NHÂN TẾ BÀO GIAN KỲI. ĐẠI CƯƠNG: Nhân, với chức năng chủ yếu là một docx

NHÂN TẾ BÀO GIAN KỲ


I. ĐẠI CƯƠNG:
 Nhân, với chức năng chủ yếu là một bào quan đặc biệt chứa các thông tin di truyền
quyết định các cấu trúc và chức năng của tế bào, là đặc điểm tiến hóa quan trọng nhất
của Eucaryot so với Procaryot. Nhân có 2 lớp màng bao bọc đồng tâm, phân cách khỏi
bào tương, có dạng gần cầu, chiếm chừng 1/10 thể tích tế bào. Nói chung, mỗi tế bào
Eucaryot chứa một nhân, nhưng cũng có nhiều ngoại lệ. Trùng đơn bào paramecium
(trùng đế giày) thường xuyên có 2 nhân, một để di truyền cho tế bào con, một để “điều
hành” các hoạt động thường xuyên cần đến thông tin di truyền chứa trong bộ gen. Một
số loại nấm thường có nhiều gen trong một tế bào vì khi phân chia nhân, tế bào không
kịp hình thành vách ngăn phân chia tế bào chất. Ở tế bào gan của người cũng thấy có
hiện tượng này. Bạch cầu đa nhân thật ra là một tên gọi không chính xác nhưng vẫn
phổ biến trong các nhà huyết học, các tế bào này chỉ có một nhân, nhưng nhìn dưới
kính hiển vi quang học thấy nhân gồm nhiều “thùy”.





 Đối với tế bào Procaryot, không có nhân điển hình, mà chỉ có một vùng tập trung
ADN, nhưng không có màng bao bọc, gọi là thể nhân (nucleoid). Cấu trúc nhân hoàn
chỉnh, tách biệt phần còn lại của tế bào chất (bào tương) cho phép tế bào Eucaryot đạt
được các lợi thế so với Procaryot:
1) Lượng ADN chứa được lớn hơn nhiều. Mỗi tế bào Eucaryot chứa nhiều phân

tử ADN, mỗi phân tử đều có kích thước rất dài so với phân tử ADN duy nhất
của Procaryot. Số lượng ADN này dư thừa nhiều lần so với nhu cầu mã hóa tất
cả các ARN và protein của cơ thể. Tế bào Eucaryot cũng có hệ thống các cấu
trúc tơ sợi rất phát triển trong bào tương, tạo thành bộ xương tế bào, thực hiện
các vận động của nguyên sinh chất. Giả sử ADN không được “đóng gói” trong
nhân, chức năng vận động nói trên chắc khó mà thực hiện được.
2) Quá trình phiên dịch mã di truyền (tổng hợp protein) được thực hiện trong
bào tương, tách biệt với nhân là nơi xảy ra phiên mã (tổng hợp ARN). Sự tách
rời hai quá trình về không gian và thời gian cho phép tế bào thực hiện thêm một
số phản ứng hóa học để “cải biến” phân tử m-ARN trên đường vận chuyển từ
nhân ra bào tương, trước khi nó được sử dụng làm khuôn để phiên dịch mã.
Nhờ vậy tế bào Eucaryot thực hiện được sự điều hòa thể hiện gen một cách tinh
vi hơn, thông qua hai giai đoạn phiên mã và phiên dịch mã.
 Trong bài này, chúng ta sẽ đi sâu mô tả cấu tạo và chức năng của từng thành phần
của nhân. Các thành phần đó bao gồm:





 Vỏ nhân, với hai lớp màng và khoang gian màng quanh nhân (khoang
quanh nhân), có nhiều chỗ tạo thành các lỗ hổng (lỗ nhân). Chức năng chủ yếu
của vỏ nhân là tạo thành hàng rào ngăn cách không cho các bào quan trong bào
tương lọt vào trong nhân, nhưng vẫn đảm bảo dòng vận chuyển và trao đổi vật
chất giữa nhân và bào tương một cách trật tự.
 Dịch nhân, bao gồm các chất tan và các đại phân tử (acid nucleic và
protein) ở các trạng thái ngưng tụ với nhau, có độ bắt màu kiềm cao, gọi là chất
nhiễm sắc. Chức năng chủ yếu của dịch nhân, hay đúng hơn là của các nhiễm
sắc thể chứa trong đó, là chứa đựng các thông tin di truyền và tạo ra các phiên
bản thông tin để gởi ra bào tương, quyết định thành phần protein đặc trưng sẽ

xây dựng nhiều cấu trúc và thực thi nhiều chức năng khác nhau của tế bào. Một
chức năng quan trọng khác của nhiễm sắc thể là truyền thông tin di truyền cho
các tế bào con trong quá trình phân chia tế bào, chức năng này sẽ được đề cập
trong một bài riêng (giảm phân).
 Hạch nhân hay nhân con, là khối hình cầu không có màng bao quanh
nhưng bắt màu đậm đặc hơn so với dịch nhân, có chức năng chủ yếu là tổng
hợp ARN của ribosom (r-ARN) và cũng là nơi hình thành các tiểu đơn vị
ribosom.










I. VỎ NHÂN VÀ SỰ VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT GIỮA NHÂN VÀ BÀO
TƯƠNG:
 Vỏ nhân (nuclear envelope) bao gồm
hai lớp màng, gọi là màng trong và màng
ngoài, như 2 mặt cầu đồng tâm bao bọc
lấy nhân. Giữa hai lớp màng là khoang
quanh nhân (perinuclear space).
 Màng ngoài nối với màng của lưới nội
bào hạt và cũng có nhiều ribosom bám
lên, giống như lưới nội bào hạt. Do đó,
màng ngoài nhân (và khoang quanh nhân)

cũng có chức năng thực hiện tổng hợp các protein đóng gói trong màng nội bào hoặc
chế tiết ra khoang gian bào (như lưới nội bào hạt). Khoang quanh nhân liên thông với
khoang chứa của lưới nội bào hạt. Trong quá trình phân chia tế bào, vỏ nhân dường
như tan biến nhưng thật ra được chuyển thành lưới nội bào hạt. Sau đó, vỏ nhân lại
được hình thành trở lại cũng từ các đoạn của lưới nội bào hạt.
 Về quan điểm tiến hóa, vỏ nhân cũng như lưới nội bào hạt có thể có nguồn gốc
chung từ các đoạn lõm vào của màng sinh chất. Ở tế bào Procaryot, có thể thấy màng
sinh chất lõm vào thành những cấu trúc gọi là mesosom. Nhiễm sắc thể của tế bào
Procaryot tập trung vào vùng thể nhân và cũng gắn với màng nhưng trong trường hợp
này là màng tế bào chứ không phải màng nhân.
 Vỏ nhân bị “dệt” vào giữa hai hệ thống mạng sợi. Từ phía ngoài bào tương, các
siêu sợi trung gian của bộ xương tế bào đan khắp bề mặt vỏ nhân. Còn từ phía trong,
màng trong của vỏ nhân được lớp một lớp mạng gọi là lamina, cấu tạo từ 3 loại protein
sợi (lamin). Qua các sợi này, màng trong liên kết với dị nhiễm sắc của nhiễm sắc thể.
Dị nhiễm sắc bao phủ gần như hết mặt trong vỏ nhân, nhưng lại chừa ra các khoảng
trống xung quanh lỗ nhân là nơi vận chuyển các chất qua lại giữa nhân và bào tương.
 Màng ngoài và màng trong có cấu trúc hóa học khác nhau. Nhưng ở nhiều chỗ,
chúng nối với nhau và chừa lại lỗ hổng không có màng, gọi là lỗ nhân (nuclear pore).





 Những lỗ hổng này
được lấp đầy bởi “phức hợp
lỗ nhân”, gồm nhiều phân

tử protein khác nhau, có
tổng khối lượng khoảng 50-
100 MD. Các protein này tạo thành các hạt có thể nhìn thấy được dưới kính hiển vi
điện tử. Trên sơ đồ, ta thấy phức hợp lỗ nhân như bông cúc 8 cánh, với 8 cánh xung
quanh và một hạt ở giữa. Mỗi cánh này thực ra gồm 3 hạt, phân bố thành 3 tầng.
Chúng lấp gần kín lỗ nhân, chỉ chừa lại một kênh dài khoảng 15 nm, rộng khoảng
9nm. Kênh này lại thường thấy bị nút kín bởi hạt trung tâm. Có lẽ hạt này là những
phức hợp đang được vận chuyển qua lỗ nhân.
 Lỗ nhân kiểm soát sự trao đổi chất giữa nhân và bào tương. Các phân tử nhỏ có
thể qua lại lỗ nhân khá dễ dàng. Chẳng hạn một protein có trọng lượng phân tử 17.000
Daltons sẽ cân bằng nồng độ giữa nhân và bào tương chỉ sau hai phút. Ngược lại
những hạt lớn như ribosom hoàn chỉnh thì không lọt qua lỗ nhân và bị giữ lại (ở bên
ngoài bào tương, chứ không lọt vào trong nhân). Tuy vậy, cũng không thể nói rằng lỗ
nhân có tác dụng như cái rây, tức là cấu trúc sàng lọc các hạt đi qua tùy theo kích
thước của hạt. Các tiểu đơn vị ribosom mặc dù kích thước vượt xa đường kính kênh
qua lỗ nhân, nhưng vẫn được nhân “xuất khẩu” ra bào tương một cách dễ dàng. Những
enzym có trọng lượng phân tử lớn như ADN- và ARN-polymeraz (riêng mỗi tiểu đơn
vị đã có trọng lượng phân tử 100.000 – 200.000 Daltons) cũng được nhân lấy từ bào





tương. Như vậy, sự vận chuyển các hạt lớn qua lỗ nhân phải kèm theo sự mở rộng
đường kính kênh. Cơ chế mở rộng đường kính kênh lỗ nhân ngày nay chưa thật rõ.
 Có các bằng chứng cho
thấy rằng phức hợp lỗ nhân
có chứa thụ thể nhận biết các
đại phân tử và hạt khác nhau.
Với các protein đã được tổng

hợp trong bào tương và cần
được nhập khẩu vào nhân, người ta đã xác định được rằng thụ thể nói trên tương tác
với một đoạn oligopeptid tín hiệu, chứa từ 4 đến 8 acid amin bao gồm prolin và các
gốc tích điện dương (lysin, arginin) được mã hóa trong thành phần cấu trúc bậc nhất
của các protein đó. Protein đoạn oligopeptid nói trên (ví dụ histon, protein ribosom,
tiểu đơn vị của ADN-polymeraz ) thì được thụ thể tiếp nhận và vận chuyển vào nhân,
còn các protein bào tương thì không chứa đoạn oligopeptid này, do đó chỉ nằm lại bên
ngoài bào tương. Quá trình mở rộng kênh cũng đòi hỏi tiêu thụ năng lượng ATP,
nhưng cơ chế chưa được biết rõ.
 Sự vận chuyển qua lại lỗ nhân
xảy ra khá mạnh mẽ, đặc biệt khi tế
bào có tổng hợp nhiều đại phân tử.
Ta hãy xem một con số ví dụ. Vỏ
nhân tế bào động vật chứa trung bình





3000 - 4000 lỗ nhân (khoảng 11 lỗ trên mỗi micromet vuông). Khi tổng hợp ADN,
nhân cần lấy từ bào tương khoảng 10
6
phân tử histon trong mỗi 3 phút, tính ra thì cứ
mỗi phút có 100 phân tử histon đi qua 1 lỗ nhân.
 Còn để tổng hợp protein, mỗi phút nhân phải xuất qua mỗi lỗ nhân trung bình là 3
tiểu đơn vị ribosom (mỗi tiểu đơn vị cũng chứa hàng chục phân tử protein và ARN).
II. CÁC TRẠNG THÁI NGƯNG TỤ CỦA ADN TRONG NHÂN
 Bộ gen của tế bào Eucaryot chứa nhiều nhiễm sắc thể, mỗi nhiễm sắc thể chứa một
phân tử ADN. Số lượng phân tử ADN trong mỗi bộ gen (mỗi nhân) bình thường là 2n
(n là số nguyên khác nhau phụ thuộc vào mỗi loài). Mỗi phân tử này ngưng tụ với

nhiều phân tử protein khác nhau trong đó protein kiềm (histon) chiếm tỷ lệ đa số. Khi
tế bào phân chia, trạng thái ngưng tụ giữa ADN với protein sẽ đậm đặc nhất, khiến cho
nhiễm sắc thể có thể nhìn thấy được dễ dàng dưới kính hiển vi quang học. Ở người, có
2n = 46 nhiễm sắc thể, tức là mỗi nhân tế bào bình thường chứa 46 phân tử ADN. Mỗi
phân tử này chứa từ 50Mb đến 250Mb (Megabaz = 1 triệu cặp baz nitơ). Nếu các phân
tử này duỗi ra hoàn toàn dưới dạng chuỗi xoắn kép Watson-Crick, thì sẽ có chiều dài
lý thuyết từ 1,7 đến 8,5 cm. Rõ ràng là chuỗi xoắn kép dài như vậy không thể chứa vừa
trong nhân và rất dễ dàng bị đứt gãy. Trong thực tế thì ngay cả ở nhân gian kỳ, khi
nhiễm sắc thể ở trạng thái phân tán, phân tử ADN vẫn không bị duỗi ra hoàn toàn, mà
được đóng gói (ngưng tụ) vào các cấu trúc xoắn khác nhau. Sự ngưng tụ này thực hiện
được nhờ có sự liên kết của ADN với nhiều loại protein khác nhau, trong đó chủ yếu là





các protein kiềm (histon). Chất nhiễm sắc (chromatin)
tồn tại dưới dạng chất dịch bắt màu kiềm trong nhân
tế bào gian kỳ chính là hỗn hợp giữa ADN với các
protein nói trên (gọi chung là protein nhiễm sắc thể).
Nhiễm sắc thể Eucaryot ở trạng thái phân tán chất vẫn
duy trì mức độ ngưng tụ nhất định thành các cấu trúc
hạt và sợi mảnh.
1. Nucleosom và sợi 10 nm:
 Ở trạng thái ngưng tụ ít nhất, nhiễm sắc thể có thể
nhìn thấy được dưới kính hiển vi điện tử dưới dạng
sợi mảnh có kích thước (bề dày) 10 nm.
 Dưới KHVĐT, sợi này trông như một chuỗi
cườm, gồm các hạt nhỏ đường kính khoảng 10nm nối với nhau bằng sợi ADN. Hạt
nhỏ nói trên gọi là nucleosom. Nucleosom là đơn vị cấu trúc cơ bản của phức hợp

ADN-histon.
 Trong mỗi nucleosom, có 8 phân tử histon gồm 4 loại, ký hiệu H
2A
, H
2B
, H
3
và H
4
,
mỗi loại 2 phân tử. Mỗi phân tử histon chứa từ 107 đến 135 gốc acid amin, tức là
thuộc loại protein phân tử lượng tương đối nhỏ. Histon có tính kiềm cao, vì có nhiều
các gốc acid amin như Lysin, Arginin tích điện dương. Tám phân tử histon được xếp





thành phức hợp lõi (octamer), có thể phân ly thành hai nửa (tetramer). Phức hợp lõi có
đoạn ADN dài 146b cuốn khoảng hai vòng bên ngoài, được gọi là nucleosom. Đó là
một hạt khá dẹt có đường kính 11nm. Sợi ADN nối giữa 2 nucleosom kế tiếp dài
chừng vài chục bazơ nitơ được gọi là ADN nối (linker ADN). Tổng cộng hai vòng
ADN cuốn quanh lõi histon và đoạn ADN nối tạo thành một chu kỳ lập lại của các
nucleosom trên ADN, dài vào khoảng 200b. Như vậy, một gen cỡ trung bình dài
chừng 10kb sẽ chứa khoảng 50 nucleosom. Bên ngoài mỗi nucleosom có thể có thêm
một phân tử histon (H
1
) được gắn một cách lỏng lẻo (dễ phân ly). Sự liên kết đồng thời
các phân tử histon H
1

vào các nucleosom làm cho sợi 10nm ngưng tụ chặt hơn.
 Các histon lõi gắn rất chặt với ADN, ngay cả trong quá trình sao chép mã, cấu trúc
nucleosom của nhiễm sắc thể vẫn không bị phân ly hoàn toàn.
 Người ta cho rằng khi tổng hợp ARN trên khuôn ADN, enzyn ARN-polymeraza
chạy đến nucleosom nào thì lõi histon của nucleosom đó có thể phân ly tạm thời thành
2 mảnh để cho enzym “làm việc”. Cơ chế “mở để làm việc tạm thời” đối các
nucleosom có tính chất rất bảo tồn, không thay đổi trong suốt lịch sử tiến hóa của
Eucaryot, do đó cấu trúc bậc nhất của các histon hầu như không có thay đổi nhiều giữa
các loài.
2. Sợi nhiễm sắc 30nm:





 Histon H
1
liên kết vào mỗi nucleosom khiến cho sợi 10nm bị ngưng tụ chặt chẽ
hơn và có thể hình thành một sợi lớn hơn, gọi là sợi nhiễm sắc 30nm. Mô hình cấu tạo
trình bày trên hình, trong đó ta thấy sợi 10nm tạo thành một chuỗi xoắn (solenoid) có
bề ngang chừng 30nm.
 Trong nhiễm sắc thể có những đoạn ADN tương đối dài không liên kết với histon
và không ngưng tụ thành nucleosom. Các đoạn này rất nhạy cảm với ADN-aza. Phần
lớn chúng nằm trong những vùng điều hòa gen. Tế bào càng có bộ gen hoạt động
(nhiều gen mở) thì càng chứa nhiều đoạn như vậy. Tại đây, histon bị thay thế bằng các
protein khác như protein acid, các protein HMG (High Mobility Group - nhóm protein
có độ linh động cao). Trên sợi 30nm, ta thấy có những đoạn ngắt quãng, đó chính là
các đoạn ADN liên kết với các protein nói trên. Liên kết giữa ADN với các loại
protein khác lỏng lẽo hơn nhiều so với liên kết ADN-histon, do đó ADN tại vùng điều
hòa gen ở trạng thái “mở” hơn

đối với sự tiếp cận của enzym
ARN-polymeraz cũng như
ADN-aza.
3. Ngưng tụ cấp cao
hơn:
 Sau khi ngưng kết thành sợi
30nm, phân tử ADN có thể xếp





gọn lại với độ dài còn chừng 0,1cm. Tuy nhiên, chiều dài này vẫn còn lớn gấp khoảng
100 lần đường kính của nhân. Trong thực tế, trên các nhiễm sắc thể của nhân gian kỳ,
phần lớn các sợi nhiễm sắc 30 nm còn ngưng tụ tiếp tục thành các sợi nhiễm sắc có
kích thước chừng 100nm (bề dày). Tuy nhiên, mô hình của cấu trúc này còn chưa rõ.
 Đối với nhân của tế bào đang phân chia, nhiễm sắc có thể được ngưng tụ một cách
đậm đặc nhất. Sợi 30nm uốn lượn thành các vòng, mỗi vòng chứa chừng 20-100kb.
Một dãy các vòng đó được nối với nhau bởi một trục protein. Dãy vòng này có bề dày
chừng 300nm, chúng có thể gấp lại ở những đoạn nhất định và xếp thành cấu trúc cao
hơn nữa (700nm). Cấu trúc 700nm ngưng tụ vào nhiễm sắc thể của nhân gián phân, ở
trung kỳ nhiễm sắc thể này có bề rộng cỡ 1400nm và chỉ dài vài micromet (10
-6
m). So
với chiều dài lý thuyết của ADN ở trạng thái duỗi hoàn toàn (1cm = 10
-2
m), kích thước
nói trên được thu gọn cỡ 10000 lần với một trật tự hoàn hảo.
4. Sự thể hiện gen:
 Sự thể hiện gen chính là một trong hai chức năng chính yếu nhất của nhiễm sắc

thể. Chức năng thứ hai - tự sao chép và di truyền cho các tế bào con, sẽ đề cập trong
các bài riêng biệt. Trong bài này, sẽ xem xét chức năng thể hiện gen, hay đúng hơn là
giai đoạn đầu của nó được thực hiện trong nhân.
 Gen là một đoạn trong phân tử ADN của nhiễm sắc thể, mã hóa cho một
polypeptid hay một phân tử ARN. Sự thể hiện của một gen là sự tạo ra các phân tử do





nó mã hóa cấu trúc. Trong quá trình đó, thông tin di truyền chứa trong ADN được
truyền sang phân tử ARN hay protein. Quá trình này thực hiện tuân theo Định đề
trung tâm của sinh học phân tử.



 Dòng thông tin di truyền đi từ ADN đến protein qua hai giai đoạn:
 Phiên mã (sao chép mã, transcription): tổng hợp ARN trên ADN. Thứ tự
nucleotid của ARN mới được tổng hợp là do thứ tự nucleotid trên ADN qui định.
 Phiên dịch mã (dịch mã, translation): tổng hợp protein trên ARN. Với tế bào
Eucaryot, giai đoạn này xảy ra ngoài bào tương. Thứ tự của acid amin của
polypeptid mới tổng hợp là do thứ tự các nucleotid trên mARN quy định.
 Trong tế bào Eucaryot, sự thể hiện gen được kiểm soát trên cả hai cấp phiên mã và
phiên dịch mã. Sự phiên dịch mã sẽ được đề cập trong một bài riêng biệt. Trong bài
này, chúng ta hãy xem xét sự thể hiện gen qua phiên mã.
Dạng cơ bản:
ADN ARN protein

Dạng đầy đủ:
ADN ARN protein

 Tế bào Eucaryot có số lượng ADN dư thừa nhiều so với số lượng gen của nó. Chỉ
có vài phần trăm ADN của nhiễm sắc thể là tạo thành các gen. Có thể tưởng tượng gen
như những hòn đảo thông tin trong đại dương bao la gồm rất nhiều đoạn ADN “vô
nghĩa” của nhiễm sắc thể. Nhưng ngay cả đối với các đoạn ADN-gen này, cũng chỉ có
một phần nhỏ (khoảng 10%) là được phiên mã. Hoạt động phiên mã thường chỉ xảy ra
trên những đoạn ADN ngưng tụ lỏng lẻo ở vùng đồng nhiễm sắc.
a. Đồng nhiễm sắc và dị nhiễm sắc
 Dưới kính hiển vi quang học, tùy theo mức độ bắt màu kiềm ít hay nhiều mà chất
nhiễm sắc được phân biệt thành đồng nhiễm sắc và dị nhiễm sắc. Dị nhiễm sắc
(heterochromatin) là vùng có cấu trúc ngưng tụ đậm đặc (bắt màu rõ) ngay cả khi tế
bào không phân chia (gian kỳ). Dị nhiễm sắc bao gồm dị nhiễm sắc vĩnh viễn và dị
nhiễm sắc tạm thời.
 Dị nhiễm sắc vĩnh viễn (constitutive heterochromatin) là những đoạn nhiễm sắc
thể ngưng tụ đậm đặc ở mọi loại tế bào trong cơ thể. Phần lớn những đoạn này bao
gồm ADN có chuỗi nucleotid lặp đi lặp lại một cách đơn giản (ADN đồng hành =
satellite DNA). Chúng tạo thành tâm nhiễm sắc thể, tức là vị trí mà khi tế bào phân
chia, nhiễm sắc thể sẽ gắn với siêu ống của thoi nhiễm sắc. Dĩ nhiên, mỗi nhiễm sắc
thể bình thường chỉ có một tâm.





 Dị nhiễm sắc tạm thời (facultative heterochromatin) là những đoạn nhiễm sắc
thể chỉ ngưng tụ ở một số tế bào trong cơ thể, hoặc là ở những giai đoạn nào đó của

sự biệt hóa tế bào. Chúng cũng không được phiên mã, mặc dù ADN ở đây không
phải là những chuỗi lặp lại đơn giản mà có thể chứa các gen thực thụ. Tế bào càng
biệt hóa thì tỷ lệ dị nhiễm sắc tạm thời càng lớn; hay nói cách khác càng có nhiều
gen bị khóa lại, không được thể hiện nữa. Nhiễm sắc thể X ở phụ nữ là một trường
hợp đặc biệt mà tất cả các gen của nó bị khóa trong trạng thái dị nhiễm sắc tạm thời.
 Đồng nhiễm sắc (euchromatin) là phần còn lại của nhiễm sắc thể, nơi có chất
nhiễm sắc ngưng tụ lỏng lẻo hơn, bắt màu kém hơn. Đồng nhiễm sắc cũng có thể chứa
một số ADN không hoạt động phiên mã. Nhưng tất cả các đoạn ADN nào trên nhiễm
sắc thể có phiên mã thì đều phải nằm ở trạng thái đồng nhiễm sắc. Ở tế bào người và
các động vật có xương sống, các gen có phiên mã thường chiếm chừng 1/10 tổng số bộ
gen. Ngay cả khi tế bào đang phân chia, nhiễm sắc thể ngưng tụ đậm đặc vẫn còn chứa
những vùng chất nhiễm sắc hoạt động, vẫn nhạy cảm với tác dụng phân hủy của ADN-
aza. Điều này chứng tỏ ADN ở đây liên kết lỏng lẻo hơn với histon.
 Tại vùng chất nhiễm sắc hoạt động phiên mã, thành phần protein có các đặc điểm
khác với ở vùng không hoạt động:
 Histon H
1
phân ly khỏi sợi 10 nm.





 Các histon khác bị khử bớt điện tích dương, do được gắn thêm các gốc acetyl và
gốc phosphoryl (acid) vào chuỗi bên của các gốc acid amin kiềm (ví dụ lysin). Do
vậy, lực hút tĩnh điện giữa các histon (bazơ) với các gốc phosphat (acid) của ADN
bị giảm đi:
 Histon H
2A
bị thay thế bằng một tiểu phần phụ có cấu trúc bậc nhất khác với

histon H
2A
thông thường.
 Sự có mặt của các protein thuộc nhóm rất linh động (HMG protein).
 Phiên mã (DNA transcription) là quá trình tổng hợp ARN trên khuôn AND nhờ
các ARN-polymeraz khác nhau, trong đó thứ tự chuỗi polydeoxyribonucleotid được
sao chép thành thứ tự chuỗi polyribonucleotid.
 Khác với tế bào Procaryot chỉ có một loại ARN-polymeraz làm nhiệm vụ tổng hợp
mọi loại ARN, tế bào Eucaryot có 3 loại ARN-aza khác nhau, phiên mã các nhóm gen
khác nhau:
 ARN-polymeraz I, tổng hợp các r-ARN lớn
 ARN-polymeraz II, tổng hợp các m-ARN
 ARN- polymeraz III, tổng hợp các phân tử ARN nhỏ như t-ARN và 5S-r-ARN





 Các polymeraz này, cũng như ARN-polymeraz của Procaryot, đều là những phức
hợp lớn (trọng lượng phân tử trên 500 kDalton), gồm nhiều chuỗi polypeptid khác
nhau. Trong cấu trúc bậc nhất của các polypeptid này có nhiều đoạn tương đồng. Sự
tổng hợp phân tử ARN trong mọi trường hợp đều bắt đầu từ đầu 5’
 Ba loại polymeraz của Eucaryot có thể phân biệt tùy theo độ nhạy cảm của chúng
với alcaloid -amanitin. ARN-polymeraz II rất nhạy cảm, ARN-polymeraz I khá nhạy
cảm, còn ARN-polymeraz III ít nhạy cảm nhất với -amanitin. Để dễ nhớ, có thể
nhận xét rằng sản phẩm ARN tổng hợp ra càng dài thì enzym của quá trình tổng hợp
càng nhạy cảm với -amanitin. Trước hết, ta hãy xem xét quá trình tổng hợp loại gen
dài nhất, tức là gen của m-ARN, do ARN-polymeraz II thực hiện.
b. Tổng hợp m-ARN:
 Phân tử m-ARN ở tế bào Eycaryot được tổng hợp với những đặc điểm khác với ở

Procaryot:
 Được tổng hợp dưới dạng phân tử tiền m-ARN (hn-RNA = heterogeneous
nuclear RNA = ARN dị thuần nhất trong nhân) dài hơn nhiều so với m-ARN
“chín”.
 Tiền m-ARN trải qua nhiều cải biến hóa học và sẽ được cắt ngắn đi





 m-ARN không được phiên dịch mã ngay mà còn phải chuyển ra bào tương
 Sự tổng hợp được tiến hành trên ADN gắn với histon, và do ARN-polymeraz II
xúc tác.
 Nhiều phân tử ARN-polymeraz II có thể cùng đồng thời hoạt động trên một đơn vị
phiên mã. Đơn vị phiên mã (transcription unit) là một đoạn của phân tử ADN, bắt màu
bằng chuỗi nucleotid mang tín hiệu khởi phát, và kết thúc bằng chuỗi nucleotid tín
hiệu kết thúc quá trình tổng hợp ARN. Mỗi đơn vị phiên mã thường là một gen. ARN-
polymeraz đậu trên chuỗi nucleotid mang tín hiệu khởi phát với sự tham gia của một
số protein (yếu tố khởi phát).
 Trong quá trình tổng hợp
ARN, khi toàn bộ phức hợp
chuyển dịch gần về phía chuỗi tín
hiệu kết thúc thì tiền m-ARN
thông tin càng được kéo dài ra. Do
vậy, trên ảnh hiển vi điện tử, ta có
thể thấy một cấu trúc giống như
cây thông noel, với các cành là các
phân tử tiền m-ARN đang kéo dài.

 Phân tử tiền m-ARN sau khi tổng hợp, hay đúng hơn là ngay trong khi đang được
tổng hợp dở dang, đã chịu nhiều biến đổi hóa học. Ở trạng thái “chín”, khi đã chuyển
ra bào tương, m-ARN khác nhiều so với phân tử tiền thân của nó:
 Ngay trong khi được tổng hợp, tiền m-ARN được bao bọc bởi các protein và
các phức hợp của protein với các phân tử ARN nhỏ, cỡ dưới 250b. Các protein này
tạo thành một lớp vỏ bảo vệ tiền m-ARN khỏi bị phân hủy, đồng thời cũng qui định
luôn quá trình cải biến hóa học tiếp theo của tiền m-ARN.
 Đầu 5’ của tiền m-ARN được tổng hợp trước. Khi vừa được tổng hợp, nó liền
được gắn thêm gốc methyl-guanin (MetG). Gốc này có tác dụng như một chiếc mũ
bảo vệ cho tiền m-ARN khỏi bị phân hủy. Sau này, khi m-ARN được chuyển ra bào
tương, MetG cũng tham gia vào quá trình khởi phát phiên dịch mã.
 Đuôi 3’ của tiền m-ARN được tổng hợp sau cùng, khi ARN-polymeraz II chạy
đến đoạn tín hiệu kết thúc đơn vị phiên mã. Ở cách đuôi 3’ chừng 10-30b, có chuỗi
thứ tự AAUAAA. Chuỗi này là tín hiệu để các enzym đặc hiệu tiến đến, cắt bỏ khúc
đuôi 10-30b nói trên, và liền sau đó nối thêm một đoạn 100-200 gốc adenyl. Đoạn
polyA này được tổng hợp nhờ enzym polyA-polymeraz hoạt động không có khuôn
ADN.
 Phân tử tiền m-ARN mới tổng hợp có độ dài xấp xỉ độ dài của đơn vị phiên mã
(trung bình 8kb, nhưng có thể tới hàng chục hay hàng trăm kb). So với chiều dài của





m-ARN cần thiết cho việc mã hóa một protein (trung bình chứa 400 gốc acid amin, tức
chỉ cần 1,2kb m-ARN để mã hóa), rõ ràng tiền m-ARN còn thừa rất nhiều. Vấn đề đặt

ra là nó phải được cắt ngắn bớt trước khi chuyển ra bào tương để thực hiện chức năng
phiên dịch mã. Như trên ta thấy, tiền m-ARN được gắn thêm đầu MetG và thêm đuôi
polyA có tác dụng bảo vệ, như vậy sự cắt ngắn phải xảy ra từ giữa phân tử mà không
phải từ hai đầu tận cùng.
 Các đoạn tiền m-ARN bị cắt bỏ được gọi là intron (in = bên trong, nằm lại nhân).
Những đoạn còn lại (sẽ vận chuyển ra bào tương) gọi là exon (ex = ngoài, ra khỏi
nhân). Exon là những đoạn mã hóa cho chuỗi polypeptid trong quá trình phiên dịch
mã. Intron và exon cũng dùng để gọi tên các đoạn ADN trên gen tương ứng với các
đoạn tiền m-ARN toàn vẹn khi intron bị cắt bỏ, các đầu mút của các exon phải được
nối lại với nhau. Quá trình này được thực hiện nhờ sự uốn vòng của các intron.
 Vòng intron tương tác và gắn với một phức hợp ribonucleoprotein lớn, gọi là thể
cắt nối (spliceosome). Sự cắt đoạn intron xảy ra gần như đồng thời với sự nối gắn đầu
nút 3’ (donor) của exon này với đầu mút 5’ (aceptor) của exon kế tiếp.
 Rõ ràng, để đảm bảo thông tin di truyền không bị lệch lạc trong quá trình cắt nối
nói trên, phải có sự nhận biết chính xác các đầu mút của các exon kế tiếp nhau. Sự
nhận biết này được thực hiện nhờ thể cắt nối. Người ta cho rằng thể cắt nối có thể chứa
các đoạn ARN tạo liên kết bổ xung với những đoạn chuỗi nucleotid đặc hiệu trên cấu
trúc bậc nhất của tiền m-ARN (các đoạn đầu mút của các exon kế tiếp).





 Intron bị cắt ra sẽ cùng với thể cắt nối phân ly khỏi tiền m-ARN, sau đó bị phân rã
trong dịch nhân.
 Nhờ có cơ chế cắt bỏ intron và nối exon với nhau thành chuỗi m-ARN chính thức,
cùng một đơn vị phiên mã (một gen) có thể được sử lý khác nhau để tạo thành các m-
ARN có thành phần exon khác nhau. Như vậy, một gen có thể điều khiển tổng hợp ra
các protein khác nhau. Lý thuyết một gen - một protein do Jacob và Monod đưa ra có
thể đúng với Procaryot, nhưng lại không đúng với Eucaryot! Nhờ đó, tế bào Eucaryot

đạt được sự linh hoạt (mềm dẻo) tối đa về phương diện thể hiện thông tin di truyền.
c. Tổng hợp r-ARN và t-ARN:
 Nếu như sự thể hiện gen của protein được tiếp diễn qua hai giai đoạn (phiên mã -
phiên dịch mã), trong đó qua phiên mã, một phiên bản gen tổng hợp ra nhiều phiên bản
m-ARN và qua phiên dịch mã một phiên bản m-ARN lại tiếp tục tạo ra nhiều phiên
bản protein nữa, thì đối với gen r-ARN và t-ARN, sự thể hiện chỉ qua một giai đoạn.
Do đó mỗi gen trong trường hợp này chỉ điều khiển tổng hợp một số lượng tương đối
ít sản phẩm. Để gia tăng số lượng sản phẩm của sự thể hiện gen, các gen này tồn tại
trong nhiễm sắc thể dưới dạng nhiều phiên bản trùng lặp, giống hệt nhau. Hiện tượng
này xảy ra cả ở tế bào Procaryot. Ví dụ, nhiễm sắc thể của E. coli chứa 7 phiên bản
gen r-ARN. Nhưng với Eucaryot, sự dồi dào về số lượng ADN trong mỗi tế bào cho
phép tăng số phiên bản lên hàng trăm. Các phiên bản này được gọi là các gen lặp
(tandem gene), chúng nằm thành chuỗi kế tiếp nhau trên nhiễm sắc thể như thể các vận





động viên, mỗi người tác động lên một cơ chế truyền động riêng (bàn đạp, đùi đĩa,
xích) nhưng đều cùng hợp lực đẩy một cỗ xe tandem. Các gen lặp cách nhau bởi đoạn
ADN ngắt câu (không phiên mã). Chuỗi các gen lặp của r-ARN có thể nằm trên nhiều
nhiễm sắc thể khác nhau, trong các miền gọi là miền tổ chức hạt nhân của nhiễm sắc
thể. Các gen này tiến hóa song hành với nhau, theo một cơ chế bảo tồn sao cho các
phiên bản luôn luôn giống hệt nhau.
 Gen của 5S-r-ARN và các gen t-ARN tương đối ngắn và được phiên âm mã bởi
ARN-polymeraz III. Còn 3 r-ARN còn lại thì có chung một đơn vị phiên mã, do ARN-
polymeraz I điều khiển quá trình tổng hợp. ARN-polymeraz I điều khiển tổng hợp ra
tiền r-ARN 45S (13kb). Phân tử 45S này liên kết với các phức hợp protein trong hạch
nhân, sau đó được cắt lượt một số đoạn. Các đoạn còn lại (18S, 5, 8S, 28S) kết hợp với
r-protein và 5S ARN để lắp ráp nên các tiểu đơn vị ribisom. Quá trình này, cũng như

quá trình lắp ráp tiểu đơn vị ribosom, diễn ra trong hạch nhân.
III. HẠCH NHÂN:
 Hạch nhân hay nhân con (nucleolus) ở tế bào gian kỳ là một khối cầu nằm trong
nhân không có màng bao bọc, bắt màu đậm đặc hơn dịch nhân xung quanh. Tế bào ở
trạng thái ít hoạt động thì hạch nhân rất nhỏ. Tế bào tổng hợp nhiều protein thì hạch
nhân lớn hơn, có khi chiếm đến 1/4 thể tích nhân. Thành phần của nó gồm 3 vùng
phân biệt được dưới kính hiển vi điện tử:





 Tâm sợi, bắt màu nhạt, chứa ADN
 Thành phần sợi, bắt màu đậm, chứa các phân tử r-ARN đang tổng hợp dở
 Thành phần hạt, bắt màu nhạt hơn, chứa các hạt tiền ribosom đang được lắp ráp
từ rARN và r-protein.
 Khi tế bào phân chia, hạch nhân tan biến ở trung kỳ và xuất hiện trở lại ở mạt kỳ
dưới dạng nhiều hạch nhân nhỏ. Ở người, có thể thấy 10 hạch nhân nhỏ. Các hạch
nhân nhỏ này sau đó kết hợp với nhau, cuối cùng chỉ còn lại một hạch nhân lớn.
 Hạch nhân hình thành từ các miền tổ chức hạch nhân của các nhiễn sắc thể. Ở
người, có 10 nhiễm sắc thể chứa miền tổ chức hạch nhân. Mỗi miền tổ chức hạch nhân
chính là một đoạn nhiễm sắc thể chứa chuỗi các gen lặp của r-ARN 45S. Mười nhiễm
sắc thể này phân tán khắp dịch nhân gian kỳ, nhưng các đoạn chứa chuỗi các gen lặp
đó thì luôn có xu hướng gắn với nhau vào chung một khối, tức là hạch nhân.
 Như vậy, hạch nhân là nơi tập trung các đoạn ADN (có thể của nhiều sắc thể khác
nhau) chứa các gen lặp đang thực hiện việc tổng hợp r-ARN, với rất nhiều phân tử r-
ARN còn đang tổng hợp dở hoặc vừa tổng hợp xong đã lập tức được gắn với các
protein của ribosom (r-protein), tạo thành các tiểu đơn vị ribosom trước khi các hạt
này được vận chuyển ra bào tương.

CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ:
1. Hạch nhân có các tính chất sau đây, TRỪ MỘT:
A. Tập trung các gen lắp ráp của r-ARN
B. Chứa các hạt tiền ribosom
C. Chứa các r-ARN đang tổng hợp
D. Chứa DNA
E. Chứa các m-ARN
2. Các chất sau đây được vận chuyển qua lỗ nhân theo chiều từ trong ra ngoài:
A. Men DNA-polymeraz
B. Men ARN-polymeraz
C. Tiểu đơn vị ribosom
D. Ribosom





E. Không câu nào kể trên
3. Dị nhiễm sắc (heterochromatine) có các đặc điểm sau, TRỪ MỘT:
A. Là vùng có cấu trúc ngưng tụ đậm đặc.
B. Có thể ngưng tụ đậm đặc ở mọi loại tế bào trong cơ thể
C. Có thể tạo thành tâm nhiễm sắc thể
D. Nơi có chất nhiễm sắc ngưng tụ lỏng lẻo, bắt màu kém
E. Chứa nhiều gen bị khoá lại
4. Lỗ nhân có các tính chất sau, TRỪ MỘT:
A. Kiểm soát sự trao đổi chất giữa nhân và bào tương

B. Các phân tử nhỏ có thể qua lại lỗ nhân khá dễ dàng
C. Có tác dụng sàng lọc các hạt đi qua tùy theo kích thước của hạt
D. Các tiểu đơn vị ribosom được xuất khẩu qua lỗ nhân dễ dàng