CẤU TRÚC NST & SỰ TÁI BẢN DNA

CẤU TRÚC NST &
SỰ TÁI BẢN DNA
Khái quát chung về NST

Nhiễm sắc thể (NST) là một cấu trúc có tổ chức của ADN và protein
nằm trong các tế bào.Đó là một phần đơn lẻ của chuỗi ADN có chứa
nhiều gen,cấu trúc quy định và các trình tự nucleotit khác.

NST khác nhau ở các sinh vật khác nhau. Phân tử ADN có thể hình
tròn, hình que…

Nhiễm sắc thể là vật liệu di truyền ở cấp độ tế bào, có vai trò rất quan
trọng trong di truyền.
NST có khả năng tự nhân đôi,phân li,tổ hợp ổn định qua các thế hệ.

NST có khả năng bị đột biến thay đổi số lượng cấu trúc tạo ra những
đặc trưng di truyền mới.

I. Cấu trúc của nhiễm sắc thể
1. Nhiễm sắc thể virus
• NST của virus có thể là phân tử
ADN hay ARN.

• Về thành phần hoá học thì nó
chỉ chứa polynucleotide, không
chứa các vật liệu phi
polynucleotide

• Về phương diện di truyền,
chúng hoạt động theo cấu trúc
duỗi thẳng, như thế, bản đồ di

truyền của chúng có điểm khởi
đầu và điểm tận cùng.


2. Nhiễm sắc thể ở sinh vật nhân sơ
Tế bào vi khuẩn và vi khuẩn lam có
nhân nguyên thuỷ (procaryota) phân
tán không có màng nhân.
• NST vi khuẩn là những phân tử
ADN trần, chuỗi kép, mạch vòng.

• Ngoài NST chính, ở vi khuẩn còn
thấy có một loại ADN khác ở dạng
vòng kép nhỏ gọi là các plasmid.

• Tính siêu xoắn chịu sự kiểm soát
của enzyme topoisomerase. NST
dạng xoắn có chứa các chuỗi ARN
mới tổng hợp, polymerase ARN.


3. Nhiễm sắc thể ở cơ thể bậc cao (eucaryote)
3.1 Cấu trúc trên phân tử của sợi nhiễm sắc.
Nhiễm sắc thể có cấu trúc gồm bốn bậc cấu trúc không gian:
- Cấu trúc bậc 1: Sợi cơ bản – nucleosome
- Cấu trúc bậc 2: Sợi chất nhiễm sắc- solenoid
- Cấu trúc bậc 3: Sợi tiền cromatid
- Cấu trúc bậc 4: Cromatit.
Các cấu trúc bậc cao là sự cuộn xoắn của ADN, kết hợp với
các thành phần như:

+ protein Histon, Protamin, phi Histon
+ARN nhân
+1 số ion kim loại như Ca
++,
Na
+
,K
+
…





Cấu trúc bậc 1 của sợi nhiễm sắc:

- Sợi ADN quấn quanh các protein histone tạo nên nucleosome.
- Nucleosome cấu tạo từ 8 phân tử histone:
(H3,H4,H2A,H2B)x2 phân tử, các hạt có hình trụ dẹt, đường
kính 10nm.
- Phân tử DNA cuốn quanh các hạt này được 1
3
/4
vòng tương
ứng với 146 cặp nu.
- Nối 2 hạt nucleosome là 1 đoạn DNA không cuốn histone.
- Giữa 2 hạt còn có phân tử histone H1 có vai trò đặc biệt trong
việc ổn định cấu trúc của chuỗi hạt.

Nucleosome

Cấu trúc bậc 2

Sợi nhiễm sắc cơ bản( cấu trúc bậc 1) có thể cuộn xếp theo kiểu lò
xo nén tạo cấu trúc bậc 2 gọi là cấu trúc solenoid có đường kính
khoảng 30nm.
- Mỗi bước cuộn solenoid trung bình có 6 hạt nucleosome.
- Cơ chế hình thành cấu trúc solenoid được giải thích bằng giả thiết
là: phân tử histone H1 tham gia vào sự tạo xoắn của sợi cơ bản.

Cấu trúc bậc 3

Hình thành mức kết tụ bậc 3 do cấu trúc bậc 2 tiếp tục co
xoắn tạo các dải cuộn gấp dựa theo hệ thống khung xương tựa
có bản chất protein.



Cấu trúc bậc 4

• Cuối cùng, cấu trúc bậc 3
cuộn xếp lần cuối để hình
thành cấu trúc NST ở trung
kỳ.
• Đây là mức kết tụ cuối của
NST điều này cho ta hình
ảnh rõ nét nhất về NST
trong quá trình phân chia
của tế bào.

Các bậc cấu trúc của NST

3.2 Cấu trúc nhiễm sắc thể ở trung kỳ

- Các NST ở kỳ trung gian: gồm 2 sợi nhiễm sắc tử (chromatide)
phân biệt nhau và dính với nhau ở tâm động.
- Mỗi chromatide có bao ngoài, trong chứa sợi nhiễm sắc
(chromonema) đường kính khoảng 20Å.
- Tâm động( eo thắt sơ cấp): Tuỳ theo vị trí của tâm động và độ
dài của vai do nó quy định mà các thể nhiễm sắc có các kiểu sau:
+Kiểu tâm giữa: tâm động ở chính giữa NST, 2 vai thể nhiễm sắc
bằng nhau.
+ Kiểu tâm lệch: tâm động ở gần một đầu mút thể nhiễm sắc, có
dạng móc, các vai của nhiễm sắc thể có độ dài khác nhau.
+ Kiểu tâm mút: tâm động ở cuối NST. NST có hình gậy.
+ Nhiều tâm
+ Không có tâm: kiểu này NST không di chuyển về 2 cực tế bào
được

Vị trí tâm động trên NST NST ở trung kỳ

• Eo thắt thứ cấp - thể kèm (vệ tinh): trên NST còn thấy
có các eo thắt thứ cấp.
- Thể kèm là một cấu trúc nhỏ ở phía đầu mút NST, nối
sau eo thắt.
- Trong nhân chỉ có 1 số NST có thể kèm và eo thứ cấp.
• Hạt nhiễm sắc: ở nhiều loài sinh vật, dọc theo chiều
dài của NST được chia thành từng đĩa màu hay hạt
nhiễm sắc (chromomere).
- Hạt nhiễm sắc chính là phần xoắn của sợi nhiễm sắc
• Hạt mút (telomere): ở phần cuối tự do của NST
thường có một cấu trúc đặc biệt gọi là hạt mút

(telomere). Cấu tạo gồm 3 loại protein( TRF1, TRF2,
WRN).
Vị trí telomere
• Mỗi một NST thường được phân hoá thành 2 miền khác nhau là miền
dị nhiễm sắc (heterochromatine) và miền nguyên nhiễm sắc
(eurochromatine):
 Miền nguyên nhiễm sắc hay miền hoạt động chứa tất cả các phức hệ
gen cơ bản của tế bào.

 Miền dị nhiễm sắc tập trung nhiều AND dạng kiến trúc trùng lặp bội
số cao, rất cao:

- Vùng dị nhiễm sắc có 2 loại: ổn định và không ổn định. Vùng dị nhiễm
sắc ổn định đặc trưng cho từng NST.

- Vùng dị nhiễm sắc thường gặp ở tâm động và NST giới tính.



II. Tái bản DNA

• Nguyên tắc bán bảo toàn:
Sự tái bản DNA được thực hiện theo nguyên lý bán
bảo toàn do Watson và Crick đề xuất (1953).
Mỗi một mạch đơn được dùng để làm khuôn để tổng
hợp thêm mạch đơn mới trên cơ sở nguyên lý ghép cặp bổ
sung giữa các bazo, kết quả tạo ra 2 phân tử DNA trong đó
mỗi phân tử có một mạch đơn cũ và một mạch đơn mới.
• Điểm khởi đầu sao chép:
Ở vi khuẩn chỉ có 1 điểm khởi đầu sao chép.

Ở eurcaryota quá trình tái bản diễn ra tại nhiều điểm.
Đơn vị tái bản là vùng DNA được tái bản từ 1 điểm khởi
đầu gọi là replicon.

1. Tái bản DNA ở sinh vật nhân sơ

Cơ chế tái bản:

• Quá trình tháo xoắn:
Enzyme Topoizomerase
(gyrase) cắt đứt 1 mạch
của chuỗi xoắn kp rồi
nhanh chóng nối lại.

Kết quả của quá này tạo
ra chạc tái bản, sẵn sàng
cho quá trình tổng hợp
sợi đơn mới.


Sơ đồ chạc 3 tái bản DNA

 Enzyme Helicase phá vỡ liên kết hydro giữa các bazơ trên 2
sợi đơn bổ sung giúp hai mạch đơn tách rời nhau.
 Protein SSB(single strand binding proteins, SSBPs) gắn lên
khắp các nơi của mạch đơn làm 2 mạch đơn ổn định và
không kết hợp lại với nhau.

• Quá trình lắp ráp:
 Nếu mạch khuôn là đầu 3’ sẽ tiến hành tổng hợp liên tục, còn

mạch khuôn là đầu 5’ sẽ tổng hợp đứt đoạn theo từng đoạn
okazaki.
 Tái bản bắt đầu từ việc tổng hợp mồi (primer) RNA
- Việc tổng hợp RNA mồi do enzyme có tên là primase tiến
hành.
- Primosome tiến hành phản ứng sinh mồi đầu tiên cho
mạch tiến ( leading) và mạch lùi (lagging).

 Tham gia tổng hợp DNA ở vi khuẩn có enzyme DNA
polymerase I và polymerase III.
- Enzyme DNA pol III tổng hợp mạch bổ sung từ đầu 3’-
OH tự do của mồi ARN.
- Mạch khuôn được sử dụng đến đâu các protein SSB được
giải phóng ra đến đó.

 Chiều tổng hợp DNA luôn từ hướng 5’-3’, cho nên sự
thành chuỗi polynucleotide mới trên 2 mạch khuôn diễn
ra theo 2 hướng ngược chiều nhau.

 Trên mạch khuôn hướng 3’-5’, sinh tổng hợp mạch đơn mới diễn
ra theo chiều cùng hướng với hướng tháo xoắn, mạch này được
tổng hợp liên tục được gọi là mạch tiến(leading strand).

 Trên mạch khuôn 5’-3’ sinh tổng hợp mạch đơn mới diễn ra theo
hướng ngược với hướng tháo xoắn, xẩy ra không liên tục mà dưới
dạng những đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki(lagging strand).

• Quá trình hoàn chỉnh sợi mới tổng hợp
- Sau khi tái bản kết thúc, các mồi RNA bị phân rã bởi hoạt tính
5’-3’ exonuclease của DNA pol I, để lại các lỗ hổng, sau đó các lỗ

hổng này được lấp đầy nhờ chính enzyme DNA polymerase I.

- Tiếp theo enzyme ligase sẽ nối tất cả chỗ giãn đoạn trên mạch mới.

Tái bản DNA ở sinh vật nhân sơ
2. Tái bản DNA ở sinh vật nhân chuẩn:

• Ở sinh vật nhân chuẩn quá trình tái
bản bắt đầu từ nhiều điểm, diễn ra
theo 2 chiều dẫn tới các vòng hợp
nhất.

• So với tái bản ở sinh vật nhân sơ
thì tái bản ở sinh vật nhân chuẩn
phức tạp hơn và diễn ra chậm hơn.

• Tế bào có cơ chế kiểm soát nghiêm
ngặt quá trình sao chép.

a. Các enzyme tham gia tái bản DNA ở sinh vật nhân chuẩn:
• Enzyme topoizomrase (gyrase) cắt ADN ở 1 sợi và khôi
phục khía nứt.
• ADN-helicase tham gia vào duỗi xoắn chuỗi xoắn kép để
tạo mạch đơn.
• ADN polymerase α/primase tổng hợp mồi RNA cho mạch
chậm
• ADN polymerase β tổng hợp và sửa chữa để hoàn chỉnh
sợi đơn DNA.
• ADN polymerase ɣ được tìm thấy ở ty thể, lạp thể
• ADN polymerase δ.

• Ngoài các enzyme trên còn có sự tham gia của nhiều
protein chuyên biệt: CAF-1, protein β, RF-A và RF-C .