TIEU LUAN CẤU TRÚC GEN CỦA SINH VẬT NHÂN SƠ VÀ SINH VẬT NHÂN CHUẨN

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU...................................................................................................4


PHẦN MỞ ĐẦU
Một trong các lĩnh vực quan trọng thuộc ngành Di truyền học và sinh học
phân tử chính là nghiên cứu gen cấu trúc của tất cả các loài trong tự nhiên. Gen
cấu trúc đóng vai trị quan trọng trong việc tồn tại, sinh trưởng – phát triển, di
truyền – biến dị của mọi loài sinh giới. Trong sinh giới, sinh vật được chia
thành hai nhóm chính Sinh vật bậc thấp (Prokaryote) và Sinh vật bậc cao
(Eukaryote). Mỗi nhóm có các đặc điểm hình thái,vận động, sinh sản và di truyền
khác nhau.
Vì vậy, việc nghiên cứu cấu trúc gen của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân
chuẩn để làm rõ đặc điểm của mỗi nhóm, từ đó làm cơ sở để phục vụ cho mục
đích nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào thực tiễn. Đó là lý do mà em đã
chọn đề tài “Cấu trúc gen của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn” làm
đề tài tiểu luận cho môn học Di truyền và Sinh học phân tử.
1-Định nghĩa sinh vật nhân sơ (Prokaryote)
Sinh vật nhân sơ hay sinh vật tiền nhân hoặc sinh vật nhân nguyên thủy
(Prokaryote) là nhóm sinh vật mà tế bào khơng có màng nhân. Tuy nhiên, trong tế
bào của một số loài Planctomycetales, ADN được bao bọc bởi một màng đơn. Đặc
điểm chính để phân biệt với các sinh vật nhân chuẩn được các nhà sinh học phân tử
thường sử dụng là trình tự gene mã hóa cho rRNA.
Sinh vật nhân sơ cũng khơng có các bào quan và cấu trúc nội bào điển hình
của tế bào eukaryote. Hầu hết các chức năng của các bào quan như ty thể, lục lạp,
bộ máy Golgi được tiến hành trên màng sinh chất. Sinh vật nhân sơ có 3 vùng cấu
trúc chính là:
3

1. tiên mao (flagella), tiêm mao, hay lông nhung (pili) - là các protein bàm
trên bề mặt tế bào;
2. vỏ tế bào bao gồm capsule, thành tế bào và màng sinh chất;
3. vùng tế bào chất có chứa ADN genome, các ribosome và các thể vẩn
(inclusion body).

Hình. Sơ đồ cấu trúc điển hình của một trực khuẩn

V í d ụ: Vi sinh vật nhân sơ : vi khuẩn, xạ khuẩn, xoắn thể, micoplasma,
ricketxi, vi khuẩn lam…
2-Định nghĩa sinh vật nhân chuẩn (Eukaryote)
Sinh vật nhân chuẩn, còn gọi là sinh vật nhân thực, sinh vật nhân điển hình
hoặc sinh vật có nhân chính thức (danh pháp: Eukaryota hay Eukarya) là một sinh
vật gồm các tế bào phức tạp, trong đó vật liệu di truyền được sắp đặt trong nhân có
màng bao bọc. Sinh vật nhân chuẩn gồm có động vật, thực vật và nấm - hầu hết
chúng là sinh vật đa bào - cũng như các nhóm đa dạng khác được gọi chung là
4


nguyên sinh vật (đa số là sinh vật đơn bào, bao gồm động vật nguyên sinh và thực
vật nguyên sinh). Sinh vật nhân chuẩn có cùng một nguồn gốc và thường được xếp
thành một siêu giới hoặc vực (domain).

Ostreococcus - Sinh vật nhân chuẩn nhỏ nhất đ][cj ghi nhận còn tồn tại với đ][ngf kính cỡ 0,8 µm.

Các sinh vật này thường lớn gấp 10 lần (về kích thước) so với sinh vật tiền
nhân, do đó gấp khoảng 1000 lần về thể tích.
V í d ụ: v ề vi sinh vật nhân thật : như là nấm men, động vật nguyên sinh,
tảo đơn bào, nấm sợi…
3-Định nghĩa về gen:

*Gen là 1 đoạn phân tử ADN mang thơng tin mã hố cho một sản phầm xác
định (1 chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN).

5


Ví dụ: Gen hemơglơbin anpha (Hb α) là gen mã hóa chuỗi pơlipeptit α góp phần
tạo nên prơtêin Hb trong tế bào hồng cầu; gen tARN mã hóa phân tử tARN …
*Cấu trúc của gen.
Mỗi gen gồm 3 vùng trình tự nucleotit:

6


3. Các loại gen: Có nhiều loại gen như cấu trúc, gen điều hòa…
- Gen cấu trúc là gen mang thơng tin mã hố cho các sản phẩm tạo nên thành phần
cấu trúc hay chức năng tế bào.
- Gen điều hồ là những gen tạo ra sản phẩm kiểm sốt hoạt động của các gen
khác.
4.Cấu trúc gen của sinh vật nhân sơ:
4.1. Cấu trúc gen của vùng nhân:
Cấu tạo Vùng nhân: Khơng có màng của nhân bao bọc , vùng nhân thường chỉ
chứa một phân tử ADN mạch vòng duy nhất( đóng vai trị là nhiễm sắc thể của vi
khuẩn).

Tế bào sinh vật nhân sơ còn chứa những cấu trúc AND ngồi AND của vùng
nhân là plasmid, nó cũng có dạng vòng nhưng nhỏ hơn AND vùng nhân. Trên các
Plasmid thường chứa các gene có chức năng bổ sung, ví dụ gen kháng sinh.
Chức năng: Mang, bảo quản và truyền đạt thong tin di truyền, điều khiển
các hoạt độg sống của tế bào.

Plasmid và AND vùng nhân

7


4.2. Cấu trúc Plasmid ở sinh vật nhân sơ:
a. Khái niệm plasmid
Plasmid là phân tử DNA vịng kín 2 mạch, hiếm thấy 2 mạch thẳng, nằm
ngồi thể nhiễm sắc, có kích thước nhỏ (bằng khoảng 1/100 thể nhiễm sắc của vi
khuẩn) có khả năng tự nhân lên độc lập với tế bào và chúng được phân sang các tế
bào con khi nhân lên cùng với sự nhân lên của tế bào. Các plasmid có thể tăng lên
hoặc giảm đi khi có yếu tố bất lợi như nhiệt độ, thuốc màu, kháng sinh, các chất
dinh dưỡng… Các plasmid có thể ở trạng thái cài vào thể nhiễm sắc, có khả năng
tiếp hợp hoặc khơng tiếp hợp, có thể có một hoặc nhiều bản sao cùng loại ngay
trong một tế bào vi khuẩn.

b. Vai trị của plasmid:
Các plasmid khơng phải là yếu tố nhất thiết phải có đối với sự sống tế bào,
nhưng khi có mặt, chúng đem lại cho tế bào nhiều đặc tính chọn lọc q giá như có
thêm khả năng phân giải một số hợp chất, chống chịu với nhiệt độ bất lợi, chống
chịu với các kháng sinh… Thường thì các plasmid nhân lên khi tế bào nhân lên hay
tế bào tiếp hợp, nhưng khơng có nghĩa sự nhân lên của plasmid phụ thuộc vào sự
8


nhân lên của tế bào. Trong trường hợp cùng nhân lên, chắc phải có cơ chế kiểm
sốt đảm bảo đồng thời sự nhân lên, số lượng bản sao và sự phân chia đồng đều
các bản sao cho hai tế bào con, cho đến nay cơ chế này còn chưa sáng tỏ. Có
những plasmid có thể chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ tiếp hợp (tiếp hợp

được), ngược lại có plasmid khơng tiếp hợp được. Các plasmid qua tụ cầu khuẩn
Staphylococcus chỉ có thể chuyển sang tế bào nhận nhờ tải nạp. Một số plasmid (ví
dụ yếu tố giới tính F) có thể xâm nhập vào thể nhiễm sắc ở vị trí đặc biệt có trật tự
nucleotide bổ trợ với đoạn nucleotide trên plasmid, những site như vậy gọi là
những yếu tố gia nhập (IS), những IS này gồm khoảng 1000bp và thấy ở E. coli
như IS 1 (768bp) và IS 2 (1327bp). Như vậy, các yếu tố gia nhập (yếu tố điền vào
- IS) là đoạn nucleotide nhỏ (700 - 1500bp) thường chỉ mã hóa sự chuyển vị
(transposition) (tạo ra các site - tự cắt đứt trước của DNA).
5.Cấu trúc gen của sinh vật nhân chuẩn:
5.1 Cấu trúc gen trong nhân tế bào sinh vật nhân chuẩn:
*Cấu trúc nhiễm sắc thể (sv nhân chuẩn)

Hình thái và cấu trúc hiển vi của NST.

9


Mỗi nhiễm sắc thể giữ vững hình thái, cấu trúc đặc thù qua các thế hệ tế bào
và cơ thể, nhưng có biến đổi qua các giai đoạn của chu kì tế bào. Hình thái NST
thay đổi theo các kì của phân bào, nhưng hình dạng đặc trưng (rõ nhất, lớn nhất) là
ở kì giữa bao gồm: tâm động, các trình tự khởi động nhân đơi và vùng đầu mút có
tác dụng bảo vệ NST và khơng cho chúng dĩnh vào nhau. Mỗi NST có 3 bộ phận
chủ yếu: tâm động, đầu mút, trình tự khởi đầu nhân đơi AND
Sự biến đổi hình thái NST trong nguyên phân

a.Cấu trúc siêu hiển vi.
- NST gồm chủ yếu là ADN và prôtêin loại histon, xoắn theo các mức khác nhau.
- NST gồm các gen, tâm động các trình tự đầu mút và trình tự khởi đầu tái bản.
- Phân tử ADN mạch kép chiều ngang 2nm, quấn 1vòng (chứa 146 cặp nuclêotit)
quanh khối prôtêin (8 phân tử histon) tạo nên nuclêôxôm.

- Các nuclêôxôm nối với nhau bằng 1 đoạn ADN và 1 phân tử prôtêin histôn tạo
nên chuỗi nuclêôxôm chiều ngang 11 nm gọi sợi cơ bản. Tiếp tục xoắn bậc 2 tạo
sợi nhiễm sắc 30nm. Xoắn tiếp lên 300nm và xoắn lần nữa thành cromatit 700nm
(1nm = 10-3 micromet).

10


b. Chức năng của nhiễm sắc thể
NST có các chức năng khác nhau như: lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông
tin di truyền thông qua các cơ chế tự nhân đôi, phân li, tổ hợp diễn ra qua các quá
trình phân bào và thụ tinh…Do vậy, NST được coi là cơ sở vật chất của tính di
truyền ở cấp độ tế bào.
Trong tế bào sinh dưỡng NST tồn tại thành từng cặp. Nhiễm sắc thể thường
gồm nhiều cặp, luôn tồn tại thành từng cặp tương đồng. Nhiễm sắc thể thường
mang gen xác định việc hình thành các tính trạng thường. Cịn NST giới tính có
một cặp. Nhiễm sắc thể giới tính quy định việc hình thành tính trạng đực, cái ở vi
sinh vật, quy định tính trạng sinh dục phụ và mang gen xác định một số tính trạng
liên quan đến giới tính
5.2 Cấu trúc gen ngồi nhân tế bào sinh vật nhân chuẩn:
a. Gen ngoài nhân (ngoài NST)
- Khái niệm: Gen ngoài NST là những gen (ADN) tồn tại trong TBC và được chứa
trong các bào quan như: ti thể, lạp thể hay plasmit ở vi khuẩn.
- Đặc điểm của gen ngoài NST:
11


+ Bản chất là ADN dạng vịng.
+ Số lượng ít hơn so với gen trong nhân.
+ Có thể bị đột biến và di truyền được.

Sự di truyền của ti thể:

- Bộ gen của ti thể được kí hiệu là mtADN (MitochondrialADN) có cấu tạo xoắn
kép, trần, mạch vịng.
- Có hai chức năng chủ yếu:
+ Mã hóa nhiều thành phần trong ti thể: rARN, tARN và nhiều loại prơtêin có
trong màng trong ti thể.
+ Mã hóa cho một số prơtêin tham gia vào chuỗi chuyền electron.
- Thực nghiệm chứng minh cơ sở di truyền của tính kháng thuốc lá từ gen ti thể.
Các tế bào kháng thuốc được tách nhân, cho kết hợp với tế bào bình thường mẫn
12


cảm thuốc, tạo ra tế bào kháng thuốc. Điều đó chứng tỏ tính kháng thuốc được
truyền qua gen ngồi nhân.

Sự di truyền của lục lạp:
- Bộ gen của lục lạp được kí hiệu là cpADN (Chloroplast ADN) có cấu trúc xoắn
kép, trần, mạch vịng.
- Chức năng: Mã hóa nhiều thành phần trong ti thể: rARN, tARN và nhiều loại
prôtêin của riboxom của màng lục lạp cần thiết cho việc chuyền điện tử trong quá
trình quang hợp.
- Sự di truyền lạp thể là sự di truyền tế bào chất hay di truyền theo dòng mẹ được
xác định ở các đối tượng khác nhau.
Ví dụ: Khi cho cây ngơ lá xanh bình thường thụ phấn với cây ngơ lá xanh có đốm
trắng thì thế hệ con đều lá xanh bình thường. Cịn khi cây lá đốm thụ phấn với cây
lá xanh bình thường thì thế hệ con xuất hiện một số cây lá xanh, một số đốm và
một số hoàn toàn bạch tạng.

13


5.3 Hiện tượng gen phân mảnh (phân đoạn) ở sinh vật nhân chuẩn:
Cấu trúc gene phân đoạn (gene phân mảnh) Một gene ở Eukaryot có cấu
trúc bao gồm đoạn tăng cường (enhancer) đoạn khởi động (promotor), intron và kẽ
nhau, cuối cùng là đoạn kết thúc, hoá (Noncoding Sequences) được gọi là intron
hay gọi là đoạn xen (Intervening Sequences) (IS) xen vào và làm gián đoạn các
đoạn mã hóa (Coding sequences) được gọi là exon.
Những gene có cấu trúc gồm exo được gọi là gene khảm (mosaic gene).
Hiện nay, chưa rõ chức năng của intron, tuy nhiên có giả thuyết rằng, intron có vai
trị như là các khoảng trống xen giữa các exon tạo thuận lợi cho sự tái tổ hợp giữa
các exon. Thí nghiệm của Pierre Chambon (Pháp) phát hiện cấu trúc của exon intron của gene ovalbumine gà. Ovalbumine là protein lịng trắng trứng. gồm một
chuỗi polipeptit có 386 axit amin (tập hợp trong ống dẫn trứng ở thời kì gà mái đẻ
trứng). Ngồi việc tách mARN của ovalbumine, sử dụng enzyme sao mã ngược tạo
ra các bản sao của mARN sợi đơn được gọi là cADN và tạo thành cADN sợi kép.
So sánh ADN hệ gene nhân với cADN khi giải trình tự cho phép phát hiện ra intron
và exon. Kết quả valbumine trứng gà có 7 intron,8exon.

6.KẾT LUẬN

14


Qua những tài liệu đã thu thập được, chúng em đã nắm bắt được những vấn
đề cơ bản về gen cấu trúc của sinh vật nhân sơ (Prokaryote) và Sinh vật nhân thực
(Eukaryote).Ta có thể nhận thấy vai trị rất quan trọng của gen cấu trúc
trong mỗi cơ thểsống. Khi hiểu rõ về gen cấu trúc của mỗi loài, ta có thể
tìm cách “tác động” phù hợp lên đối tượng cần nghiên cứu để thu được kết quả
như mong muốn.T ừ n h ữ n g s ự g i ố n g v à k h á c nh a u đ ó , t a c ó th ể t ì m r a

n h ữ n g đ ư ờ n g h ư ớ n g nghiên cứu và ứng dụng được những đặc điểm của
các gen cấu trúc vào phục vụ trong thực tiễn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Gíao trình di truyền thực vật-NXB Đại Học Vinh, 2013.
2. Kỹ thuật gen: Nguyên lí và ứng dụng /Khuất H ữ u T h a n h - NXBKhoa
họ c ky thuật,2006.
3.Cơ sở di truyền phân tử và kỹ thuật Gen/Khuất Hữu Thanh - NXBKhoa học
và ky thuật,2003.
4.Giáo trình sinh học phân tử /Nguyễn Hoàng Lộc - NXB Đại học Huế,2007
5.5.
6.

15