Tài liệu Những cấu trúc chứa DNA trong tế bào pot

Những cấu trúc chứa DNA trong tế bào

1. Những đoạn DNA chứa thông tin di truyền

Đại phân tử DNA là do polynucleotide tạo thành, được chia làm nhiều
đoạn. Mỗi đoạn là một đơn vị chức năng, gọi là gen. Gen được định nghĩa
trong di truyền học:
+ Mendel là người đầu tiên nêu lên khái niệm “nhân tố di truyền”
+ J. Morgan cụ thể hóa khái niệm về gen: gen nằm trên nhiễm sắc thể chiếm
một locus nhất định. Gen là đơn vị chức năng xác định một tính trạng.
+ Sau khi học thuyết trung tâm ra đời: gen là đoạn DNA trên nhiễm sắc thể
không những mã hóa cho các loại protein mà cả các loại RNA.
+ Cuối những năm 70, sau khi phát hiện ra gen gián đoạn: gen là một đoạn
DNA đảm bảo cho việc tạo ra một polypeptid nó bao gồm cả vùng trước và
sau vùng mã hóa cho protein và cả những đoạn không mã hóa xen giữa các
đoạn mã hóa.

Hiện nay có thể định nghiã tổng quát như sau: gen là đơn vị chức năng cơ sở
của bộ máy di truyền chiếm một locus nhất định trên NST và xác định một
tính trạng nhất định. Các gen là những đoạn vật chất di truyền mã hóa cho
những sản phẩm riêng lẻ như các RNA được sử dụng trực tiếp cho tổng hợp
các enzym, các protein cấu trúc hay các mạch polypeptid để gắn lại tạo ra các
protein có hoạt tính sinh học.

Toàn bộ những gen khác nhau của cơ thể, gọi là Idiotype. Ở
Eukaryote nó bao gồm các gen trên nhiễm sắc thể (chromotype) và các gen
ngoài nhân (plasmotype). Ở prokaryote, nó bao gồm bộ gen và plasmid.

2. Virus chứa DNA và virus chứa RNA

Virus gây bệnh đốm thuốc lá (mosaic tobacco virus - MTV) là virus chứa

RNA sợi đơn. Nó là một hạt hình que dài 300 nm, có đường kính 18 nm. Bên
ngoài có một vỏ chứa 2130 phân tử và một vòng xoắn RNA ở bên trong.
Chiều cao vòng xoắn: 23Ao, khối lượng phân tử = 2.106 đvC.
Một số virus chứa DNA sợi đôi như các thực khuẩn thể T2, T4, T6 chứa
DNA mạch đôi thẳng, dài. Có chứa 2.105 đôi nucleotide, khối lượng phân
tử: 130.10 đvC. Khi lực thẩm thấu của môi trường thay đổi đột ngột, phân tử
DNA này thoát ra khỏi vỏ protein, người ta chụp ảnh được ảnh DNA
của tjực khuẩn thể T2 với chiều dài 0,05 mm (50mm), phân tử này xếp gọn ở
phần đầu của thực khuẩn thể. Tất cả thực khuẩn thể T số chẵn chứa DNA với
mạch polynucleotide giống nhau, nên khi trộn lẫn các DNA mạch đơn đã bị
biến tính của chúng với nhau thì các mạch đơn này có thể tạo thành
phân tử lai. Phân tử DNA của T3, T7 không thể hình thành phân tử DNA
lai với DNA của T số chẵn. Còn virus FX174 có chứa DNA sợi đơn gồm
5400 nucleotide với khoảng 9 gen.

3. Nhiễm sắc thể chính và plasmid của vi khuẩn

DNA của vi khuẩn làm thành thể nhân, tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất,
không có màng nhân làm giới hạn. DNA của thể nhân là DNA mạch vòng,
xoắn kép

Ví dụ: DNA E.coli có đường kính 350 µm, gồm 4.106 đôi nucleotide
và chứa khoảng 500 gen xếp nối tiếp nhau thành chuỗi dài chi phối tất cả các
hoạt động chức năng của sự sống.

Plasmid cũng là phân tử DNA mạch kép, dạng vòng ở bên cạnh thể nhân.
Khối lượng phân tử trung bình khoảng 1% DNA của thể nhân.

Các plasmid có thể gắn tạm thời hoặc vĩnh viễn ở trên NST chính của vi
khuẩn. Có thể tham gia sự tự nhân đôi và tham gia tiếp hợp khác như là một

phần của NST chính.

4. Nhiễm sắc thể Eukaryota.

4.1 Các trình tự lặp lại và đơn độc DNA được cắt thành từng đoạn nhỏ, cho
biến tính, sau đó hồi tinh thì các đoạn có trình tự bổ sung dễ tái tổ hợp với
nhau hơn các đoạn khác. Nhờ vậy có thể nhận biết được các trình tự lặp lại.
Dựa vào đó phân DNA thành ba loại:

+ DNA đơn độc (tái hợp rất chậm)

+ DNA lặp lại trung bình (tái hợp nhanh vừa)

+ DNA lặp lại cao (tái hợp rất nhanh)

Mặc dù DNA mang thông tin mã hóa cho các protein nhưng trong thực tế chỉ
có khoảng 10% trong số 3 tỷ cặp nucleotide trong genome của người thực sự
làm chức năng này. Căn cứ vào đặc điểm cấu trúc và phân, chia DNA thành
các loại sau:

- DNA đơn độc (Single copy DNA)

Đây là loại phổ biến nhất, chiếm khoảng 75% genome. Các đoạn
DNA này chỉ thấy 1 lần (hoặc vài lần) trong genome. Một phần nhỏ
của DNA loại này là các gen mã hóa cho protein. Hẫu hết các DNA đơn độc
là các intron hoặc là các đoạn nằm xen giữa các gen.

- DNA lặp lại (repetitive DNA)

Chiểm 25% còn lại của genome, đây là các đoạn DNA được lặp đi lặp lại

hàng ngàn lần trong genome. DNA lặp lại gồm 2 loại:

+ DNA vệ tinh (satellite DNA): loại DNA tập trung ở 1 số vùng nhất định
trên NST, ở đó chúng xếp đuôi nhau, cái này tiếp cái kia. Loại này
chiếm 10% bộ gen.

+ DNA lặp lại rãi rác: loại DNA này chiếm khoảng 15% genome, gồm 2
loại:

Các yếu tố rãi rác có kích thước ngắn SINEs (short interspersed
repetitive elements): kích thước từ 90-500 bp. Trong nhóm này có loại DNA
lặp lại tên Alu với kích thước khoảng 300 bp, mang đoạn DNA có thể bị
enzyme hạn chế Alu I cắt (đây là enzyme có nguồn gốc từ vi khuẩn
Arthrobacter luteus). Đoạn lặp Alu là 1 họ bao gồm các đoạn DNA có độ
giống nhau cao, phân bố rãi rác khắp hệ gen với khoảng 300.000 bản sao,
chiếm khoảng 2-3% toàn bộ DNA của người, chúng được xem như là các yếu
tố vận động. Ở 2 đầu mỗi đoạn Alu có các đoạn lặp cùng chiều ngắn khoảng
7-10 bp. Bên trong đoạn Alu có các đoạn lặp dài khoảng 40 bp. Điểm
đặc biệt của các đoạn lặp DNA này là có thể tạo ra bản sao của mình và có
thể cài vào các phần khác của bộ gen. Hiện tượng này đôi khi có thể làm gián
đoạn một gen mã hóa cho protein nào đó và gây ra tình trạng bệnh lý di
truyền.

Vai trò của các trình tự Alu đến nay chưa rõ. Một điều đáng kinh ngạc là có
sự tương đồng (homologus) từ 80-100% giữa phần 3' của Alu với đầu mút 5'
và 3' của RNA 7SL, là phần tương tác với các tín hiệu peptid trước khi vận
chuyển ra tế bào chất. Việc xác định trình tự nucleotide của Alu cho thấy có
ít nhất 6 nhóm phụ và tất cả đều bắt nguồn từ DNA mã hóa cho RNA 7SL.

Các yếu tố rãi rác có kích thước dài LINEs (long interspersed

repetitive elements): bao gồm các họ LINE 1 (hay Kpn 1) và THE 1. Các
trình tự LINE có chiều dài khoảng 6000-7000 bp với gần 5.000 bản
sao nguyên vẹn và 100.000 bản sao từng phần rãi rác khắp bộ gen người.
Chúng

là những trình tự lặp lại không mã hóa dài nhất và thường ở vùng giàu AT.
Các bản phiên mã trình tự LINE gắn với protein tạo thành phức hợp
ribonucleoprotein. Ở một dòng tế bào người bị ung thư (teratocarcinome),
người ta quan sát thấy có các ribonucleoprotein này. Sự xen đoạn LINE vào
các vị trí khác nhau có thể gây hậu quả nhất định, như trong một trường hợp
bệnh máu không đông A (hemophilia).

4.2. Nhiễm sắc thể của Eukaryota

Nhiễm sắc thể chứa một phân tử DNA thẳng, mạch kép. NST
Eukaryote gồm DNA và protein, trong số đó histon là protein cốt lõi trong
việc cuộn lại và điều hòa hoạt tính của DNA.

Sự hình thành NST kỳ giữa từ chuỗi xoắn kép DNA qua hệ thống các bậc cấu
trúc sau:

+ Nucleosome là đơn vị cấu trúc của NST được tạo nên do sợi DNA dài quấn
quanh các protein histon thành sợi 11nm. Đơn vị này là phức hợp gồm 146
cặp nucleotide của DNA quấn quanh 8 phân tử histon: 2H2A,

2H2B, 2H3 ,2H4. Các nucleosome kề nhau được nối qua một phân tử histon
trung gian H1.

+ Sợi chromatin dày 30nm: các nucleosome xếp sít nhau tạo thành phức hợp
nucleoprotein.

+ Vùng xếp cuộn dày 300 nm do sợi chromatin sau nhiều lần xoắn uốn khúc
tạo nên.

+ Chất dị nhiễm sắc 700 nm

+ Kỳ giữa 1400nm.


4.3. Trình tự CEN: trình tự lặp lại cao CEN là của các tâm động.

4.4. Trình tự TEL: thuộc các telomer (đầu mút của NST) với nhiều vai trò
khác nhau: bảo vệ đầu mút NST khỏi bị cắt bởi nuclease, giữ chiều dài của
NST khi sao chép, gắn với màng nhân và kìm hãm sự biểu hiện của các gen ở
đầu mút. Các trình tự TEL có tính bảo tồn cao trong tiến hóa. Chúng có số
lần lặp lại cao, giàu A và C.