bài giảng công nghệ tế bào chương 2 cơ sở di truyền học

Bài giảng: Công Nghệ Tế Bào
Khoa: Công nghệ sinh học – môi trường
Th.s Vưu Ngọc Dung
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ DI TRUYỀN HỌC
1. Nhiễm sắc thể - tổ chức chứa DNA
2. Chu kỳ sống của tế bào
3. Phân chia tế bào
TLTK: Công nghệ sinh học (tập 2), Nguyễn Như Hiền
Chương 11, công nghệ tế bào
Nhiễm sắc thể - tổ chức chứa DNA
• Cấu trúc nhiễm sắc thể
• DNA cơ sở phân tử di truyền
Cấu trúc nhiễm sắc thể
• Nhiễm sắc thể (NST) được Flemming phát hiện từ cuối
thế kỷ XIX (1882). Trong các tế bào đang phân chia
nguyên nhiễm, bắt màu thuốc nhuộm rất mạnh.
• Năm 1883, Roux đã quan sát được sự chẻ dọc của NST
trong quá trình phân bào và cho rằng:
 Trong NST có chứa các yếu tố đóng vai trò sinh học
quan trọng đối với tế bào.
 Các yếu tố đó sắp xếp theo dãy dọc trong NST.
 Các yếu tố đó được gọi là gen (Johansen, 1909).
Ngày nay, NST được hiểu:
• NST được cấu trúc và hoạt động như một thể toàn vẹn
thống nhất, trong đó, các đơn vị di truyền (các gen -
ADN) được tập hợp lại theo một quy luật tổ chức xác
định và phối hợp hoạt động một cách nhịp nhàng (theo
kiểu “đóng”, “mở” gen) để đảm bảo đặc tính di truyền
và biến dị cho cơ thể.
Nhiễm sắc thể virus
• Đa số là những phân tử DNA (một số ít là RNA).

• Phân tử DNA khác nhau về kích thước và đặc tính.
• Về thành phần hoá học thì nó chỉ chứa polynucleotide.
• DNA dạng vòng hoặc dạng duỗi thẳng
• Ví dụ : NST của virus khảm thuốc lá
- Chỉ có RNA, không có DNA
- Xoắn RNA xếp trong lớp protide virus có dạng hình
trụ tròn, dạng 1 mạch polynucleotide hoặc dạng xoắn
kép.
- Có thể tách rời RNA khỏi vỏ protide và tập hợp RNA
với protide có thể tái tạo thành virus italic.
Nhiễm sắc thể vi khuẩn và vi khuẩn lam
• Tế bào vi khuẩn và thanh tảo có nhiều sợi chất nhiễm
sắc mảnh có kích thước gần bằng kích thước của DNA
• Trong nhân chỉ có 1 NST và một số vi khuẩn đa nhân.
• NST vi khuẩn là những phân tử DNA trần, chuỗi kép,
mạch vòng
• NST dạng xoắn có chứa các chuỗi RNA mới tổng
hợp, polymerase RNA, nhưng không có ribosome.
• Ngoài NST chính, còn có một loại ADN khác ở dạng
vòng kép nhỏ gọi là các plasmid. DNA plasmid có thể
chiếm tới 1 - 2% tổng số DNA có trong tế bào.
Cấu trúc NST
Hình thái
Kích thước
Số lượng
Cấu trúc hiển vi
Nst thường và giới tính
Trung tiết
Tiết mút
Các băng nst

Cấu trúc siêu vi
Sợi nucleoxom
Các cấp độ cấu trúc của sợi nhiễm sắc
Chất nhiễm sắc thực
Chất dị nhiễm sắc
Nhiễm sắc thể ở cơ thể bậc cao (eucaryote)
Hình thái - cấu trúc
• NST thường có dạng không đổi và có thể là cố định đối
với loài và cả giống.
• Các NST ở trung kỳ gồm 2 sợi nhiễm sắc tử
(chromatide) phân biệt nhau và dính nhau ở tâm động.
• Mỗi chromatide có bao ngoài, trong chứa sợi nhiễm sắc
(chromonema) đường kính khoảng 20Å.
• Tâm động hay là eo thắt sơ cấp: Tuỳ theo vị trí và độ
dài của vai mà thể nhiễm sắc có các kiểu sau:
+ Tâm giữa: tâm động ở chính giữa, 2 vai bằng nhau.
+ Tâm lệch: tâm động ở gần một đầu mút, có dạng móc,
các vai có độ dài khác nhau.
+ Tâm mút: tâm động ở cuối, hình gậy.
• Eo thắt thứ cấp - thể kèm (vệ tinh): trên NST còn thấy
có các eo thắt thứ cấp. Nếu eo thắt thứ cấp đủ sâu và dài
thì bộ phận do eo thắt đó tách biệt ra được gọi là thể
kèm hay vệ tinh.
• Các NST của eucaryote có tổ chức phức tạp gồm DNA
và nhiều loại protein.
Histone là những protein nhỏ chứa nhiều acid amin giữ
vai trò cốt lõi trong việc cuộn xoắn của DNA.
Sợi DNA dài quấn quanh các protein histone tạo nên
nucleosome là đơn vị cấu trúc của NST.
1 phân tử nucleosome gồm 140 cặp base của DNA quấn

quanh phân tử histone (4 loại x 2 phân tử).
Các nucleosome kề nhau được nối qua một phân tử
histone trung gian.
Cấu trúc một nucleosome (theo Phạm Thành Hổ)
1. Nucleosome; 2. Histon
1
2
Số lượng nhiễm sắc thể
• Cố định ở mỗi loài.
• Không phụ thuộc kích thước và độ phức tạp cơ thể.
• Trong mỗi tế bào, các NST giống nhau từng đôi một.
Hai NST giống nhau gọi là cặp NST tương đồng, một
của cha và một của mẹ.
Hai bộ NST giống nhau gọi là 2n (hay lưỡng bội).
• Ví dụ: Ruồi dấm có 8 NST 4 cặp  2 bộ
Người có 23 cặp họp thành 2 bộ: 2n = 46 NST.
• NST ổn định về hình thái và cố định về số lượng nên bộ
NST được gọi là kiểu nhân (carystipe) đặc trưng cho
mỗi loài.
CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA DI TRUYỀN
DNA và mã di truyền
• Thông tin di truyền được thực
hiện trên cơ sở vận động của
vật chất di truyền thông qua
quá trình phân bào và thụ tinh.
• Vật chất di truyền là acid
nucleic.
• Cơ chế truyền đạt thông tin di
truyền ở mức phân tử thực hiện
qua 3 quá trình: tái sinh DNA,

phiên mã, dịch mã.
Vật chất di truyền DNA
• Phân tử DNA gồm nhiều đoạn ngắn là các gen, mỗi gen
mã hoá một phân tử protein.
• Phân tử protein gồm nhiều phân tử acid amin liên kết
lại. Có 20 loại acid amin tạo nên protein.
• Chuỗi làm khuôn để phiên mã ra RNAm chỉ nằm trên 1
chuỗi của DNA.
• Mỗi gen được bắt đầu bằng một đoạn ngắn gọi là đoạn
khởi động-promotor, đó là tín hiệu bắt đầu quá trình
phiên mã.
• Cuối mỗi gen lại có đoạn mang tín hiệu kết thúc.
Mã di truyền
• Trên cơ sở mối liên hệ DNA - RNAm- protein lý
thuyết về mã di truyền.
• Mã di truyền thể hiện qua trình tự các nucleotide trong
DNA qui định trình tự các acid amin tương ứng.
• Trong phân tử protein có 20 acid amin, còn trong ADN
có 4 loại nucleotide để mã hoá 20 acid amin đó.
• Mã di truyền là mã bộ ba, cứ 3 nucleotide trên DNA
mã hoá 1 acid amin trên protein.
• Đặc điểm của mã di truyền
Mã di truyền là mã bộ ba.
Mã được đọc trên RNAm theo chiều 5' → 3'.
Mã di truyền có tính toàn năng, tức là mã di truyền đúng
cho mọi sinh vật.
Ví dụ: bộ ba UAU dù ở cơ thể sinh vật nào cũng mã hoá cho
tyrozin
Mã di truyền không gối lên nhau, mã được đọc liên tục

hết bộ ba này đến bộ ba khác.
Quá trình tái sinh DNA
• Một trong những chức năng quan trọng của DNA là lưu
trữ và truyền đạt thông tin di truyền từ tế bào này sang tế
bào khác, từ thế hệ này sang thế hệ khác.
• Tái sinh DNA tổng hợp ra 2 phân tử DNA con từ 1 phân
tử DNA mẹ. Hai phân tử DNA được tạo ra giống nhau và
giống phân tử DNA mẹ. Có 3 hình thức tái sinh:
- Bảo thủ: 1 phân tử chính là DNA mẹ và một phân tử được
tổng hợp mới, hình thức này ít phổ biến.
- Bán bảo thủ: mỗi DNA con có một mạch lấy từ DNA mẹ
và một mạch mới tổng hợp, hình thức phổ biến.
- Gián đoạn: mỗi phân tử DNA con xen kẽ đoạn lấy từ
DNA mẹ và đoạn mới được tổng hợp, ít phổ biến.
Các thành phần tham gia tái sinh DNA
- DNA mẹ dùng làm khuôn.
- Nguyên liệu:
+ DNA – polymerase: kéo dài chuỗi poly nucleotide theo
chiều 5' → 3'.
+ Topoizomerase: mở xoắn phân tử DNA  duỗi thẳng.
+ Helicase: phân huỷ các liên kết hydro  tách 2 chuỗi
polynucleotide rời nhau ra.
+ DNA – ligase: nối các đoạn DNA - okazaki lại.
+ RNA - polymerase (primase): xúc tác tổng hợp đoạn
RNA mồi.
- Các loại protein: tham gia tái sinh DNA có nhiều loại
protein đặc hiệu như protein SSB, protein DNA
Cơ chế tái sinh DNA
• Quá trình tái sinh DNA ở procaryote qua ba giai đoạn:

* Giai đoạn mở đầu: tháo xoắn  duỗi thẳng DNA.
Primase xúc tác tạo đoạn RNA mới bổ sung vào mạch
khuôn 3' - 5' của DNA.
* Giai đoạn kéo dài: diễn ra trên 2 chuỗi có khác nhau:
- Tổng hợp chuỗi sớm: khuôn 3' - 5' của DNA
- Tổng hợp chuỗi muộn: trên mạch khuôn 5' - 3' của DNA
*Giai đoạn kết thúc: quá trình kéo dài cứ tiếp diễn cho đến
hết phân tử DNA.
• Kết quả: các RNA mồi được cắt bỏ nhờ RNA -
polymerase I và thay thế bằng các đoạn DNA tương ứng.
• 1 phân tử DNA mẹ 2 phân tử DNA hoàn toàn giống mẹ.
Sự phiên mã
Quá trình chuyển thông tin từ DNA sang RNA được gọi là sự
phiên mã.
- Chỉ một trong hai mạch của phân tử DNA được dùng làm
khuôn để tổng hợp RNA.
- RNA – polymerase bám vào DNA làm tách mạch và di
chuyển theo hướng 3’  5’ trên RNA để cho mRNA được
tổng hợp theo hướng 5’ 3’.
- Prokaryote: chỉ có một loại RNA polymerase chịu trách
nhiệm tổng hợp tất cả các loại RNA, mRNA thường chứa
thông tin nhiều gen nối tiếp nhau.
- Eukaryote: RNA polymerase II chịu trách nhiệm tổng hợp
mRNA còn hai RNA polymerase khác tổng hợp rRNA của
ribosome và các loại RNA khác, mRNA chứa thông tin
của một gen.
Phiên mã ở eukaryote:
- Thêm mũ vào đầu 5: Kết quả phản ứng này tạo ra cấu
trúc G - P.P.P.A, có đầu 3' - OH của G tự do.
- Thêm đuôi vào đầu 3': Đuôi poly A được nối vào đầu 3'

của pro RNA nhờ enzyme poly A - polymerase.
- Cắt bỏ các đoạn intron: vì trên có các đoạn không mã
hoá acid amin (intron) cho nên để tạo ra ARNm cần cắt
bỏ các đoạn intron.
- Để tín hiệu di truyền được truyền đạt chính xác, sự cắt
nối đòi hỏi có độ chính xác cao .
- Nếu cắt lệch một nucleotide  bộ mã di truyền bị thay
đổi  phân tử protein do ARNm tổng hợp có sự thay
đổi lớn về thành phần acid amin.