Đề cương di truyền học
1. Tế bào là đơn vị cơ sở của sinh giới
Học thuyết tế bào khẳng định tất cả các sinh vật được cấu tạo từ các tế bào
(J.Schleiden 1938, T.Schwann 1939). 1958, R.Virchov phát triển thêm: tất cả các
tế bào đều bắt nguồn từ những tế bào sống trước nó và không có sự hình thành
tế bào ngẫu nhiên từ chất vô sinh
Học thuyết tế bào hiện đại khẳng định: tất cả các sinh vật đều cấu tạo nên
từ tế bào và các sản phẩm của tế bào, những tế bào mới được tạo nên từ sự
phân chia của những tế bào trước nó, có sự giống nhau căn bản về thành phần
hóa học và các hoạt tính trao đổi chất giữa tất cả các loại tế bào và hoạt động
của cơ thể là sự tích hợp hoạt tính của các đơn vị độc lập
Sinh giới có nhiều mức độ tổ chức khác nhau. Tế bào là cấu trúc nhỏ nhất có
biểu hiện đầy đủ các tính chất của sự sống. Các sinh vật có cấu trúc hóa học
phức tạp, chúng được tổ chức lại trong phức hệ phân tử của nhiều bào quan với
những chức năng chuyên biệt khác nhau để hình thành tế bào là đơn vị cơ sở của
sự sống
Các đặc tính của sự sống chỉ biểu hiện thống nhất, đồng bộ, hài hòa, đầy đủ ở
mức tế bào và cao hơn. Di truyền là một đặc tính của tế bào, liên quan chặt chẽ
với các cấu trúc phức tạp, nhờ nguồn năng lượng và sự sinh sản của tế bào.
Tính di truyền biểu hiện trọn vẹn ở mức tế bào, ngược lại, nhờ có tính di
truyền mà hệ thống cấu trúc tinh vi và sự biến đổi năng lượng phức tạp của tế
bào được tái tạo
2. Đặc điểm của bệnh di truyền gen lặn và gen trội trên NST thường?
* Đặc điểm của bệnh di truyền gen trội trên NST thường
Các bệnh di truyền gen trội trên NST thường được gặp với tần số 1/200 cá
thể. Ví dụ: tất thừa ngón sau trục (postaxial polydactyly) với biểu hiện thừa
ngón cạnh ngón út. Tật này di truyền kiểu trội trên NST thường. Trong đó gen
A quy định thừa ngón, a quy định ngón bình thường.
Đặc điểm quan trọng của các bệnh di truyền do gen trội trên NST thường:
- Cả 2 giới đều có tỷ lệ mắc bệnh ngang nhau.
- Không có sự gián đoạn giữa các thế hệ.
- Người mang gen bệnh ở trạng thái dị hợp kết hôn với người bình
thường sẽ truyền cho con của họ với xác suất là 1/2.
* Đặc điểm của bệnh di truyền gen lặn trên NST thường
Ví dụ: Bệnh bạch tạng là một bệnh di truyền gen lặn gây ra do đột biến gen
mã hóa enzyme chuyển hóa tyrosine. Sự thiếu hụt enzyme này làm đình trệ quá
trình chuyển hóa để tổng hợp sắc tố melanin. Người mắc bệnh sẽ có rất ít sắc
tố ở da, tóc và mắt. Vì melanin cũng cần cho sự phát triển của các sợi thần kinh
thị giác nên người mắc bệnh bạch tạng cũng có thể bị tật rung giật nhãn cầu,
lác mắt giảm thị lực.
Đặc điểm chính của bệnh di truyền do gen lặn trên NST thường:
- Bệnh thường được thấy ở một hoặc một số anh chị em ruột nhưng lại
không có ở thế hệ bố mẹ.
- Một cặp vợ chồng mang gen bệnh sẽ có trung bình 1/4 con cái mang
mắc bệnh.
- Nam và nữ đều có khả năng mắc bệnh như nhau.
- Hôn nhân giữa những người có quan hệ họ hàng được gặp nhiều trong
phả hệ của loại bệnh di truyền này.
Nhiều bệnh di truyền gen trội thật ra có biểu hiện ở những người đồng
hợp tử nặng hơn so với những người dị hợp tử.
Ví dụ: ở bệnh loạn sản sụn bẩm sinh (achondroplasia) là bệnh di truyền gen
trội trên NST thường với biểu hiện lùn. Những người dị hợp tử gần như có
một cuộc sống bình thường với tuổi thọ trung bình ít hơn người bình thường
khoảng 10 năm. Tuy nhiên những người đồng hợp có biểu hiện nặng hơn và
thường chết ở tuổi thiếu niên do suy hô hấp.
Có thể phân biệt bệnh di truyền gen trội và gen lặn dựa trên biểu hiện lâm
sàng của người dị hợp tử: bệnh di truyền trội có biểu hiện trên lâm sàng, trong
khi đó bệnh di truyền lặn luôn luôn bình thường trên lâm sàng.
Một điểm cần lưu ý là thuật ngữ trội và lặn trong cách nói được dùng để chỉ
kiểu di truyền chứ không phải để nói về gen. Xét trường hợp bệnh hồng cầu
hình liềm, người đồng hợp tử đột biến này có biểu hiện bệnh, người dị hợp
tử bình thường về mặt lâm sàng nhưng có nguy cơ bị nhồi máu lách rất cao. Rõ
ràng là bệnh hồng cầu hình liềm có đặc điểm của một bệnh di truyền gen lặn
nhưng đặc điểm của người dị hợp làm bệnh này có tính chất của một bệnh di
truyền trội.
3. Các quy luật chung của tính di truyền
Các quy luật di truyền Mendel gọi là các quy luật truyền đạt tính trạng từ
thế hệ này sang thế hệ khác. Từ đó người ta rút ra được các quy luật của tính di
truyền cho các sinh vật nhân thực bậc cao:
- Tính di truyền có tính gián đoạn do những nguyên tố riêng biệt đảm
bảo (các gen).
- Mỗi tính trạng được xác định bởi các nhân tố di truyền riêng biệt là các
gen gen. các gen này truyền cho thế hệ sau qua tế bào sinh dục
- Các gen được duy trì ở dạng thuần khiết qua nhiều thế hệ, không bị biến
đổi và cũng không bị mất đi.
- Cả hai giới đều tham gia như nhau vào việc truyền đạt các dấu hiệu di
truyền.
- Các gen có cặp ở trong tế bào cơ thể, đơn độc trong tế bào sinh dục.
Ở các con lai một có nguồn gốc từ bố, một có nguồn gốc từ mẹ, có thể là trội
hoặc lặn.
Việc tìm ra các quy luật Mendel không những có ý nghĩa lý thuyết mà có
nhiều ứng dụng trong việc lai tạo giống.
1. DNA là chất mang thông tin di truyền
Năm 1868, Frederich Miescher (Thụy Điển) phát hiện ra trong nhân tế bào
bạch cầu một chất không phải là protein và gọi là nuclein. Do có tính acid nên
gọi là acid nucleic. Acid nucleic có 2 loại là desoxyribonucleic (DNA) và
ribonucleic (RNA)
Năm 1914, R. Feulgen (nhà hóa học người Đức) tìm ra phương pháp nhuộm
màu đặc hiệu đối với DNA. Sau đó, các nghiên cứu cho thấy DNA của nhân giới
hạn trong NST. Nhiều sự kiện cho gián tiếp cho thấy DNA là chất di truyền.
Mãi đến năm 1944 vai trò mang thông tin di truyền của DNA mới được chứng
minh và đến năm 1952 mới được công nhận
1.1. Chứng minh gián tiếp
- DNA có trong tế bào của tất cả các vi sinh vật, thực vật, động vật chỉ giới
hạn ở trong nhân và là thành phần chủ yếu của NST
- Tất cả các tế bào dinh dưỡng của bất kỳ một loại sinh vật nào đều chứa
một lượng DNA rất ổn định, không phụ thuộc vào sự phân hóa chức năng hoặc
trạng thái trao đổi chất. Ngược lại, số lượng RNA lại biến đổi tùy theo trạng
thái sinh lý của tế bào
- Số lượng DNA tăng theo số lượng bội thể của tế bào. Ở tế bào sinh dục
đơn bội (n) số lượng DNA là 1, thì tế bào dinh dưỡng lưỡng bội (2n) có số
lượng DNA gấp đôi
- Tia tử ngoại (UV) có hiệu quả gây đột biến cao nhất ở bước sóng 260nm.
Đây chính là bước sóng DNA hấp thu tia tử ngoại nhiều nhất
1.2. Chứng minh trực tiếp (biến nạp)
Hiện tượng biến nạp do Griffith phát hiện vào năm 1928 ở vi khuẩn
Diplococcus pneumoniae (gây sưng phổi ở động vật có vú). Vi khuẩn này có hai
dạng: Dạng S (gây bệnh): có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, ngăn cản bạch
cầu phá vỡ tế bào, tạo khuẩn lạc láng trên môi trường agar. Dạng R: không có
vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, tạo khuẩn lạc nhăn
Thí nghiệm được tiến hành như sau:
- Tiêm vi khuẩn dạng S sống gây bệnh cho chuột, sau một thời gian nhiễm
bệnh, chuột chết
- Tiêm vi khuẩn dạng R sống không gây bệnh cho chuột, chuột sống
- Tiêm vi khuẩn dạng S bị đun chết cho chuột, chuột chết
- Tiêm hỗn hợp vi khuẩn dạng S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống cho
chuột, chuột chết. Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và R
Hình 2.1. Thí nghiệm biến nạp ở chuột
Hiện tượng trên cho thấy vi khuẩn S không thể tự sống lại được sau khi bị
đun chết, nhưng các tế bào chết này đã truyền tính gây bệnh cho tế bào R.
Hiện tượng này gọi là biến nạp.
Đến 1944, ba nhà khoa học T. Avery, Mc Leod, Mc Carty đã tiến hành thí
nghiệm xác định rõ tác nhân gây biến nạp. Nếu tế bào S bị xử lý bởi protease
hoặc RNAase. thì hoạt tính biến nạp vẫn còn, cứng tỏ RNA và protein không
phải là tác nhân gây bệnh. Nhưng nếu tế bào chết S bị xử lý bằng DNAase thì
hoạt tính biến nạp không còn nữa, chứng tỏ DNA là nhân tố biến nạp. Kết quả
thí nghiệm được tóm tắc như sau:
DNA của S + tế bào R sống → chuột → chuột chết (có S, R )
Kết luận: hiện tượng biến nạp là một chứng minh sinh hóa xác nhận rằng
DNA mang tín hiệu di truyền.
Nhưng vai trò của DNA vẫn chưa được công nhận vì cho rằng trong các
thí nghiệm vẫn còn một ít protein
Hình 2.2. Vật chất di truyền của phage là DNA
Năm 1952, A. Hershey và M. Chase đã tiến hành thí nghiệm với
bacteriophage T2 xâm nhập vi khuẩn E.coli. Phage T2 cấu tạo gồm vỏ protein
bên ngoài và ruột DNA bên trong. Thí nghiệm này nhằm xác định xem phage
nhiễm vi khuẩn đã bơm chất nào vào tế bào vi khuẩn: chỉ DNA, chỉ protein hay
cả hai.
Vì DNA chứa nhiều phosphor, không có lưu huỳnh; còn protein chứa lưu
huỳnh nhưng không chứa phosphor nên có thể phân biệt giữa DNA và protein
nhờ đồng vị phóng xạ. Phage được nuôi trên vi khuẩn mọc trên môi trường
chứa các đồng vị phóng xạ P32 và S35. S35 xâm nhập vào protein và P32 xâm
nhập vào DNA của phage
Thí nghiệm: phage T2 nhiễm phóng xạ được tách ra và đem nhiễm vào các
vi khuẩn không nhiễm phóng xạ, chúng sẽ gắn lên mặt ngoài của tế bào vi
khuẩn. Cho phage nhiễm trong một khoảng thời gian đủ để bám vào vách tế
bào vi khuẩn và bơm chất nào đó vào tế bào vi khuẩn. Dung dịch được lắc
mạnh và ly tâm để tách rời tế bào vi khuẩn khỏi phần phage bám bên ngoài
vách tế bào. Phân tích phần trong tế bào vi khuẩn thấy chứa nhiều P32 (70%)
và rất ít S35, phần bên ngoài tế bào vi khuẩn chứa nhiều S35 và rất ít P32. Thế
hệ mới của phage chứa khoảng 30% P32 ban đầu
Thí nghiệm này đã được chứng minh trực tiếp rằng DNA của phage T2 đã
xâm nhập vào tế bào vi khuẩn và sinh sản để tạo ra thế hệ phage mới mang
tính di truyền có khả năng đến nhiễm vào các vi khuẩn khác.
Hình 2.3. Sự xâm nhập DNA của virus vào vi khuẩn
4. Trình bày cấu trúc của AND?
3.1. Cấu trúc phân tử của ADN
3.1.1. Cấu trúc hóa học của
ADN
Phân tử ADN gồm những đơn vị
gọi là nucleotid. Mỗi nucleotid
gồm 1 phân tử đường 5C, 1 nhóm
phosphat và 1 baz có N. Theo qui
ước, 5 carbon của đường được
đánh số từ 1 đến 5. Nguyên tử
carbon trong đường của nucleotid
được đánh số 1' đến 5' theo chiều
kim đồng hồ từ nguyên tử oxy.
Dấu (') xác định rằng carbon thuộc về đường đúng hơn là thuộc base
Hình 2.5. Cấu trúc hóa học của
ADN
Hình 2.6.
Sự đánh số nguyên tử carbon ở nucleotide Một nhánh
phosphate
Có 4 loại nucleotid khác nhau bởi các baz N. Hai baz Adenin và Guanin là các
purin, có cấu trúc vòng đôi, còn Timin và Cytosin là các pyrimidin có cấu trúc
vòng đơn.
Trong phân tử ADN các nucleotid được sắp xếp theo một trình tự đặc biệt, đó
là các phân tử đường nối với nhau bởi các nhóm phosphat liên kết với C3 của
đường này và với C5 của đường kế tiếp thành chuỗi, các baz N được sắp xếp
phía ngoài chuỗi
Phân tử ADN thường gồm 2 sợi được nối với nhau bằng liên kết hydro giữa
các baz (cơ cấu bậc thang). Những liên kết này chỉ xảy ra giữa cytosine và
guanin hoặc giữa timin và adenin. Do vậy, trình tự của các baz trên sợi này
xác định trình tự bổ sung trên sợi còn lại
Tính chất bổ sung giữa các cặp base dẫn đến tính chất bổ sung giữa hai chuỗi
polynucleotide của DNA. Do đó biết thành phần, trật tự sắp xếp của các
nucleotide trên chuỗi này sẽ suy ra thành phần, trật tự sắp xếp của các
nucleotide trên chuỗi kia. Cần lưu ý rằng sự phân cực của hai sợi là ngược
chiều nhau: 1 sợi từ 5’ đến 3’, còn 1 sợi từ 3’ đến 5’. Phân tử sợi đôi xoắn lại
làm thành cấu trúc xoắn kép nhờ các liên kết hydro.
* Cấu trúc không gian của DNA - mô hình của Watson & Crick
Trong năm 1950 hầu như người ta chưa biết gì về sự sắp xếp trong không
gian của các nguyên tử trong phân tử ADN cũng như là không biết làm thế nào
phân tử này có thể chứa đựng thông tin cần thiết để tự nhân đôi và điều
khiển các chức năng của tế bào.
Vào khoảng thời gian này nhiều nhà khoa học bắt đầu ứng dụng kỹ thuật
phân tích sự nhiễu xạ tia X để nghiên cứu ADN. Nổi bật trong số đó là R.
Franklin và F. Wilkins. Họ đã thành công trong việc tạo ra những mẫu nhiễu xạ
tia X sắc nét hơn những mẫu đã có từ trước. Sau đó C. Crick dùng phương pháp
toán học để phân tích các ảnh nhiễu xạ ADN đã cho thấy tinh thể ADN phải là
một xoắn với 3 chu kỳ chính có lặp lại là 0,34nm; 2,0nm và 3,4nm
Hình 2.7. Mô hình cấu trúc của DNA
Từ những gì đã biết về thành phần hóa học của ADN, những thông tin về
nghiên cứu sự nhiễu xạ tia X của ADN, về khoảng cách chính xác giữa các
nguyên tử liên kết nhau trong phân tử, các góc giữa các liên kết và kích thước
của các nguyên tử, J. Watson và C. Crick đã xây dựng một mô hình cấu trúc
của phân tử ADN.
Họ xây dựng mô hình theo tỉ lệ của các thành phần cấu tạo ADN rồi tìm cách
lắp đặt chúng với nhau sao cho phù hợp với các kết quả thu được từ tất cả các
nghiên cứu trên. Họ xác định được chu kỳ 0,34nm tương ứng với khoảng cách
giữa 2 nucleotid kế tiếp nhau trong sợi ADN, chu kỳ 2,0nm là chiều rộng của
xoắn và chu kỳ 3,4nm là khoảng cách giữa các xoắn trong sợi. Vì 3,4nm bằng
10 lần khoảng cách giữa 2 nucleotid kế tiếp nhau nên mỗi xoắn có 10 cặp
nucleotid.
Trên những dữ liệu về nhiễu xạ tia X, Watson và Crick tính toán thấy
rằng một sợi nucleotid quấn xoắn, chiều rộng của xoắn là 2,0nm và mỗi xoắn
dài 3,4nm thì sợi có tỉ trọng bằng 1/2 tỉ trọng của ADN. Do vậy ADN phải gồm
2 sợi nucleotid hơn là một sợi. Họ sắp xếp lại mô hình tỉ lệ và sau cùng mô hình
phù hợp với tất cả những dữ liệu được tìm ra là: phân tử ADN gồm 2 sợi
nucleotid quấn theo 2 hướng ngược nhau quanh một trục giả định có của trục.
Theo cách này các liên kết hydro giữa các baz trên hai sợi quấn ngược chiều
nhau mới đủ sức giữ 2 sợi ở trạng thái xoắn. Như vậy khi phân tử ADN mở
xoắn thì giống như một cái thang, 2 trụ thang tương đương với 2 sợi gồm
đường và nhóm phosphat xen kẽ nhau còn các thanh ngang là các cặp baz liên
kết nhau bằng cầu nối hydro
Hình 2.8. Mô hình dạng B của Watson-Crick, là dạng xoắn phải với trục
đều và mô hình dạng Z, là dạng xoắn trái với trục không đều
Bảng so sánh các dạng DNA:
Số cặp base Khoảng cách thẳng
Dạng Chiều và góc xoắn so Đường kính
trong một chu đứng giữa hai base
ADN với mặt phẳng của base vòng xoắn
kỳ xoắn kề nhau
A 11 Xoắn phải 32,7o 2,56 Ao 23 Ao
B 10 Xoắn phải 36,0o 3,38 Ao 19 Ao
C 9 và 1/3 Xoắn phải 38,6o 3,32 Ao 19Ao
… … … … …
Z 12 Xoắn trái 30,0o 3,71 Ao 18 Ao
5. Trình bày diễn biến của quá trình nguyên phân và ý nghĩa của quá trình?
2. Phân chia nguyên nhiễm và ý nghĩa
Quá trình nguyên nhiễm là quá trình phức tạp, gồm nhiều thời kỳ nối tiếp
nhau: kỳ đầu, kỳ giữa, kỳ sau, và kỳ cuối.
Thực tế trong tế bào sống rất khó phân biệt giới hạn chuyển tiếp giữa các kì.
Mỗi kỳ có đặc trưng về cấu trúc và tập tính về NST, bộ máy phân bào.
Trong chu kỳ sống của tế bào thì thời kỳ phân bào là thời kỳ có nhiều biến đổi
sâu sắc trong cấu trúc và tập tính của NST. Qua đó các NST đã được nhân đôi
trong gian kỳ sẽ phân bố đồng đều cho 2 tế bào con
2.1. Kì đầu: Nhiễm sắc thể xuất hiện ở dạng các sợi xoắn, mảnh, sắp xếp
trong nhân. Về sau NST thấy rõ hơn, nó gồm 2 sợi xoắn kép có tên là nhiễm sắc
tử (chromatide).
Hai nhiễm sắc tử trong 1 NST được đính lại với nhau bởi tâm động chung. Số
nhiễm sắc tử trong một nhân là gấp đôi số 2n (2n x 2).
Dần dần các NST xoắn lại và co ngắn lại, dầy lên. Ở cuối kỳ đầu NST
chuyển ra phía ngoài màng nhân và màng nhân dần bị biến mất. Bộ máy phân
bào xuất hiện gồm có 2 sao và thoi phân bào.
2.2. Kì giữa: Các NST tập trung vào giữa tế bào, các tâm động cùng nằm trên
một mặt phẳng xích đạo.
Thoi vô sắc được hình thành đầy đủ và có thể thấy 2 dạng sợi của nó. Một
dạng sợi kéo dài qua suốt tế bào, nối với 2 cực của tế bào. Dạng sợi thứ 2 dính
một đầu mút vào cực của tế bào và đầu mút kia vào tâm động của thể nhiễm
sắc.
Ở cuối kỳ giữa các thể nhiễm sắc bắt đầu tách nhau ở ra phần tâm
2.3. Kì sau: Kỳ sau bắt đầu từ lúc các NST phân tách nhau ra và di chuyển về
các cực khác nhau. Bắt đầu tâm động phân đôi, các tâm động con tách nhau ra
mang theo các nhiễm sắc tử.
Như vậy, 2 nhiễm sắc tử trong 1 NST tách nhau ra và nhờ tâm động sẽ di
chuyển về hai cực của tế bào theo sợi của thoi phân bào. Và các nhiễm sắc tử
đã trở thành NST con.
Ở thời kỳ này bắt đầu hình thành nhân nhỏ, các màng nhân xuất hiện màng
ngăn cách các tế bào chị em, các cơ quan tử phân phối đều giữa các tế bào mới.
3.4. Kì cuối: Ở giai đoạn này các NST con đã chuyển đến 2 cực, chúng dần
mở xoắn và ẩn vào dịch tế bào giống như lúc bắt đầu kỳ đầu. Màng nhân được
tái tạo hoàn toàn, hạch nhân xuất hiện. Đồng thời xảy ra quá trình phân chia tế
bào chất.
Quá trình phân chia tế bào chất xảy ra ở động vật và thực vật khác nhau
- Tế bào động vật: Sự phân chia ở một tế bào động vật bình thường bắt đầu
bằng sự thành lập của một rãnh phân cắt chạy vòng quanh tế bào. Khi sự phân
chia tế bào chất xảy ra, vị trí của rãnh thường được xác định bằng sự định
hướng của thoi phân bào, thường là ở vùng mặt phẳng xích đạo của thoi. Rãnh
này càng ngày càng ăn sâu vào trong cho đến khi nó cắt ngang qua tế bào, tạo ra
hai tế bào mới.
- Tế bào thực vật: Vì tế bào thực vật có vách celluloz tương đối cứng nên
không thể tạo các rãnh phân cắt, do đó sự phân chia tế bào chất xảy ra theo một
cách khác.
Ở nhiều loài nấm và tảo, màng nguyên sinh và vách phát triển vào bên trong
tế bào cho đến khi hai mép gặp nhau và tách biệt hoàn toàn thành hai tế bào con
Ở thực vật bậc cao một màng đặc biệt gọi là đĩa tế bào được thành lập ở
mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Ðĩa tế bào ban đầu được hình thành ở
trung tâm của tế bào chất và từ từ lan ra cho đến khi chạm vào mặt ngoài của tế
bào và cắt tế bào làm hai phần
* Ý nghĩa:
- Ý nghĩa sinh học: là phương thức sinh sản của tế bào cũng như của cơ đơn
bào, qua đó tế bào mẹ truyền TTDT cho các thế hệ tế bào con. TTDT trong
DNA và NST được nhân đôi và phân đôi về 2 tế bào con, do đó bảo tồn, giữ
nguyên số NST qua các thế hệ. Là cơ sở tế bào của phương thức sinh sản sinh
dưỡng (vô tính) ở thực vật cũng như một số động vật bậc thấp.
- Ý nghĩa thực tiễn: Dựa trên cơ sở của nguyên phân tiến hành giâm cành,
chiết cành, ghép cành… Ứng dụng nuôi cấy mô đạt hiệu quả
6.Chu kỳ tế bào là gì? Các giai đoạn của chu kỳ tế bào?
1. Chu kì tế bào
Chu kì tế bào là thời gian diễn ra kể từ thời điểm tế bào được hình thành nhờ
phân bào của tế bào mẹ và kết thúc bởi sự phân bào để hình thành tế bào mới
Người ta chia chu kì tế bào ra hai thời kì chính:
- Thời kì giữa hai lần phân chia, được gọi là gian kì, kí hiệu là I. Đây là thời
kì tế bào trao đổi chất, sinh trưởng và chuẩn bị cho phân bào
- Thời kì phân bào, kí hiệu là M, là thời kì tế bào mẹ phân đôi cho ra hai tế
bào con
Trong cơ thể đa bào các tế bào được biệt hóa khác nhau để thực hiện chức
năng khác nhau nên thời gian kéo dài của chu kì sống của chúng là khác nhau đặc
biệt là gian kì
Hình 2.19. Chu kì tế bào
1.1. Gian kì
Trong gian kì tế bào thực hiện các chứa năng trao đổi chất, các hoạt động sống
khác nhau, tổng hợp các RNA và DNA, các protein, enzim… và chuẩn bị cho tế
bào phân chia.
Tùy theo đặc điểm chức năng người ta chia gian kì làm 3 giai đoạn (hay pha)
liên tiếp nhau: giai đoạn G1, giai đoạn S và giai đoạn G2
* Pha G1: Giai đoạn G1 (Gap1) kéo dài từ sau khi tế bào phân chia đến bắt
đầu sao chép vật chất di truyền. Sự tích luỹ vật chất nội bào đến một lúc nào đó
đạt điểm hạn định (restriction) thì tế bào bắt đầu tổng hợp AND. Thời gian của
pha G1 tùy thuộc vào chức năng sinh lí của tế bào: phôi ( 30’ – 1 giờ), gan (1
năm), noron thần kinh (cả đời)…tế bào ung thư thời gian pha G1 bị rút ngắn.
Kết thúc pha G1, tế bào đi vào pha S và G2 để vào thời kì phân bào và tùy thuộc
vào điều kiện môi trường. Vào cuối pha G1 có một điểm hạn định R. Nếu tế
bào vượt qua điểm R thì tiếp tục đi vào pha S
* Pha S (synthesis): Giai đoạn S là giai đoạn tổng hợp ADN, trong giai đoạn
này có sự tái bản DNA và nhân đôi số lượng NST của tế bào. Cuối giai đoạn
này, số luợng ADN tăng gấp đôi và chuyển sang giai đoạn G2
* Pha G2: Giai đoạn G2 là giai đoạn được nối tiếp sau S đến bắt đầu phân
chia tế bào, thời gian kéo dài từ 4-5 giờ. Trong suốt giai đoạn này số lượng
ADN gấp đôi cho đến khi tế bào phân chia, các RNA và protein được tổng hợp
chuẩn bị cho phân bào
Khoảng thời gian gồm G1, S và G2 tế bào không phân chia và được gọi
chung là gián kỳ hay kỳ trung gian (interphase). Trong kỳ này tế bào thực hiện
các hoạt động sống chủ yếu khác và sao chép bộ máy di truyền
1.2. Phân bào
Sự phân bào là phương thức sinh sản của tế bào, qua đó tế bào mẹ truyền
TTDT chứa trong DNA cho hai tế bào con
Người ta phân biệt 4 dạng phân bào sau:
- Trực phân (amitosis): nhân được phân đôi đơn giản, không có sự xuất hiện
của NST cũng như thoi phân bào
- Nội phân (endomitosis): NST nhân đôi nhưng không phân chia về các tế bào
con mà lại ở trong tế bào, do đó tạo thành tế bào đa bội
- Phân bào nguyên nhiễm (mitosis): còn gọi là gián phân hoặc phân bào có tơ, là
dạng phân bào chuẩn, phổ biến cho tất cả các dạng tế bào, qua đó tế bào con có
nguyên bộ NST như tế bào mẹ
- Phân bào giảm nhiễm (meiosis): là dạng phân bào đặc trưng cho cơ thể sinh
sản hữu tính, qua đó tế bào sinh dục phân chia tạo thành các tế bào sinh dục chín
– các giao tử có bộ NST giảm đi một nửa
7. Các đặc điểm cơ bản của quá trình phiên mã?
3.4. Quá trình phiên mã ở eukaryote
3.4.1. Cấu trúc gen ở eukaryote
Cấu trúc một gen mã hóa cho protein của eukaryote bao gồm các vùng sau:
- Vùng 5’ kiểm soát biểu hiện gen: Vùng này bao gồm các trình tự nucleotide
điều hòa biểu hiện gen và hoạt hóa sự phiên mã, bao gồm:
+ Promoter: Là những trình tự định vị ở đầu 5’ không dịch mã của gen có
chức năng xác định vị trí bắt đầu phiên mã, kiểm soát số lượng mRNA và đôi
khi cả tính đặc hiệu mô (tissue-specific). Promoter có thể dài đến vài nghìn bp.
Vùng này thường chứa một trình tự bảo thủ gọi là hộp TATA nằm cách vị trí
phiên mã khoảng 25-30 bp. Hộp này giúp xác định chính xác vị trí bắt đầu phiên
mã. Ngoài ra, còn có hộp CCAAT nằm cách vị trí bắt đầu phiên mã khoảng 75-
80 bp. Hộp này ít phổ biến hơn hộp TATA, nó có chức năng tăng hiệu quả phiên
mã. Một số gen “quản gia” mã hóa cho các enzyme hiện diện ở tất cả các tế bào
thường thiếu cả hai hộp này và promoter rất giàu GC. Ngoài ra, còn có các thành
phần đặc hiệu khác.
+ Vị trí gắn vùng đặc hiệu mô. Là trình tự DNA tương tác với protein đặc
hiệu mô để chỉ huy gen cấu trúc sản xuất ra từng protein đặc hiệu của từng mô.
+ Vị trí gắn với vùng tăng cường phiên mã (enhancer). Còn gọi là gen tăng
cường, là những trình tự DNA được gắn với các tác nhân hoạt hóa để kích thích
phiên mã của các gen kề bên, chúng có thể tác động qua một khoảng cách xa và
có thể tác động theo hai phía (từ 5’ hoặc 3’ tới).
- Vùng được phiên mã: Bao gồm các exon và intron nằm xen kẽ. Đây là một
đặc điểm để phân biệt với gen của prokaryote. Các exon và intron đều được
phiên mã nhưng chỉ có các exon là được dịch mã. Các intron được bắt đầu bằng
GT và kết thúc bằng AG. Các intron chiếm phần lớn trong mỗi gen và chúng sẽ
được loại bỏ khỏi RNA mới được tổng hợp, còn các exon được nối với nhau để
tạo nên mRNA hoàn chỉnh.
Ở hai đầu của vùng được phiên mã còn có vùng 5’ không dịch mã (5’
untranslation region) và vùng 3’ không dịch mã (3’ untranslation region). Vùng 5’
không dịch mã được tính từ vị trí bắt đầu phiên mã cho đến codon khởi đầu
ATG. Vùng 3’ không dịch mã bắt đầu từ codon kết thúc đến vị trí gắn đuôi
poly(A).
- Vùng 3’ không dịch mã: Chức năng chưa rõ, ở một số gen vùng này mang
các trình tự điều hòa chuyên biệt.
8. Trình bày mô hình điều hòa thoái dưỡng(có hình vẽ,kiểm soát âm, cảm ứng)
3.3. Điều hòa thoái dưỡng: kiểm soát âm, cảm ứng
Trong thoái dưỡng, các chất thức ăn được phân hủy dễ dàng tạo năng lượng
hoặc các chất cần thiết cho quá trình tổng hợp. Cơ chế điều hòa ở đây là sự có
mặt của cơ chất (ví dụ lactose) dẫn tới tổng hợp các enzyme phân hủy.
Ví dụ điển hình cho trường hợp này là operon lactose của E. coli β-
galactosidase là enzyme có chức năng đôi. Chức năng đầu tiên của nó là thoái
dưỡng lactose thành glucose và galactose. Chức năng thứ hai của nó là chuyển
liên kết 1-4 của glucose và galactose thành liên kết 1-5 của allolactose.
Bình thường enzyme này không hiện diện ở nồng độ cao trong tế bào, khi
vắng mặt lactose trong môi trường. Ngay sau khi cho lactose vào môi trường
nuôi khi không có glucose, enzyme này bắt đầu được tạo ra. Sự vận chuyển
lactose xuyên qua màng tế bào có hiệu quả nhờ protein vận chuyển
galactoside permease. Protein cũng xuất hiện với nồng độ cao khi có lactose
trong môi trường.
Sự điều hòa của operon lactose còn phụ thuộc vào nồng độ glucose trong
môi trường. Nồng độ glucose này lại kiểm soát nồng độ bên trong tế bào của
phân tử nhỏ cAMP (cyclic adenosine monophosphate), là chất bắt nguồn từ
ATP và làm tín hiệu báo động cho tế bào. Tế bào có xu hướng sử dụng
glucose hơn là lactose để làm nguồn carbon vì glucose được biến dưỡng
trực tiếp cung cấp carbon và tạo năng lượng. Các enzyme biến dưỡng glucose
thuộc loại cấu trúc và tế bào tăng trưởng tối đa với nguồn glucose. Khi nguồn
glucose cạn, tế bào phản ứng lại bằng cách tạo ra c-AMP. Việc tăng nồng độ
c-AMP trong tế bào gây nên hàng loạt sự kiện, trong sự hiện diện của lactose,
dẫn đến sự phiên mã các gen cấu trúc của operon lactose
3.3.1. cấu trúc của operon Lac
Hệ thống lactose (lactose system) bình thường gồm có gen điều hòa (i hoặc R)
và operon mang trình tự promoter (P) locus operator (O) và ba gen cấu trúc cho
galactosidase (Z), permease (Y) và transacetylase (A).
3.3.2. Hoạt động của hệ thống
- Điều kiện cảm ứng (có lactose). Lactose được chuyển vào tế bào rất yếu
vì chỉ có vài phân tử permease làm việc. Khi vào trong tế bào, một số lactose
(liên kết -1,4) được chuyển thành allolactose (liên kết -1,6) nhờ β-galactosidase.
Allolactose là chất cảm ứng, nó gắn vào protein kìm hãm và gây biến đổi cấu
hình tạo phức hợp allolactose-repressor. Phức hợp này mất khả năng gắn
operator. Lúc này operon được mở, RNA polymerase bắt đầu phiên mã các gen
cấu trúc
- Điều kiện không cảm ứng (không có lactose). Gen điều hòa của operon
thường xuyên tổng hợp protein kìm hãm (repressor protein) ở mức độ thấp, vì
nó có promoter ít hiệu quả. Sự tổng hợp các protein này bị tác động do nồng
độ lactose trong tế bào. Ngược lại, promoter bình thường của operon lac gắn
với RNA polymerase rất có hiệu quả. Khi không có đường lactose, protein
điều hòa hoạt động còn gọi là protein kìm hãm gắn vào promoter hay “đọc”
trình tự operator vì protein kìm hãm chiếm đoạn này. Như vậy, sự phiên mã
của tất cả các gen cấu trúc của operon lac bị dừng
Do số lượng permease tăng, nên lactose vào tế bào với số lượng lớn và được
phân hủy bởi β-galactosidase. Khi lactose được sử dụng hết, các protein kìm
hãm gắn trở lại vào operator làm operon bị đóng; sự phiên mã các gen cấu trúc
bị dừng.
Bản thân gen điều hòa lacI chỉ có một promoter (Pi) và gen cấu trúc của
protein kìm hãm. Promoter này yếu, khi các protein kìm hãm có số lượng
lớn, nó bị các protein này gắn vào làm dừng phiên mã
3.4. Điều hòa biến dưỡng: Kiểm soát âm-ức chế
Biến dưỡng (anabolism) là quá trình tổng hợp nên các chất cần thiết cho tế
bào. Ví dụ tổng hợp các amino acid. Quá trình tổng hợp tryptophan bắt đầu từ
tiền chất tryptophan là chorismic acid, trải qua 5 giai đoạn kế tiếp do enzyme
xúc tác. Hệ thống tổng hợp amino acid tryptophan ở E. coli là ví dụ điển hình
về operon bị kìm hãm do sự kiểm soát âm.
3.4.1. Cấu trúc và hoạt động
Hệ thống tryptophan cũng có cấu trúc tương tự hệ thống lactose gồm gen
điều hòa trpR và operon tryptophan (promoter, operator và 5 gen cấu trúc).
Các gen cấu trúc xác định 5 enzyme được xếp theo thứ tự tương ứng với
chức năng xúc tác theo trình tự các phản ứng của chuỗi biến dưỡng
tryptophan
Hình 3.15. Mô hình cấu trúc và hoạt động của operon Trytophan
Sự khác nhau căn bản với hệ thống lactose là ở gen điều hòa. Gen điều hòa
của hệ thống tryptophan tổng hợp thường xuyên aporepressor protein, là chất
kìm hãm mà riêng nó không có hoạt tính. Khi tryptophan dư thừa nó trở thành
chất corepressor (đồng kìm hãm) và kết hợp với aporepressor thành phức
hợp kìm hãm (holorepressor) có hoạt tính.
Phức hợp này gắn vào operator của operon tryptophan (trp) làm dừng phiên
mã các gen cấu trúc. Khi nồng độ tryptophan thấp, nó tách khỏi phức hợp
kìm hãm và aporepressor mất hoạt tính. Lúc này các operator lại được mở
và RNA polymerase dịch mã 5 gen cấu trúc để tổng hợp 5 enzyme tạo
tryptophan. Sự điều hòa kiểu này còn gọi là điều hòa ức chế ngược do sản
phẩm cuối cùng có mối liên hệ ngược.
Như vậy, hoạt động của hệ thống này ngược lại với hệ thống lactose: khi có
tryptophan thì operon bị đóng, thiếu tryptophan thì gen được mở.
3.5. Kiểm soát dương và cảm ứng
Cơ chế điều hòa dương, cảm ứng được tìm thấy ở operon arabinose của E.
coli. Arabinose là chất đường, cần ba enzyme (được mã hóa bởi các gen araB,
araA và araD) cho sự biến dưỡng. Hai gen khác nằm xa operon góp phần đưa
arabinose vào tế bào. Gen điều hòa araC nằm gần các gen B, A và D. Sản
phẩm của gen araC là protein kìm hãm của operon khi không có đường
arabinose.
Tuy nhiên, khi có đường arabinose trong tế bào, nó gắn với repressor (protein
araC) hình thành nên phức hợp activator (hoạt tố) tạo thuận tiện cho sự phiên
mã của RNA polymerase.
Hình 3.16. Operon arabinose của E. coli
9.Biến dị là gì?phân loại và trình bày các loại biến di?
1. Khái niệm
Biến dị biểu hiện ở sự khác nhau giữa các cá thể. Nhờ có biến dị, chủ yếu là
các đột biến, chúng ta mới nghiên cứu được các cơ chế di truyền
Biến dị là quá trình phản ánh mối tương quan của cơ thể với môi trường. Xét
từ quan điểm di truyền học, biến dị là kết quả của phản ánh giữa kiểu gen trong
quá trình phát triển cá thể đối với các điều kiện của môi trường ngoài.
Biến dị là một trong ba nhân tố tiến hóa chủ yếu. Nó cũng là nguồn nguyên
liệu cho CLTN và CLNT
2. Phân loại biến dị
Thông thường biến dị được chia thành biến dị di truyền và biến dị không di
truyền. Biến bị di truyền là biến dị của kiểu gen và được truyền cho các thế hệ
sau. Biến dị không di truyền là biến dị của kiểu hình, không được duy trì cho
thế hệ sau. Thường biến là một kiểu biến dị không di truyền
Copyright by webtailieu.net