Cơ sở di truyền học tế bào và phân tử

Lời nói đầu
Mặc dù di truyền học đà đợc con ngời ứng dụng trong công tác chọn, tạo giống vật
nuôi và cây trồng từ hàng nghìn năm trớc, nhng chỉ trong vòng 50 năm qua, những
nguyên lý cơ bản của di truyền học ở cấp độ phân tử và dới tế bào mới dần đợc làm sáng tỏ.
Những hiểu biết về các cơ chế di truyền từ gen đến hệ gen ngày càng trở nên sâu và
rộng hơn. Đặc biệt, kể từ năm 2000, khi dự án giải trình tự hệ gen ngời hoàn thành bản
thảo đầu tiên, đà có nhiều đổi mới về cách t duy trong các nghiên cøu di trun häc.
Cïng víi c«ng nghƯ th«ng tin, di truyền học phân tử đợc dự đoán là một trong hai chuyên
ngành khoa học có ảnh hởng lớn nhất đến đời sống xà hội trong giai đoạn hiện nay và sắp
tới. Cả hai chuyên ngành khoa học này đều liên quan đến việc khai thác, phân tích và xử
lý một lợng lớn dữ liệu đợc mà hóa ở các dạng ngôn ngữ rất linh hoạt và hiệu quả. Nếu
ngôn ngữ của công nghệ thông tin do con ngời sáng tạo, thì ngôn ngữ và các thông tin di
truyền đợc lu giữ trong các hệ gen sinh vật ngày nay là kết quả của sự sống đà hình
thành và phát triển qua nhiều triệu năm tiến hóa.
Với cách đổi mới t duy nh vậy, giáo trình này đợc biên soạn nhằm cung cấp cho
sinh viên các ngành sinh học, công nghệ sinh học và s phạm sinh học các nguyên lý cơ
bản của di truyền học ở cấp độ phân tử và tế bào phục vụ cho các công việc học tập và
nghiên cứu. Giáo trình đợc chia làm 11 chơng với các nội dung sau:
Chơng I.
Liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học
Chơng II.
Cấu trúc, đặc tính, chức năng của các đại phân tử sinh học
(ADN, ARN và protein)
Chơng III. Sao chép axit nucleic
Chơng IV. Phiên mà và dịch mà di truyền
Chơng V.
Gen và sự điều hòa biểu hiện gen
Chơng VI. Đột biến và sửa chữa ADN
Chơng VII. Cơ sở di truyền học nhiễm sắc thể

Chơng VIII. Chu trình tế bào và cơ sở di truyền học ung th
Chơng IX. Điều hòa gen hệ miễn dịch ở động vật có xơng sống
Chơng X.
Di truyền học phân tử và tiến hóa
Chơng XI. Phân tích gen và sản phẩm của gen
Ngoài việc sử dụng làm giáo trình học tập của sinh viên các ngành sinh học, công
nghệ sinh học và s phạm sinh học, cuốn sách này có thể đợc dùng làm tài liệu tham khảo
cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh có liên quan đến sinh học ở các trờng
Đại học Y, Đại học Dợc, Đại học Nông nghiệp, Đại học Lâm nghiệp ... cũng nh với các
giáo viên giảng dạy sinh học ở các trờng THPT, các nhà khoa học ở các viện nghiên cứu
chuyên ngành hoặc những ai quan tâm đến di truyền học.
Dù đà cố gắng cập nhật những thông tin mới thuộc lĩnh vực Di truyền học phân tử và
tế bào, nhng trong bối cảnh chuyên ngành này đang phát triển mạnh mẽ và không ngừng
đổi mới, ngoài ra trong lần xuất bản đầu tiên, giáo trình này chắc không thể tránh khỏi
thiếu sót. Các tác giả trân trọng đón nhận và cảm ơn các ý kiến nhận xét, góp ý của các
đồng nghiệp làm công tác giảng dạy sinh học, các nhà khoa học, các sinh viên, học viên cao
học, nghiên cứu sinh và độc giả gần xa để lần xuất bản sau cuốn sách đợc hoàn chỉnh hơn.

Các tác giả
i



Danh mục các từ và chữ viết tắt
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

Nghĩa tiếng Anh

/ U

Pseudouridine

Pseudouridine

G

Mức chênh lệch năng lợng tự do

Change in free energy

2-AP

2-aminopurine

2-aminopurine

2D-PAGE

Điện di 2 chiều trên gel polyacrylamide

2-D polyacrylamide gel electrophoresis

3UTR

Vùng đầu 3 không đợc dịch mÃ

3-untranslated region

5UTR

Vùng đầu 5 không đợc dịch mÃ

5-untranslated region

5-BU

5-bromouracine

5-bromouracine

ADN

Axit deoxyribonucleic

Deoxyribonucleic acid

ADN pol

ADN polymerase / ADN polymeraza

DNA polymerase

ADP

Adenosine diphosphate

Adenosine diphosphate

AIDS

Héi chøng suy giảm miễn dịch mắc phải

Acquired immunodeficiency syndrome

AMP

Adenosine monophosphate

Adenosine monophosphate

ARE

Trình tự ARN giµu AU

AU-rich element (sequence)

ARN

Axit ribonucleic

Ribonucleic acid

ARN pol

ARN polymerase / ARN polymeraza

RNA polymerase

ARNi

ARN can thiƯp

Interfering RNA

ATP

Adenosine triphosphate

Adenosine triphosphate

BER

Sưa ch÷a b»ng cắt bỏ bazơ nitơ

Base excision repair

cADN

ADN phiên mà ngợc từ ARN

Complementary DNA (cDNA)

cAMP

AMP vòng

Cyclic AMP

CAP / CRP

Protein hoạt hóa bởi chÊt dÞ hãa /
Protein thơ thĨ cđa cAMP

Catabolite activator protein /
cAMP receptor protein

CDK

Enzym kinase phơ thc cyclin

Cyclin-dependent kinase

CE

§iƯn di mao quản

Capillary electrophoresis

CML

Ung th bạch cầu thể tủy trờng diễn

Chronic myelogenous cancer

cs

Céng sù

Co-workers

CTAB

Cetyltrimethylammonium bromide

Cetyltrimethylammonium bromide

Da

Dalton

Dalton

DGGE

§iƯn di biÕn tÝnh gradient

Denaturing gradient gel
electrophoresis

DHU

Dihydrouridine

Dihydrouridine

dNTP

Deoxyribonucleotide triphosphate

Deoxyribonucleotide triphosphate

dsADN

ADN sợi kép

Double strand DNA

ĐVCXS

Động vật có xơng sống

Vertebrate animal

EDTA

Ethylene diamine tetraacetate

Ethylene diamine tetraacetate

EHMR

Khối phổ độ phân giải cực cao

Extremely high mass resolution

EJC

Phøc hƯ nèi c¸c exon

Exon joining complex

EMS

Ethyl methane sulfonate

Ethyl methane sulfonate

ESI

Ion hóa phun điện

Electrospray ionization

EST

Đoạn đánh dấu tr×nh tù biĨu hiƯn

Expressed sequence tag
iii


Tõ viÕt t¾t

NghÜa tiÕng ViƯt

NghÜa tiÕng Anh

FAP

Héi chøng u tun polyp theo dòng họ

Familial adenomatous polyposis

FGF

Yếu tố tăng trởng nguyên bào sợi

Fibroblast growth factor

FISH

Lai huỳnh quang tại chỗ

Fluorescent insitu hybridization

gARN

ARN dẫn đờng

Guide RNA

GR

Thụ thể glucocorticoid

Glucocorticoid receptor

HIV

Virut gây suy giảm miễn dịch ở ngời

Human immunodeficiency virus

HLA

Kháng nguyên liên kết tế bào lympho ngời

Human leukocyte antigen

HPLC

Sắc ký lỏng cao áp / Sắc ký hiệu năng cao

High pressure liquid chromatography

IRES

Vị trí đi vào của ribosome

Internal ribosome entry site

IS

Các trình tự (yếu tố) cài

Insertion sequence

Kcb

Hằng số cân bằng

Equilibrium constant

kDa

Kilodalton

Kilodalton

LCR

Vùng điều khiển locut

Locus control region

LINE

Các trình tự dài nằm rải rác trong nhân

Long interspersed nuclear element

LTR

Các trình tự lặp lại dài ở đầu tận cùng

Long terminal repeat

MALDI

Phân hủy laser trong chất mang

Matrix-assissted laser desorption
ionization

mARN

ARN thông tin

Messeger RNA

MHC

Phức hệ kháng nguyên tơng hợp mô

Major histocompability complex

miARN

Tiểu ARN

Micro RNA (miRNA)

MMR

Sửa chữa kết cặp sai nhờ mạch khuôn
đợc methyl hãa

Methyl-directed mismatch repair

MMS

Methyl methane sulfonate

Methyl methane sulfonate

MS

Khèi phæ

Mass spectrophotometry

mtARN

ARN ti thể

Mitochondrial RNA

NER

Sửa chữa bằng cắt bỏ nucleotide

Nucleotide excision repair

NJ

Thuật toán kết nối lân cận

Neighbor joining

NMD

Phân hủy mARN mang đột biến vô nghĩa

Nonsense mediated decay of mRNA

NMR

Cộng hởng từ hạt nhân

Nuclear magnetic resonance

NST

Nhiễm sắc thể

Chromosome

NTP

Ribonucleotide triphosphate

Ribonucleotide triphosphate

ORF

Khung đọc mở

Open reading frame

PABP

Protein liên kết đuôi polyA

PolyA binding protein

PAGE

Điện di trên gel polyacrylamide

Polyacrylamide gel electrophoresis

PCR

Phản ứng chuỗi trùng hợp

Polymerase chain reaction

PDGF

Yếu tố tăng trởng có nguồn gốc tiểu cầu

Platelet-derived growth factor

PEP

Phosphoenolpyruvate

Phosphoenolpyruvate

PFGE

Điện di xung tr−êng

Pulsed-field gel electrophoresis

PITC

Phenylisothyocyanate

Phenylisothyocyanate

PPi / ~

Nhãm pyrophosphate

Pyrophosphate group

PTS

HÖ thèng phosphoryl hãa phơ thc vµo
PEP

PEP-dependent phosphotransferase
system

iv

Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

Nghĩa tiếng Anh

rARN

ARN ribosome

Ribosomal RNA

RBS

Vị trí liên kết ribosome

Ribosome binding site

RFLP

Đa hình độ dài các đoạn giới hạn

Restriction fragment length
polymorphism

RISC

Phức hệ tắt gen kích ứng bởi ARN

RNA-induced silencing complex

RPBS

Vị trí liên kết protein điều hòa

Regulatory protein binding site

SCID

Bệnh suy giảm miễn dịch kết hợp
nghiêm trọng

Severe combined immunodeficiency
disease

SDS

Sodium dodecyl sulfate

Sodium dodecyl sulfate

siARN

ARN can thiƯp kÝch th−íc nhá

Small interfering RNA

SINE

Các yếu tố trình tự ngắn nằm rải rác

trong nhân

Short interspersed nuclear element

SMC

Protein duy trì cấu trúc nhiễm sắc thĨ

Structural maintenance of chromosome

snARN

ARN nh©n kÝch th−íc nhá

Small nuclear RNA

snoARN

ARN hạch nhân kích thớc nhỏ

Small nucleolar RNA

snRNP

Ribonucleoprotein kích thớc nhỏ

Small nuclear ribonucleoprotein

SRP ARN

ARN nhËn biÕt tÝn hiƯu

Signal recognition RNA

ssADN

ADN m¹ch đơn

Single strand DNA

SSB

Protein bám mạch đơn

Single strand binding protein

STR / SSR

Tr×nh tù vi vƯ tinh

Microsatellite / simple tandem repeats

tARN

ARN vËn chun

Transfer RNA

TBP

Protein liªn kÕt hép TATA

TATA-box binding protein

TE

Ỹu tè di truyền vận động / gen nhảy

Transposable element

TIC

Hệ thống vận chuyển translocase màng
trong lạp thể

Translocase, inner chloroplast

TIM

Hệ thống vận chuyển translocase màng
trong ti thể

Translocase, inner mitochondrial

tmARN

ARN tích hợp của mARN và tARN

tmRNA

TMV

Virut khảm thuốc lá

Tobacco mosaic virus

TOC

Hệ thống vận chuyển translocase màng
ngoài lạp thể

Translocase, outer chloroplast

TOF

Thời gian bay

Time of flight

TOM

Hệ thống vận chuyển translocase màng
ngoài ti thể

Translocase, outer mitochondrial

uORF

Khung đọc mở nằm ngợc dòng

Upstream open reading frame

UPGMA

Thuật toán phân cặp dựa trên giá trị
trung bình

Unweighted pair group with
arthmetic means

UV

Tia cực tím

Ultra violet

VNTR

Trình tự nucleotide ngắn lặp lại liên tục
với số lợng biÕn ®éng/ tiĨu vƯ tinh

Variable number tandem repeats /
minisatellite

v



Mục lục
Trang

Lời nói đầu .

i

Danh mục các chữ và từ viết tắt ..

iii

Mục lục

vii

Chơng 1. Liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học ..
1.1. Đặc điểm liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học
1.1.1. Sự hình thành liên kết hóa học gắn liền với sự thay đổi về năng lợng
1.1.2. Sự cân bằng giữa quá trình hình thành và phá vỡ liên kết hóa học
1.1.3. Khái niệm về năng lợng tù do ………………………………………………
1.1.3.1. H»ng sè Kcb cã t−¬ng quan theo hàm số mũ với chỉ số G
1.1.3.2. Các liên kết cộng hóa trị là các liên kết rất mạnh
1.2. Tầm quan trọng và đặc điểm của các liên kết yếu trong các hệ thống sinh học
1.2.1. Các liên kết yếu có năng lợng trong khoảng 1 7 kcal/mol
1.2.2. Trong điều kiện sinh lý số liên kết yếu đợc hình thành và phá vỡ ổn
định ...
1.2.3. Sự khác biệt giữa các phân tử phân cực và không phân cực .
1.2.4. Liên kết Van der Waals .
1.2.5. Các liªn kÕt hydro ………………………………………………………………
1.2.6. Mét sè liªn kÕt ion cã bản chất là liên kết hydro .
1.2.7. Các liên kết yếu cần các bề mặt phân tử tơng đồng .
1.2.8. Các phân tử nớc tự hình thành liên kết hydro với nhau .
1.2.9. Các liên kết yếu giữa các phân tử trong các dịch lỏng

1.2.10. Các phân tử hữu cơ tan trong nớc và xu hớng tạo liên kết hydro .....
1.2.11. Các liên kết kị nớc giúp duy trì ổn định cấu trúc các đại phân tử sinh
học ..
1.2.12. Giá trị G trong khoảng 2 - 5 kcal/mol chiếm u thế .
1.2.13. Sự tơng tác giữa enzym và cơ chất thờng là liên kết yếu ..................
1.2.14. Hầu hết các tơng tác giữa các đại phân tử tham gia vào quá trình di
truyền (ADN, ARN, protein) đợc điều hòa bởi các liên kết yếu ...........
1.3. Tầm quan trọng và đặc điểm của các liên kết cao năng
1.3.1. Các phân tử cao năng thờng kém bền .
1.3.2. Enzym có vai trò làm giảm năng lợng hoạt hóa của các phản ứng ......
1.3.3. Năng lợng tự do trong các đại phân tử sinh học
1.3.4. Các liên kết cao năng trong các phản ứng sinh tổng hợp ..
1.3.4.1. Phản ứng thủy phân các liên kết peptide diễn ra tự phát ...........
1.3.4.2. Sự kết hợp giữa G dơng và G âm ..
1.3.5. Sự hoạt hóa các tiền chất của các đại phân tư sinh häc …………………..
1.3.5.1. TÝnh linh ho¹t cđa ATP trong các phản ứng chuyển nhóm chức
1.3.5.2. Axit amin đợc hoạt hãa nhê gèc AMP …………………………….
1.3.5.3. TiỊn chÊt cđa c¸c axit nucleic đợc hoạt hóa bởi pyrophosphate
(~
).

1
1
1
2
2
3
3
3
4

4
4
5
6
6
7
7
7
8
8
9
9
9
9
10
11
12
14
14
15
15
16
16
17
vii


1.3.5.4. Năng lợng từ nhóm ~
đợc giải phóng trong quá trình tổng
hợp axit nucleic ..

1.3.5.5. Sự đứt gÃy liên kết ~
xác định chiều hớng của phần lớn
các phản ứng sinh tổng hợp .......
1.4. Các liên kết mạnh và yếu quy định cấu hình của các đại phân tử ....................
1.4.1. Cấu hình phân tử đợc quy định bởi các liên kết trong và ngoài phân
tử .............
1.4.1.1. Sự hình thành chuỗi xoắn kép đều đặn của phân tử ADN .........
1.4.1.2. ARN có nhiều dạng cấu trúc khác nhau .............
1.4.1.3. Thuộc tính của các axit amin - thành phần cấu tạo nên các
protein ................
1.4.1.4. Liên kết peptide .
1.4.1.5. Bốn cấp cấu h×nh cđa protein ……………………………………....
1.4.1.6. CÊu h×nh protein bËc hai phỉ biến là dạng chuỗi xoắn và mặt
phẳng ...............
1.4.2. Cấu hình không gian đặc thù của protein đợc quy định bởi các liên kết
hydro nội phân tử ............
1.4.3. Phần lớn protein có cấu tạo kiểm môđun với hai hoặc ba domain (miền)
chính .......
1.4.3.1. Các protein đợc cấu tạo chỉ từ một số ít các motif (mẫu hình)
1.4.3.2. Chức năng protein có thể thay đổi do sự tổ hợp lại của các
domain .
1.4.3.3. Các liên kết yếu xác định vị trí gắn của protein trên phân tử
ADN và ARN .....
1.4.3.4. Protein trợt dọc phân tử ADN để xác định vị trí liên kết đặc
thù
1.4.3.5. Protein có nhiều cách khác nhau để nhận biết ARN ..................
1.4.4. Qui tắc dị hình của protein: sự điều hòa chức năng protein thông qua
sự thay đổi cấu hình không gian của chúng .....................
1.4.4.1. Qui tắc dị hình liên quan đến ba kiểu cơ bản: qua tác động của
các ligand, qua tơng tác protein protein và qua sự biến đổi

của các protein
1.4.4.2. Không phải tất cả protein đều đợc điều hòa chức năng bởi cơ
chế dị hình .........
Chơng 2. Cấu trúc, đặc tính, chức năng của các đại phân tử
sinh học ADN, ARN và protein ..
2.1. Các axit nucleic - ADN và ARN ...
2.1.1. Axit nucleic là vật chất mang thông tin di truyền .
2.1.2. Bằng chứng về vai trò mang thông tin di truyền của axit nucleic .............
2.1.3. Thành phần cấu tạo của các axit nucleic ...
2.1.4. Cấu trúc và đặc tính hóa lý của axit nucleic .
2.1.4.1. Thành phần và cấu trúc của ADN
2.1.4.2. Thành phần và cấu trúc cña ARN …………………………………
2.1.4.3. Mét sè tÝnh chÊt cña axit deoxyribonucleic …………………........
viii

17
18
19
19
19
20
21
21
21
23
25
25
25
25
26

27
28
29

29
31
32
32
32
33
34
36
36
39
42


2.1.5. Chức năng sinh học của các axit nucleic ...
2.1.5.1. Chức năng sinh học của ADN ..
2.1.5.2. Các chức năng sinh häc cđa ARN ……………………………………
2.2. Protein …………………………………………………………………………………...
2.2.1. Protein lµ nhãm hợp chất quyết định phần lớn hoạt động sinh lý tế bào ...
2.2.2. Cấu trúc của protein .
2.2.2.1. Các đặc điểm cấu trúc cơ bản .....
2.2.2.2. Nucleoprotein, lipoprotein và glycoprotein là các protein phức
hợp
2.2.3. Các chức năng cơ bản và phân loại protein
2.2.3.1. Các protein vận chuyển ..
2.2.3.2. Các enzym ..
2.2.3.3. Các loại G-protein .

2.2.3.4. Các protein tín hiệu ..
2.2.3.5. Các protein vận động
2.2.3.6. Các protein bảo vệ .
2.2.3.7. Các protein thụ thể
2.2.3.8. Các protein điều hòa .
2.2.3.9. Các protein cấu trúc ..
2.2.3.10. Các loại protein khác

50
51
51
53
53
54
54
54
55
55
56
56

Chơng 3. Sao chép axit nucleic
3.1. Sao chép ADN sợi kép
3.1.1. Sao chép ADN là sự khởi đầu của quá trình sinh sản ..
3.1.2. Mô hình sao chép ADN sợi kép .
3.1.2.1. Các thành phần tham gia sao chÐp ADN ë E. coli ……………….
3.1.2.2. Sao chÐp ADN ở prokaryote (sinh vật nhân sơ) ..
3.1.2.3. Các bớc của quá trình sao chép ADN ...
3.1.2.4. Sao chép ADN ở eukaryote (sinh vật nhân thật)
3.2. Sao chép các loại axit nucleic khác ..

3.2.1. Sao chép ADN ở phagơ X174 .
3.2.2. Sao chép axit nucleic ở virut khảm thuốc lá (TMV) .
3.2.3. Retrovirut (virut phiên mà ngợc): HIV ..
3.2.4. Phagơ lambda () và hiện tợng tiềm tan
3.2.4.1. Chu kỳ gây tan ..
3.2.4.2. Chu kỳ tiềm tan

57
57
57
59
59
67
68
70
75
76
80
81
83
85
85

Chơng 4. Phiên mà và dịch mà di truyền .
4.1. Gen biểu hiện thông qua sự phiên mà và dịch mÃ
4.2. Phiên mà (sự tổng hợp ARN) .
4.2.1. Các thành phần tham gia quá trình phiên mà .
4.2.2. Các enzym ARN polymerase và quá trình phiên mÃ
4.2.3. Các bớc của quá trình phiên mà ..
4.2.4. Phiên mà ở prokaryote .

4.2.4.1. Khởi đầu phiên mà .

89
89
90
90
91
92
94
94

45
45
46
48
48
48
48

ix


4.2.4.2. Phản ứng kéo dài chuỗi ARN ..
4.2.4.3. Sự kết thúc phiên mà .
4.2.5. Phiên mà ở eukaryote ..
4.2.5.1. Các enzym ARN polymerase ..
4.2.5.2. ARN polymerase II phiên mà các gen m· hãa protein …………..
4.2.5.3. mARN ë eukaryote ……………………………………………………
4.2.6. Sù hoàn thiện và vận chuyển ARN sau phiên mà ...
4.2.6.1. Sù hoµn thiƯn mARN ë eukaryote ………………………………….

4.2.6.2. Sù hoµn thiƯn các rARN và tARN ..
4.2.6.3. gARN điều khiển sự biến đổi nucleotide trong quá trình hoàn
thiện rARN .
4.2.6.4. Biên tập ARN trớc dịch mÃ
4.2.6.5. Vận chuyển ARN từ nhân ra tế bào chất ở eukaryote ..................
4.2.6.6. Sự phân giải ARN .
4.3. Dịch mà (tổng hợp protein)
4.3.1. Các thành phần tham gia tổng hợp protein
4.3.2. Hoạt động của các thành phần trong bộ máy dịch mÃ
4.3.2.1. mARN mang trình tự mà hóa protein ..
4.3.2.2. tARN dịch từng m· bé ba (codon) thµnh axit amin ………………
4.3.2.3. Aminoacyl-tARN synthetase nạp axit amin vào tARN qua hai
bớc ..
4.3.2.4. Ribosome là thành phần chính của bộ máy dịch mà ..
4.3.3. Các bớc của quá trình dịch mà .
4.3.3.1. Khởi đầu dịch mÃ
4.3.3.2. Phản ứng kéo dài chuỗi polypeptide ..
4.3.3.3. Sự kết thúc dịch mÃ
4.3.4. Mà di truyền là mà bộ ba có tính thoái hóa và phổ biến .
4.3.4.1. M· di trun cã tÝnh tho¸i hãa ……………………………………..
4.3.4.2. M· di trun cã tÝnh phỉ biÕn nh−ng cịng cã nhiỊu ngo¹i lƯ ....
4.3.5. Sù hoµn thiƯn vµ vËn chun protein sau dịch mà .
4.3.5.1. Vận chuyển protein dựa trên các tín hiệu đầu N ........................
4.3.5.2. Chaperon giám sát sự đóng gói protein …………………………
4.3.5.3. Sù vËn chun protein vµo ti thĨ vµ lạp thể ..
4.3.5.4. Sự biến đổi axit amin sau dịch mÃ
4.3.6. Sự thủy phân protein ..
4.3.6.1. Các cơ chế thủy phân chung ..
4.3.6.2. tmARN và sự phân hủy protein bất thờng do đột biến mất mÃ
kết thúc

95
95
96
97
97
99
100
100
107

Chơng 5. Gen và sự điều hòa biểu hiện gen
5.1. Tổng quan về sự điều hòa biểu hiện gen
5.1.1. Khái niệm về các gen cơ định (constitutive) và gen cảm ứng (inducible)
5.1.2. Điều hòa dơng tính và điều hòa âm tính
5.2. Điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote ..
5.2.1. Các nguyên tắc điều hòa phiên mÃ

134
134
134
136
138
138

x

107
108
110

110
113
113
113
113
115
116
117
119
119
123
126
127
127
128
129
129
130
130
131
131
131
132


5.2.1.1. Biểu hiện gen đợc điều khiển bởi các protein điều hòa .
5.2.1.2. Nhiều promoter đợc điều khiển qua ái lực giữa ARN
polymerase và ADN ..
5.2.1.3. Qui tắc dị hình ®iỊu khiĨn sau b−íc ARN polymerase ®Ýnh kÕt
vµo promoter …………………………………………………………..

5.2.1.4. Sự điều khiển biểu hiện gen từ khoảng cách xa và cấu trúc vòng
thắt ADN .
5.2.1.5. Qui tắc dị hình và liên kết ADN-protein trong điều hòa biểu
hiện gen ...
5.2.1.6. Khởi đầu phiên mà không phải là cơ chế điều hòa duy nhất ở tất
cả các gen .
5.2.2. Sự điều hòa khởi đầu phiên mà ở vi khuẩn ..
5.2.2.1. Operon Lac đợc điều khiển đồng thời bởi các protein hoạt hóa
và ức chế ..
5.2.2.2. CAP và LacI có ảnh hởng đối lập đến tơng tác promoter - ARN
polymerase ...
5.2.2.3. CAP có một miền liên kết ADN và một miền hoạt hóa
5.2.2.4. CAP và LacI liên kết ADN qua các mẫu hình (motif) cơ bản .
5.2.2.5. CAP và LacI đợc các phân tử tín hiệu điều khiển theo qui tắc
dị hình .
5.2.2.6. CAP điều khiển đồng thời nhiều gen theo kiểu điều hòa
tổ hợp
5.2.2.7. Các yếu tố thay thế và sự lập trình biểu hiện theo thứ tự của
các gen ..
5.2.2.8. NtrC và MerR là các protein hoạt hóa phiên mà theo qui tắc dị hình
5.2.2.9. NtrC có hoạt tính ATPase và hoạt động từ xa .
5.2.2.10. MerR hoạt hóa phiên mà bằng việc vặn xoắn đoạn promoter ...
5.2.2.11. Mét sè chÊt øc chÕ phiªn m· theo kiĨu giữ ARN polymerase
tại promoter ...
5.2.2.12. AraC và sự điều hòa operon araBAD bằng cơ chế chống hoạt
hóa
5.2.3. Sự điều hòa gen sau khởi đầu phiên mà ở vi khuẩn
5.2.3.1. Các operon sinh tổng hợp axit amin đợc điều khiển bởi cơ chế
phiên mà không hoàn chỉnh (phiên mà dë) ………………………...
5.2.3.2. C¸c protein ribosome tù øc chÕ sù biĨu hiện các gen mà hóa chúng

5.3. Điều hòa hoạt động của gen ở eukaryote
5.3.1. Các cơ chế điều hòa phiên mà chung ở eukaryote .
5.3.1.1. Protein hoạt hóa ở eukaryote có miền hoạt hóa tách biệt với miền
liên kết ADN
5.3.1.2. Các protein điều hòa ở eukaryote sử dụng cách nhận biết trình
tự ADN giống prokaryote, nhng có thể có nhiều miền liên kết
ADN khác nhau .
5.3.1.3. Miền hoạt hóa có cấu hình linh hoạt ...
5.3.2. Các phức hệ ®iỊu hßa biĨu hiƯn gen ë eukaryote …………………………...

138
138
139
140
140
141
141
141
142
143
143
145
146
146
147
147
148
149
149
150

150
153
154
156
157

157
158
159
xi


5.3.2.1. Các protein hoạt hóa thờng tổ hợp với nhau để tích hợp tín
hiệu ...
5.3.2.2. Điều hòa tổ hợp là trung tâm của tính đa dạng và phức tạp trong
điều hòa biểu hiện gen ở eukaryote ...
5.3.2.3. Các chất ức chế phiên mà ..
5.3.2.4. Các con đờng truyền tín hiệu và sự điều khiển các yếu tố điều
hòa phiên mà ..
5.3.3. Bít gen qua biến đổi histon và ADN ..
5.3.3.1. Bít gen ở nấm men đợc thực hiện qua methyl hóa và loại acetyl
hóa histon .
5.3.3.2. Sự cải biến histon và giả thiết mà histon ...
5.3.3.3. Methyl hóa ADN liên quan ®Õn sù bÝt gen ë ®éng vËt cã vó ..
5.3.3.4. Một số trạng thái biểu hiện gen đợc di truyền qua phân bào, kể
cả khi không còn tín hiệu kích ứng biểu hiện gen ...
5.3.4. Điều hòa biểu hiện gen ở eukaryote qua khởi đầu phiên mÃ
5.3.4.1. Các yếu tố hoạt hóa huy động bộ máy phiên mà tới các gen ..
5.3.4.2. Các yếu tố hoạt hóa huy động các yếu tố cải biến nucleosome
làm tăng khả năng tiếp cận promoter của bộ máy phiên mà .

5.3.4.3. Điều hòa từ xa: cấu trúc vòng thắt ADN và các trình tự cách li
5.3.4.4. Sự điều hòa biểu hiện một số gen cần vùng điều khiển locut LCR ..
5.3.5. Điều hòa biểu hiện gen ở eukaryote sau khởi đầu phiên mÃ
5.3.5.1. Một số yếu tố tăng cờng biểu hiện gen theo kiểu kéo dài phiên
mà .
5.3.5.2. Cách xén intron khác nhau ở các tế bào có thể tạo ra các protein
khác nhau
5.3.5.3. Sự điều hòa biểu hiện gen đợc điều khiển ở bớc dịch mÃ
5.3.6. Các vai trò khác nhau của ARN trong điều hòa biểu hiện gen ..................
5.3.6.1. ARN sợi kép ức chế mạnh sự biểu hiện của gen có trình tự tơng
đồng với nó ..
5.3.6.2. Cơ chế lằm tắt gen bởi siARN .
5.3.6.3. Các miARN điều khiển sự biểu hiện gen trong quá trình phát triển
Chơng 6. Đột biến và sửa chữa ADN .
6.1. Đột biến là nguồn nguyên liệu của quá trình tiến hóa .
6.2. Một số đặc điểm cơ bản của sự phát sinh đột biến ..
6.2.1. Đột biến tế bào mầm sinh dục và đột biến tế bào soma .
6.2.2. Đột biến tự phát và đột biến gây tạo
6.2.3. Đột biến có phải là ngẫu nhiên, vô hớng ?
6.2.4. Đột biến có thể đảo ngợc (đột biến phục hồi) .
6.3. Đột biến và hiệu quả kiểu hình .
6.3.1. Phần lớn đột biến là có hại và thờng ở trạng thái lặn ..
6.3.2. Hiệu quả kiểu hình các gen mà hóa globin ở ngời ..
6.3.3. Phần lớn đột biến ở ngời ngăn cản các con đờng trao đổi chất .
6.3.4. Đột biến gây chết có điều kiện là công cụ nghiªn cøu di trun häc …………..
xii

159
160
161

161
164
164
165
166
167
169
169
169
171
172
173
173
173
175
175
176
176
177
179
179
180
180
180
181
182
183
183
184
185

187


6.4. Cơ sở phân tử của đột biến .
6.4.1. Đột biến do lỗi sao chép ADN
6.4.2. Đột biến do các tác nhân hóa học ...
6.4.3. Đột biến do các tác nhân vật lý ...
6.4.4. Đột biến do các yếu tố di truyền vận động (gen nhảy) ...............................
6.4.5. Sự lặp lại các bộ ba nucleotide và các bệnh di truyền ở ngời ....................
6.5. Các cơ chế sửa chữa ADN ..
6.5.1. Các cơ chế phục hồi trực tiếp .
6.5.1.1. Cơ chế sửa chữa ghép đôi sai nhờ chức năng đọc sửa của ADN
polymerase ..
6.5.1.2. Sửa chữa phức kép pyrimidine bằng cơ chế quang phục hoạt ......
6.5.1.3. Sửa chữa sai hỏng ADN gây ra do alkyl hóa ..
6.5.2. Cơ chế sửa chữa bằng cắt bỏ
6.5.2.1. Sửa chữa bằng cắt bỏ bazơ nitơ (BER) ..
6.5.2.2. Sửa chữa bằng cắt bỏ nucleotide (NER)
6.5.3. Các cơ chế sửa chữa khác ..
6.5.3.1. Cơ chế sửa chữa kết cặp sai nhờ mạch ADN khuôn đợc methyl
hãa (MMS) ……………………………………………………………..
6.5.3.2. Sù tỉng hỵp ADN bá qua sai hỏng và cơ chế sửa chữa SOS .........
6.6. Các bệnh di trun ë ng−êi do sai háng trong bé m¸y sửa chữa ADN ................
6.7. Các cơ chế tái tổ hợp ADN .
6.7.1. Trao đổi chéo là sự đứt-nối của các đoạn ADN tơng đồng
6.7.2. Trao đổi chéo trong cơ chế sửa chữa ADN .
6.8. Các yếu tố di truyền vận động (TE)
6.8.1. Cây ngô và hiện tợng gen nhảy ..
6.8.2. Các loại yếu tố di truyền vận động ..
6.8.3. Các yếu tố di truyền vận động ở prokaryote ..

6.8.3.1. Các yếu tố cài IS .
6.8.3.2. Các TE kiểu composite ……………………………………………….
6.8.3.3. C¸c TE kiĨu Tn3 ………………………………………………………
6.8.3.4. ý nghÜa y học của các yếu tố di truyền vận động ở vi khuẩn
6.8.4. Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote ..
6.8.4.1. Các yếu tố Ac và Ds ở cây ngô.
6.8.4.2. Yếu tố P và hiện tợng con lai vô sinh ở các loài ruồi Drosophila
6.8.4.3. Yếu tố di truyền vận động có tính cổ xa và phổ biến mariner
6.8.5. Các yếu tố di truyền vận động kiểu phiên mà ngợc ..
6.8.5.1. Yếu tố TE kiểu retrovirut .
6.8.5.2. Các retrosposon .
6.8.6. Các yếu tố di truyền vận động ë ng−êi ………………………………………

188
188
192
194
196
196
197
197

Ch−¬ng 7. C¬ së di trun häc nhiƠm sắc thể ..
7.1. Sự đa dạng về cấu trúc của nhiễm sắc thể (NST) ...
7.1.1. Các nhiễm sắc thể có thể ở dạng mạch thẳng hoặc vòng
7.1.2. Đặc trng số lợng nhiễm sắc thể của tế bào
7.1.3. Nghịch lý giá trị C ...

222
223

223
224
225

197
198
198
198
198
199
200
200
200
201
202
202
204
206
206
206
207
207
208
210
211
212
212
214
217
217

217
219
219

xiii


7.1.4. Các gen chiếm hầu hết hệ gen vi khuẩn
7.1.5. Các sinh vật bậc cao có mật độ gen trong hệ gen giảm ..
7.1.6. Phần lớn các trình tự liên gen ở ngời là các đoạn trình tự lặp lại .........
7.2. Sự nhân đôi và phân ly của các nhiễm sắc thể
7.2.1. Tâm động, đầu mút và điểm khởi đầu sao chép cần thiết để duy trì các
nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào ở eukaryote ...............................
7.2.2. Sự sao chép và phân ly nhiễm sắc thể trong chu trình tế bào .................
7.2.3. Cấu trúc nhiễm sắc thể thay đổi khi tế bào eukaryote phân chia ...........
7.2.4. Sự kết dính các nhiễm sắc tử và kết đặc nhiễm sắc thể do các protein
duy trì cấu trúc nhiễm sắc thể (SMC) thực hiện ...
7.3. Cấu trúc và vai trò của nucleosome (thể nhân) .
7.3.1. Nucleosome là đơn vị cấu trúc cơ bản của nhiễm sắc thể ở eukaryote ....
7.3.2. Cấu trúc phân tử của nucleosome
7.3.3. Histon tơng tác với ADN ở nhiều tiếp điểm không phụ thuộc vào trình
tự axit amin và nucleotide ...
7.3.4. Đuôi histon có vai trò cố định ADN quanh octamer ............................
7.4. Các bậc cấu trúc cao hơn của chất nhiễm sắc ..
7.4.1. Histon H1 gắn với đoạn ADN nối ....
7.4.2. Sự sắp xếp các nucleosome hình thành sợi nhiễm sắc 30 nm ..
7.4.3. Để hình thành sợi nhiễm sắc 30 nm cần có đuôi N của histon ..
7.4.4. Các cấu trúc thòng lọng gồm nhiều nucleosome làm ADN tiếp tục kết
đặc hơn
7.4.5. Các dạng biến đổi của histon làm thay đổi chức năng nucleosome ..

7.5. Điều hòa biểu hiện gen qua cấu trúc chất nhiễm sắc ..
7.5.1. Tơng tác giữa ADN với octamer histon là linh hoạt ..
7.5.2. Phức hệ cải biến nucleosome thúc đẩy sự dịch chuyển của thể nhân
7.5.3. Sự định vị nucleosome
7.5.4. Sự sửa đổi đuôi N của histon làm thay đổi khả năng tiếp cận ADN .
7.5.5. Các enzym cải biến histon ...
7.5.6. Sự cải biến kết hợp tái cấu trúc nucleosome làm thay đổi khả năng tiếp
cận ADN .
7.6. Sự lắp ráp nucleosome
7.6.1. Nucleosome đợc lắp ráp ngay sau khi ADN đợc sao chép .
7.6.2. Sự lắp ráp nucleosome cần histon chaperon
Chơng 8. Chu trình tế bào và cơ sở di truyền học ung th ...
8.1. Các dạng biểu hiện của bệnh ung th ..
8.2. Ung th là hậu quả của sai hỏng trong điều hòa chu trình tế bào ... ..
8.3. Bản chất di trun cđa ung th− ……………………………………………………….
8.4. Kh¸i niƯm vỊ c¸c gen gây khối u ..
8.4.1. Retrovirut và các gen gây khối u ở virut
8.4.2. Các tiền gen gây khối u của tế bào chủ ..
8.4.3. Các tiền gen gây khối u có thể đột biến thành gen gây khối u ..
8.4.4. Đột biến nhiễm sắc thể trong các tế bào ung th .
8.5. Khái niệm về các gen ức chÕ khèi u …………………………………………………..
xiv

226
226
228
228
228
230
231

231
232
232
234
235
235
235
235
235
236
237
237
238
238
238
239
240
242
242
243
243
244
246
246
248
249
250
250
252
253

254
255


8.5.1. Các bệnh ung th theo dòng họ và giả thiết hai mục tiêu của Knudson
8.5.2. Vai trò của một sè gen øc chÕ khèi u trong tÕ bµo …………………………
8.5.2.1. Protein pRB …………………………………………………………….
8.5.2.2. Protein p53 ……………………………………………………………..
8.5.2.3. Protein pAPC …………………………………………………………..
8.5.2.4. C¸c protein pBRCA1 và pBRCA2
8.5.3. Các gen gây đột biến ...
8.6. Các cơ chế di truyền liên quan đến sự phát sinh ung th

255
256
257
258
260
261
261
262

Chơng 9. Điều hòa gen hệ miễn dịch ở động vật có xơng sống ..
9.1. Tổng quan về hoạt động miễn dịch ..
9.2. Các thành phần tham gia đáp ứng miễn dịch ở động vật có vú ..
9.2.1. Các tế bào chuyên hóa điều hòa đáp ứng miễn dịch
9.2.2. Các protein chuyên hóa tạo nên sự đặc hiệu của đáp ứng miễn dịch ......
9.2.3. Các kháng nguyên tơng hợp mô (MHC) ...
9.3. Đáp ứng miễn dịch thể dịch (điều hòa trung gian bởi kháng thể) ..
9.4. Đáp ứng miễn dịch tế bào (điều hòa trung gian bëi tÕ bµo T) ……………………..

9.5. Sù ghi nhí cđa hệ miễn dịch ..
9.6. Sự sắp xếp lại hệ gen trong quá trình biệt hóa tế bào lympho B
9.6.1. Các gen mà hóa chuỗi nhẹ lambda () đợc ráp nối từ hai phân đoạn gen
9.6.2. Các gen mà hóa chuỗi kappa () đợc ráp nối từ ba phân đoạn gen .......
9.6.3. Các gen mà hóa chuỗi nặng đợc ráp nối từ bốn phân đoạn gen ............
9.6.4. Sự tái tổ hợp các gen trong quá trình biệt hóa các tế bào sinh kháng
thể đợc điều khiển bởi các tín hiệu trên ADN ..
9.6.5. Sự đa dạng của các kháng thể do tính đa dạng vị trí gắn kết các phân
đoạn gen mà hóa kháng thể và khả năng siêu đột biến của chúng ..........
9.7. Sự chuyển đổi lớp kháng thể ..
9.8. Sự tái tổ hợp ở các gen mà hóa thụ thể tế bào T .
9.9. Điều hòa sự biểu hiện của các gen mà hóa kháng thể ..
9.9.1. Loại bỏ alen là cơ chế để mỗi tế bào chỉ biểu hiện một bản sao của gen
9.9.2. Sự tăng cờng biểu hiện các gen mà hóa chuỗi nặng ở các mô ................

267
267
267
269
270
273
275
276
277
278
278
279
281

Chơng 10. Di truyền học phân tử và tiến hãa …………………………….

10.1. Sù gièng nhau trong hƯ gen hÇu hÕt các loài động vật ...
10.2. Các con đờng thay đổi sù biĨu hiƯn cđa gen trong tiÕn hãa ……………………
10.2.1. §ét biến gen quy định kiểu biểu hiện làm thay đổi hình thái ở động vật
10.2.1.1. Sự thay đổi kiểu biểu hiện của gen Pax6 gây nên sự hình thành
mắt sai vị trí
10.2.1.2. Sự thay đổi kiểu biểu hiện của gen Antp làm ăngten chuyển
thành chân ...
10.2.1.3. Chuyển đoạn tơng hỗ giữa hai gen ftz và Antp cho thấy vai trò
quan trọng về chức năng của protein điều hòa .
10.2.1.4. Biến đổi nhỏ trong trình tự tăng cờng có thể t¹o ra kiĨu biĨu
hiƯn gen míi …………………………………………………………...

285
285
287
288

281
282
283
283
284
284
284

288
289
289
290

xv


10.2.1.5. Sù biĨu hiƯn bÊt th−êng cđa gen Ubx lµm thay đổi hình thái ở
ruồi giấm .
10.2.1.6. Sự thay đổi chức năng protein Ubx ảnh hởng đến hình thái
phôi ruồi giấm
10.2.1.7. Sự thay đổi trình tự tăng cờng của gen Ubx làm thay đổi kiểu
biểu hiện gen ..
10.2.2. Sự biến đổi hình thái ở các loài giáp xác và côn trùng ..
10.2.2.1. Sự đa dạng hình thái ở động vật chân đốt .
10.2.2.2. Thay đổi biểu hiện gen Ubx dẫn đến sự đa dạng hình thái chân
ở giáp xác .
10.2.2.3. Tại sao côn trùng thiếu chân bụng? ..
10.2.2.4. Kiểu hình cánh đa dạng ở các loài chân đốt do biến đổi các trình
tự điều hòa ...
10.2.3. Xu hớng đột biến thay thế trong các trình tự ADN và protein ............
10.3. Các hớng nghiên cứu tiến hóa phân tử ..
10.3.1. So sánh các trình tự ADN
10.3.1.1. Sự thay thế các nucleotide và mô hình Jukes - Cantor
10.3.1.2. Tốc ®é thay thÕ c¸c nucleotide ……………………………………...
10.3.1.3. Tèc ®é tiÕn hãa của các phần khác nhau trong gen
10.3.1.4. Các vị trí đồng nghĩa và khác nghĩa trong gen ...
10.3.1.5. Sự biến đổi ở các vùng biên của gen ...
10.3.1.6. Gen giả
10.3.1.7. Xu hớng chọn lọc các mà bộ ba ®ång nghÜa ……………………..
10.3.1.8. Trong hƯ gen, c¸c gen cã tèc ®é tiÕn hãa kh¸c nhau …………….
10.3.2. So s¸nh c¸c hƯ gen .
10.3.2.1. So sánh hệ gen là công cụ nghiên cứu tiến hóa và xác định
chức năng gen

10.3.2.2. Tốc ®é tiÕn hãa cđa hƯ gen ti thĨ ………………………………….
10.3.3. So sánh nhiễm sắc thể ..
10.3.4. So sánh các trình tự protein
10.3.4.1. Cytochrome C
10.3.4.2. Các protein homeobox .
10.4. Đồng hồ phân tử và xây dựng cây chủng loại phát sinh ..
10.4.1. Thuyết đồng hồ phân tử ...
10.4.1.1. Cơ sở hình thành thuyết đồng hồ phân tử
10.4.1.2. Cách tính tốc độ tiến hóa tơng đối ...
10.4.1.3. Tại sao tốc độ tiến hóa lại khác nhau giữa các nhóm loài?
10.4.2. Xây dựng cây tiến hóa dựa trên các dấu hiện phân tử .
10.4.2.1. Các dấu hiện đợc dùng để xây dựng cây phát sinh chủng loại .....
10.4.2.2. Các loại cây phát sinh chủng loại ...
10.4.2.3. Các phơng pháp xây dựng cây phát sinh chủng loại .
10.5. Tiến hóa hệ gen vµ ngn gèc loµi ng−êi …………………………………………..
10.5.1. HƯ gen ng−êi chứa một số gen ít đến ngạc nhiên ..
10.5.2. Hệ gen ngời giống hệ gen chuột và không khác mấy hÖ gen tinh tinh
xvi

290
291
291
292
292
292
293
294
295
295
295

295
296
297
297
297
298
298
299
301
301
302
303
304
304
304
305
305
305
306
307
307
307
308
310
313
313
314


10.5.3. Ngời và mối quan hệ di truyền với các loµi linh tr−ëng cì lín ............

10.5.4. Ngn gèc loµi ng−êi theo bằng chứng hóa thạch .
10.5.5. Nguồn gốc loài ngời theo b»ng chøng ph©n tư ………………………….
10.6. Sù tiÕn hãa lêi nói (ngôn ngữ) ở ngời .
10.6.1. Tính trạng lời nói ở ngời và gen FOX2P
10.6.2. Gen FOX2P thúc đẩy sự phát triển ngôn ngữ ở ngời nh thế nào? ...
10.7. Sự tiến hóa các gen cảm nhận màu sắc và bệnh di truyền liên quan ................
10.7.1. Cơ sở tế bào của sự cảm nhận màu sắc ở mắt .
10.7.2. HÖ gen ng−êi cã bèn gen m· hãa bèn protein cảm nhận màu sắc ..
10.7.3. Họ gen rhodopsin tiến hóa do hiện tợng lặp đoạn và phân li chức
năng ..
10.7.4. Đột biến ở họ gen rhodopsin ảnh hởng đến thị lực và khả năng nhận
biết màu ...
10.7.4.1. Nhiều đột biến thay thế axit amin ở rhodopsin gây mù toàn
phần hay một phần ..
10.7.4.2. Các đột biến gen ở tế bào hình nón làm giảm thị lực theo kiểu dự
đoán đợc .
10.7.4.3. Trong đổi chéo không cân giữa các gen mà hóa protein cảm
nhận màu xanh lục và đỏ trên NST X gây ra phần lớn các rối
loạn thị lực về cảm nhận màu ..
10.7.4.4. Một số đột biến có thể làm mất khả năng cảm nhận màu đỏ và
xanh lục ..

314
314
316
317
317
318
319
319

319

Chơng 11. Phân tích gen và sản phẩm của gen .
11.1. Giới thiệu chung
11.2. Các kỹ thuật phân tích axit nucleic ...
11.2.1. Tách chiết và tinh sạch ADN ..
11.2.2. Sử dụng quang phổ để xác định nồng độ ADN và ARN
11.2.3. Điện di phân tích axit nucleic .
11.2.4. Sử dụng enzym giới hạn trong phân tích ADN ..
11.2.5. Các phơng pháp lai axit nucleic và mẫu dò ..
11.2.5.1. Xác định các đoạn ADN bằng điện di và mẫu dò - lai Southern ..
11.2.5.2. Xác định các đoạn ARN bằng điện di và mẫu dò - lai Northern ..
11.2.5.3. Phơng pháp lai vi dÃy (microarray)
11.2.5.4. Lai huỳnh quang tại chỗ - FISH ..
11.2.6. Nhân dòng phân tử và xây dựng ngân hàng gen ..
11.2.6.1. Một số khái niệm chung .
11.2.6.2. Nhân dòng ADN nhờ vectơ plasmid
11.2.6.3. Biến nạp các vectơ vào tế bào chủ ..
11.2.6.4. Thiết lập ngân hàng hệ gen và th viện cADN
11.2.6.5. Sử dụng mẫu dò để xác định dòng tế bào trong ngân hàng gen ....
11.2.7. Tổng hợp hóa học và sử dụng các đoạn oligonucleotide
11.2.8. Phản ứng PCR .
11.2.9. Giải trình tự ADN ..
11.2.9.1. Giải trình tự ADN tự động …………………………………………..

323
323
323
323
325

325
327
328
329
330
330
330
332
332
332
333
334
335
336
337
338
339

320
321
321
321

321
322

xvii


11.2.9.2. Giải trình tự toàn hệ gen .

11.2.9.3. Tìm gen từ các hệ gen đà đợc giải trình tự ..
11.2.10. Xác định vai trò và chức năng gen ..
11.3. Các kỹ thuật phân tích protein ...
11.3.1. Chuẩn bị dịch nghiền tế bào để tinh sạch protein .
11.3.2. Sử dụng sắc ký cột để tinh sạch protein ...
11.3.2.1. Sắc ký trao ®ỉi ion ……………………………………………………
11.3.2.2. S¾c ký läc gel ………………………………………………………….
11.3.2.3. S¾c ký ái lực hỗ trợ tinh sạch protein
11.3.3. Phân tích protein trên gel polyacrylamide ..
11.3.3.1. Kỹ thuật điện di trên gel polyacrylamide (PAGE) .
11.3.3.2. Điện di protein hai chiều trên gel polyacrylamide (2D-PAGE)
11.3.4. Định tính protein dựa trên thẩm tách miễn dịch lai Western .
11.3.5. Định loại và giải trình tự protein ..
11.3.5.1. Giải trình tự protein bằng phơng pháp gây biến tính Edman ...
11.3.5.2. Giải trình tự protein bằng phơng pháp khối phổ .
11.3.6. Phân tích tơng tác protein – protein ……………………………………...
11.3.6.1. HƯ thèng lai hai dßng ë nấm men .
11.3.6.2. Phơng pháp đồng kết tủa miễn dịch ………………………………
11.3.6.3. Vi d·y protein (protein microarray) ……………………………….
11.3.7. VỊ hƯ protein học (proteomics) và hệ chuyển hóa học (metabolomics)

341
342
343
344
345
345
346
346
346

347
347
348
348
349
349
350
351
351
353
354
354

Danh mục các tài liệu tham khảo chính ...

356

xviii


Chơng 1

liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học
1.1. Đặc điểm liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học
Liên kết hóa học là lực hấp dẫn giữ các nguyên tử với nhau. Sự kết tụ của các nguyên
tử thành một khối có kích thớc xác định đợc gọi là phân tử. Trớc đây, ngời ta cho rằng
trong phân tử chỉ các liên kết cộng hóa trị (là những liên kết rất mạnh) mới có vai trò giữ
các nguyên tử với nhau. Giờ đây, chúng ta đà biết các liên kết yếu cũng có vai trò quan
trọng trong cấu trúc của các phân tử sinh học. Chẳng hạn nh, bốn chuỗi polypeptide của
hemoglobin đợc đính kÕt víi nhau nhê mét sè liªn kÕt u. Nh− vậy, mặc dù quen gọi là

liên kết yếu, nhng khi kết hợp lại các liên kết yếu cũng có thể giữ các nguyên tử với nhau.
Các liên kết hóa học đợc phân loại dựa trên một số đặc tính, trong đó có lực liên kết. Các
liên kết mạnh hầu nh không bao giờ tự đứt gÃy trong điều kiện sinh lý cơ thể, vì vậy các
nguyên tử đợc tập hợp bởi các liên kết cộng hóa trị luôn thuộc về cùng một phân tử. Các
liên kết yếu thì dễ đứt gÃy hơn nhiều và khi tồn tại đơn lẻ, thời gian tồn tại của chúng
thờng rất ngắn. Nhng, khi tập hợp lại theo một trật tự nhất định thì các liên kết yếu có
thể tồn tại lâu dài. Lực của một liên kết hóa học tơng quan với chiều dài của chúng. Vì
vậy, hai nguyên tử đợc giữ bởi liên kết mạnh luôn gần nhau hơn hai nguyên tử cùng loại
đợc giữ bởi liên kết yếu. Ví dụ: liên kết cộng hóa trị giữa hai nguyên tử H trong phân tử
(H:H) có khoảng cách 0,74, trong khi khoảng cách này trong lực Van der Waals là 1,2.
Một đặc tính quan trọng khác là số liên kết tối đa mà mỗi nguyên tử có thể tạo ra. Số
liên kết cộng hóa trị tối đa mà một nguyên tử có thể có đợc gọi là hóa trị của nguyên tử đó.
Chẳng hạn nh oxy có hóa trị 2, nghĩa là nó không bao giờ hình thành đợc nhiều hơn hai
liên kết cộng hóa trị. Đối với liên kết Van der Waals, đặc tính này linh hoạt hơn. Trong đó,
số liên kết Van der Waals mà một nguyên tử có thể có chỉ phụ thuộc vào vị trí không gian
của nó và số nguyên tử khác mà nó có thể đồng thời tiếp xúc. Sự hình thành các liên kết
hydro bị hạn chế hơn so với liên kết Van der Waals. Một nguyên tử hydro liên kết cộng
hóa trị thờng chỉ tham gia vào một liên kết hydro duy nhất, trong khi một nguyên tử oxy
có thể tham gia vào nhiều hơn hai liên kết hydro khác nhau. Các liên kết mạnh và yếu
còn khác nhau về góc liên kết, đó là góc đợc hình thành giữa hai liên kết xuất phát từ
cùng một nguyên tử. Góc liên kết giữa hai liên kết cộng hóa trị đặc thù thờng là ổn định.
Ví dụ nh− khi nguyªn tư cacbon cã bèn liªn kÕt céng hóa trị đơn (CH4), mỗi liên kết tạo
thành một góc của khối tứ diện đều (góc liên kết 109o). Ngợc lại, góc tạo thành giữa các
liên kết yếu thờng không ổn định. Ngoài ra, các liên kết còn khác nhau về mức quay tự
do. Các liên kết cộng hóa trị đơn cho phép các nguyên tử quay tự do xung quanh nguyên tử
liên kết, trong khi các liên kết cộng hóa trị kép (liên kết đôi hoặc liên kết ba) thì cứng
nhắc. Vì lý do này, nên các nhóm cacbonyl (C=O) và imino (N=C) gắn kết với nhau qua liên
kết peptide phải nằm trên cùng một mặt phẳng tơng đối. Các liên kết yếu hơn (nh liên
kết ion) thì ngợc lại không có hạn chế nào về việc định hớng tơng đối giữa các nguyên tử.
1.1.1. Sự hình thành liên kết hóa học gắn liền với sự thay đổi về năng lợng

Sự hình thành một liên kết hóa học tự phát giữa hai nguyên tử luôn gắn liền với sự
giải phóng một phần năng lợng bên trong của các nguyên tử ở dạng không liên kết (tự do)
và chuyển chúng thành một dạng năng lợng mới. Liên kết càng mạnh thì năng lợng

1


Đinh Đoàn Long

thoát ra càng lớn. Phản ứng hình thành liên kết giữa hai nguyên tử A và B có thể mô tả
nh sau:
A + B AB + năng lợng

(phơng trình 1.1)

trong đó AB biểu diễn phân tử liên kết. Tốc độ phản ứng tơng quan thuận với tần số va
chạm của các nguyên tử. Đơn vị thờng đợc dùng để biểu diễn năng lợng là calo; đó là
lợng năng lợng cần thiết để làm tăng nhiệt độ 1 gam nớc lên 1oC. Nhng để làm vỡ các
liên kết hóa học của một mole phân tử nào đó, thờng cần hàng nghìn calo, vì vậy mức thay
đổi năng lợng trong các phản ứng hóa học thờng đợc biểu diễn bằng đơn vị kcal/mol.
Tuy vậy, các nguyên tử liên kết hóa học với nhau không phải luôn duy trì ở trạng thái
liên kết. Sự có mặt của nhiều lực có thể làm phá vỡ các liên kết này. Một trong những lực
nh vậy là nhiệt năng. Sự va đập giữa các nguyên tử hoặc phân tử khi chuyển động nhanh
có thể phá vỡ các liên kết hóa học. Trong quá trình va đập, một phần động năng của các
nguyên tử chuyển động có thể đẩy bật hai nguyên tử đang liên kết ra khỏi nhau. Một phân
tử càng chuyển động nhanh (tức là nhiệt độ càng cao), thì khả năng phá vỡ các liên kết
càng lớn. Vì vậy, khi nhiệt độ của hỗn hợp các phân tử tăng lên, thì sự bền vững của các liên
kết hóa học giảm đi. Sự đứt gÃy của một liên kết hóa học đợc biểu diễn bởi phơng trình:
AB + năng lợng A + B

(phơng trình 1.2)

Lợng năng lợng cần đợc bổ sung để phá vỡ một liên kết đúng bằng lợng năng
lợng đợc giải phóng khi liên kết đó hình thành. Sự cân bằng này là nội dung định luật
nhiệt động học thứ nhất vốn đợc phát biểu rằng năng lợng không tự nhiên sinh ra hoặc
mất đi.
1.1.2. Sự cân bằng giữa quá trình hình thành và phá vỡ liên kết hóa học
Nh vậy, sự hình thành hay phá vỡ một liên kết hóa học là kết quả của các hoạt động
kết hợp giữa các lực hình thành và phá vỡ liên kết. Khi một hệ thống kín đạt đến trạng thái
cân bằng, thì số liên kết hình thành qua một đơn vị thời gian sẽ đúng bằng số liên kết bị phá
vỡ. Khi đó, tỉ lệ các nguyên tử ở trạng thái liên kết sẽ đợc biểu diễn bằng công thức sau:
Kcb = [AB]/([A]x[B])

(phơng trình 1.3)

trong đó, Kcb là hằng số cân bằng; [AB], [A] và [B] tơng ứng là nồng độ của AB, A và B,
tính theo đơn vị mole/L. Dù cho chúng ta bắt đầu hệ thống chỉ với A và B riêng rẽ, hoặc
phức hợp AB, hay cả phức hợp AB và A, B riêng rẽ, thì cuối cùng hệ thống kín sẽ đạt đến
các nồng độ tơng quan của Kcb.
1.1.3. Khái niệm về năng lợng tự do
Một sự thay đổi về năng lợng luôn xuất hiện khi có một tỉ lệ nhất định các nguyên tử
ở trạng thái liên kết dần chuyển sang trạng thái cân bằng. Trong sinh học, cách biểu diễn sự
thay đổi năng lợng nh vậy hữu hiệu nhất là năng lợng tự do, đợc viết tắt là G (để tởng
nhớ nhà vật lý Josiah Gibbs). Trong phạm vi giáo trình này, chúng ta không đề cập sâu về
khái niệm năng lợng tự do. ở đây, xét về mặt sinh học, chúng ta chỉ thừa nhận là năng
lợng tự do là dạng năng lợng có thể hoạt động.
Định luật thứ hai của nhiệt động học phát biểu rằng năng lợng tự do luôn mất ®i
(∆G < 0) khi ph¶n øng hãa häc x¶y ra tự phát, nhng khi đạt đến trạng thái cân bằng,
năng lợng tự do sẽ không thay đổi (G = 0). Nh vậy, trạng thái cân bằng của một hệ
thống kín (gồm tập hợp các nguyên tử) chính là trạng thái có mức thay đổi năng lợng tự

do thấp nhất.

2


Chơng 1. liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học

Năng lợng tự do mất đi khi đạt đến trạng thái
cân bằng đợc chuyển hóa thành nhiệt năng hoặc
đợc dùng để làm tăng mức entrôpi. ở đây, chúng ta
cũng không bàn sâu về entrôpi, mà chỉ thừa nhận đó
là đại lợng đo mức độ hỗn loạn. Khi mức độ hỗn loạn
càng cao, thì mức entrôpi càng cao và xu hớng càng
có nhiều phản ứng tự phát xảy ra (tức là năng lợng
tự do giảm) nhng không nhất thiết làm tăng nhiệt
độ. Ví dụ: khi NaCl hòa tan trong nớc, nhiệt bị hấp
thu chứ không phải đợc giải phóng ra ngoài. Trong
trờng hợp này năng lợng tự do giảm do làm tăng
trạng thái hỗn loạn của các ion Na+ và Cl- khi chúng
chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hòa tan.

Bảng 1.1. Sự tơng quan giữa hằng
số cân b»ng Kcb vµ ∆G ë 25oC
Kcb

∆G (Kcal/mol)

0,0001

4,089

0,01

2,726

0,1

1,363

1,0

0

10,0

- 1,363

100,0

- 2,726

1000,0

-4,089

1.1.3.1. H»ng số Kcb có tơng quan theo hàm số mũ với chỉ số G
Căn cứ vào lập luận trên đây, rõ ràng với các liên kết càng mạnh và sự thay đổi mức
năng lợng tự do càng lớn thì phản ứng càng có xu hớng xảy ra và càng có nhiều nguyên
tử tồn tại ở dạng liên kết. Điều này đợc biểu diễn một cách định lợng bằng công thức sau:
G = -RT ln Kcb hay Kcb = e -G/RT

(phơng trình 1.4)

trong đó, R là hằng số khí phổ thông, T là nhiệt độ tuyệt đối, ln là hàm logarit cơ số e (của
Kcb), còn Kcb là hằng số cân bằng, e = 2,718.
Nếu áp dụng với các giá trị phù hợp của R (1,987 cal/deg.mol) và T (298 ở 25oC) thì một
mức chênh năng lợng tự do (G) bằng khoảng 2 kcal/mol là đủ để lái phản ứng theo hớng
hình thành liên kết nếu các thành phần phản ứng đều có mặt ở lợng mole (bảng 1.1).
1.1.3.2. Các liên kết cộng hóa trị là các liên kết rất mạnh
Các giá trị G của các phản ứng hình thành các liên kết cộng hóa trị từ các nguyên tử
tự do thờng có giá trị rất lớn và mang dấu âm (tức là giải phóng năng lợng tự do).
Thông thờng G của các phản ứng này dao động trong khoảng từ -50 đến -110 kcal/mol.
Các phơng trình 1.3 và 1.4 cho thấy r»ng h»ng sè Kcb cđa mét ph¶n øng sÏ cã giá trị lớn
tơng quan với số liên kết đợc hình thành. Ví dụ với giá trị G = - 100 kcal/mol, nếu
chúng ta bắt đầu với 1 mol/L các nguyên tử phản ứng, thì chỉ có 1 trong 1040 nguyên tử tồn
tại ở trạng thái không liên kết khi hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng.

1.2. Tầm quan trọng và đặc điểm của các liên kết yếu trong các hệ thống
sinh học
Các đại phân tử sinh học đợc quan tâm nhiều nhất trong di truyền học và sinh học
phân tử hiện nay là các axit nucleic và protein. Chúng đều đợc tạo nên từ các liên kết cộng
hóa trị giữa các đơn phân tơng ứng của chúng là các nucleotide và các axit amin. Các liên
kết cộng hóa trị là các liên kết mạnh, bền vững và trong điều kiện nhiệt độ sinh lý tế bào,
chúng không bao giờ tự đứt gÃy. Tuy vậy, trong các hệ thống sinh học còn tồn tại những
liên kết yếu cũng có vai trò sống còn đối với sự sống. Sở dĩ gọi chúng là liên kết yếu vì
chúng có thể hình thành và đứt gÃy ngay trong các điều kiện sinh lý bình thờng. Các liên
kết yếu chiếm vai trò chủ đạo trong điều hòa tơng tác giữa các enzym với cơ chất, giữa các
đại phân tử sinh học với nhau, trong đó phổ biến nhất là giữa các protein và giữa protein
với ADN. Các liên kết yếu điều hòa sự tơng tác giữa các đại phân tử dẫn đến sự thay đổi cấu
hình không gian và sự biểu hiện chức năng của chúng. Do vậy, dù protein có bản chất là các

chuỗi polypeptide gồm các axit amin liên kết cộng hóa trị với nhau, thì sự biểu hiện chức
năng của chúng lại đợc quyết định cuối cùng bởi tập hợp của những liên kết yếu. Sở dĩ
3


Đinh Đoàn Long

nh vậy là do chính những liên kết yếu này mới quyết định cấu hình không gian thực tế
của protein khi biểu hiện chức năng. Tơng tự nh vậy, hai mạch của chuỗi xoắn kép ADN
đợc giữ với nhau bởi một loại liên kết yếu có vai trò đặc biệt, gọi là liên kết hydro.
Các loại liên kết yếu có vai trò quan trọng nhất trong các hệ thống sinh học bao
gồm các liên kết Van der Waals, liên kết kị nớc, liên kết hydro và liên kết ion. Trong đó,
đôi khi khó phân biệt giữa liên kết hydro và liên kết ion.
1.2.1. Các liên kết yếu có năng lợng trong khoảng 1 7 kcal/mol
Liên kết yếu nhất là các liên kết Van der Waals. Các liên kết này có năng lợng trong
khoảng 1 - 2 kcal/mol, tức là chỉ lớn hơn đôi chút động năng của chuyển động nhiệt. Năng
lợng của các liên kết hydro và ion vào khoảng 3 - 7 kcal/mol.
Trong các dịch lỏng, hầu hết các phân tử hình thành các liên kết yếu với các nguyên tử
ở xung quanh. Tất cả các phân tử có thể hình thành liên kết Van der Waals, nhng các liên
kết hydro và ion chỉ có thể hình thành giữa các phân tử mang điện tích hoặc khi điện tích
trên phân tử phân bố không đều. Theo nguyên tắc đó, một số phân tử trong dung dịch đồng
thời hình thành một số liên kết yếu khác nhau. Nhng, xét về mặt năng lợng, các phân tử
luôn có xu hớng u tiên cho sự hình thành các liên kết có năng lợng mạnh hơn.
1.2.2. Trong điều kiện sinh lý số liên kết yếu đợc hình thành và phá vỡ ổn định
Năng lợng của liên kết yếu chỉ lớn hơn khoảng 10 lần so với động năng chuyển động
nhiệt ở 25oC (~0,6 kcal/mol). Vì động năng chuyển động nhiệt của nhiều phân tử là đủ lớn để
phá vỡ các liên kết yếu ngay sau khi chúng hình thành ở điều kiện nhiệt độ sinh lý của cơ
thể, nên ở trạng thái cân bằng số liên kết yếu đợc hình thành và phá vỡ là ổn định.
1.2.3. Sự khác biệt giữa các phân tử phân cực và không phân cực
Tùy thuộc vào bản chất nguyên tử, sự phân cực của các điện tử có tính thờng xuyên

hoặc tạm thời. Ví dơ: ph©n tư oxy (O : O) cã sù ph©n bố điện tích đối xứng giữa hai nguyên tử,
nên mỗi nguyên tử đều mang các điện tử không tích điện. Ngợc lại, phân tử nớc (H :O: H)
không có sự phân bố đều điện tích. Các điện tử bị "hút" bởi các nguyên tử oxy mạnh hơn. Vì
vậy, nguyên tử oxy mang điện âm, trong khi hai nguyên tử hydro cùng chia sẻ một lợng
đồng đều về điện tích dơng. Trung tâm mang điện tích dơng nằm về một phía so với
trung tâm mang điện tích âm. Sự phân cực của các điện tích dơng và âm nh vậy hình
thành nên momen lỡng cực. Sự chia sẻ các điện tử không đồng đều nh vậy phản ánh ái
lực khác nhau đối với các điện tử của các nguyên tử khác nhau. Các nguyên tử có xu hớng
hút điện tử mạnh đợc gọi là các nguyên tử âm điện. Ngợc lại, các nguyên tử có xu hớng
cho điện tử đợc gọi là các nguyên tử dơng điện.
Các phân tử có momen lỡng cực (nh H2O) đợc gọi là các phân tử phân cực. Các
phân tử không phân cực là các phân tư kh«ng cã momen l−ìng cùc râ rƯt. VÝ dơ nh đối
với phân tử methane (CH4), các nguyên tử C và H có ái lực với cặp điện tử giữa chúng là
đồng đều, cho nên phân tử CH4 không có tính phân cực.
Tuy vậy, trong dung dịch sự phân bố của các điện tử giữa các nguyên tử còn bị ảnh
hởng bởi các nguyên tử khác ở xung quanh. Điều này đặc biệt rõ đối với các phân tử phân
cực. Sự tác động có thể làm cho một phân tử không phân cực trở thành một phân tử có tính
phân cực nhẹ. Kể cả trong trờng hợp phân tử thứ hai cũng không phân cực, thì sự có mặt
của nó cũng làm thay đổi phân tử không phân cực thứ nhất dẫn đến sự dao động phân bố
của các điện tích giữa các nguyên tử. Trong trờng hợp này, tất nhiên, sự phân tách của các
điện tử không rõ rệt nh trong trờng hợp của các phân tử phân cực, vì vậy năng lợng
tơng tác cũng yếu hơn và liên kết hóa học đợc hình thành giữa chúng yếu hơn.
4


Chơng 1. liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học

1.2.4. Liên kết Van der Waals
Các liên kết Van der Waals hình
10

thành khi một lực hấp dẫn không đặc
hiệu xuất hiện khi hai nguyên tử tiếp
xúc gần nhau. Điều này xảy ra do sự
Lực hấp dẫn Van
dao động của các điện tử bị ảnh hởng
der Waals yếu
khi các phân tử di chuyển đến gần
nhau. Trên cơ sở đó, liên kết Van der
5
Waals có thể xuất hiện giữa mọi loại
phân tử, dù chúng là phân cực hay
không phân cùc. Nã chđ u chØ phơ
Lùc hÊp dÉn Van der
Waals mạnh
thuộc vào khoảng cách giữa các nhóm
tơng tác, trong đó năng lợng liên kết
tỉ lệ nghịch theo lũy thừa 6 của khoảng
4
cách giữa chúng (hình 1.1).
Lực hấp dẫn Van der
Tuy vậy, khi các nguyên tử tiến
Waals trở nên cân bằng
gần đến nhau một mức nhất định thì
với lực đẩy do sự đè lên
lại xuất hiện lực đẩy Van der Waals.
nhau của lớp áo điện tử
Lực đẩy này phát sinh do sự đè lên
nhau của lớp áo điện tử bao quanh các
Hình 1.1. Lực Van der Waals thay đổi theo khoảng
nguyên tử. Lực đẩy và lực hấp dẫn Van

cách nguyên tử. Các nguyên tử ở đây là khí trơ Argon
der Waals sẽ duy trì hai nguyên tử đặc
(theo Pauling I., 1953, General Chemistry, p.322)
thù cách nhau một khoảng cách ổn
định. Khoảng cách này đợc gọi là bán
kính Van der Waals (bảng 1.2). Năng
Bảng 1.2. Bán kính Van der Waals của một số
lợng liên kết Van der Waals giữa hai
nguyên
tử phổ biến trong các phân tử sinh học
nguyên tử nhất định tơng quan với
tổng bán kính Van der Waals của mỗi
Nguyên tử
Bán kính Van der Waals ()
nguyên tử và tăng lên cùng với kích
H
1,2
thớc của mỗi nguyên tử tơng ứng.
Đối với hai nguyên tử có kích thớc
N
1,5
trung bình, năng lợng này vào khoảng
O
1,4
1 kcal/mol, tức là chỉ lớn hơn đôi chút
P
1,9
so với động năng nhiệt trung bình của
S
1,85

các phân tử ở nhiệt độ phòng (0,6
kcal/mol).
Gốc (- CH3)
2,0
Điều này có nghĩa là lực Van der
Một nửa chiều dày
1,7
phân tử chất thơm
Waals chỉ trở thành một lực liên kết
đáng kể ở nhiệt độ phòng khi một số
nguyên tử của một phân tử nào đó liên kết với một số nguyên tử của một phân tử khác. Khi
đó, năng lợng liên kết sẽ lớn hơn nhiều so với động năng nhiệt gây nên sự phân tách. Để
có sự tơng tác mạnh qua liên kết Van der Waals, sự "ăn khớp" về cấu hình không gian
giữa các phân tử là yêu cầu tiên quyết, để đảm bảo khoảng cách giữa hai nguyên tử tơng
tác không đợc lớn hơn tổng bán kính Van der Waals. Lực liên kết Van der Waals sẽ
nhanh chóng bị triệt tiêu khi khoảng cách giữa các nguyên tử chỉ hơi vợt bán kÝnh Van
der Waals. Nh− vËy, kiĨu liªn kÕt Van der Waals chỉ mạnh nhất khi một phân tử có một
phần cấu trúc "ăn khớp" chặt chẽ với một nhóm hay một vùng cấu trúc của một phân tử
khác giống nh trờng hợp tơng tác giữa kháng nguyên với kháng thể. Trong trờng hợp
liên kết kháng nguyên - kháng thể, năng lợng liên kết có thể đạt mức 20 - 30 kcal/mol, vì
vậy hiếm khi phức hợp kháng nguyên - kháng thể tách nhau ra. Các liên kết Van der
Waals thờng không chiếm u thế trong sự liên kết giữa các phân tử phân cực. Bởi vì các
5