Giáo trình Vi sinh vật học part 8 doc

187
chroococcum và A. beijerinck khoảng 5,5; đối với A. marocytoges là
khoảng 4,6.
Phần lớn Azotobacter chỉ phát triển ở pH lớn hơn 6, vì vậy ít gặp
chúng ở đất chua. Cũng có thể phân lập được một số chủng từ đất chua
nhưng các chủng này thường đã mất khả năng cố định N phân tử.
e. Phân đạm
Trong đất Azotobacter có khả năng đồng hoá các chất dinh dưỡng
từ môi trường. Nguồn N đối với Azotobacter không phải chỉ là N phân tử
mà còn là muối amon, nitrat, amino acid. Tuỳ thuộc vào nồng độ của các
hợp chất chứa N có trong môi trường mà quá trình cố định N sẽ bị ức chế
nhiều hay ít .
g. Phân lân.
Phốt pho rất cần cho quá trình cố định N của Azotobacter chỉ bắt
đầu xảy ra khi nồng độ PO
4
3-
đạt đến 4 mg trong 100 ml môi trường.
Ngược lại khi nồng độ PO
4
3-
đạt tới 800 mg trong 100 ml quá trình cố định
N sẽ bắt đầu ngừng lại. Sự mẩn cảm mạnh mẽ của Azotobacter với phốt
pho cho phép người ta sử dụng chúng như loại vi khuẩn chỉ thị để xác định
nhu cầu về phospho của đất.
h. Phân kali.
Sự phát triển của Azotobacter rất cần đến kali, nhưng với lượng
nhỏ. Nếu đưa vào môi trường một lượng muối kali quá dư thừa chúng sẽ
làm ức chế sự phát triển của Azotobacter, có thể tác hại này là do gốc
anion của muối này gây ra.

i. Canxi.
Canxi ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của Azotobacter. Khi thiếu
canxi tế bào Azotobacter sẽ tạo thành nhiều không bào ảnh hưởng xấu đối
với việc tổng hợp ATP và sự tạo thành các polyphotphat.
Những điều tra ở Việt Nam cho thấy trong đất có lượng chứa CaO
cao hơn 0,4% luôn có mặt một số lượng lớn các tế bào Azotobacter. Hầu
như không phát triển trong mẫu đất có có lượng chứa CaO dưới 0,25%
(Nguyễn Lân Dũng 1965)
Riêng đối với A.chroococcum nồng độ CaCl
2

,
thích hợp nhất là
0,01% ,nếu cao hơn sẽ ảnh hưởng không tốt đối với hoạt động cố định N
của chúng. Có tác giả đã dùng A. chroococum như là loài vi khuẩn chỉ thị
để xác định nhu cầu về vôi của đất, nguyên tố Mg được Azotobacter đòi
hỏi với số lượng cao hơn sắt khoảng 10 lần .

188
Cùng với nguyên tố đại lượng, các nguyên tố vi lượng cũng cần
thiết đối với Azotobacter, đáng chú ý hơn cả là molybden, bo(Bo),
mangan(Mn)
k. Các nhân tố sinh học
Sự phát triển và cố định N của Azotobacter trong đất còn chịu ảnh
hưởng mật thiết của khu hệ các sinh vật đất. Bên cạnh các nhóm vi sinh
vật có ảnh hưởng tốt còn có nhiều nhóm có khả năng ức chế sự phát triển
của Azotobacter .
Đã có nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến mối quan hệ gữa
Azotobacter với cây trồng với số lượng cao hơn nhiều so với ngoài vùng
rễ .

Một số chủng A.chroococum có khả năng sinh ra một số chất
chống nấm có tác dụng khá rộng (ức chế Aspergillus, Penicillium,
Fusarium, Alternaria …)
1.6. Tình hình nghiên cứu ứng dụng Azotobacter.
Trong nhiều năm, ở nhiều nước khác nhau ,người ta đã sản xuất ở
quy mô công nghiệp hoặc thủ công nghiệp những chế phẩm Azotobacter
và gọi là azotobacterin. Đó là những dịch nuôi cấy Azotobacter được hấp
thụ vào than bùn hoặc các loại đất giàu chất hữu cơ đã trung hoà và bổ
sung thêm một ít phân phospho, kali…
Khác với nitragin, azotobacterin khi dùng để bón cho cây trồng
thường đưa đến những hiệu quả không lớn và không ổn định (nếu có làm
tăng sản lượng thường cũng không tăng quá 10% so với đối chứng ).
Đa số các tác giả cho rằng hiệu quả của việc sử dụng azotobacterin
chỉ tương đối với các đất giàu chất hữu cơ hoặc trong trường hợp được
bón thêm nhiều phân khoáng. Có lẽ tác dụng chủ yếu của chúng không
phải ở khía cạnh cố định N mà là ở khía cạnh tổng hợp các chất hoạt động
sinh học có tác dụng kích thích sinh trưởng của cây trồng .
Ở Việt Nam, việc sản xuất và sử dụng chế phẩm azotobacterin chỉ
đặt ra trong những điều kiện thâm canh có khả năng dồi dào về phân bón,
cần bón vôi và bón phân lân để làm tăng số lượng Azotobacter trong đất.
Azotobacterin chỉ có tác dụng tương đối rõ đối với các loại đất
giàu chất hữu cơ hoặc trong trường hợp được bón thêm nhiều chất
khóang.Có lẽ tác dụng chủ yếu của chúng không phải ở khía cạnh cố định
N mà là ở khía cạnh tổng hợp các chất hoạt động sinh học có tác dụng
kích thích sự sinh trưởng của cây trồng .
a. Các phương pháp tạo chế phẩm Azotobacter

189
* Dạng môi trường thạch nghiêng
Chuẩn bị môi trường thạch nghiêng

Thành phần môi trường (g/l):Glucose-20; K
2
HPO
4.
3H
2
O
-
0,2;
MgSO
4
.7H
2
O -0,2; NaCl- 0,2; K
2
SO
4
-0,1; CaCO
3
-5,0; H
2
0 -1 lít ;Thạch -
20 pH: 6,5-7.
Chuẩn bị giống Azotobacter :Các ống giống đã được phân lập và
tuyển chọn từ trước.
Tạo chế phẩm: Cấy truyền giống vi khuẩn Azotobacter từ giống
gốc vào những ống nghiệm thạch nghiêng. Ủ ấm ở nhiệt độ: 28-30 C
trong thời gian 2-6 ngày, loại bỏ những ống bị nhiễm vi sinh vật khác ta
thu được chủng Azotobacter thuần khiết.
0

* Dạng dịch thể



Chuẩn bị môi trường dịch thể
Thành phần môi trường (g/l):
Glucose 20
K
2
HPO
4.
3H
2
O 0,2
MgSO
4.
7H
2
O 0,2
NaCl 0,2
K
2
SO
4
0,1
CaCO
3
5,0
H
2

O 1 lít
pH 6,5-7
Chuẩn bị giống vi khuẩn Azotobacter :
Lấy 5-10 ml môi trường dịch thể (Có thành phần như trên không
có thạch) đã khử trùng cho vào mỗi ống nghiệm
φ
14 5ml
Dùng que cấy gạt nhẹ, đưa dịch vi khuẩn vào bình nón (250-
500ml) đựng 150ml môi trường và nuôi chúng trên máy lắc(220 dao
động/phút) .
Khi khi dịch nuôi đạt mật độ 10
9
tế bào/ml thì có thể đem sử dụng
* Dạng bột
Nuôi cấy giống vi khuẩn
Nhân giống
Hâp thụ giống vào chất mang vi khuẩn
Điểm quan trọng cua phương pháp này là lựa chọn chất mang vi
khuẩn, chất mang vi khuẩn phải đạt yêu cầu thích hợp vớ sự tồn tại của
Azotobacter trong quá trình bảo quản và độ sống sót trên hạt giống khi
được tẩm vào, chất mang vi khuẩn có thể là than bùn, đất bột giàu chất
hữu cơ, có nơi sử dụng cả trấu, bã bia làm chất mang vi khuẩn

190
Ngày nay chất mang vi khuẩn được sử dụng bởi than bùn thích hơp
trong việc sử dụng chế phẩm vi khuẩn nói chung và chế phẩm Azotobacter
nói riêng. Ngoài đặc tính của than bùn là không độc, có tính hấp thụ cao,
giữ nước tốt , nó còn là nguyên liệu rẻ tiền sẳn có ở nhiều nơi.
1.2. Clostridium pasteurianum và một số VSV cố định N khác
C.pasteurianum là trực khuẩn kị khí bắt buộc, có bào tử, bào tử nằm

ở giữa làm tế bào phình lên như hình thoi.
C. pasteurianum là một loại vi khuẩn butyric, chúng có thể sử dụng
các hydratcarbon thông thường và làm lên men suinh ra acid butyric,
acetic, CO
2
và H
2
. Chúng có thể sử dụng hợp chất N vô cơ và hữu cơ làm
nguồn thức ăn N, khi những hợp chất này đầy đủ thì tác dụng cố định N
của chúng hạ thấp hoặc hoàn toàn không có.
Tác dụng cố định N của C. pasteurianum thấp hơn Azotobacter. Cứ
mỗi khi tiêu thụ 1g hydratcarbon thì chúng cố định được 2-3 mg N. Tuy
nhiên C.Pasteurianum rất nhiều và phân bố rộng rãi hơn Azotobacter nên
nguồn N

mà chúng cố định cho đất là rất quan trọng. Chúng lại phát triển
được ở ruộng ngập nước, yêu cầu pH không gắt gao nên thích hợp cho các
loại ruộng của ta.
Ngoài hai loài trên, trong các VSV cố định N còn có một số vi
khuẩn thuộc chi Clostridium, Bacillus và Azotomonas. Tuy nhiên, vì
những loài này phân bố không nhiều và hiệu lực cố định N

cũng thấp nên
tác dụng thực tế không lớn lắm.
2. Vi khuẩn cố định N cộng sinh.
Phần lớn các cây thuộc họ đậu không cần thức ăn hợp chất, chúng có
thể sử dụng được N không khí. Nhưng khả năng này không phải bản thân
cây họ đậu có mà do những vi khuẩn nốt rễ cộng sinh với cây họ đậu
mang lại.
2.1. Vi khuẩn nốt rễ

Người đầu tiên chứng minh rằng các cây bộ đậu có thể sinh trưởng
trong đất không chứa N là H. Hellrigel và H. Wilfarth (1886).
Năm 1886 M.W.Beijerinck đã phân lập được vi khuẩn từ nốt rễ
một số cây đậu.
Giống (chi) Rhizobium (Franck, 1889) là loại vi khuẩn đơn bào ở
đất, rất dễ nhầm với Pseudomonas, trực khuẩn tự do có kích thước 1,2(m x
0,5 chuyển động nhờ nhung mao và tiên mao ở cực, hiếu khí. Khi hình
thành nốt sần thì trực khuẩn biến dạng (có hiện tượng đa hình thái), nó
thay đổi hình dạng tùy theo lứa tuổi và điều kiện sống. Khi còn non chúng
là trực khuẩn nhỏ bé, không có bào tử, di động nhờ tiên mao. Trong quá
trình phát triển, chúng sẽ chuyển thành hình cầu và những dạng phân
nhánh hình chữ Y, chữ V gọi là giả khuẩn thể (Bacteroids).

191
Năm 1963, Manil đã chia các vi khuẩn nốt sần thành 3 nhóm:
-Rhizobium leguminosa (đậu Hà Lan), R. trifolii (cỏ ba lá), R.
phaseoli (đậu cô ve, đậu xanh).
-Rhizobium lupini (mục túc, linh lăng), gộp nhóm 1 và 2 thành
Rhizobium mọc nhanh.
- Rhizobium lupini (đậu đũa, lupin), R. Japonicum (đậu nành) với
nhiều loài phụ. Nhóm này hiện nay được định loại là Bradyrhizobium
(gồm tất cả các chủng mọc chậm.
Hiện nay, người ta xếp vi khuẩn nốt rễ vào một chi chung là
Rhizobium.Chúng có thể sử dụng nhiều hydratcarbon khác nhau làm
nguồn C. Khi sống riêng lẻ trong đất hoặc trong môi trường nuôi cấy
chúng không có khả năng cố định N.
Về hô hấp, chúng là loại vi hiếu khí. Rhizobium có nhiều loài và có
tính chất chuyên tính, nghĩa là mỗi loài chỉ có thể xâm nhập và tạo thành
nốt rễ trong một số cây họ đậu nhất định.
Vi khuẩn nốt rễ khi gặp cây họ đậu thích hợp sẽ xâm nhập vào tế

bào rễ, kích thích rễ tạo thành những nốt rễ. Nốt rễ thường thường bằng
hạt gạo, nốt rễ to bằng hạt đậu nhỏ, trong nốt rễ chứa đầy vi khuẩn. Sau
khi hình thành nốt rễ giữa vi khuẩn và cây họ đậu làm thành một thể cộng
sinh có lợi cho cả hai bên.
Ngoài các cây họ đậu, một số rễ cây khác cũng có thể cộng sinh với
vi khuẩn cố định N. Gần đây người ta còn thấy nốt sần ở lá một vài loài
cây nhiệt đới. Trong nốt sần đó cũng chứa vi khuẩn cố định N gần giống ở
rễ.
2.2.Phân bón nốt rễ (nitragin)
Phân bón vi sinh do Noble Hiltner sản xuất đầu tiên tại Đức năm
1896 và được đặt tên là nitragin: Sau đó phát triển sản xuất tại một số
nước khác như ở Mỹ (1896), Canada (1905), Nga (1907), Anh (1910) và
Thụy Điển (1914).
Nitragin là loại phân được chế tạo bởi vi khuẩn Rhizobium do
Beijerink phân lập năm 1888 và được Fred đặt tên vào năm 1889 dùng để
bón cho các loại cây thích hợp của họ đậu. Từ đó cho đến nay đã có nhiều
công trình nghiên cứu nhằm ứng dụng và mở rộng việc sản xuất các loại
phân bón vi sinh cố định nitơ mà thành phần còn được phối hợp thêm một
số vi sinh vật có ích khác như một số xạ khuẩn cố định nitơ sống tự do
Frankia spp, Azotobacter spp, các vi khuẩn cố định N sống tự do
Clostridium pasteurianum, Beijerinkia indica, các xạ khuẩn có khả năng
giải cellulose, hoặc một số chủng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các

192
nguồn dự trữ phospho và kali ở dạng khó hoà tan với số lượng lớn có
trong đất mùn, than bùn, trong các quặng apatit, phosphorid v.v chuyển
chúng thành dạng dễ hoà tan, cây trồng có thể hấp thụ được.
Trong các loại vi sinh vật kể trên, vi khuẩn nốt rễ có ý nghĩa hết sức
to lớn trong nông nghiệp. Cường độ cố định N cộng sinh lớn hơn nhiều so
với cường độ cố định N không cộng sinh. Sau khi trồng các cây họ đậu đất

giàu thêm N rất nhiều. Chính vì vậy, từ đầu thế kỷ XX người ta nghiên
cứu sử dụng phân bón nốt rễ với mục đích là để tiếp giống nhân tạo, làm
cho đất không chứa vi khuẩn nốt rễ thích ứng sẽ có vi khuẩn thích ứng,
làm cho cây họ đậu không sinh nốt rễ sẽ có thể sinh nốt rễ và những cây
có thể sinh nốt rễ thì càng sinh nhiều hơn, cố định N càng mạnh mẽ hơn.
Cách sử dụng phân bón vi khuẩn nốt rễ là đem trộn phân với hạt
giống, rồi để khô, sau đó đem gieo. Cũng có thể dùng nốt rễ tốt, nghiền nát
để trộn với hạt giống. Khi sử dụng có thể tăng sản lượng cây họ đậu lên
15- 20%.
Ngoài hai nhóm vi khuẩn cố định N sống cộng sinh với thực vật và
sống tự do trong đất như đã nói ở trên, còn một số vi khuẩn có khả năng
cố định N sống trên bề mặt rễ và ăn sâu vào vào lớp tổ chức bề mặt rễ của
một số cây hòa thảo như lúa, ngô, mía, Đó là một loài vi khuẩn có dạng
xoắn được phát hiện từ năm 1974 thuộc chi Azospirillum.
Ngoài các nhóm vi khuẩn cố định N nói trên ra, còn có một số loài
vi tảo đơn bào cũng có khả năng cố định N. Ví dụ như vi khuẩn lam sống
tự do và sống cộng sinh trong bèo hoa dâu. Các loài này cũng đóng góp
không nhỏ vào quá trình cố định N không khí.
Câu hỏi ôn tập chương 9

1.Hãy nêu tổng quát chu trình chuyển hóa N trong thiên nhiên và vai trò
của vi sinh vật trong chu trình đó ?
2.Các nhóm vi sinh vật cố định N ? ý nghĩa thực tế của việc nghiên cứu vi
sinh vật cố định đạm.
3.Nêu một số thành tựu hiện nay về nghiên cứu vi sinh vật cố định đạm.
4. Naza là gì ? Cơ chế hiện biết của quá trình cố định N phân tử.
5.Các loại phân bón vi sinh vật ? cơ sở khoa học của việc sản xuất và sử
dụng các loại phân bón vi sinh vật?
6. Trình bày các bước chủ yếu điều chế Azotobacterin và Nitragin. Trong
điều kiện hiện nay ở Việt Nam có thể sản xuất 2 chế phẩm này được

không ? Tại sao ?

193
Chương 10
Di truyền học vi sinh vật
Di truyền là đặc tính chung của mọi sinh vật giữ lại những và
truyền cho con cháu những đặc điểm về cấu tạo và phát triển của tổ tiên,
hay nói cách khác, là hiện tượng các cá thể trong một gia đình có những
thuộc tính cấu tạo và phát triển giống tổ tiên, với cha mẹ hoặc giữa con
cái với nhau.
Biến dị là đặc tính chung của mọi sinh vật có thể mang những sự
khác biệt về nhiều chi tiết tính trạng so với bố mẹ của chúng và với các cá
thể khác cùng loài.
Đối tượng nghiên cứu của di truyền học không chỉ là hiện tượng di
truyền mà cả hiện tượng biến dị. Tính biến dị có vẻ như độc lập với tính
di truyền nhưng thực ra sự khác biệt giữa các cá thể trong một loài trong
nhiều trường hợp liên quan đến sự biến đổi hoặc trong trường hợp khác
đến sự phản ứng của vật chất di truyền của sinh vật.
Ở vi sinh vật biến dị thể hiện ở mức độ lớn hơn ở vi sinh vật bậc
cao nhờ số cá thể trong một quần thể lớn, đơn allele, sinh sản đồng loạt,
giai đoạn sinh dưỡng ngắn, tần số đột biến và tái tổ hợp cao và có khả
năng trao đổi di truyền ngoài loài. Dù cơ chế xuất hiện khác nhau nhưng ở
phần lớn các trường hợp biến dị đều tạo ra những dòng hay tập đoàn có sự
thích ứng tốt nhất với điều kiện ngoại cảnh vốn luôn biến động.
I. Cơ sở vật chất di truyền ở vi sinh vật
1. Vật chất di truyền ở vi khuẩn
Acid nucleic là cơ sở vật chất di truyền của tất cả các dạng sinh
vật. Ở tất cả các sinh vật nhân sơ (prokaryote, còn gọi là sinh vật nhân sơ
sơ, bao gồm các vi khuẩn) hay nhân chuẩn (eukaryote, còn gọi là sinh vật
nhân chuẩn, bao gồm nấm, tức chân khuẩn, nguyên sinh động vật, tảo,

thực vật và động vật bậc cao), trừ virus và các yếu tố sinh học đơn giản
hơn như viroid và prion, tính trạng được mã hóa và tồn trữ dưới dạng mã
hóa là trình tự thẳng của các nucleotide trong thành phần acid
deoxyribonucleic (DNA). Vật chất di truyền này được thể hiện thành tính
trạng của cá thể thông qua quá trình tổng hợp từ khuôn DNA thành phân
tử RNA thông tin (quá trình phiên mã) và sau đó RNA thông tin này lại
làm khuôn để tổng hợp protein (cấu trúc, enzyme, thụ thể, kích thích, kìm
hãm, ) trong quá trình gọi là dịch mã (transcription) dẫn đến biểu hiện
tính trạng. Vật chất di truyền được truyền từ thế hệ tế bào này sang thế hệ
tế bào khác (và từ thế hệ này sang thế hệ khác) nhờ quá trình tự sao

194
(replication) của phân tử DNA. Quy tắc này được gọi là quy tắc trung tâm
biểu hiện di truyền.
Ở vi khuẩn DNA có thể gặp ở hai dạng: DNA nhiễm sắc thể và
DNA plasmid. Nhân (thể nhân) vi khuẩn là một nhiễm sắc thể vi khuẩn
cấu tạo từ một phân tử DNA duy nhất xoắn kép (gồm hai mạch xoắn),
khép kín (không có đầu tự do), phân bố trong tế bào chất. Mỗi tế bào vi
khuẩn chỉ có một nhân (thể nhân) duy nhất, mặc dù trước khi phân bào số
lượng nhân (nhiễm sắc thể) thường thấy là 2, 4 hoặc nhiều hơn do quá
trình phân bào diễn ra chậm hơn quá trình phân nhân. Vì vậy, thông
thường nhiễm sắc thể được mô hình hóa trong tế bào vi khuẩn dưới dạng
một vòng tròn.

Hình 10.1: Mô hình cấu trúc một đoạn phân tử DNA: một dẫn xuất purine
liên kết qua cầu nối hyđrô với một dẫn xuất pyrimidine nên khoảng cách giữa
hai sườn đường ribose - Acid phosphoric của hai chuỗi là không đổi, guanine
luôn kết hợp với cytosine, adenine kết hợp với thymine của chuỗi song đối nên
trình tự hai chuỗi không bao giờ giống nhau nhưng trình tự một chuỗi quy định
trình tự của chuỗi kia, hơn nữa các sườn có nhiều nhóm ái thủy nên DNA tan tốt

trong nước
.


195
Hai mạch xoắn của phân tử DNA thực chất là hai chuỗi polymer
và có mối quan hệ chặt chẽ với nhau về thành phần hóa học cũng như
trình tự sắp xếp của các monomer được gọi là một nucleotide. Mỗi chuỗi
polymer được cấu tạo từ bốn loại monomer có cấu trúc tổng quát gồm ba
thành phần: bazơ nitơ dị vòng (dẫn xuất purine hoặc pyrimidine), đường
deoxyribose (C
5
) và Acid phosphoric. Ở DNA, có bốn loại nucleotide:
adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C) (hay xitôzin). Các
nucleotide khác nhau bởi gốc bazơ khác nhau. Chuỗi polymer của mỗi
mạch (sợi) DNA được hình thành nhờ liên kết phosphoester giữa Acid
phosphoric và đường deoxyribose tạo nên bộ "sườn" của phân tử ((-P-C
5
-
)
n
). Còn các gốc bazơ nitơ gắn vào nguyên tử C 1' của phân tử đường
deoxyribose. Phân tử Acid phosphoric trong một nucleotide gắn vào vị trí
C 5' của phân tử đường deoxyribose, trong khi đó nguyên tử C 3' gắn với
Acid phosphoric của nucleotide kế tiếp. Do trình tự hoạt động của các
enzyme tổng hợp DNA từ đầu C 5' đến đầu C 3' của mỗi mạch DNA nên
người ta quy ước mô tả mạch theo hướng C 5'→C 3'. Ví dụ, nếu không có
chú giải khác thì mạch ATT CGC GCA TCA GCT cũng có nghĩa là 5'-
ATT CGC GCA TCA GCT-3' hay 5'-ATT CGC GCA TCA GCT. Hai
chuỗi của một phân tử DNA gắn kết với nhau nhờ các mối liên kết hyđrô

giữa các gốc bazơ, một gốc purine được gắn kết với một gốc pyrimidine
theo nguyên tắc "tương bù": adenine gắn với thymine bằng hai mối liên
kết hyđrô, còn guanine gắn với cytosine bằng ba mối liên kết hyđrô. Hai
chuỗi như vậy không đối xứng mà chạy ngược hướng (đối nghịch song
song, hay song đối) từ 5'→3' hoặc ngược lại. Do một gốc purine của một
chuỗi liên kết với một gốc pyrimidine của chuỗi kia nên khoảng cách giữa
hai sườn (-P-C
5
-)
n
của phân tử DNA ở mọi điểm không đổi. Và nhờ vậy
mà sườn này hướng ra phía ngoài và xoắn quanh trục tưởng tượng xuyên
qua các lớp gốc bazơ nitơ vòng, nên với tính ái thủy của Acid phosphoric
và đường deoxyribose, DNA là chất tan tốt trong nước và khá bền vững
trong dung môi này. Do số lượng mối liên kết hyđrô giữa guanine (G) và
cytosine (C) cao hơn nên DNA có nhiều G+C thường có mức nhiệt biến
tính hay "nhiệt nóng chảy" (melting point) cao hơn hay bền vững hơn.
Hơn nữa, bên cạnh cấu trúc xoắn phải (B-DNA) nêu trên, ở những vùng
hàm lượng G+C cao DNA còn có cấu trúc xoắn trái (Z-DNA) là nơi DNA
có sự gấp khúc mạnh và xuất hiện đoạn DNA xoắn chuỗi ba. Có thể
những Z-DNA đóng vai trò quan trọng trong tái tổ hợp gen cũng như điều
hòa hoạt động của gen.
Một đoạn DNA mã hóa một RNA (như RNA ribosome, RNA vận
chuyển) hay mã hóa một protein (qua RNA thông tin) được gọi là một
gen. Gen mã hóa phân tử protein được gọi là gen cấu trúc. Ở vi khuẩn
toàn bộ trình tự nucleotide gen cấu trúc được phiên mã thành RNA thông
tin và sau đó dịch toàn bộ thành trình tự Acid amin trong phân tử protein.

196
Mặc dù được cấu tạo bởi hai chuỗi nhưng ở vi khuẩn (cũng như ở sinh vật

nhân chuẩn) gen chỉ có một mạch "hiệu lực", tức chỉ một mạch làm khuôn
tổng hợp nên RNA thông tin. Hiệp hội sinh hóa quốc tế quy ước chuỗi
làm khuôn để tổng hợp nên RNA thông tin (hay tổng hợp RNA hoạt
động, như RNA ribosome, ) là chuỗi âm. Như vậy, chuỗi dương của một
gen là chuỗi có trình tự nucleotide tương đương với trình tự nucleotide
của RNA thông tin. Ngoài ra, do một polypeptide được khởi đầu tổng hợp
với Acid amin methionine (mã AUG trên RNA thông tin), kết thúc bởi
một trong những "mã dừng" (UAA, UAG và UGA) và chỉ có thể có thuộc
tính protein nếu đủ lớn (dài hơn 50 Acid amin), đồng thời, thông tin di
truyền được giải đọc từng "khung" bộ ba nucleotide (tức ba nucleotide
liền kề nhau mã hóa cho một Acid amin trong sản phẩm protein) nên chỉ
có những đoạn DNA bắt đầu từ bộ ba ATG (theo cả ba cách đọc của mỗi
chuỗi DNA) đến một mã dừng (TAA, TAG, TGA) đủ dài (hơn 150
nucleotide) mới có thể là (nhưng không nhất thiết phải là) một gen cấu
trúc. Đoạn DNA này được gọi là một "khung khả phiên" (hay một "khung
đọc mở" - open reading frame).
Ngoài ra, không phải tất cả các đoạn DNA đều mang gen cấu trúc,
chức năng của nhiều đoạn còn chưa biết, đồng thời còn có các đoạn DNA
đặc biệt tham gia vào điều hòa hoạt động của các gen cấu trúc. Nhờ vậy,
các tính trạng quy định trong genome chỉ biểu hiện trong điều kiện môi
trường nhất định, đồng thời quá trình tổng hợp các cơ chất nguyên liệu
cho quá trình tổng hợp các thành phần tế bào cũng diễn ra và đình chỉ một
cách hiệu quả và tiết kiệm. Ở sinh vật nhân sơ các gen cấu trúc (các
cistron) được gắn liền nhau thành tập hợp và cùng chịu sự kiểm soát của
các gen điều hòa gồm gen (hay vùng) khởi động (promotor - P), gen (hay
vùng) điều hành (operator - O, còn gọi là gen chỉ huy) và gen điều hòa
(regulator - R). Gen điều hòa (R) nằm ở vị trí nào đó trong nhiễm sắc thể
xa với các gen cấu trúc và điều khiển việc tổng hợp một protein đặc biệt
có tác động (phong tỏa hoặc giải tỏa) trực tiếp hoặc gián tiếp lên các vùng
P hoặc O. Cả tập hợp bao gồm các vùng khởi động, vùng điều hành và

các gen cấu trúc tạo thành một đơn vị hoạt động gọi là operon.
RNA gồm ba loại khác nhau: RNA ribosome là thành phần chủ
yếu cấu tạo nên ribosome, có chức năng hoạt động như một enzyme tức
xúc tác quá trình sinh tổng hợp protein. (Những RNA xúc tác phản ứng
sinh học thường được gọi là ribozyme). RNA thông tin được sao chép từ
chuỗi âm của gen có vai trò sao mã di truyền từ nhiễm sắc thể cho RNA
ribosome giải mã thành phân tử protein có mạch polypeptide có thành
phần và trình tự Acid amin xác định. Tham gia vào quá trình sinh tổng
hợp protein còn có nhóm các RNA vận chuyển. Đây là những phân tử
RNA tương đối ngắn có tác dụng hoạt hóa Acid amin nguyên liệu và vận

197
chuyển Acid amin này đến RNA thông tin cũng đã được hoạt hóa nhờ gắn
kết với ribosome. Trình tự RNA thông tin quyết định trình tự Acid amin
trong thành phần polypeptide, nhưng quá trình nhận biết trình tự Acid
amin mã hóa trong RNA thông tin là nhờ RNA vận chuyển. Mỗi Acid
amin được mã hóa bởi một bộ ba nucleotide trên RNA thông tin, và bộ ba
này tương bù với trình tự bộ ba nucleotide nhận biết của RNA vận
chuyển. Nhờ mỗi Acid amin có loại RNA vận chuyển riêng nên trình tự
mã bộ ba được dịch một cách chính xác.
Bảng 10.1 : Mã di truyền trên nhiễm sắc thể (biểu hiện trên mRNA, chiều 5' đến 3')
Chữ thứ hai của mã
Đầu
5'
U C A G
UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U
UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys C
UUA Leu UCA Ser UAA Stop UGA Stop A
U
UUG Leu UCG Ser UAG Stop UGG Trp G

CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U
CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C
CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg A
C
CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg G
AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U
AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser C
AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg A
A
AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G
GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U
GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly C
GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A
Chữ thứ nhất của mã (đầu 5')
G
GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly G
Chữ thứ ba của mã (đầu 3')
Khác với DNA, các RNA đều cấu tạo chỉ từ một chuỗi nucleotide.
Ngoài ra, trong thành phần của các RNA còn có những điểm khác biệt
khác: uracine thay thế thymine, đường deoxyribose được thay thế bởi
ribose trong sườn của mạch polymer cũng như sự có mặt một số bazơ dẫn
xuất khác của purine và pyrimidine. Chính vì có thêm một gốc -OH ở vị
trí C 2' (của đường ribose) mà cầu nối phosphoester giữa nguyên tử C 3'
và Acid phosphoric của nucleotide tiếp theo thường yếu hơn so với cầu
nối C 3' với Acid phosphoric trong DNA. RNA, vì vậy, cũng kém bền
vững hơn DNA.
Tuy cấu tạo từ chỉ một chuỗi nucleotide nhưng cấu trúc không
gian của các loại RNA lại ổn định nên chức năng của chúng cũng ổn định.
Tính ổn định của cấu trúc có được nhờ các mối liên kết hyđrô xuất hiện
giữa hai đoạn trình tự tương bù ngược hướng của cùng chuỗi nucleotide.

Hai đoạn có trình tự tương bù ngược hướng tạo thành một đoạn xoắn kép,

198
trong khi đoạn nucleotide nằm giữa chúng hình thành một "thòng lọng"
mạch đơn. Vì vậy, chẳng hạn, các phân tử RNA vận chuyển có dạng "lá
ba chẽ" với chức năng đặc hiệu.
Bên cạnh DNA nhiễm sắc thể ở vi khuẩn còn có thể gặp cơ sở vật
chất di truyền ngoài nhiễm sắc thể gọi là plasmid. Về bản chất hóa học,
plasmid cũng là một phân tử DNA xoắn kép, khép kín, nhưng có phân tử
lượng thấp hơn nhiều (khoảng 10
6
- 10
8
Dalton, hay khoảng 1/100 đến
1/200 lần nhiễm sắc thể vi khuẩn). Một vi khuẩn có thể không mang, hoặc
mang một hoặc một số plasmid. Plasmid có thể phân bố trong tế bào chất
ở trạng thái tự do và có thể sao chép một cách độc lập với nhiễm sắc thể
hoặc nằm trong nhiễm sắc thể (tái tổ hợp), khi đó plasmid được gọi là
episome. Ở trạng thái tái tổ hợp trong nhiễm sắc thể (hay episome)
plasmid thường được sao chép đồng thời với nhiễm sắc thể và được
truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác của vi khuẩn. Tuy vậy, trong nhiều
trường hợp (như chủng Hfr) plasmid tái tổ hợp lại có thể điều khiển sao
chép độc lập, làm cho bản thân plasmid hoặc một đoạn plasmid kèm theo
một đoạn DNA nhiễm sắc thể được tổng hợp đồng loạt với tần suất cao.
Có loại plasmid có số phiên bản cao (high-copy plasmid), trong khi đó có
loại plasmid có số phiên bản thấp (low-copy plasmid).

Hình 10.2: Bản đồ enzyme hạn chế của plasmid pBR322, là một plasmid
được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật DNA tái tổ hợp. Plasmid cải biến nhân tạo
này mang hai gen kháng thuốc (tet

R
đề kháng tetracycline và amp
R
đề kháng
ampicillin) và một loạt vị trí cắt của enzyme hạn chế trong đó mỗi enzyme này
chỉ có một vị trí phân cắt, nhờ vậy plasmid vector này áp dụng được với nhiều
DNA khác nhau.

199
Thêm hoặc mất một plasmid thường dẫn đến mất hoặc bớt một hoặc
một số tính trạng, mặc dù nhiều plasmid không thể hiện tính trạng
(plasmid "câm"). Tính trạng mà các plasmid điều khiển đa dạng nhưng
nhìn chung plasmid không phải là yếu tố thiết yếu đối với sự sống còn của
vi khuẩn. Dựa vào sự tương hợp của các sản phẩm của plasmid mà người
ta chia các plasmid thành một số nhóm: plasmid giới tính, plasmid đề
kháng, plasmid điều khiển sinh tổng hợp (nhóm chất nào đó), và thường
liên quan đến tính gây bệnh của các vi khuẩn. Ví dụ, đã xác định được
rằng một số loài (hoặc còn được coi là dạng huyết thanh học) vi khuẩn
Salmonella có được độc tính nhờ mang plasmid.

Bảng10.2 : Plasmid độc tính đặc hiệu một số loài (dạng huyết thanh)
Salmonella
Salmonella
Độ lớn (kb) Biểu hiện tính gây bệnh chủ yếu
S. typhimurium
90 Độc tính gây chết, giảm thiểu tính thẩm thấu
của các chất kỵ thủy
S. dublin
75
Độc tính gây chết, tính đề kháng huyết thanh,

năng lực tăng trưởng trong tế bào hệ lưới nội
bì
S. naestved
75 Giống như plasmid ở S. dublin ( hay serovar
Dublin)
S. enteritidis
54 Độc tính gây chết
S. choleraesuis
50 Độc tính gây chết, gây chứng máu nhiễm
khuẩn ở chuột
S. gallinarum-
pullorum
85 Độc tính gây chết
Plasmid giới tính còn gọi là yếu tố sinh dục hay yếu tố F (fertility
factor), là plasmid điều khiển sự hình thành các pili giới tính (nhung mao
giới tính), sự tiếp hợp và sự vận chuyển thông tin di truyền (gen plasmid
hay gen nhiễm sắc thể) một chiều từ tế bào cho sang tế bào nhận. Trong
trường hợp này tế bào mang plasmid F là tế bào cho thường được gọi là tế
bào đực hay tế bào F+, còn tế bào nhận được gọi là tế bào cái hay tế bào
F Yếu tố F có thể nằm ở trạng thái tự do trong tế bào chất hay ở trạng
thái liên kết với nhiễm sắc thể hay trạng thái episome. Trong trường hợp
sau quá trình vận chuyển thông tin di truyền thường diễn ra với tốc độ và
tần suất cao nên những chủng vi khuẩn này thường được gọi là chủng Hfr
(bắt nguồn từ tiếng Anh: high frequency of recombination).
Yếu tố đề kháng, hay yếu tố kháng thuốc, hay plasmid R
(resistance factor), là plasmid điều khiển sự đề kháng của vi khuẩn đối
với các chất kháng sinh và thuốc chống vi khuẩn khác. Cơ chế đề kháng
này là sự điều khiển việc tổng hợp các enzyme (như penicillinase, ) phân

200

hủy thuốc kháng sinh thành các sản phẩm vô hoạt hoặc ức chế sự xâm
nhập của thuốc kháng sinh vào tế bào (như chặn các lỗ khổng trên màng
tế bào chất đối với tetracycline hoặc thuốc kháng sinh họ macrolide, ).
Yếu tố R lan truyền được (transmissible R factor) là yếu tố F kháng thuốc,
gồm hai miền gen. Một miền gen điều khiển sự đề kháng. Số lượng yếu tố
bị đề kháng có thể là 1 đến 10 hoặc nhiều hơn nữa, trường hợp sau
thường gọi là plasmid đề kháng đồng loạt. Miền gen thứ hai (miền RTF)
là gen điều khiển sự vận chuyển các plasmid vào tế bào khác. Thông
thường sự vận chuyển các plasmid này có tốc độ cao, nhưng yếu tố vận
chuyển cũng có thể tự ức chế hoặc bị ức chế bởi yếu tố khác. Yếu tố R
không lan truyền được (non-transmissible R factor) chỉ mang miền gen
điều khiển tính đề kháng. Các plasmid này không tự vận chuyển sang tế
bào khác mà chỉ làm cho tế bào mang chúng có tính đề kháng thuốc
kháng sinh. Chúng có thể tồn tại và phổ biến trong quần thể vi khuẩn nhờ
quá trình sinh sản của vi khuẩn hoặc nhờ các quá trình vận chuyển vật
chất di truyền qua dịch thể tức quá trình biến nạp (transformation) hoặc
sự vận chuyển của virus của vi khuẩn (phage, hay thực khuẩn thể) tức nhờ
quá trình tải nạp (transduction).
2. Vật chất di truyền ở virus
Khác với các sinh vật khác, virus chỉ mang một trong hai loại
Acid nucleic (hoặc DNA hoặc RNA), có loại virus mang genome dưới
dạng DNA (tương tự genome của vi khuẩn, động vật và thực vật) nhưng
có loại lại mang genome dưới dạng RNA. Hầu hết các virus thực vật có
genome RNA, còn hầu hết virus của vi khuẩn có genome DNA, trong khi
các virus động vật có genome hoặc loại này hay loại khác. Cũng như bản
chất hóa học, cấu trúc genome của virus rất đa dạng, có loại virus mang
DNA một sợi (chuỗi) âm hoặc dương, có loại DNA hai sợi, có loại mang
RNA một sợi âm hoặc dương hoặc lưỡng nghĩa (ambisense RNA: có
đoạn âm có đoạn dương, hay đồng thời với khung khả phiên một gen cấu
trúc còn mang khuôn của một khung khả phiên một gen khác ngược

hướng). Genome nhiều virus là một sợi acid nucleic duy nhất nhưng cũng
có loại virus genome bao gồm một số đoạn. Thông tin di truyền trên
genome của virus cũng có sự khác biệt khác so với genome vi khuẩn. Đó
là hiện tượng gen chồng lặp (overlapping genes): có thể có hai RNA
thông tin khác nhau được sao chép từ một đoạn genome. Dưới đây trình
bày ngắn gọn về cấu trúc genome một số virus.
Genome các virus thuộc chi Parvovirus là virus chứa DNA một
sợi âm nhưng cũng thấy khoảng 1 - 50% số virion chứa DNA một sợi
dương. Ở các chi Dependovirus và Densovirus thì số lượng virion chứa

201
DNA chuỗi âm và virion chứa DNA chuỗi dương tương bù về căn bản
tương đương nhau.
Genome của các Adenovirus (họ Adenoviridae) là một phân tử
DNA 2 sợi chuỗi thẳng.
Genome các virus họ Papillomaviridae là một phân tử DNA hai
sợi chuỗi vòng khép kín, phân tử lượng khoảng 5 kbp .
Genome của các baculovirus (họ Baculoviridae) rất lớn, tương
đương genome của các tế bào côn trùng, là một phân tử DNA duy nhất
hai sợi, trong đó có chứa một gen cho tiểu đơn vị lớn của enzyme
ribonucleotide reductase (RR1).
Genome của các hepadnavirus (họ Hepadnaviridae) là một phân
tử DNA mạch vòng, có vùng gồm 2 sợi, có vùng chỉ một sợi. Sợi DNA
âm là sợi đầy đủ, có chiều dài toàn bộ là 3,0 - 3,2 kb có khấc (nick) đặc
hiệu ở một số chỗ. Còn sợi DNA dương thì có độ dài không hoàn toàn và
không ổn định, thường từ 1,7 đến 2,8 kb.
Genome của các orthomyxovirus (họ Orthomyxoviridae) là RNA
một sợi gồm 8 phân đoạn (riêng virus cúm C có 7 phân đoạn).
Các bunyavirus (họ Bunyaviridae) có genome gồm 3 phân tử
RNA một sợi âm có kích thước khác nhau (gọi là các RNA L, M và S).

Riêng RNA S của chi Phlebovirus có một đoạn có cơ năng của sợi dương,
nên thường gọi "RNA lưỡng nghĩa (ambisense RNA").
Genome các arenavirus (họ Arenaviridae) có 2 phân tử RNA một
sợi. Ngoài ra, bên trong virion còn có các RNA 28 S, 18 S, 4 - 6 S có
nguồn gốc từ tế bào ký chủ. Các RNA 4 - 6 S chứa RNA thông tin dưới
genome (subgenomic mRNA) mã hóa protein Z có thể là nhân tố điều tiết
sao chép. RNA genome cũng lưỡng nghĩa (ambisense).
Genome picornavirus (họ Picornaviridae) cấu tạo từ 1 phân tử
RNA một sợi dương chuỗi thẳng, phân tử lượng 2,4 - 2,7 x 10
6
(khoảng
7,5 - 8,5 kb), có chuỗi poly-A ở đầu 3', còn đầu 5' kết hợp cộng hóa trị với
phân tử protein VPg có phân tử lượng khoảng 2.400 Da.
Genome của các birnavirus (họ Birnaviridae) là phân tử RNA hai
sợi, gồm hai đoạn (đoạn A có kích thước 3,1 kbp và đoạn B 2,9 kbp).
3. Vật chất di truyền ở vi sinh vật nhân chuẩn
Ở vi sinh vật nhân chuẩn (eukaryote) vật chất di truyền cũng có
bản chất hóa học là acid nucleic DNA, RNA. Chức năng hai loại acid
này tương tự ở tế bào nhân sơ. DNA mang mật mã thông tin di truyền
trong khi RNA tham gia chuyển hóa mật mã này thành protein mà thể

202
hiện tính trạng. Quá trình tự sao chép DNA cũng là cơ sở di truyền từ
thế hệ tế bào này sang thế hệ tế bào khác hay thế hệ này sang thế hệ
khác. Điểm khác biệt lớn giữa sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ
là nhân chuẩn có màng nhân và genome thường gồm hai bộ (lưỡng bội)
hoặc đôi khi nhiều hơn nhiễm sắc thể (ở thực vật: tam bội, tứ bội, đa
bội) cũng cấu tạo từ DNA xoắn kép nhưng không khép kín (có đầu tự
do). Tuy nhiên ở nhiều nấm và thực vật còn tồn tại chu trình đơn bội,
khi đó trong tế bào nhân chỉ chứa một bộ nhiễm sắc thể. Thể đơn bội

này ở nhiều nấm tồn tại song song với thể lưỡng bội và dạng tế bào
song nhân có hai nhân đơn bội riêng rẽ. Ở các nấm chuyển hình hoàn
toàn (holomorphous fungi) thể lưỡng bội thường là điểm khởi đầu của
sự hình thành cơ quan sinh bào tử hữu tính từ đó sản sinh các bào tử
đơn bội. Còn ở các nấm chuyển hình không hoàn toàn (imperfect
fungi) không có giai đoạn lưỡng bội. Điểm khác biệt nữa là, DNA
nhiễm sắc thể nhân chuẩn còn quấn quanh các phân tử protein histone.
Tổ chức gen sinh vật nhân chuẩn còn có sự khác biệt khác so với
sinh vật nhân sơ. Gen cấu trúc bao gồm nhiều đoạn và chỉ một số đoạn
mã hóa cấu trúc protein. Trong quá trình phiên mã, gen trên nhiễm sắc thể
được sao chép thành RNA thông tin sơ cấp trong nhân tế bào nhưng để
trở thành RNA thông tin thành thục đặc hiệu thì RNA phải trải qua quá
trình biến đổi. Một số đoạn của RNA thông tin sơ cấp bị cắt bỏ khỏi đoạn
RNA thông tin (trong quá trình gọi là splicing - "cắt xén", hay "tách
ghép"), đồng thời đầu 5' được methyl hóa, còn đầu 3' được bổ sung đoạn
dài adenine (poly-A). Methyl hóa đầu 5' làm cho RNA thông tin có thể
nhận biết đối với ribosome, còn quá trình poly-A hóa RNA thông tin góp
phần đẩy RNA này ra khỏi lỗ khổng màng nhân mà đi vào tế bào chất.
Phần gen tương ứng phần còn lại của RNA thông tin thành thục là phần
được biểu hiện thành tính trạng nên được gọi là exon, phần bị cắt bỏ gọi
là intron. Đoạn DNA mã hóa RNA thông tin sơ cấp được gọi là một đơn
vị gen. Cấu trúc gen không liên tục này đóng vai trò quan trọng đối với sự
biệt hóa tổ chức trong quá trình sinh trưởng của cá thể. Ngoại lệ có thể
gặp là gen histone và interferon không có intron. (Ngoài ra, genome
nhiễm sắc thể ở động vật bậc cao còn có trình tự lặp giàu G+C ở đầu
nhiễm sắc thể, gọi là telomer, thường bị ngắn dần sau mỗi lần phân bào
do đoạn RNA mồi không được tổng hợp bù đắp bằng DNA, có thể liên
quan đến quá trình lão hóa của cơ thể).
Bên cạnh genome nhiễm sắc thể (ở trong nhân), ở các eukaryote
còn có hệ thống tín hiệu di truyền khác là DNA trong các ty thể và lạp

thể. Bộ gen này điều khiển sự tổng hợp một số protein của các cơ quan
này và có bản chất tương tự bộ gen ở sinh vật nhân sơ (DNA cũng có cấu
tạo mạch xoắn kép, khép kín) nhưng được cắt bớt đi nhiều. Ở sinh vật

203
sinh sản hữu tính (hợp tử hình thành từ giao tử đực và giao tử cái) bộ gen
này ở mọi cá thể đều có nguồn gốc từ mẹ do trong quá trình thụ tinh giao
tử đực không truyền được các ty thể (và lạp thể ở thực vật) vào giao tử
cái. Genome của các tiểu cơ quan (ty thể và lạp thể) được phiên mã thành
RNA thông tin tương ứng với quá trình diễn ra tương tự ở tế bào nhân sơ.
Gen nhảy (transposon) là đoạn DNA đặc biệt gặp cả ở sinh vật
nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn, không có vị trí ổn định trong nhiễm sắc
thể. Đoạn này có thể tách rời khỏi vị trí vốn có của nó và di chuyển đến
một vị trí khác của cùng nhiễm sắc thể hoặc sang nhiễm sắc thể khác. Tuy
không phải là gen cấu trúc nhưng transposon ảnh hưởng rất lớn đến quá
trình biểu hiện tính trạng. Nó có thể khống chế hoặc giải phóng một gen
cấu trúc nào đó dẫn đến việc mất tính trạng hoặc xuất hiện tính trạng quy
định bởi gen đó. Quá trình khống chế có thể diễn ra khi một gen nhảy
chèn vào khoảng giữa gen khởi động (promoter) và gen cấu trúc cũng như
chèn vào giữa gen cấu trúc làm cho quá trình phiên mã không thể khởi
động hoặc bị gián đoạn.
II. Di truyền và biểu hiện tính trạng
1. Tự sao hay tái tạo DNA (replication)
Quá trình tổng hợp DNA trong nhân tế bào gắn chặt chẽ với quá
trình bão toàn và truyền đạt thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ
khác. Nguyên lý bổ sung các bazơ trong chuỗi xoắn kép DNA đáp ứng
quá trình nhân đôi và tái bản chính xác trình tự các bazơ trong phân tử
gốc hay DNA khuôn. Trong quá trình tái tạo DNA, phân tử này được tách
đôi thành hai mạch đơn. Mỗi mạch đơn của DNA gốc được dùng để làm
khuôn tổng hợp một mạch mới có các nucleotide liên kết hyđrô tương bù

với các nucleotide của chuỗi gốc. Phân tử DNA, như vậy, có một chuỗi là
chuỗi gốc còn chuỗi thứ hai hoàn toàn được tổng hợp mới. Do đó, cơ chế
tự sao DNA là cơ chế bán bão toàn. Đây là quá trình phức tạp có sự tham
gia của nhiều enzyme và protein khác nhau. Đặc biệt ở DNA sinh vật
nhân sơ, do DNA xoắn kép, khép kín nên hai sợi phải xoắn bện và lồng
vào nhau không thể tách rời nên quá trình tự sao DNA lại càng phức tạp
và có sự tham gia của nhiều yếu tố. Vị trí bắt đầu quá trình tái bản DNA
được gọi là điểm khởi đầu tái bản, vùng có mạch gốc được tách đôi gọi là
chạc tái bản. Sự phát sinh một chạc tái bản từ điểm khởi đầu được gọi là
sự khởi đầu tái bản. Khi khởi đầu tái bản enzyme topoizomerase (tức
gyrase) có chức năng cắt đứt một sợi của chuỗi DNA và khôi phục sợi
này lại nhanh chóng làm cho DNA xoắn kép có thể tách đôi được mà vẫn
giữ nguyên cấu trúc. Quá trình tháo duỗi xoắn của chuỗi đôi thành chuỗi
đơn có sự tham gia của enzyme helicase. Đoạn mạch đơn duy trì được độ

204
căng của nó là nhờ các enzyme đặc biệt gọi là các protein liên kết DNA
mạch đơn (ssDNA binding protein). Trong tế bào các nucleotide nguyên
liệu được tổng hợp sẵn dưới dạng các phân tử cao năng nucleotide
triphosphate (dATP, dTTP, dGTP và dCTP). Các nucleotide này không
thể tự liên kết vào chuỗi DNA một sợi dù thỏa mãn tính tương bù mà phải
còn cần có một oligonucleotide (tức một đoạn Acid nucleic mạch đơn)
gọi là mồi (primer) gắn kết một cách tương bù với đoạn DNA một sợi đã
được duỗi sẵn. Đoạn oligonucleotide mồi này thường là một đoạn RNA
ngắn được enzyme primase xúc tác tổng hợp trực tiếp trên khuôn DNA và
sau đó cung cấp đầu 3'-OH cho một nucleotide nguyên liệu lắp ráp vào.
Nhờ đó, mạch của chạc tái bản luôn duy trì được đầu 3'-OH để từ đó một
nucleotide mới khác lắp ráp vào. Quá trình lắp ráp tiếp diễn dưới sự xúc
tác của enzyme DNA-polymerase III. Mồi RNA sau đó được phân hủy
khỏi DNA khuôn và chỗ trống này được lấp đầy nhờ enzyme DNA-

polymerase I. Quá trình tổng hợp DNA từ chạc tái bản, như vậy, tiếp diễn
nhờ nối dài đầu 3'-OH của mỗi mạch mới theo hướng 3'→5'của sợi
khuôn. Chính vì vậy, quá trình tổng hợp DNA trên một sợi khuôn là liên
tục, còn trên sợi kia (sợi đối nghịch song song với sợi trước) quá trình
tổng hợp lại diễn ra gián đoạn, trong khi chạc tái bản chuyển động liên tục
về một hướng. Mạch có sự lắp ráp liên tục gọi là mạch tiến còn trên mạch
kia sự tổng hợp lại diễn ra theo hướng ngược với chiều chuyển động của
chạc tái bản gọi là mạch lùi hay mạch gián đoạn. Một khi đoạn khuôn mới
được mở ra thì trên mạch lùi này lại diễn ra sự tổng hợp một mồi mới nhờ
enzyme primase, rồi từ mồi này quá trình lắp ráp các nucleotide tương bù
với trình tự của mạch khuôn lại diễn ra. Sau đó nhờ tác dụng
endonuclease của enzyme DNA-polymerase I mà mồi bị loại bỏ, và cũng
dưới sự xúc tác của enzyme này chỗ trống được lấp bởi sự lắp ráp các
deoxyribonucleotide. Những đoạn mạch này được gọi là đoạn Okazaki
(gọi theo tên người phát hiện). Mối liên kết giữa các đoạn Okazaki được
kết nối sau đó nhờ enzyme ligase. Các protein trong tập hợp các protein
tham gia quá trình tái bản DNA gọi là replisome. Nhờ hệ thống này mà
quá trình tái bản DNA diễn ra với tốc độ cao (ở E. coli khoảng 30000 -
50000 đôi nucleotide trong một giây).
Ở sinh vật nhân chuẩn quá trình tự sao DNA diễn ra theo quá trình
tương tự nhưng cơ chế có thể phức tạp hơn và còn nhiều điểm chưa rõ.
DNA nhiễm sắc thể tế bào nhân chuẩn rất dài và sự khởi đầu tái bản có
thể đồng thời từ nhiều điểm khởi đầu tái bản và thường diễn ra theo cả hai
chiều. Đoạn DNA giữa hai điểm khởi đầu tái bản được gọi là đơn vị tái
bản. Trung bình độ dài một đơn vị tái bản đến 40000 bp. Khi bắt đầu tái
bản từ điểm khởi đầu tái bản, enzyme topoisomerase cắt DNA ở một sợi
và nhanh chóng khôi phục khía đứt để chuỗi siêu xoắn kép được tháo
xoắn và duỗi thẳng. Enzyme DNA-helicase tham gia vào tháo duỗi xoắn

205

của chuỗi kép để tạo mạch đơn. Bên cạnh các DNA-polymerase,
topoisomerase, helicase và primase, trong tổ hợp replisome của tế bào
nhân chuẩn còn có các protein khác gọi là các yếu tố tái bản A, B, và C,
(RFA, RFB, RFC, ) cũng như kháng nguyên hoạt hóa nhân tế bào
(PCNA). Cũng đã phát hiện được bốn loại DNA-polymerase khác nhau,
ký hiệu theo độ lớn của phân tử lượng là α, β, γ, và δ. DNA-polymerase α,
β và δ phát hiện thấy trong nhân tế bào còn DNA-polymerase γ thì chỉ
phát hiện trong các ty thể và lạp thể. Quá trình tái bản DNA nhân chuẩn
trên chạc tái bản diễn ra tương tự ở tế bào vi khuẩn. DNA-polymerase δ
hoạt động tương đương DNA-polymerase III ở vi khuẩn: xúc tác kéo dài
quá trình lắp ráp. Sự khởi đầu mỗi đoạn tái bản cũng do enzyme primase
đảm nhận, nó tổng hợp một đoạn RNA trên khuôn DNA chuỗi đơn và
nhờ đó cung cấp đoạn chuỗi đôi cho DNA-polymerase nhận biết và đầu
3'-OH cần thiết cho quá trình lắp ráp. Enzyme này xúc tác quá trình lắp
ráp trên cả mạch tiến (mạch liên tục) lẫn mạch lùi (mạch gián đoạn).
Tương tự DNA-polymerase I ở vi khuẩn, ở mạch lùi quá trình khử bỏ các
RNA mồi và lấp chỗ trống của mồi bởi deoxyribonucleotide do DNA-
polymerase α đảm nhận. (Vai trò của hai DNA-polymerase khác còn chưa
rõ). Cuối cùng vết khấc giữa các đoạn Okazaki cũng được kết nối nhờ sự
xúc tác của enzyme ligase. Tốc độ tái bản DNA phụ thuộc vào tốc độ làm
việc của các hệ thống tái bản trên mạch lùi vì quá trình tái bản trên mạch
này thường chậm trễ so với mạch tiến.
Bên cạnh cơ chế tái bản phụ thuộc primase tạo mồi (ở sinh vật nhân
sơ và nhân chuẩn) nêu trên còn có cơ chế tái bản DNA khác gọi là cơ chế
tái bản theo vòng lăn thường thấy ở plasmid và có thể diễn ra ở nhiễm
sắc thể vi khuẩn cũng như nhiễm sắc thể sinh vật nhân chuẩn. Ở plasmid
hoặc vi khuẩn, chẳng hạn, từ một điểm cắt bởi enzyme endonuclease trên
một sợi hình thành đầu 3'-OH và đầu 5'-P. Đầu 5'-P tách dần ra khỏi vòng
và được tổng hợp gián đoạn (có sự tham gia của primase), còn đầu 3'-OH
được DNA-polymerase nhận biết và xúc tác quá trình lắp ráp không cần

mồi RNA. Ở sinh vật nhân chuẩn tái bản kiểu vòng lăn diễn ra trong
trường hợp khuyếch đại gen. Khi đó một mạch đơn của đoạn gen này bị
cắt tại một điểm, tách ra rồi vòng lại, đầu 3'-OH hoạt động như một mồi
cho DNA-polymerase tổng hợp liên tục nhiều vòng đoạn nhiễm sắc thể
này. Kết quả là sau lần tái bản DNA tiếp theo số phiên bản của gen tăng
cao trong thành phần của nhiễm sắc thể.
Ở các virus RNA, quá trình tự sao genome có cơ chế đa dạng tùy
thuộc loại virus DNA một sợi hay hai sợi, virus RNA một sợi hay hai sợi,
hay virus có quá trình phiên ngược (hepadnavirus và retrovirus). Còn các
virus DNA hai sợi, nhìn chung, có quá trình sao chép tương tự ở
prokaryote và eukaryote. Ở virus DNA có genome chuỗi thẳng có cấu

206
trúc kẹp tóc (hair pin) ở đầu quá trình tái bản DNA có thể theo cơ chế tái
bản theo vòng lăn. Các virus RNA hai sợi cũng có quá trình tương tự ở
DNA hai sợi nhưng diễn ra trong tế bào chất tế bào ký chủ với sự xúc tác
của enzyme RNA-polymerase phụ thuộc RNA và sự sao chép RNA
không cần đến đoạn mồi oligonucleotide. Ở các virus một sợi (DNA hoặc
RNA), quá trình tái bản genome đều thông qua dạng tái tạo (replicative
form) là dạng Acid nucleic (NA) hai sợi gồm một sợi NA virus và một sợi
NA tương bù được tổng hợp trong tế bào ký chủ (nhưng không có trong
thành phần virion). Sợi tương bù tiếp tục làm khuôn để tổng hợp đồng
loạt các sợi NA virus. Trường hợp cá biệt xảy ra với các virus thuộc họ
Hepadnaviridae và họ Retroviridae. Genome hepadnavirus gồm DNA hai
sợi mạch vòng, sợi âm có cấu trúc khá đầy đủ nhưng có một điểm khuyết
thiếu (khấc) đặc hiệu chi, còn sợi dương có độ dài không hoàn toàn và
không ổn định. Nhờ DNA-polymerase sẵn có trong virion, sợi dương
không hoàn toàn được tổng hợp thành sợi dương hoàn toàn (để tổng hợp
RNA thông tin). Còn sợi âm làm khuôn tổng hợp sợi RNA dương. Sau
đó, nhờ sự xúc tác của enzyme RT (enzyme phiên ngược - reverse

transcriptase), hàng loạt sợi DNA âm của virus được tổng hợp từ khuôn là
sợi RNA dương. Những sợi DNA âm này lại làm khuôn để tổng hợp
DNA dương nhưng quá trình này chưa kịp hoàn thiện thì DNA hai sợi
này bị nhồi vào vỏ capsid cũng đồng thời hình thành.
Ở các retrovirus, genome là phân tử RNA gồm hai đoạn có đầu 5'
giống nhau. Dưới tác dụng của enzyme RT và mồi là RNA vận chuyển
chuỗi DNA âm tương bù được tổng hợp. Sau khi chuỗi RNA bị phân giải
sợi DNA âm được dùng làm khuôn để tổng hợp sợi DNA dương tương
bù. Cấu trúc DNA hai sợi này có các đoạn dài trình tự lặp ở đầu cực
(LTR - long terminal repeat). Nhờ LTR này mà sau khi di nhập vào nhân
DNA retrovirus tái tổ hợp vào DNA nhiễm sắc thể tế bào ký chủ (trở
thành tiền virus - provirus). Provirus nhờ tín hiệu sao chép trong LTR
dưới tác dụng của RNA-polymerase của ký chủ mà tổng hợp RNA
genome virus (đồng thời với việc tổng hợp các RNA thông tin có kích
thước khác nhau).
2. Phiên mã (Transcription)
Phiên mã là quá trình sao chép trình tự nucleotide trên DNA gen
cấu trúc thành trình tự nucleotide trên RNA thông tin (mRNA). Thông tin
di truyền trên DNA như vậy được truyền đạt sang hệ thống tổng hợp các
yếu tố hình thành tính trạng. Quá trình này thường diễn ra trên chạc tái
bản DNA nên khi hoàn thành quá trình tự sao DNA thì tế bào cũng đã
chuẩn bị sẵn lượng lớn RNA thông tin cần thiết. Đồng thời, trên một
khuôn DNA có nhiều RNA thông tin được tổng hợp. Về nguyên lý tổng

207
hợp RNA thông tin cũng theo nguyên tắc tương bù nucleotide. Một
adenyl ribonucleoside triphosphate sẽ tìm đến lắp ráp tương bù với
thymine trên khuôn DNA. Các ribonucleoside triphosphate khác cũng
hoạt động tương tự: A bù T, C bù G, G bù C nhưng uracyl ribonucleoside
triphosphate thay thế thymyl ribonucleoside triphosphate gắn kết tương

bù với adenine trên khuôn DNA. Quá trình phiên mã được xúc tác bởi
enzyme RNA-polymerase và không cần có sự tham gia của mồi.
Quá trình phiên mã diễn ra trong bốn giai đoạn: sự nhận biết đoạn
khởi đầu, mở đầu sự hình thành chuỗi, kéo dài chuỗi và kết thúc. RNA-
polymerase ở vi khuẩn gồm bốn tiểu phần: hai tiểu phần giống nhau α và
hai tiểu phần khác β và β
1
. Enzyme nhận biết được điểm khởi đầu khi có
yếu tố σ. Đoạn khởi đầu có trật tự nucleotide giàu A và T nên thường gọi
là trình tự ATAT (hay miền ATAT) là một vùng của miền khởi động
(promoter) trong cấu trúc operon (gồm các đoạn gen cấu trúc với các gen
điều hòa (R) và gen điều hành (O) phân bố trước chúng). Gắn vào điểm
khởi đầu phiên mã, RNA-polymerase định hướng tới đúng chỗ bắt đầu
tổng hợp RNA. Ở điểm bắt đầu quá trình lắp ráp một ribonucleoside
triphosphate tương bù được lắp vào. Sau đó RNA-polymerase tiếp tục
trượt dọc theo khuôn (chuỗi đơn) DNA, nhờ đó các ribonucleoside
triphosphate tương bù tiếp theo cũng được lắp vào chuỗi RNA. Hướng
kéo dài của mạch luôn là 5'→3'. Khi chạy đến vùng kết thúc, RNA-
polymerase được tác động với yếu tố ρ, và xảy ra quá trình kết thúc phiên
mã: cả RNA-polymerase lẫn chuỗi RNA được tách khỏi chuỗi DNA
khuôn. Trong nhiều trường hợp vùng kết thúc phiên mã có cấu trúc đặc
biệt và thường là vùng có cấu trúc lặp ngược hướng (palindrome) tạo nên
cấu trúc thòng lọng hay cấu trúc uốn palindrome.
Ở vi khuẩn có một loại RNA-polymerase. Enzyme này xúc tác tổng
hợp cả ba loại RNA: RNA thông tin, RNA ribosome và RNA vận chuyển.
Thông tin di truyền thường kết chuỗi thành một đơn vị phiên mã
(operon): một số gen cấu trúc (cistron) được phân bố liên tiếp sau một
đoạn gen khởi đầu phiên mã (tổ hợp R và O) và phiên mã cùng nhau
thành một RNA thông tin đa cistron gồm một số RNA thông tin phân
cách nhau bởi một đoạn trật tự nêm không mã hóa Acid amin gồm

khoảng vài chục nucleotide. Ở sinh vật nhân chuẩn có ba loại RNA-
polymerase I, II và III, theo trình tự tổng hợp RNA ribosome (I), RNA
thông tin (II), các RNA vận chuyển và các RNA ribosome có phân tử
lượng nhỏ (III). Các RNA thông tin ở sinh vật nhân sơ được sử dụng trực
tiếp ngay trong quá trình phiên mã để tổng hợp protein trên bề mặt cấu
trúc màng (màng tế bào chất, rất có thể là vùng mesosome), nhưng ở sinh
vật nhân chuẩn thì RNA thông tin được tổng hợp trong nhân phải trải qua
quá trình thành thục hóa (processing) gồm methyl hóa đầu 5' và poly-A

208
hóa đầu 3'-OH và cắt xén hay tách ghép (splicing: vùng intron của gen
cấu trúc bị cắt khỏi RNA thông tin chỉ còn lại phần exon) để trở thành
RNA thông tin thành thục hay RNA thông tin dịch mã.
Sinh vật có cơ chế điều hòa quá trình phiên mã cũng như dịch mã,
bảo đảm cho quá trình sử dụng thức ăn cũng như tổng hợp các hợp chất
nguyên liệu đồng hóa một cách tiết kiệm. Ở vi khuẩn gen điều hòa I,
chẳng hạn, tổng hợp protein điều hòa có mặt trong tế bào với liều lượng
thấp có tác động bao vây vùng điều hành (O) gây ức chế sao mã các gen
cấu trúc (điều hòa âm tính). Khi có mặt trong môi trường, yếu tố cảm ứng
(như lactose đối với Lac operon) làm cho protein điều hòa thay đổi cấu
trúc không gian, mất hoạt tính bao vây vùng O. Vùng O được giải tỏa cho
phép RNA-polymerase nhận biết và xúc tác quá trình tổng hợp các RNA
thông tin. Các gen cấu trúc trong tập hợp operon được phiên mã cùng
nhau thành một RNA thông tin đa cistron, sau đó quá trình dịch mã thành
các protein trên ribosome tiến hành theo từng đoạn ứng với các gen cấu
trúc. Bên cạnh cơ chế điều hòa âm tính nêu trên, trong tế bào còn có cơ
chế điều hòa dương tính. Khi đó chất giữ vai trò trọng yếu là adenosyl
monophosphate vòng (cyclic AMP - cAMP) tác dụng gián tiếp qua
protein đặc biệt có tên là CAP (catabolic gene activator protein) kết hợp
với vị trí khởi động làm tăng ái lực của RNA-polymerase dẫn đến tăng

cường quá trình phiên mã. Bên cạnh hai cơ chế cảm ứng đã nêu còn có cơ
chế điều hòa khác: cơ chế kìm hãm. Cơ chất nguyên liệu được tổng hợp ra
một cách dư thừa (ví dụ các Acid amin) tham gia vào tổ hợp kìm hãm
vùng operator làm dừng quá trình phiên mã.
3. Dịch mã (translation)
Dịch mã là quá trình tổng hợp mạch polypeptide ở ribosome trên cơ
sở khuôn RNA thông tin. Trình tự đọc bộ ba nucleotide (hay khung đọc
bộ ba - triplet reading frame) quyết định trình tự các Acid amin trong
mạch polypeptide. Tham gia vào quá trình dịch mã là một hệ thống phức
tạp: RNA thông tin (mRNA), ribosome và các Acid amin đã được hoạt
hóa bởi RNA vận chuyển (tRNA) thành dạng aminoacyl-tRNA dưới sự
xúc tác của enzyme aminoacyl-tRNA-synthetase, một loạt các protein
khác và đặc biệt là còn có sự tham gia của cấu trúc màng. Ở vi khuẩn cấu
trúc màng tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein là màng tế bào
chất mà có thể là vùng mesosome. Trong khi đó cấu trúc màng có chức
năng tương ứng ở sinh vật nhân chuẩn là mạng lưới nội chất (endoplasmic
reticulum). Mạng lưới nội chất không có ribosome bám lên gọi là mạng
lưới nội chất nhẵn còn mạng lưới nội chất có ribosome bám lên gọi là
mạng lưới nội chất có hạt. Ribosome chỉ hoạt động khi bám lên cấu trúc
màng. Nhờ vậy (và còn nhờ các chất tạo khuôn gọi là chaperon) các

209
protein được tổng hợp ra có được cấu trúc không gian xác định, phân bố
trong cấu trúc màng theo hướng xác định (đầu NH
3
+
hướng ra ngoài màng
tế bào chất và hướng vào phía trong của màng mạng lưới nội chất) và,
nhờ đó, có chức năng xác định.
Ribosome cấu tạo từ hai tiểu thể có hằng số lắng khác nhau: 30S và

50S ở vi khuẩn và trong ty thể hay lạp thể, còn trong nhiễm sắc thể tế bào
nhân chuẩn ribosome lớn hơn và cấu tạo từ tiểu thể 40S và 60S. Các
ribosome đều có hai vị trí gắn tRNA: vị trí A gắn aminoacyl-tRNA và vị
trí P gắn peptidyl-tRNA. RNA vận chuyển (tRNA) chỉ gồm 70 - 90
nucleotide, chứa nhiều bazơ nitơ cải biến (dihydroutidine, pseudoutidine,
thioutidine, inosine, ribothymidine, ), có dạng lá ba chẽ với cuống và ba
thùy. Đầu 5' của cuống là vị trí gắn Acid amin, còn thùy giữa là đối mã
(anticodon).
Quá trình dịch mã bao gtờ cũng bắt đầu từ một methionine. Ở vi
khuẩn tRNA vận chuyển methionine đầu chuỗi cũng khác với tRNA vận
chuyển methionine vào giữa chuỗi. Sau khi gắn với tRNA methionine đầu
chuỗi thường phải formyl hóa (nhờ nhận gốc formyl từ Acid N
10
-
tetrahydrofolic) thành formyl-methionine-tRNA. Vì vậy, RNA vận
chuyển methionine vào đầu chuỗi và giữa chuỗi được ký hiệu lần lượt là
RNA
f
met
và RNA
m
met
. Trước hết nhờ sự kích thích của protein IF-3,
mRNA liên kết với ribosome 30S. Tiếp đến tổ hợp fMet-RNA
f
met

ở dạng
phức hợp cao năng (fMet-RNA
f

met
-IF-2-GTP) được chuyển vào vị trí P
trên hạt 30S ứng với codon mở đầu UAG của methionine. Tín hiệu UAG
của methionine trên mRNA là của methionine mở đầu chỉ khi nó nằm gần
trình tự Shine-Dalgarno (3 - 9 nucleotide chứa trình tự trung tâm GAG) ở
trước đó. Nhờ tín hiệu này codon AUG mở đầu được chuyển chính xác
vào vị trí mở đầu trên ribosome thay thế vị trí của IF-3 trên hạt 30S của
ribosome. Sau đó hạt này liên kết tiếp với hạt 50S thành thể ribosome
70S. Đồng thời, IF-2 (trong tổ hợp hoạt hóa với IF-1) bị đẩy ra ngoài nhờ
năng lượng thủy phân GTP. Kết quả là phức hợp mở đầu (70S-mRNA-
fMet-RNA
f
met
) được hình thành.
Quá trình kéo dài cần các yếu tố kéo dài: EF-T và EF-G. Yếu tố EF-
T gồm hai protein: Tu và Ts. Tu và GTP hoạt hóa tất cả các Acid amin
tham gia kéo dài chuỗi polypeptide. Tổ hợp Acid amin hoạt hóa có dạng
chung là aa
n
-tRNA-Tu-GTP. Trước hết tổ hợp này gắn vào vị trí A với
codon tương ứng, rồi ở đó GTP bị thủy phân bởi Tu và cùng bị đẩy ra
ngoài. Tổ hợp Tu-GTP năng lượng cao được phục hồi nhờ yếu tố Ts. Liên
kết peptide thứ nhất được tạo thành nhờ hoạt tính peptidyl-transferase của
ribozyme 23S trong thành phần hạt ribosome 50S. Nhóm -COOH của
fMet và -NH
2
của Acid amin tiếp theo (aa
2
) tham gia phản ứng trùng
ngưng giải phóng một phân tử nước, nhận điện tử (năng lượng) từ tổ hợp

210
tRNA-Tu-GTP. Để dịch mã được tiếp tục fMet-aa
2
-tRNA được dịch
chuyển từ vị trí A sang vị trí P của ribosome, còn tRNA
f
Met
bị tách khỏi cả
hai liên kết: liên kết với codon mRNA và liên kết với methionine mà trở
nên tự do. Sự chuyển chỗ này cần yếu tố EF-G và GTP: EF-G thủy phân
GTP cung cấp năng lượng cho sự chuyển chỗ đồng thời đẩy EF-G ra
ngoài.
Ở sinh vật nhân chuẩn Acid amin mở đầu sự dịch mã cũng là
methionine nhưng không cần formyl hóa.
Các chuỗi polypeptide được tổng hợp nhờ ribosome phải diễn ra
trên cấu trúc màng. Ở vi khuẩn cơ cấu này chủ yếu là màng tế bào chất
tạo thành nếp cuộn của mesosome, còn sinh vật nhân chuẩn đó chính là
mạng lưới nội chất. Về thực chất hai cơ cấu màng này đều là sản phẩm
của quá trình tổng hợp màng vốn diễn ra liên tục trong tế bào và cung cấp
phần diện tích màng mới bao bọc thể tích của tế bào đang tăng trưởng.
Màng được hình thành chủ yếu nhờ quá trình chuyển hóa lipid trung tính
dự trữ thành lipid phân cực (chủ yếu là phospholipid) tạo nên cơ cấu
màng đơn vị (hay màng điển hình) hai lớp có các đuôi Acid béo hướng
vào nhau nhờ lực kị thủy. Màng đơn vị được bổ sung các phân tử protein
đang được tổng hợp trên ribosome bám dính trên màng này mà trở thành
cấu trúc màng sinh học đặc trưng: các phân tử protein khác nhau hoặc
thẩm nhập suốt độ dày của màng, thẩm nhập chỉ phía trong hoặc phía
ngoài của màng, hoặc nằm giữa hai lớp màng đơn vị phụ thuộc vào tính
phân cực và lực kị thủy của toàn bộ hay một phần cấu trúc phân tử của

chúng. Cơ cấu màng sinh học từ trạng thái mạng lưới nội chất chuyển dần
ra ngoài rồi dung hợp với màng tế bào chất làm diện tích màng tế bào
chất càng rộng. Mặt khác, các protein tiết xuất cũng được tổng hợp trên
cơ cấu màng và nhờ quá trình dung hợp màng tiểu bào (thể Golgi phình
rộng) với màng tế bào chất mà được tiết xuất ra ngoài tế bào. Chính nhờ
những cơ cấu này mà cơ thể có những tính trạng đặc trưng. Ở vi khuẩn,
quá trình hình thành màng bắt đầu từ mesosome và quá trình tổng hợp
protein cũng diễn ra đồng thời. Các phân tử protein được tổng hợp trôi dạt
dần trong cấu trúc linh động của màng. Ở các tế bào động vật hay thực
vật bị cảm nhiễm virus, các quá trình tổng hợp protein virus và hình thành
màng của tế bào cũng diễn ra đồng thời theo phương thức tương tự. Vì
vậy, nếu phát triển virus luôn lộ xuất các kháng nguyên của mình trên bề
mặt tế bào ký chủ trước khi giải phóng ra khỏi tế bào.
III. Sửa chữa DNA
Tế bào có cơ cấu sao chép thông tin di truyền hoàn thiện nhờ cơ chế
sao chép bán bảo toàn và lắp ráp nucleotide tương bù vào khuôn mạch
đơn. Tuy vậy, cơ chế này còn được bổ sung thêm cơ cấu sửa chữa DNA.

211
Có thể gặp ba cơ chế sửa chữa DNA là sửa chữa trực tiếp, sửa chữa cắt
bazơ và sửa chữa ghép đôi sai.
Sửa chữa trực tiếp thường gặp khi trên DNA hình thành dimer
thymine, là kết quả của sự chiếu xạ tử ngoại vào lứa cấy tế bào. Trong cơ
thể có một loại enzyme gọi là photolyase đảm trách việc sửa sai này.
Trong thành phần có FADH
2
và 5,10-dimethyl tetrahydrofolate,
photolyase được hoạt hóa bởi ánh sáng nhìn thấy. Khi đó nó có thể nhận
biết cấu trúc dimer thymine, phân giải dimer rồi tách khỏi DNA.
Ví dụ khác về sửa chữa trực tiếp là sửa chữa phục hồi guanine đã bị

methyl hóa trên nguyên tử O
6
. O
6
-methyl guanine (O
6
MG) hình thành khi
tế bào phát triển trong môi trường có yếu tố ankyl hóa. Khi sao mã,
O
6
MG có khuynh hướng ghép đôi với T hơn là với C, vì vậy gây đột biến
GC thành AT. Enzyme DNA-methyl transferase xúc tác loại bỏ nhóm
methyl khỏi O
6
MG làm phục hồi guanine bình thường trong chuỗi DNA.
(Do nhóm methyl liên kết chặt với Acid amin cystine của trung tâm hoạt
động của enzyme nên enzyme bị vô hoạt sau phản ứng sửa chữa DNA).
Sửa chữa trực tiếp còn nhờ các exonuclease là những enzyme cắt
DNA từ hai đầu.
Sửa chữa cắt bazơ được thực hiện nhờ enzyme DNA-glycosylase.
Enzyme này nhận biết những chỗ hư hỏng phổ biến trên DNA như
adenine và cytosine khuyết thiếu amin hoặc guanine và adenine methyl
hóa. Các enzyme này cắt bỏ nucleotide sai bằng cách cắt bỏ mối liên kết
glycosyl giữa bazơ nitơ và nguyên tử C 1' của deoxyribose. Kết quả là tạo
nên những điểm khuyết thiếu purine hoặc pyrimidine, ký hiệu là AP
(apurinic/apyrimidineic site). Sau khi AP xuất hiện các enzyme AP-
endonuclease cắt bỏ deoxyriboso-5'-phosphate sót lại, sau đó DNA-
polymerase I tổng hợp DNA bổ sung và ligase hàn chỗ trống trong mạch.
Bên cạnh sửa chữa điểm nêu trên còn có quá trình sửa chữa ghép
đôi sai. Hệ thống sửa chữa này ở E. coli, chẳng hạn, có ít nhất 9 protein.

Sự phân biệt sợi dựa vào tác dụng của enzyme dam-methylase methyl hóa
DNA ở các vị trí N
6
của tất cả các adenine (*A) gặp trong trình tự 5'-
GATC hay enzyme dcm-methylase methyl hóa cytosine (*C) nằm kề
adenine hoặc kề thymine trong trình tự CCATGG hay CCTAGG, hay ở
động vật bậc cao một số cytosine trong trình tự CG. Sau thời điểm sao
chép chỉ sợi khuôn được methyl hóa còn sợi mới còn chưa methyl hóa.
Nhờ đó tế bào phân biệt được sợi cũ và sợi mới. Trong sửa chữa DNA,
các protein MutS, MutH và MutL đóng vai trò quan trọng. MutS liên kết
các cặp bazơ ghép đôi sai, MutH liên kết với trình tự GATC, còn MutL
kết hợp với cả hai protein đã kết hợp DNA nói trên thành một phức hợp
làm cho phân tử DNA uốn cong trong khoảng độ dài 1000 bp phía đầu 5'