Câu hỏi di truyền

NỘI DUNG ÔN THI MÔN DI TRUYỀN HỌC

LỚP DSI 1081

Chương II:

CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN

Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

***

I. ACID NUCLEIC LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

1. Tiêu chuẩn của Vật chất di truyền ( VCDT )

VCDT phải có đủ 3 tính chất:

1/ Mang thông tin DT đặc trưng cho loài

Vật chất di truyền có khả năng mã hóa mọi thông tin di truyền

của thế hệ trước chuyển giao cho thế hệ sau: gen cấu trúc quy định

cấu trúc chuỗi polypeptide và một hệ thống các gen chuyên trách ngoài

gen cấu trúc đảm nhiệm việc điều hòa biểu hiện gen.

2/ Có khả năng tái bản: VCDT phải có khả năng hình thành các

bản sao, chứa đầy đủ thông tin DT

• Prokaryote: phân bào trực phân =>mỗi tế bào con nhận được

một bản sao vật chất nhân giống hệt tế bào mẹ

• Eukaryote: phân bào gián phân

+ Qua nguyên phân , mỗi tế bào con nhận được một bản

sao chứa toàn bộ thông tin di truyền trong nhân

+ Qua giảm phân , mỗi tế bào đơn bội chỉ nhận được của

một nửa VCDT trong nhân

• Akaryote: nhân lên hàng loạt trong TB ký chủ, gđ tổng hợp bao

hàm sự tái bản VCDT cho thế hệ sau.

3/ Có khả năng biến đổi

- Đột biến , hiện tượng tái tổ hợp , và các yếu tố di truyền

vận động làm biến đổi VCDT của các sinh vật tạo nguyên liệu cho tiến

hóa

2. Chứng minh acid nucleic là VC mang TTDT

a/ Hiện thương Biến nạp (transformation)

Frederick Griffith quan sát thấy một hiện tượng bí ẩn khi

tiến hành các thí nghiệm trên VK Streptococcus pneumoniae

Griffith dùng 2 chủng vi khuẩn (khác nhau về hình dạng

khuẩn lạc và độc tính):

Chủng S (mooth): độc, khuẩn lạc nhẵn, láng (vỏ nhày=

polysaccharide)

Chủng R (rough), không độc, khuẩn lạc sần, không vỏ nhày.

Lần lượt tiêm các trường hợp sau vào chuột, ta thu được kết quả:

1

* Nhận xét:

• Ở TH 4, những mảnh vỡ TB từ chủng S bị đun sôi đã biến đổi các

VK R sống trở thành các VK S sống. Hiện tượng này gọi là Biến

nạp.

Thí nghiệm của Oswald Avery, C. M. MacLeod và M. McCarty xác định

bản chất của hiện tượng biến nạp:

• Loại bỏ lipid và carbohydrate khỏi 3 ống nghiệm chứa tế bào S chết.

• Ống 1:

Thêm enzyme proteinase  loại bỏ protein  thêm tế bào R sống 

xuất hiện tế bào S  có biến nạp

• Ống 2:

Thêm enzyme ribonuclease  loại bỏ ARN  thêm tế bào R sống 

xuất hiện tế bào S  có biến nạp

• Ống 3:

Thêm enzyme deoxyribonuclease  loại bỏ ADN  thêm tế bào R sống

 không xuất hiện tế bào S  không có biến nạp

Nhận xét:

• Bản thân các polysaccharide không gây biến nạp TB R. Vỏ nhày

chỉ là 1 biểu hiện kiểu hình của độc tính.

• DNA chính là yêu tố xác định đặc tính vỏ polysaccharide, từ đó

xác định đặc tính gây bệnh

(hoặc tham khảo sách Di truyền học – Phạm Thành Hổ - Trang 138, đoạn 2)

b/ Thí nghiệm của Hershey - Chase

32P đánh dấu DNA của 1 nhóm phage T2.

35S đánh dấu protein của 1 nhóm phage T2 khác.

• Dùng 2 nhóm phage này cho nhiễm riêng rẽ vào E. coli với số

lượng virus lớn.

• Sau đó, dùng lực khuấy để tách vỏ virus, sử dụng pp ly tâm để

tách riêng vỏ virus với TB VK rồi phân tích phóng xạ.

* Kết quả:

Thí nghiệm trên chuột Kết quả

1. Tiêm R Chuột Sống

2. Tiêm S sống ‘’ Chết

3. Tiêm S chết ‘’ Sống

4. Tiêm S chết và R sống ‘’Chết

2

• Nhóm phage đánh dấu = 32P: trong TB VK có chứa chất phóng

xạ chứng tỏ: DNA của phage đã vào trong VK

• Nhóm phage đánh dấu = 35S: chất phóng xạ nằm trong phần vỏ

virus bỏ lại bên ngoài.

 Protein vỏ của phage không xâm nhập TB VK mà chỉ có DNA của

phage được nạp vào. Phân tử DNA này giúp sinh sản ra thế hệ phage mới.

Như vậy, DNA chính là vật liệu DT của phage.

c/ RNA cũng là VCDT

• Cấu tạo chính của phần lớn virus ký sinh thực vật gồm: vỏ bằng

protein và phần lõi RNA.

• VD: virus khảm thuốc lá TMV, HRV,… xâm nhập vào TB lá

khiến diệp lục tố bị phân hủy, gây ra những đốm màu trên lá.

* Thí nghiệm của Fraenkel – Conrat chứng minh RNA là VCDT của HRV :

• Dùng RNA của HRV kết hợp với protein của TMV tạo ra virus

ghép, cấy vào trong cây thuốc lá lành thấy cây bị nhiễm bệnh với

triệu chứng bệnh của HRV

Phân lập từ cây bệnh này được các HRV hoàn chỉnh.

(có thể trình bày TN ngược lại làm đối chứng)

Th í nghi ệm ng ư ợc :

(Dùng RNA của TMV kết hợp với protein của HRV tạo ra virus

ghép, cấy vào trong cây thuốc lá lành thấy cây bị nhiễm bệnh với

triệu chứng bệnh của HRV )

•  RNA chính là CSVT của sự DT, còn protein chỉ đóng vai trò

vỏ bọc hỗ trợ.

II. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC CỦA ACID NUCLEIC

1. Thành phần hóa học của acid nucleic

a/ Nucleic – đơn phân của acid nucleic

* Bazo

 Các bazo của DNA và RNA có cấu trúc dị vòng thơm.

 Các purin có cấu trúc 2 vòng, gồm adenine (A) và

guanine (G).

 Các pyrimidine có cấu trúc 1 vòng, gồm cytosine (C),

thymine (T) và uracil (U)

 Trong RNA, T thay = U. Thymine = 5-methyluracil

* Nucleoside

 Trong các acid nucleic, nucleoside được tạo thành bởi:

bazo (purin ở N9, pyrimidine ở N1) liên kết hóa trị với

đường pentose ở vị trí C1.

 Ở RNA, đường pentose là ribose, ở DNA là 2’

-deoxyribose.

3

 Liên kết giữa bazo và đường gọi là liên kết glycosyl (hay

glycosid).

* Nucleotide

 Một nucleotide: một nucleoside cùng với 1 hay nhiều nhóm

photphate nối ở vị trí 3’

, 5’

hoặc 2’ ( 2’ chỉ có ở đường

ribose).

* Liên kết phosphodiester

 Mỗi photphate liên kết hóa trị với một pentose ở vị trí 5’

và

một pentose kế tiếp ở vị trí 3’

tạo thành liên kết 3’

,5’

-

phosphodiester.

 Ở pH trung tính, mỗi phosphate đều chức điện tích âm

acid nucleic là nhưng polymer mang điện tích âm.

* Trình tự DNA/RNA :

Mỗi chuỗi nucleotide (trừ chuỗi nucleotide dạng vòng) đều có :

+ Một đầu 5’ tự do có thể gắn hoặc không gắn các

nhóm phosphate

+ Một đầu 3’ tự do có một nhóm hydroxyl

+ Định hướng của mỗi chuỗi nucleotide là 5’ -> 3’

2. Cấu trúc không gian của acid nucleic :

2.1 Chuỗi xoắn kép DNA

2.1.1 Cấu trúc chuỗi xoắn kép :

Cấu trúc phổ biến nhất của DNA là cấu trúc chuỗi xoắn kép

+ Phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn

xoắn đều quanh một trục , mỗi mạch đơn là một chuỗi nucleotide

+ Mỗi chuỗi có định hướng 5’ -> 3’ ; hướng của hai mạch

ngược chiều nhau nên ta gọi là hai mạch đối song song

+ Mỗi chu kỳ xoắn của DNA gồm 10 bp ( cặp base ) dài

khoảng 3,4 nm , đường kính vòng xoắn khoảng 2 nm

+ Sườn phosphate – đường của mỗi mạch đơn hướng ra

ngoài , còn các base của chuỗi xoắn kép hướng vào trong

+ Hai mạch đơn kết hợp với nhau nhờ các lien kết hydro hình

thành giữa các cặp base bổ sung nằm trên hai mạch ( A- T có hai liên kết( lk )

hydro , G- X có ba lk hydro )

(Tham khảo bảng 2.1: Một số dạng cấu trúc của DNA / Sách DT

trang 21)

Từ các dữ kiện về cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA cho ta hai khái niệm

cơ bản :

+ Mỗi mạch đơn là một trình tự base khác nhau -> mỗi mạch đơn

mang thông tin khác với mạch kia

4

+ Hai mạch đơn lk với nhau bởi một quan hệ bổ sung - > giải thích

được cấu trúc chặt chẽ của phân tử DNA , phương cách tự tái bản để tạo ra hai

phân tử con giống hệt nhau từ một phân tử mẹ ban đầu (tham khảo)

2.1.2 ý nghĩa của cấu trúc chuỗi xoắn kép :

Phân tử DNA thường có cấu trúc chuỗi xoắn kép. Cấu trúc này là một cấu

trúc ổn định:

+ Trong chuỗi xoắn kép, các đường pentose và các nhóm phosphate xoay

ra ngoài, hình thành lk hydro với nước đảm bảo tính ổn định cho phân tử

+ Chuỗi xoắn kép cho phép các base purine và pyrimidine có cấu trúc

phẳng xếp chồng khít lên nhau bên trong phân tử DNA , hạn chế sự tiếp xúc của

chúng với nước

+ Mỗi phân tử DNA có một số lượng liên kết hydro rất lớn nên dù chuyển

động của nhiệt có phá vỡ lk nằm ở hai bên đầu thì vẫn còn lk ở các vùng giữa .

2.2 Cấu trúc thứ cấp của RNA :

+ RNA trong tb thường tồn tại ở dạng phân tử mạch đơn -> tạo nên vùng

xoắn kép cục bộ do sự hình thành lk hydro giữa hai đoạn trình tự bổ sung nào đó

.

+ RNA trong tế bào có nhiều dạng cấu trúc thứ cấp ứng với những chức

năng riêng. Có ba loại RNA chính là: RNA thông tin (mRNA) , RNA vận

chuyển (tRNA), RNA của ribosome ( rRNA )

Phân tích rõ các loại RNA, kể cả của virus để xem loại nào có cấu trúc

xoắn kép cục bộ

(Chỉ có mARN không có nguyên tắc bổ sung. Còn tARN, rARN đều có cấu trúc

xoắn kép cục bộ. Ngoài ra snARN (ARN nhân nhỏ) tham gia vào quá trình ghép

nối trong quá trình trưởng thành của mARN cũng có cấu trúc xoắn kép cục bộ.)

Chưa biết (sách Di truyền học – Dự án – Trang 92 / Sách cô – Trang 53)

III. TÁI BẢN DNA

1. Các nguyên tắc và đặc điểm chung của tái bản DNA

a/ Sự tái bản DNA theo cơ chế bán bảo tồn

 Trong chuỗi xoắn kép DNA, 2 mạch đơn liên kết với nhau

bằng 1 quan hệ bổ sung.

 Trong quá trình tái bản, nếu 2 mạch đơn tách rời nhau và

mỗi mạch đơn được dùng làm khuôn để tổng hợp nên một

mạch mới theo nguyên tắc bổ sung thì kết quả là: từ 1

phân tử DNA ban đầu đã tạo được 2 phân tử mới giống

hệt nhau. Vì trong mỗi phân tử DNA con đều mang

một mạch cũ và một mạch mới nên kiểu tái bản này

được gọi là bán bảo tồn

* Thí nghiệm chứng minh cơ chế bán bảo tồn (E. coli)

5

 Nuôi E. coli trong môi trường có nguồn N15, TB sử dụng

N

15 để tổng hợp DNA cho đến khi DNA của VK đều mang

đồng vị nặng N15

.

 Sau đó các tế bào được chuyển sang môi trường có chứa

N

14

.

 Cách khoảng thời gian đều đặn tương ứng với mỗi đợt phân

bào, lấy các TB đem chiết tách DNA. Bằng pp ly tâm trong

gradient tỉ trọng CsCl, các loại DNA nặng (N15-N15), nhẹ

(N14-N14) và lai (N14-N15) được tách ra, kết quả phân tích

phù hợp với kiểu tái bản bán bảo tồn

(vẽ hình minh họa thêm)

b/ Cơ chế phân tử của quá trình tái bản DNA (THUỘC)

 Các liên kết H ổn định cấu trúc xoắn và liên kết 2 mạch đơn

với nhau phải được phá vỡ để tách rời 2 mạch.

 Phải có đoạn mồi (primer) (đoạn DNA/RNA ngắn) bắt

cặp bổ sung với mạch khuôn để tạo đầu 3’OH tự do.

 Nguyên liệu tổng hợp DNA là các desoxynucleosid 5’-

triphosphate (dNTPs):dATP, dGTP, dCTP, dTTP.

 Mạch khuôn luôn được đọc theo chiều 3’

-5’

trong khi

mạch mới được tổng hợp theo chiều 5’-3’. Mỗi

nucleotide mới được gắn vào đầu 3’OH của mạch đang kéo

dài = liên kết phosphodiester.

 Mỗi bước được thực hiện một cách nhanh chóng , chính

xác dưới sự điều khiển của enzyme đặc hiệu.

c/ Đơn vị tái bản, điểm khởi đầu và điểm kết thúc tái bản

 Mỗi đoạn DNA được tái bản như một đơn vị riêng lẻ được

gọi là một đơn vị tái bản. ( replicon )

 Các DNA vòng của prokaryote hay Akaryote, kích thước

nhỏ chỉ gồm một đơn vị tái bản duy nhất.

Sự tái bản khởi đầu từ một điểm được gọi là điểm khởi

đầu sao chép (Ori)và lan ra theo 2 hướng, hình thành 2 chạc

ba tái bản cho đến khi gặp nhau tại điểm kết thúc (T). Điểm

khởi đầu tái bản có khuynh hướng giàu A-T để dễ dàng

khởi đầu tách rời 2 mạch đơn.

 Ở Eukaryote, mỗi phân tử DNA mạch thẳng bao gồm nhiều

đơn vị tái bản  tế bào hữu nhũ điển hình có từ 50000-

100000 đơn vị tái bản , mỗi đơn vị tái bản có kích thước

khoảng 40 – 200 kp Tái bản ntn, khi nào kết thúc?

(Mỗi đơn vị tái bản có điểm khởi đầu riêng và sự tái bản

cũng lan theo hai hướng. Khi các chạc ba tái bản gặp nhau

thì sự tái bản ADN được hoàn thành)

(Sách cô – Trang 34)

6

d/ Sự tổng hợp mạch mới của DNA xảy ra liên tục trên một

mạch và gián đoạn trên mạch kia ( - Tái bản bán gián đoạn )

 Cơ chế tái bản DNA chỉ cho phép sự tổng hợp theo

hướng 5’-3’, vì thế trên 2 mạch khuôn có hướng ngược

nhau, sự tổng hợp mạch mới không diễn tiến giống

nhau.

 Từ điểm khởi đầu tái bản, trên mạch khuôn 3’

-5’ sự tổng

hợp mạch mới diễn ra một cách liên tục theo chiều 5’

-3’

cùng chiêu với hướng tháo xoắn. Mạch này được gọi là

mạch tới.

 Trong khi đó trên mạch khuôn 5’

-3’

, sự tổng hợp mạch

mới cũng diễn ra theo hướng 5’

-3’ nhưng ngược với hướng

tháo xoắn. Do đó, sự tổng hợp mạch mới không xảy ra liên

tục mà dưới dạng những đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki

(1000-2000 bp ở proka, 100-200 ở euka). Mạch này được

gọi là mạch chậm.

 Trên thực tế, sự tổng hợp 2 mạch theo cùng hướng vì mạch

khuôn chậm được uốn vòng để quay 180o

tại chạc ba tái

bản, cùng hướng với mạch khuôn tới.

e/ Mồi RNA

 Mạch tới và tất cả những đoạn Okazaki của mạch chậm chỉ

có thể được tổng hợp = cách kéo dài một mồi đã bắt cặp

sẵn trên mạch khuôn.

 Mồi là một đoạn RNA ngắn, dược tổng hợp bởi 1 phức

hợp protein gọi là primosome, primome gồm nhiều

protein và 1 enzyme primase.

 Các mồi RNA sau đó bị phân hủy bởi Rnase và được

thay = trình tự DNA nhờ DNA polymerase. Enzyme ligase

sẽ nối các đoạn DNA trên mạch chậm lại với nhau.

2. Tái bản DNA prokaryote

Giai đoạn Diễn biến Enzyme

Khởi đầu

1. Tháo xoắn phân tử Enzyme topoisomerase

loại I tháo dạng siêu

xoắn

Enzyme topoisomerase

loại II tháo các nút nảy

sinh do các biến đổi cấu

trúc của chuỗi xoắn

2. Tách rời 2 mạch khuôn tại điểm khởi đầu tái bản

- phá vỡ liên kết H giữa các bazo, tách rời 2 mạch đơn

tại Ori

protein Dna A. DnaC

và

Dna B .

DnaB là 1 DNA helicase

nằm trong phức hợp

7