gồm 4 dạng: mất đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn và chuyển đoạn.

1.  Mất đoạn

Mất đoạn làm giảm số lượng gen trên NST. Mất đoạn thường gây chết và giảm sức sống hoặc mất các tính trạng tương ứng. Do đó người ta ứng dụng đột biến mất đoạn để loại khỏi NST những gen không mong muốn hoặc xác định vị trí của gen trên NST -> lập bản đồ gen.

Sự thiếu một đoạn NST gồm 2 loại: mất đoạn (deletion) ở giữa NST và mất đỉnh (deficiency). Đoạn NST bị mất nếu nhỏ có thể mang 1 gen hoặc một phần gen. Trong trường hợp này hiệu quả kiểu hình có thể giống như xuất hiện alen đột biến ở locus đó. Các mất đoạn không có đột biến nghịch, bởi vì đoạn NST bị mất khó ngẫu nhiên được gắn trở lại do đột biến. Nhờ đó mất đoạn có thể phân biệt với đột biến gen.

Sự mất một đoạn dài NST thường gây chết do sự mất cân bằng di truyền của bộ gen. Sự mất đỉnh của đoạn NST mang gen trội A cho phép alen lặn a có biểu hiện kiểu hình. Khi một sinh vật dị hợp tử (Aa), sự mất đoạn có A thì alen lặn a trên NST   kia   có   biểu   hiện   kiểu   hình.   Hiện   tượng   này   gọi   là   “giả   trội” (Pseudodominant),  thật  ra  locus  tương  ứng  ở  trạng  thái  bán  dị  hợp  tử (Hemizygote)

•  Tiếp hợp ở giảm phân 1 khi có mất đoạn:

Sự mất đoạn ở cá thể dị hợp có thể phát hiện ở kì trước của giảm phân I khi các NST tương đồng bắt cặp. Nếu có mất đoạn sẽ thấy xuất hiện một vòng tròn do không có đoạn NST tương đồng.

Ví dụ về đột biến mất đoạn ở người: khi mất vai ngắn của NST số 5, karyotype 46,XY, del(5p) dẫn đến hội chứng mèo kêu (Cri du chat). Trẻ sơ sinh bị hội chứng này có tiếng khác như mèo kêu. Bệnh được gặp với tần số 1/50.000  trẻ,  biểu  hiện  chậm  trí,  đầu  nhỏ  và  hiếm  khi  sống  được  tới  lúc trưởng thành. Sự  mất  một  phần  vai  dài  của  NST  số  22  (được  gọi  là  NST Philadelphia, lấy tên thành phố nơi phát hiện ra đầu tiên). Nó được tìm thấy ở  tế  bào  tủy  xương  (cùng  với  các  tế  bào  có  NST  bình  thường)  của  90% những  người  bệnh  bạch  huyết  myelocyt  kinh  niên  (một  dạng  ung  thư). Thường đoạn bị mất đó được chuyển đến một NST dài hơn (thường là NST số 9).

  2. Lặp đoạn:

            Lặp đoạn làm gia tăng số lượng gen trên NST. Lặp đoạn thường không gây hậu quả nghiêm trọng như mất đoạn, thường tăng cường hoặc giảm mức biểu hiện của tính trạng. Lặp đoạn có vai trò quan trọng trong tiến hóa. Bằng cách lặp đoạn kèm đột biến có thể làm xuất hiện gen mới trong tế bào.

Các lặp đoạn NST có thể tăng lên bằng nhiều cách khác nhau. Nói chung sự lặp đoạn không gây hậu quả nặng nề như mất đoạn, thậm chí một số lặp đoạn có lợi cho tiến hóa là tạo vật liệu di truyền mới.

Lặp đoạn có thể ở cạnh nhau, xa nhau trên cũng một NST hay ở vào các NST khác. Nhờ lặp đoạn có thể nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng và vị trí khác mức bình thường của một đoạn NST hay gen. Kiểu hình của lặp đoạn có khi trội, có khi lặn hay trung gian hoặc có tác động tích lũy.

Trường hợp điển hình về lặp đoạn là đột biến trội mắt thỏi Bar (B) nằm  trên  NST  X  của  Drosophila.  Trường  hợp  tăng  một  đoạn,  dị  hợp  tử +/Bar  thì  mắt  bé  hơn  bình  thường  một  ít,  hẹp  cạnh  nên  có  dạng  kéo  dài. Ruồi đồng hợp BB có mắt nhỏ hơn. Nếu lặp đoạn đôi, tăng hơn bình thưòng 2 đoạn sẽ là đột biến Bar kép, có kiểu hình mắt nhỏ hơn nữa nên gọi là “thỏi kép”. Số đoạn lặp lại có thể đến 7 đoạn thành “siêu Bar” mắt nhỏ nhất.

Gen mắt thỏi B có tác động gia tăng theo chiều giảm kích thước mắt, số đoạn lặp càng nhiều, mắt càng bé. Có trường hợp khác, lặp đoạn tác động theo  hướng  ngược  lại,  số  đoạn  càng  tăng  thì  kiểu  hình  càng  trở  về  bình thường hơn.

Các kiểu gen hoang dại, Bar và Bar kép tương ứng với các đoạn trên NST khổng lồ. Sự tăng đoạn Bar như một nhân tố trội về mặt di truyền. Khi nuôi các ruồi Bar đồng hợp tử BB nhận thấy các ruồi hoang dại xuất hiện ở ruồi con với tần số1/1.600 và các ruồi Bar kép cũng xuất hiện với tần số tương tự.  Sự  xuất  hiện  các  kiểu  hình  bất  thường  có  thể  giải  thích  bằng  trao  đổi chéo không cân bằng khi tiếp hợp ở giảm nhiễm I.

3. Đảo đoạn :

Đảo đoạn xảy ra lúc đoạn trong đứt đi quay 180⁰  rồi được nối lại.

3.1 Đảo đoạn mang tâm động (Pericentric inversion)

Tâm động nằm bên trong đoạn bị đảo. Trong giảm nhiễm I các NST tương đồng khi tiếp hợp sẽ tạo vòng tròn kép. Nếu trao đổi chéo xảy ra giữa 2 sợi NST đơn trong vùng đảo đoạn thì 2 chromatid đó của mỗi NST thường có  chiều  dài  không  cân  bằng  nhau.  Trong  trường  hợp  này,  một  nữa  sản phẩm của giảm phân vừa có lặp đoạn lại có mất đoạn nên mất sức sống. Nữa khác của các giao tử (không có trao đổi chéo) có sức sống bình thường gồm 1/4 có đoạn với trình tự gen bình thường và 1/4 có đảo đoạn.

3.2 Đảo đoạn không mang tâm động (Paracentric inversion):

Tâm động nằm ngoài đoạn bị đảo. Trao đổi chéo xảy ra bên trong đoạn đảo tạo NST  hướng tâm (có 2 tâm động –  dêcntric chromosome)  và trong kì sau I sẽ tạo nên cầu nối, nối 2 cực tế bào. Cầu nối sẽ bị đứt ở bất kì chỗ nào tạo ra các đoạn không cân bằng chứa lặp đoạn hoặc mất đoạn.

4. Chuyển đoạn:

Có thể chuyển đoạn từ NST này sang NST khác hoặc chuyển đoạn cùng NST. Do đó có thể làm thay đổi hoặc giữ nguyên số lượng gen. Tuy nhiên trong chương trình thường chỉ xét chuyển đoạn giữa các NST không tương đồng.

Chuyển đoạn tương hỗ là 1 đoạn của NST này chuyển dang 1 NST khác và ngược lại. Chuyển đoạn không tương hỗ là trường hợp 1 đoạn của NST hoặc cả 1 NST này sáp nhập vào NST khác (gọi riêng trường hợp này là đột biến Robecson – giả thuyết của quá trình hình thành loài người từ tinh tinh). Chuyển đoạn thường giảm khả năng sinh sản (bán bất thụ), sức sống có thể giảm, thay đổi nhóm liên kết gen (có thể ứng dụng trong chọn giống). Chuyển đoạn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành loài mới.

Nguồn: http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh-hoc/di-truyen-phan-tu/635-chuyen-de-5-nst-dot-bien-nst-

http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh-hoc/di-truyen-hoc-nst/2621-dot-bien-dao-doan-nhiem-sac-the-inversion

Chuyên đề 7: Đột biến gen

I. Đột biến gen:

1. Những kiến thức cần nắm:

a, Định nghĩa: Đột biến gen là những biến đổi nhỏ trong cấu trúc của gen thường liên quan tới một hay một số cặp nucleotit. (Đột bíên xảy ra ở 1 cặp nu gọi chung là đột biến điểm).

b, Các dạng đột biến gen:

– Thay thế một cặp nucleotit:

Gen:

ATGXATGX Đột biến ATGAATGX

TAXGTAXG ——————> TAXTTAXG

– Mất một cặp nucleotit:

Gen:

ATGXATGX Đột biến ATG_ATGX

TAXGTAXG —————-à TAX_TAXG

– Thêm một cặp nucleotit:

Gen:

ATGXATGX Đột biến ATGXAATGX

TAXGTAXG —————–à TAXGTTAXG

c, Nguyên nhân và cơ chế phát sinh đột biến gen:

– Nguyên nhân:

+ Do các base dạng hiếm (dạng hỗ biến) kết cặp sai trong nhân đôi DNA.

+ Do DNA bị tác động bởi các tác nhân vật lí, hoá học, sinh học của một trường làm thay đổi cấu trúc của nó (như các loại tia phóng xạ, tia tử ngoại, các hoá chất gây đột biến hoặc do một số loại virut gây rối loạn trong quá trình nhân đôi DNA…)

– Cơ chế phát sinh đột biến gen:

Mỗi bazơ tồn tại ở 2 dạng cấu trúc được gọi là tautomer. Ví dụ, adenin bình thường mang nhóm NH2 cung cấp nguyên tử hidro cho sự bắt cặp bổ sung với dạng keto (C = O) của timin. Khi có biến đổi tautomer, adenin chuyển sang cấu trúc hiếm là dạng imino NH sẽ nắt cặp bổ sung với xitozin. Timin có thể chuyển sang dạng enol (COH) ko cso trong DNA bình thường và bắt cặp với guanin. Khả năng bắt cặp sai của bazơ với tautomer ko đúng đã được Watson và Crick nêu lên khi xây dựng mô hình chuỗi xoắn kép.

Sự bắt cặp sai có thể là các đột biến đồng chuyển, trong đó purine thay bằng purine khác và pirimidine thay bằng pirimidin khác.

Mặc dù các ADN polimerraza III với hoạt tính sửa sai có khả năng nhận biết những chỗ bắt cặp sai và cắt bỏ, làm giảm đáng kể các sai hỏng nhưng vẫn ko hết.

Các sai hỏng trên có thể dẫn đến hai kiểu biến đổi: đồng chuyển hay đảo chuyển.

Các biến đổi trên, ngoài việc thay thế các nucleotit trên mạch ADN còn có thể làm thêm hay mất các nucleotit gây nê các đột biến ảnh hwowngr đến khả năng tổng hợp protein.

(Thông tin từ Di Truyền Học của Phạm Thành Hổ)

– Ảnh hưởng của đột biến gen đến sinh tổng hợp Protein:

a, Đột biến lệch khung:

2 kiểu đột biến có “hiệu quả” nặng đó là thêm base và mất base. Các biến đổi này thường làm enzym mất hoạt tính. Sự thêm hay mất một cặp base gây nên sự dịch mã lệch khung. Từ điểm biến đổi về sau, từ bộ 3 bị sai sẽ kéo dài liên tục đến cuối mạch polypeptit. Sự tổng hợp protein có thể bị kết thúc sớm nếu sự lệch khung dẫn đến codon kết thúc.

b, Đột biến thay thế:

Nếu là đột biến sai nghĩa thì sự thay thế cặp nu này thành cặp nu khác sẽ dẫn đến sự thay thế acid amin này bằng acid amin khác. Nếu là đột biến vô nghĩa thì sự thay thế cặp nu không ảnh hưởng đến acid amin mà codon đó mã hoá.

Hình ảnh về đột biến sai nghĩa

Ngoài các sai hỏng trong quá trình sao chép DNA, phân tử DNA còn chịu các sai hỏng ngẫu nhiên có thể dẫn đến đột biến. 2 kiểu sai hỏng thường gặp là mất purin hoặc mất amin. Đột biến cũng có thể xảy ra bằng những hoá chất nhân tạo, chúng có cấu trúc gần giống với base nito, gây bắt cặp sai dẫn đến đột biến.

Nguồn: http://thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh-hoc/di-truyen-phan-tu/636-chuyen-de-4-bien-di-di-truyen-va-co-che-bien-di-dot-bien-gen

Chuyên đề 6: Điều hòa hoạt động của gen

I. Cấu trúc cơ bản của gen:

Qua hình  này, các bạn có thể hình dung rõ nhất cấu trúc của gen và gen điều hoà ở sinh vật nhân sơ.

1, Vùng khởi động của gen điều hoà

2, Vùng gen điều hoà

3, Vùng khởi động của gen cấu trúc

4, Vùng gen vận hành

5, Vùng gen cấu trúc Z mã hoá cho β- galactosidase

6, Vùng gen cấu trúc Y mã hoá cho β- galactosidase permease

7, Vùng gen cấu trúc Z mã hoá cho β- galactosidase transacetylase.

II. Điều hoà gen ở sinh vật nhân sơ:

Cơ chế điều hoà dựa vào tương tác của protein điều hoà với gen O (gen vận hành). Protein điều hoà được gọi là yếu tố kìm hãm hay ức chế được gen điều hoà I tổng hợp:

– Khi môi trường không có lactoz, yếu tố kìm hãm gắn vào O, ngăn cản sự phiên mã của nhóm gen cấu trúc, vì enzim phiên mã không hoạt động được.

– Khi môi trường có lactoz, được gọi là nhân tố cảm ứng của O lac, tác nhân này sẽ gắn vào yếu tố ức chế làm thay đổi cấu hình không gian của nó, do đó nó không gắn được vào gen O. Nhờ đó enzim phiên mã mới phiên mã được nhóm gen cấu trúc để tổng hợp enzim phân giải lactoz.

Sự điều hoà O lac còn phụ thuộc vào nồng độ glucoz trong dịch bào. Khi nguồn glucoz cạn kiệt, tế bào phản ứng bằng cách tạo nhìêu cAMP _ được xem là tín hiệu của sự cạn glucoz. Trong điều kiện này, cAMP kết hợp với một số nhân tố khác và liên kết với vị trí trước promoter, nhờ đó ARN polimeraz được kích động để bám vào promoter và thực hiện quá trình phiên mã.

III. Điều hoà gen ở sinh vật nhân chuẩn:

–         Cơ chế điều hoà khá phức tạp do cấu trúc phức tạp của DNA và NST.

–         DNA nằm trong NST có cấu trúc bệnh xoắn nên trước khi phiên mã, NST phải tháo xoắn. Sự điều hoà hoạt động của gen ở sinh vật nhân thực qua nhiều mức điều hoà khác nhau: NST tháo xoắn, phiên mã, biến đổi sau phiên mã, dịch mã và biến đổi sau dịch mã.

–         Các gen điều hoà ở sinh vật nhân chuẩn có thể nằm cách rất xa gen được điều hoà. Sự điều hoà hoạt động của gen ở Prokaryota phần lớn đáp lại tín hiệu bên ngoài, còn ở Eukaryot là chủ yếu đáp ứng tín hiệu bên trong

nguồn: http://pgdlanggiang.edu.vn/c2huonglac/Kien-thuc-do-day/CAC-CHUYEN-DE-SINH-HOC-45/

Chuyên đề 5: Prôtêin và quá trình dịch mã

Nguồn: Thư viện Sinh học

I. Prôtêin:

– Là thành phần cấu trúc bắt buộc của tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố: C,H,O,N,P, S …

– Là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Acid amin. Có 20 loại acid amin khác nhau. Từ 20 loại này có thể cấu tạo nên vô số các prôtêin khác nhau về thành phần, số lượng, và trình tự các acid amin, đảm bảo tính đa dạng và đặc thù của từng loại prôtêin.

– Cấu tạo mỗi đơn phân gồm có 3 thành phần chính: Nhóm COOH, nhóm NH2 và gốc R liên kết với cacbon trung tâm (Cả COOH và NH2 , cả 1 ngtử H đều lk với C – C này gọi là C alpha). Sự khác nhau về thành phần cấu trúc của nhóm R chia 20 loại aicd amin làm 4 nhóm: Acid, Bazo, Phân cực, Không phân cực.

Cấu trúc 4 bậc của phân tử Prôtêin:

Bậc 1: Các đơn phân acid amin của prôtêin liên kết với nhau bằng liên kết peptit loại một nước, tạo thành chuỗi polipeptit mạch thẳng.

Bậc 2: Cấu trúc bậc 2 là cấu trúc vòng xoắn lò xo đều đặn hoặc gấp nếp beta, các nếp gấp và vòng xoắn được cố định bởi các liên kết hidro giữa các acid amin gần nhau.

Bậc 3: Chuỗi xoắn cuộn xếp tạo thành cấu trúc đặc thù trong không gian 3 chiều, tạo nên tính đặc trưng cho từng loại prôtêin bằng các liên kết đisunfua, liên kết ion, vander_van… tăng tính bền vững của phân tử prôtêin.

Bậc 4: 2 hay nhiều chuỗi cuộn xếp bậc 3 liên kết với nhau tạo thành phần phân tử prôtêin hoàn chỉnh, có cấu hình không gian đặc trưng cho từng loại prôtêin, giúp nó thực hiện được chức năng hoàn chỉnh.

II. Vai trò của ARN trong dịch mã:

Các loại ARN tham gia vào quá trình dịch mã đó là: mARN, rARN, và tARN.

– mARN: là bản phiên mã từ mã gốc của gen chứa đựng thông tin giải mã trình tự, số lượng, thành phần của các acid amin trong phân tử prôtêin.

– tARN: là ARN vận chuyển có 2 đầu, 1 đầu mang bộ 3 đối mã và đầu còn lại mang các acid amin tương ứng làm chức năng vận chuyển các acid amin đến mARN để tổng hợp prôtêin.

– rARN: tham gia vào thành phần của Riboxom, nơi tổng hợp nên chuỗi polipeptit.

III. Dịch mã:

Dịch mã hay còn gọi là giải mã được thực hiện ở ngoài tế bào chất, giúp tế bào tổng hợp nên các loại prôtêin khác nhau tham gia vào chức năng và cấu trúc tế bào.

Lí thuyết cơ bản cần nắm:

Gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Tổng hợp ARN để chuyển thông tin di truyền từ gen sang sản phẩm prôtêin (xem phần tổng hợp ARN)

Giai đoạn 2: Tổng hợp prôtêin ở tế bào chất gồm 4 bước cơ bản: (Một số sách chia là 2 giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và kết thúc)

+ Bước 1: Hoạt hoá axit amin. Các axit amin tự do có trong bào chất được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất giàu năng lượng ađenôzintriphôtphat (ATP) dưới tác dụng của một số loại enzim. Sau đó, nhờ một loại enzim đặc hiệu khác, axit amin đã được hoạt hoá lại liên kết với tARN tương ứng để tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN).

+ Bước 2: Mở đầu chuỗi pôlipeptit có sự tham gia của ribôxôm , bộ ba mở đầu AUG (GUG ở sinh vật nhân sơ), tARN axit amin mở đầu tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu trên mARN theo NTBS. Kết thúc giai đoạn mở đầu

+ Bước 3: Kéo dài chuỗi pôlipeptit, tARN vận chuyển axit amin thứ nhất tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu của mARN theo nguyên tắc bổ sung. aa1 – tARN tới vị trí bên cạnh, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ nhất trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ nhất. Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN (sự chuyển vị) làm cho tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm. Tiếp đó, aa2 – tARN tiến vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ hai trên mARN theo nguyên tắc bổ sung.

Liên kết peptit giữa aa1 và aa2 được tạo thành. Sự chuyển vị lại xảy ra, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với bộ ba tiếp giáp với bộ ba kết thúc phân tử chuỗi polipeptit lúc này có cấu trúc

aaMĐ – aa1 – aa­2 … aan vẫn còn gắn với tARN axit amin thứ n.

+ Bước 4: Kết thúc chuỗi pôlipeptit, Ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc lúc này ngừng quá trình dịch mã 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra tARN, axit amin cuối cùng được tách khỏi chuỗi polipeptit. Một enzim khác loại bỏ axit amin mở đầu giải phóng chuỗi pôlipeptit.

Cần lưu ý trên mỗi mARN cùng lúc có thể có nhiều ribôxôm trượt qua với khoảng cách là 51Å -> 102Å. Nghĩa là trên mỗi mARN có thể tổng hợp nhiều prôtêin cùng loại.

Sự tổng hợp prôtêin góp phần đảm bảo cho prôtêin thực hiện chức năng biểu hiện tính trạng và cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên các bào quan và đảm nhận nhiều chức năng khác nhau.

Những điểm cần lưu ý:

– Dịch mã bắt đầu khi tARN đặc biệt cho khởi sự gắn với đơn vị nhỏ của roboxom, phức hợp sẽ bám vào các trình tự nhận biết đặc biệt của roboxom ở đầu 5’ của mARN phía trước đoạn mã hoá cho protein. Nhờ đó anticodon (bộ 3 đối mã) của tARN-methionine khở sự bắt cặp với codon(bộ 3 mã hoá) xuất phát AUG trên mARN, ở điểm P (P-site). Sau đó các đơn vị lớn và nhỏ gắn vào nhau tạo thành roboxom nguyên vẹn.

– Ở bước kết thúc, mã kết thúc không có anticodon. Thay vào đó các nhân tố phóng thích RF làm kết thúc quá trình. Mạch polipeptit có NH2- và –COOH hoàn chỉnh sẽ thoát ra ngoài nhờ nhân tố phóng thích đó.

Quá trình dịch mã.

Ở sinh vật nhân thực, sau khi mARN được tổng hợp, hoàn thiện, nó sẽ rời khỏi 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 thực hiện theo 3 bước:

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 liên kết với nhiều hơn 1 loại tARN (tính chất tương tự với mã bộ ba)

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, tiểu phần lớn của riboxom sẽ liên kết, tạo thành phức hệ mARN-riboxom, bắt đầu quá trình dịch mã.

Quá trình này còn có sự tham gia của các yếu tố khác (If-I, If-II…)

tARN mang a.a thứ nhất tới vị trí A (tARN mang Met ở vị trí P có sẵn), trong đó bộ ba đối mã của 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.

Cứ như thế, liên kết peptit được hình thành giữa các a.a theo thứ tự nhất định.

Quá trình tiếp tục cho tới khi gặp bộ ba kết thúc thì dừng lại.

Các tiểu phần riboxom tách nhau và rời khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit mới được tổng hợp. Axit amin mở đầu rời khỏi chuỗi. Chuỗi polipeptit tiếp tục được hoàn thiện và tạo thành phân tử prôtêin hoàn chỉnh.

Poliriboxom:

Trên mỗi phân tử mARN thường có 1 số riboxom cùng hoạt động, tại các vị trí khác nhau, lần lượt tổng hợp nên các chuỗi polipeptit giống nhau. Nhờ đó, trong 1 khoảng thời gian ngắn, 1 lượng lớn prôtêin có thể được hình thành, đáp ứng nhu cầu của tế bào.

Các riboxom, tARN được tái sử dụng nhiều lần, dùng để tổng hợp nên mọi loại prôtêin trong cơ thể. Còn các mARN sau khi sử dụng thường sẽ bị phân huỷ. Đời sống của 1 mARN cũng là 1 cơ chế điều hoà hoạt động gen.

Chuyên đề 4: Các loại ARN – Quá trình dịch mã

Nguồn: thư viện Sinh học

I. ARN

1. Cấu trúc chung

– ARN (axit ribonucleic) là 1 loại axit nucleic (như ADN), cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P. ARN là 1 đại phân tử, cấu tạo theo nguyên tắc đơn phân mà các đơn phân là các ribonucleotit (riboNu).

2. Cấu trúc cụ thể 1 riboNu:

Gồm 3 thành phần:

– Đường ribozơ .

– Nhóm photphat

– Bazơ nitơ gồm 4 loại A, U, G, X (khác với ADN)

Liên kết tạo mạch ARN giống ở ADN.

3. Các loại ARN:

Có rất nhiều loại ARN khác nhau, nhưng tiêu biểu và hay gặp là:

– mARN: ARN thông tin: mang thông tin mã hóa cho a.a

– tARN:  ARN vận chuyển: mang a.a tham gia quá trình dịch mã.

– rARN: ARN riboxom: tham gia cấu trúc ribxom.

Ngoài ra còn có ARN mạch đơn, kép là vật chất di truyền ở virus, nhiều phân tử ARN rất nhỏ có chức năng điều hoà, ARN có chức năng như 1 enzim (ribozim)

Mỗi loại ARN có cấu trúc, thời gian tồn tại trong tế bào khác nhau phù hợp với chức năng.

II. QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

1. Khái niệm: Là quá trình truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sang ARN mạch đơn (sgk Sinh 12 nâng cao).

Quá trình này có nhiều tên gọi: phiên mã, tổng hợp ARN, sao mã…

Định nghĩa như vậy không có nghĩa rằng tất cả các đoạn ADN đều sẽ được phiên mã trở thành ARN. Chỉ có gen (định nghĩa phía trên) mới được phiên mã.

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 của ARN polimeraza (ARN pol)

– 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

a. Mở đầu:

– ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã.

Việc ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã của 1 gen là cực kì quan trọng đối với sự phiên mã của gen. 1 khi ARN pol đã bám vào ADN, gần như chắc chắn nó sẽ phiên mã. ARN pol thì luôn rà soát dọc sợi ADN, trong khi gen thì có gen được phiên mã nhiều, gen phiên mã ít. Căn bản của sự khác nhau này là ở cái gọi là ái lực của gen đối với ARN pol. Ái lực càng cao, gen càng có nhiều ARN pol chạy qua, càng nhiều phân tử protein được tổng hợp. Ái lực này phụ thuộc vào hàng loạt protein, và đặc biệt là trình tự ở vùng điều hòa 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 nguyên tắc bổ sung, cụ thể:

A (ADN) liên kết với U môi trường (mt)

T (ADN) liên kết với A mt

G (ADN) liên kết với X mt

X (ADN) liên kết với G mt

– Hình thành liên kết photphođieste giữa các riboNu -> tạo mạch.

b. Kéo dài:

– ARN pol di chuyển trên mạch gốc theo chiều 3′-5′, cứ như thế, các riboNu liên kết tạo thành phân tử ARN.

– ARN tách dần khỏi mạch ADN, 2 mạch ADN sau khi ARN pol đi qua lại liên kết trở lại.

c. Kết thúc:

Nhờ tín hiệu kết thúc, ARN pol kết thúc việc tổng hợp ARN, rời khỏi ADN.

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. Trên 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.

Còn 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 được gọi là tiền mARN. Tiền mARN sẽ được cắt bỏ các intron để tạo thành phân tử mARN trưởng thành. Phân tử mARN trưởng thành này mới làm khuôn tổng hợp protein.

Việc cắt bỏ intron khá phức tạp. Cần có những đoạn trình tự đặc biệt để phức hệ cắt intron có thể nhận biết được. Do vậy, nếu có đột biến xảy ra làm thay đổi trình tự này, khiến phức hệ cắt intron không nhận ra intron, không cắt intron, đều có thể dẫn đến thay đổi cấu trúc protein. Vì vậy, không hoàn toàn đúng khi nói rằng đột biến ở intron là không gây hại.

Sau khi cắt intron, việc sắp xếp lại các exon cũng là vấn đề. Sự sắp xếp khác nhau có thể dẫn đến các phân tử mARN trưởng thành khác nhau, và đương nhiên là quy định các protein khác nhau. Đây là 1 hiện tượng được thấy đối với gen quy định tổng hợp kháng thể ở người. Vì vậy, chỉ 1 lượng rất nhỏ gen nhưng có thể tổng hợp rất nhiều loại kháng thể khác nhau.

Ở sinh vật nhân thực, hệ enzim phức tạp hơn, có nhiều loại ARN pol tổng hợp từng loại mARN, tARN, rARN.

Lưu ý: Khi nói quá trình phiên mã xảy ra theo chiều 5′-3′ mạch mới, hay trên mạch khuôn là 3′-5′ không có nghĩa rằng mạch 3′-5′ của ADN luôn là mạch khuôn. Phân tử ARN pol hoạt động tại đơn vị là gen. Nếu ADN có mạch 1 và 2, có thể đối với gen này, mạch gốc là mạch 1, còn gen kia thì mạch gốc lại là mạch 2.

Nắm rõ được điều này, ta có thể thấy, trong đột biến đảo đoạn NST. Nếu đoạn đảo đó chứa 1 gen nguyên vẹn, thì không ảnh hưởng tới quá trình phiên mã của gen (bỏ qua ảnh hưởng của các yếu tố điều hoà)

Chuyên đề 3: ADN và quá trình nhân đôi ADN

Nguồn: Thư viện Sinh học

I: ADN

1. Cấu trúc chung

– ADN cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P

– ADN là 1 đại phân tử, cấu trúc theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Nuclêôtit (viết tắt là Nu)

– ADN thường gặp có cấu trúc 2 mạch bổ sung, xoắn phải (theo mô hình của J.Oat xơn và F Crick), 2 mạch ngược chiều nhau, liên kết giữa các Nu trên 1 mạch là liên kết photphodieste; giữa các Nu trên 2 mạch với nhau là liên kết Hiđrô.

– Có nhiều loại ADN khác nhau, trong đó loại ADN mà J.Oat xơn và F Crick công bố là loại B, ngoài ra còn có nhiều loại ADN khác: A, C, D,… Z khác nhau chủ yếu ở kích thước và số Nu trong 1 chu kì. Đáng chú ý là ADN loại Z cấu trúc xoắn trái. ADN mạch đơn tìm thấy ở virus.

2. Cấu trúc cụ thể 1 Nu:

Đơn phân của ADN là Nuclêôtit, cấu trúc gồm 3 thành phần:

– Đường đeoxiriboz:

– Nhóm Photphat

– Bazơ nitơ: gồm 2 loại chính: purin và pirimidin

+ Purin: Nuclêôtit có kích thước lớn hơn: A (Ađenin) và G (Guanin)

+ Pirimidin: Nuclêôtit có kích thước nhỏ hơn: T (Timin) và X (Xitôzin)

Vì các thành phần đường và photphat là chung cho các Nu, nên người ta vẫn gọi thành phần bazơ nitơ là Nu: Nu loại A, G, T, X…

Bazơ nitơ liên kết với đường tai vị trí C thứ 1; nhóm photphat liên kết với đường tại vị trí C thứ 5 tạo thành cấu trúc 1 Nuclêôtit.

3. Sự tạo mạch:

Khi tạo mạch, nhóm photphat của Nu đứng trước sẽ tạo liên kết với nhóm OH của Nu đứng sau (tại vị trí C số 3). Liên kết này là liên kết photphodieste (nhóm photphat tạo liên kết este với OH của đường của chính nó và tạo liên kết este thứ 2 với OH của đường của Nu kế tiếp => đieste). Liên kết này, tính theo số thứ tự đính với C trong đường thì sẽ là hướng 3′-OH; 5′-photphat.

Giữa 2 mạch, các Nu liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung. A liên kết với T bằng 2 liên kết Hidrô; G liên kết với X bằng 3 liên kết Hidrô. Do liên kết Hidrô là liên kết yếu, nên nó có thể bị phá vỡ dễ dàng trong quá trình nhân đôi ADN và phiên mã gen.

II: QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI ADN:

1. Thời điểm:

ADN được nhân đôi vào giai đoạn S thuộc kì trung gian của chu kì tế bào. Kì trung gian có 3 giai đoạn chính: G1, S, G2. Cụ thể, khi tế bào vượt qua điểm R (điểm cuối pha G1) nó sẽ bước vào S và nhân đôi ADN, dẫn đến nhân đôi NST.

2. Nguyên liệu:

Các Nucleotit các loại : A, T, G, X; năng lượng cung cấp dưới dạng ATP, hệ enzim sao chép.

3. Nguyên tắc:

– Bổ sung.

– Bán bảo toàn.

*Có nhiều thí nghiệm chứng minh nguyên tắc nhân đôi ADN (đặc biệt là nguyên tắc bán bảo toàn) trong đó 1 thí nghiệm nổi tiếng là của Meselson và Stahl. Hai ông dùng đồng vị phóng xạ  đánh dấu ADN, sau đó cho vi khuẩn chứa ADN này thực hiện quá trình nhân đôi ADN trong môi trường . Nhờ thực hiện ly tâm và phân tích kết quả thu được, họ đã chứng minh được cơ chế nhân đôi bán bảo toàn của ADN.

4: Khởi đầu:

– Ta đều biết ADN xoắn khá chặt, và như vậy rất khó tạo điều kiện cho các enzim tiếp xúc. Vì vậy, hoạt động đầu tiên của quá trình là dãn mạch ADN nhờ enzim girase (1 loại enzim ADN topoisomeraza)

– Sau khi dãn mạch, enzim helicase sẽ cắt liên kết Hidro bắt đầu tại vị trí khởi đầu sao chép (ori) để tách 2 mạch của ADN, tạo chạc sao chép.

– Chạc sao chép được hình thành, các phân tử protein SSB (protein liên kết sợi đơn) sẽ bám vào sợi ADN đơn để ngăn 2 mạch tái liên kết với nhau, giữ 2 mạch thẳng, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ enzim hoạt động.

* Thông thường, mỗi khi tách mạch ra, thì tại vị trí tách mạch sẽ hình thành 2 chạc sao chép ngược chiều với nhau.

5. Hình thành mạch:

a. Xét ở sinh vật nhân sơ:

Trong quá trình nhân đôi ADN có sự tham gia của rất nhiều enzim. 1 trong số những enzim quan trọng là ADN polimeraza (ADN pol – vai trò chính ở nhân sơ là ADN pol III). Enzim ADN pol có 1 đặc tính là chỉ có thể bổ sung mạch mới dựa trên đầu 3′-OH có sẵn. Điều này dẫn tới 2 đặc điểm:

– ADN pol không thể tự tổng hợp mạch mới (Nhưng ARN pol thì không đòi hỏi yêu cầu này)=> cần 1 đoạn mồi khoảng 10 Nu (thường là ARN) – primer (enzim tổng hợp là primase – 1 loại ARN polimeraza). Đoạn mồi này có vai trò cung cấp đầu 3′-OH cho ADN pol tổng hợp mạch mới. Sau đó, đoạn mồi này, thường, sẽ được thay thế bằng 1 đoạn ADN tương ứng.

– ADN pol (III) chỉ có thể tổng hợp mạch mới theo chiều 5′-3′. Do vậy, trên mạch khuôn chiều 3′-5′ sẽ được tổng hợp liên tục; còn mạch 5′-3′ sẽ được tổng hợp gián đoạn thành các đoạn ADN ngắn khoảng 1000 Nu (gọi là đoạn Okazaki).

Tiến trình có thể hiểu đơn giản là:

+ Sau khi hình thành chạc sao chép, enzim primase (ARN pol) sẽ tổng hợp 1 đoạn ARN mồi.

+ ADN pol III nối dài mạch dựa trên đoạn mồi đó. Trên mạch 3′-5′, nó tổng hợp liên tục, hướng vào chạc sao chép; trên mạch 5′-3′ tổng hợp gián đoạn thành các đoạn Okazaki, ngược hướng so với hướng phát triển của chạc sao chép.

+ Các đoạn mồi này hầu hết sẽ được enzim ADN pol I cắt đi và thay thế bằng 1 đoạn ADN tương ứng.

Sở dĩ nói hầu hết, vì đoạn mồi đầu tiên, ngoài cùng của ADN, nó cần 1 enzim riêng để tổng hợp đoạn ADN tương ứng (enzim này bản chất giống như 1 enzim sao chép ngược). Enzim này chỉ tồn tại trong các tế bào gốc, chưa biệt hóa. Ở các tế bào đã biệt hóa, gen tổng hợp enzim này bị khóa, do vậy sau mỗi lần nhân đôi, ADN lại ngắn đi 1 đoạn nhỏ. Điều này làm hạn chế số lần nhân đôi của tế bào, và cũng là 1 cơ chế tự chết của tế bào. 1 vài tế bào bị đột biến làm mở gen này -> không hạn chế phân bào -> phát triển thành ung thư (đây là 1 cơ chế gây ung thư)

+ Enzim ligaza sẽ nối các đoạn ADN rời lại với nhau (những đoạn Okazaki với đoạn ADN thay thế đoạn mồi…)

b. Ở sinh vật nhân thực.

Sự nhân đôi ở sinh vật nhân thực nhìn chung là giống sinh vật nhân sơ. Tuy nhiên, có 1 vài điểm khác đáng lưu ý:

– Ở sinh vật nhân sơ chỉ có 1 điểm khởi đầu sao chép (Ori C), nhưng ở sinh vật nhân thực, do hệ gen lớn, nên có rất nhiều điểm khởi đầu tái bản.

– Ở sinh vật nhân thực, hệ enzim tham gia phức tạp hơn so với nhân sơ. Hệ enzim ADN pol có nhiều loại alpha, beta, gama… và cơ chế hoạt động phức tạp hơn.

– Nhìn chung, tốc độ nhân đôi ở sinh vật nhân sơ lớn hơn ở sinh vật nhân thực.

6. Hoàn thiện:

Ở cả sinh vật nhân sơ và nhân thực luôn có quá trình sửa sai nhờ hệ thống enzim sửa sai luôn rà soát trên phân tử ADN.

Phân tử ADN sau khi tổng hợp xong sẽ hình thành cấu trúc ổn định (cuộn xoắn, liên kết với protein…) và độc lập với phân tử ADN mẹ. Quá trình nhân đôi ADN kết thúc thường dẫn tới quá trình phân chia tế bào.

Chuyên đề 2: Mã di truyền

1. Khái niệm:

Mã di truyền: là mã bộ ba, cứ ba nuclêôtit đứng liền nhau trên mạch mã gốc mã hoá cho một axit amin.

2.Đặc điểm của mã di truyền:

– Mã di truyền là mã bộ ba, nghĩa là cứ 3 Nu kế tiếp mã hoá cho 1 a.a. Mã di truyền được đọc từ 1 điểm xác định và liên tục (không chồng gối lên nhau).

– Mã di truyền có tính đặc hiệu, tức là 1 bộ ba chỉ mã hoá cho 1 a.a.

– Mã di truyền có tính thoái hoá nghĩa là có nhiều bộ ba khác nhau có thể cùng mã hoá cho 1 a.a.

– Mã di truyền có tính phổ biến, trừ 1 vài ngoại lệ, hầu hết các loài đều dùng chung 1 bộ mã di truyền.

*Trong 64 bộ ba, có 3 bộ ba không mã hoá a.a: UAA, UAG, UGA – bộ ba kết thúc. Bộ ba mở đầu là AUG, quy định axit amin metionin (Met) ở sinh vật nhân thực hoặc foomin metionin (f-Met) ở sinh vật nhân sơ.

Chuyên đề 1: Gen

Nguồn: Thư viện Sinh học

1. 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)

2. Cấu trúc chung:

Một  gen mã hóa prôtêin 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:

Trong vùng mã hóa có những đoạn thực sự mang thông tin mã hóa a.a (gọi là đoạn 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 không 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 nhân thực. Các đoạn ADN không phải là gen có rất nhiều chức năng quan trọng mà khoa học vẫn chưa xác định được hết. Trong đó có các trình tự đầu mút, trình tự tâm động, đoạn ADN nối giữa các gen….