Sinh học phân tử

PHẦN II
DI TRUYỀN HỌC

CHƯƠNG VIII

CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA
TÍNH DI TRUYỀN

CHƯƠNG VIII
CƠ SỞ PHÂN TỬ
CỦA TÍNH DI TRUYỀN
• I. DNA LÀ CHẤT DI TRUYỀN.
• II. CẤU TRÚC CỦA DNA.
• III. SAO CHÉP DNA.
• IV. CÁC CƠ CHẾ SỬA SAI VÀ BẢO VỆ DNA.
• V. DNA THỎA MÃN CÁC YÊU CẦU ĐỐI
VỚI CHẤT DI TRUYỀN.
• Sau khi tìm hiểu cấu trúc và sự biến đổi năng
lượng của tế bào, chương này đi sâu vào các cơ
chế phân tử của tính di truyền, mà DNA
(Desoxyribonucleic acid) đóng vai trò trung tâm.
Tất cả các tế bào của tất cả các sinh vật trên
hành tinh chúng ta đều có bộ máy di truyền hay
hệ gen (genome) với cấu trúc chung là DNA, mà
việc thực hiện chức năng cũng giống nhau về căn
bản. Phát minh ra cấu trúc của phân tử DNA, đã
tạo ra cuộc cách mạng trong Sinh học, mở đầu
Sinh học phân tử. Phân tử DNA thoả mãn các
yêu cầu đối với vật chất di truyền: chứa và truyền
đạt thông tin, tự sao chép chính xác, có khả năng
biến dị và sửa sai.

I. DNA LÀ CHẤT DI TRUYỀN
• Vào năm 1868, vài năm sau khi Mendel công bố
các quy luật di truyền Friedrich Miescher, nhà sinh
hóa học Thụy Só phát hiện trong nhân tế bào mủ
một chất không phải protein, đó là acid nucleic.
• Năm 1914, nhà hóa học Đức R.Feulgen tìm ra
phương pháp nhuộm màu đặc hiệu đối với DNA và
mười năm sau cho thấy DNA của nhân giới hạn
trong các nhiễm sắc thể. Mãi đến năm 1944 vai trò
mang thông tin di truyền của DNA mới được Avery và
các cộng sự chứng minh và đến năm 1952 được
công nhận sau nhiều tranh cãi.
Friedrich
Miescher
1. Hiện tượng biến nạp
(transformation) ở vi khuẩn.
• Hiện tượng biến nạp được Griffith phát hiện ở vi
khuẩn Diplococus pneumoniae (nay gọi là Streptococus
pneumoniae - phế cầu khuẩn gây sưng phổi ở động
vật có vú) vào năm 1928. Vi khuẩn này có 2 dạng
khác nhau:
• Dạng SIII, gây bệnh có vỏ bao tế bào (capsule) bằng
polysaccharide cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào.
Dạng này tạo đốm mọc (khuẩn lạc) láng (Smooth-
láng) trên môi trường agar.
• Dạng RII, không gây bệnh, không có vỏ bao, tạo
đốm mọc nhăn (Rough-nhăn).
• Thí nghiệm được tiến hành như mô tả trên hình 8.1.

Thớ nghieọm bieỏn naùp ụỷ chuoọt

Thớ nghieọm bieỏn naùp ụỷ chuoọt
• Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột -
chuột chết.
• Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh -
chuột sống.
• Tiêm vi khuẩn S bò đun chết cho chuột -
chuột sống.
• Hỗn hợp vi khuẩn S bò đun chết trộn với vi
khuẩn R sống đem tiêm cho chuột - chuột
chết. Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và
R.
• Vi khuẩn S không thể tự sống khi bò đun
chết, nhưng chúng đã truyền tính gây bệnh
cho tế bào R gọi là biến nạp (transformation).
• Năm 1944, T.Avery, Mc Leod và Mc Carty
đã xác đònh tác nhân gây biến nạp là DNA :
• - Nếu các tế bào S chết bò xử lý bằng protease
(hủy protein) hoặc ARN-ase (phân hủy ARN)
hoạt tính biến nạp vẫn còn :protein và ARN
không phải là tác nhân gây biến nạp.
• Nhưng nếu tế bào S chết bò xử lý bằng DNA-
ase (enzyme chỉ phân hủy đặc hiệu DNA) thì
hoạt tính biến nạp không còn nữa, chứng tỏ
DNA là nhân tố biến nạp.
• Kết quả thí nghiệm có thể tóm tắt như sau:
DNA của S + các tế bào R sống
> chuột > chết (có R + S)
Kết luận: Hiện tượng biến nạp là một

chứng minh sinh hóa xác nhận rằng
DNA mang tín hiệu di truyền.
• Thời đó, vai trò của DNA vẫn chưa được công nhận vì
cho rằng vẫn còn một ít protein.
• Về sau có thể thực hiện biến nạp không chỉ với tính
trạng gây bệnh, mà còn nhiều tính trạng khác như tính
đề kháng thuốc hay tổng hợp chất này chất nọ Biến
nạp có thể thực hiện ở nhiều loại vi khuẩn khác nhau.
• Ngày nay có thể thực hiện được biến nạp ở sinh
vật Eukaryotae như nấm men, tế bào thực vật, tế
bào chuột và cả tế bào người, có thể thực hiện
biến nạp giữa các loài khác nhau rất xa trong
hệ thống phân loại.
• Biến nạp được coi như phương tiện vạn năng
(universal) để chuyển gen giữa các sinh vật khác
nhau.
2. Sự xâm nhập của DNA virus vào vi
khuẩn.
• Năm 1952, Hershey và Chase đã tiến hành thí
nghiệm với bacteriophage T2 (virus của vi khuẩn
được gọi là bacteriophage - thực khuẩn thể hay
gọi tắt là phage) xâm nhập vi khuẩn
Escherichia coli (E.coli). Phage T2 có cấu tạo
đơn giản gồm vỏ protein bên ngoài và ruột DNA
bên trong (hình 7.2). Khi cho phage T2 vào vi
khuẩn, chúng gắn lên bề mặt bên ngoài, một
phần chất nào đó xâm nhập vào vi khuẩn và sau
20 phút tế bào vi khuẩn bò bể ra phóng thích
nhiều phage mới.

Virus ñoám thuoác laù
• Thí nghiệm của Hershey và Chase nhằm xác
đònh 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 Phosphore
nhưng không có Sulfur (lưu huỳnh) còn protein
chứa Sulphur nhưng không Phosphore, nên có
thể phân biệt giữa DNA và protein nhờ các
đồng vò phóng xạ P32 và S35. Phage được nuôi
trên vi khuẩn đã mọc trên môi trường chứa các
đồng vò phóng xạ P32 và đồng vò phóng xạ S35.
S35 xâm nhập vào protein và P32 vào DNA của
phage. Phage nhiễm phóng xạ này được tách ra
đem cho nhiễm các vi khuẩn không bò nhiễm
phóng xạ
• Cho phage nhiễm trong một khoảng thời
gian đủ để bám vào vách tế bào vi khuẩn và
bơm chất nào đó vào trong tế bào, rồi dung
dòch 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 nằm
ngoài vi khuẩn cho thấy nó chứa nhiều S35
(80%) nhưng rất ít P32, chứng tỏ phần lớn
protein vỏ của phage nằm ngoài tế bào vi
khuẩn.
• Phân tích phần trong các tế bào vi khuẩn thấy

chúng chứa nhiều P32 (70%) nhưng rất ít S35,
chứng tỏ DNA được bơm vào trong tế bào. Thí
nghiệm này chứng minh trực tiếp rằng DNA của
phage T2 ban đầu đã xâm nhập vào tế bào vi
khuẩn và chúng sinh sản tạo ra thế hệ phage mới
mang tính di truyền có khả năng tiếp tục nhiễm
các vi khuẩn khác.
• Kết luận: Vật chất di truyền của phage T2 là
DNA.
• Sau thí nghiệm này vào năm 1952 nhiều cuộc
tranh cãi sôi nổi đã diễn ra về vai trò của DNA là
vật chất di truyền. Các số liệu thu được tiếp theo
đã khẳng đònh điều đó.
II. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC
HÓA HỌC CỦA DNA
• 1. Thành phần hóa học.
• Desoxyribonucleic acid là polinucleotide từ
các đơn phân (monomer) nucleotide.
Nitrogenous base gồm hai purine là Adenine
(A) và Guanine (G) và hai pirimidine là
Cytosine (C) và Thymine (T) , ở RNA còn
có Uracil (U).