AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT

1
AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT
A. MỞ ĐẦU.
I. Đặt vấn đề.
Trong tất cả các phân tử có trong tự nhiên, các acid nucleic là “độc nhất, vô nhị” về khả năng tự
sao chép (tái bản) từ các đơn phân thành phần. Trong thực tế, đặc điểm con cái giống bố, mẹ là kết
quả của quá trình sao chép chính xác DNA và sự di truyền của nó qua các thế hệ.
Thông tin di truyền được mã hóa bằng ngôn ngữ hóa học của DNA và được tái bản ở mọi tế bào
trong cơ thể của mỗi chúng ta. Chính ngôn ngữ lập trình của DNA đã điều khiển quá trình phát
triển các tính trạng về hóa sinh, giải phẩu, sinh lý và ở một mức độ nhất định là tập tính ở mỗi cơ
thể sinh vật.
Vì vậy với vai trò to lớn như vậy của acid nucleic (DNA) trong truyền đạt thông tin di truyền nên
tôi chọ đề tài: AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT
II. Phạm vi nghiên cứu.
Chỉ tập trung nghiên cứu chứng minh DNA là vật chất di truyền.
III. Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệu được lấy từ các nguồn thông
tin như thư viện, báo đài, internet. Dựa vào sự phân tích, tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu
để thực hiện đề tài.
B. NỘI DUNG
I. Thành phần cấu tạo hóa học của axit nucleic
Axit nucleic được F. Miescher phát hiện năm 1869.Nucleic acid, vật chất mang thông tin di truyền
của các hệ thống sống, là một polymer hình thành từ các monomer là nucleotide.Có hai loại
axitnucleic là axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA).
Axit deoxyribonucleic (DNA) là polyme có phân tử lượng lớn, có mặttrong tất cả tế bào
sống.DNA tập trung chủ yếu ở các nhiễm sắc thể trongnhân tế bào, ngoài ra còn có một số lượng
nhỏ nằm ở ty thể và lục lạp - là cácDNA ngoài nhân.Số lượng DNA là không thay đổi trong nhân
của các tế bàocùng loài. Axit ribonucleic có mặt cả trong nhân tế bào và trong nguyên sinhchất
2
1.1. Thành phần nguyên tố
Trong cấu tạo của axit nucleic có 5 nguyên tố hóa học là carbon (C),hydro (H), oxy (O), nitơ (N)

và phospho (P). Trong đó, thành phần nitơthường chiếm khoảng từ 8-10% và phospho là 15-16%.
1.2. Thành phần cấu tạo hóa học
Phân tử axit nucleic được cấu tạo từ 3 thành phần chính là các bazơnitơ, đường pentose và axit
phosphoric.
Hình 1.1.Cấu trúc các nucleotide điển hình
Khi thuỷ phân hoàn toàn axit nucleic bằng enzyme hoặc bằng axit thìthu được ba thành phần chính
là bazơ nitơ, đường pentose và axit phosphoric.
Nếu thuỷ phân từng bước bằng các enzyme thì đầu tiên, enzym ribonuclease cắt liên kết
phosphoester, giải phóng các nucleotide - là đơn vịcấu tạo cơ bản của phân tử axit nucleic. Các
nucleotide sẽ tiếp tục bị thuỷphân dưới tác dụng của các enzyme nucleotidase và nucleosidase để
giảiphóng axit phosphoric, đường pentose và bazơ nitơ (Hình 1.2)
3
Nucleotidase
Axit nucleic
(DNA và RNA)
Nucleotide
- Deoxyribonulease
- Ribonuclease
Nucleoside
Axit phosphoric
Đường pentose
- Deoxyribose
- Ribose
Nucleosidase
Bazơ nitơ
- Purine
- Pyrimidine
Hình 1-1: Sơ đồ thuỷ phân từng bước của axit nucleic
1,-Các bazơ nitơ:
Có 2 nhóm bazơ nitơ là purine và pyrimidine (Hình 1.3):

- Bazơ purine là hợp chất nitơ dị vòng. Vòng purine được nhà hoá học ĐứcE. Fischer gọi lần đầu
tiên, trong đó, bao gồm một vòng pyrimidine và mộtvòng imidazol ghép lại.Các bazơ có nhân
purine là adenine (A) và guanine(G).Mỗi bazơ đều có 2 dạng đồng phân.Một dẫn xuất quan trọng
của bazơadenine là hypoxanthine. Hypoxanthine được tạo thành khi nhóm −NH2 của
Adenine được thay bằng nhóm −OH.Hypoxanthine có ý nghĩa quan trọngtrong quá trình trao đổi
chất của tế bào sống.
- Bazơ pyrimidine là một vòng 6 cạnh có chứa hai nguyên tử nitơ. Cácbazơ có nhân pyrimidine là
cytosine (C) và thymine (T). Trong điều kiện sinh lý, guanine và thymine thường tồn tại ở dạng
ceton. Đôi khi, bazơ cytosine còn gặp dưới dạng 5-methyl cytosine, cònadenine và cytosine
thường tồn tại dưới dạng amin.
N
HN
N
N
NH
N
N
2
N
NH
N
6 5
7
1
2 3
4
9
8
Adenine (A)
(6-aminopurine)

N NH
HN
HN
O
N
N
NH HN
N
OH
N
N
NH
Guanine (G)
(2-amino 6-oxypurine)
NH
HN
N
NH
2
O NH
O
NH
N
4
5
Cytozine (C)
3
2 1
N
6

O
CH
3
(2-oxy-4-aminopyrimidine)
OH
CH
3
HN
O
NH
O
N
NH
Thymine (T)
(2,4 dioxy-5 methylpyrimidine)
O
HN
N
OH
O NH
O
NH
Uracil (U)
(2,4 dioxypyrimidine)
Hình 1-2: Công thức cấu tạo của các bazơ nitơ.

2,-Đường pentose:
Trong DNA có chứa gốc đường deoxyribose, trong RNA chứa gốcđường ribose nằm dưới dạng
vòng, có công thức cấu tạo là:
C

2
H
5
OH
Pentose
HOH
2
C
H
H H
OH
H
HO-H
2
C
H
H H
OH
H
OH H
OH OH
Deoxyribose
1.3. Nucleoside và nucleotide
1,-Nucleoside:
NH
2
N
N
N N
9

Liên kết
glycoside
Ribose
HN
O
O
N
1
HOH C
H
H
O
H
1’
H
HOH C
H
H
O
H
1’
H
OH R
R = OH hoặc H
OH R
Hình 1-3: Liên kết glycoside giữa bazơ nitơ vàđường pentose
Khi một bazơ nitơ liên kết với phân tử đường pentose bằng liên kếtβ,N-glycoside sẽ tạo thành một
nucleoside. Liên kết β,N-glycoside này hìnhthành giữa nguyên tử carbon thứ nhất (C
1
) của đường

pentose với nguyên tửthứ 9 (N
9
) của bazơ purine hoặc với nguyên tử thứ nhất (N
1
) của
bazơpyrimidine.
- Nucleoside của bazơ pyrimidine với đường ribose mang tên của bazơ vàcó đuôi là “-idine”
(thymidine, uridine, cytidine).
- Nucleoside của bazơ purin với đường ribose mang tên của bazơ và cóđuôi là “-osine”
(adenosine, guanosine).
- Khi bazơ nitơ liên kết với đường deoxyribose thì có thêm tiếp đầu ngữ“deoxy-“
(deoxyadenosine, deoxyguanosine, deoxycytisine). Riêng bazơmthymine chỉ có mặt trong DNA
nên gốc đường trong nucleoside luôn làdeoxyribose, trong trường hợp này, nhiều khi người ta
không cần gọi thêm tiếp đầu ngữ “deoxy-“, mà chỉ gọi một cách đơn giản là thymidine.
2,-Nucleotide:
O
N
NH
2
N
N
N
O
HN
O
O
N
HO
P O
OH

CH
2
H
H
O
H
H
HO
P O
OH
CH
2
H
H
O
H
H
OH OH
Adenosine 5’-monophosphat
(Adenosine monophosphat)
(AMP)
Hình 1-4: Sơđồ AMP và UMP
OH OH
Uridine 5’-monophosphat
(Uridine monophosphat)
(UMP)
Nucleotide là ester phosphat của nucleoside.Axit phosphoric tạo liênkết ester với một nguyên tử
carbon nào đó của đường (thường là ở C
5
), tạothành nucleotide (Hình 1-4).

Các nucleotide là đơn vị cấu tạo của axit nucleic, phân tử DNA đượccấu tạo nên từ 4 loại
nucleotide: dAMP, dGMP, dCMP và dTMP.
Nucleotide đóng vai trò sinh học quan trọng.Ngoài chức năng cấu tạonên vật chất di truyền, chúng
còn có mặt trong các coenzyme, xúc tác nhiềuphản ứng hóa học trong tế bào như các coenzyme
NAD, FAD, FMN vàcoenzyme A.
Bảng 1-1: Tên gọi và chữ viết tắt của một số nucleotide
Tên gọi Ký
Adenozine 5’-monophosphat (axit adenylic)
Guanosine 5’-monophosphat (axit guanylic)
Cytidine 5’-monophosphat (axit cytidytic)
Uridine 5’-monophosphat (axit thymidylic)
Deoxyadenosine 5’-monophosphat (axit deoxyadenylic)
Deoxyguanosine 5’-monophosphat (axit deoxyadenylic)
Deoxycytidine 5’-monophosphat (axit deoxycytidylic)
Deoxythymidine 5’-monophosphat (axit deoxythymidylic)
II. Cấu trúc phân tử DNA
2.1- Đặcđiểm cấu tạo
hiệu
AMP
GMP
CMP
UMP
dAMP
dGMP
dCMP
dTMP
Axit deoxyribonucleic (DNA) là phân tử mang thông tin di truyền củatế bào sống mà trong đó, gen
là đơn vị di truyền cơ bản.
DNA được xây dựng từ 4 loại nucleotide: dAMP, dGMP, dCMP vàdTMP. Gốc đường trong các
nucleotide này là deoxyribose. DNA là mộtpolynucleotide, các nucleotide nối với nhau bằng liên

kết 3',5' phosphodiester.
Hai liên kết ester được hình thành giữa gốc phosphat với carbon thứ 3 củanucleotide này và carbon
thứ 5 của nucleotide nằm kề nó (Hình 1-5).
Phân tử DNA bao gồm hai sợi polynucleotide ngược chiều nhau, bazơpurine của sợi polynucleotide
này nằm đối diện với bazơ pyrimidine của sợipolynucleotide kia theo quy luật bổ sung nghiêm
ngặt: adenine đứng đối diệnvới thymine (A−T) và guanine đứng đối diện với cytosine (G-C). Hai
sợipolynucleotide được giữ vững và ổn định nhờ các liên kết hydro giữa cácbazơ nitơ của hai mạch
(Hình 1-5).
H
N
N
6
H
5
7
N
H
N
N
H
N
H
H
N
N
N
A
1
2
H

N
N
3
N
4
H
9
N
R
8
H
N
N
N
H
N
R
H
H
N
N
O
N
R
3
4
5
C
O
2 1N

R
6
O N
R
O N
R
Dạng amin
Dạng imin ít gặp (2 dạng quay)
G
T
H
H
N
H
H
O
N
N
O
6
N
O
4
N
R
N
N
R
CH
3

H
N
H
O
N
N
N
O
N
O
N
R
O
H
H
N
N
R
CH
3
CH
3
H
N
H
O
H
N
H
N

N
O
N
O
N
R
O
N
N
R
CH
3
CH
3
Dạng ceton
o
H
N
R
H
O N
R
Dạng enol ít gặp (2 dạng quay)
Hình 1-5: Vị trí có thể hình thành liên kết hydro của các dạng bazơ nitơ
Hướng chuyển dịchđiện tử trong liên kết hydro
Quy luật liên kết bổ sung giữa hai loại bazơ nitơ do E. Chargaft pháthiện. Khi nghiên cứu thành
phần các bazơ nitơ trong phân tử axit nucleic, ôngthấy rằng: Số bazơ adenine luôn bằng thymine
và số bazơ guanine luôn bằng cytosine. Quy tắc này được gọi là quy tắc Chargaft:
A = T và G = C hay
Về sau, các nhà nghiên cứu thấy rằng: số lượng các cặp bazơ A−T vàG−C rất khác nhau ở mỗi

loài nên quy tắc này được bổ sung nội dung sau:
Tỷ lệ (A+T)/(G+C) là tuỳ theo loài
Một đặc điểm rất quan trọng của các bazơ nitơ như đã nêu ở phần trênlà chúng có các dạng đồng
phân. Nếu xét về góc độ hoá học thuần tuý, dựavào khả năng cho và nhận điện tử của các nguyên
tử trong các loại bazơ nitơ(Hình 1-5), thì khi thay đổi dạng đồng phân, bazơ adenine có thể tạo
liên kếthydro với cả bazơ thymine (A−T) và cytosine (A−C), tương tự như vậy, bazơguanine cũng
có thể tạo liên kết với cytosine (G−C) và thymine (G−T).
Trong điều kiện sinh lý của tế bào, người ta thấy, bazơ adenine vàcytosine thường nằm dưới dạng
amino, nghĩa là, nguyên tử nitơ gắn với vòngpurine và pyrimidine luôn có hai nguyên tử nitơ
(−NH2), rất ít khi gặp ở dạngimin (−NH). Tương tự như vậy, ở bazơ guanine và thymine, nguyên
tử oxygắn ở carbon thứ 6 của vòng purine và pyrimidine luôn nằm dưới dạng ceton(C=O) và rất ít
khi gặp ở dạng enol (C−OH) (Hình 1-5). Như vậy, vị trí củanguyên tử hydro ở các nhóm thế trên
là hết sức quan trọng. Nếu nguyên tửhydro không cố định vị trí thì sẽ dẫn đến sự bắt cặp nhầm
giữa A−C và G−T, làm thay đổi trình tự sắp xếp và thành phần các bazơ nitơ trên các sợi
polynucleotide. Nếu trường hợp này xảy ra thì bộ máy di truyền sẽ bị biếnđộng, phân tử DNA của
thế hệ này sẽ khác thế hệ trước. Tuy nhiên, tế bào cơthể sống luôn có cách kiểm soát thích hợp để
đảm bảo bộ máy di truyền ổnđịnh từ thế hệ này qua thế hệ khác.
2.2.Cấu trúc bậc II - Mô hình Watson và Crick
Năm 1953, Watson và Crick đã khám phá ra mô hình cấu trúc phân tửDNA - đây là một phát minh
quan trọng của thế kỷ XX, đánh dấu một bướcngoặt cho sự phát triển của di truyền học.Watson và
Crick đã được trao giảithưởng Nobel năm 1962.
Theo Watson và Crick, mô hình cấu tạo không gian của DNA có nhữngđặc điểm chính sau:
- Phân DNA gồm hai sợi polynucleotide sắp xếp theo hai hướng ngượcchiều nhau (đối song song):
sợi bên này có đầu 3'−OH thì sợi bên kia sẽ là5'−P.
- Hai sợi cùng xoắn (xoắn đôi) xung quanh một trục chung.
- Các bazơ nitơ của hai sợi nằm quay vào trong. Bazơ của sợi này đứng đốidiện với bazơ của sợi
kia theo quy luật bổ sung A đối diện T và G đối diện C.A nối với T bằng hai liên kết hydro, G nối
với C bằng 3 liên kết hydro.
- Nhóm phosphat và gốc đường trong chuỗi polynucleotide xoay ra ngoài,hình thành liên kết với
nước, đảm bảo tính ổn định cho phân tử.

- Mỗi vòng xoắn ốc tương ứng với 10 cặp bazơ, chiều cao của mỗi vòngxoắn ốc là 34Å (1Å = 10
-10
m). Như vậy, chiều cao của mỗi nucleotide là3,4Å, đường kính trong là 20Å (Hình 1-6).
- Tính chất bổ sung theo cặp base dẫn đến sự bổ sung về trình tự các base giữa hai sợi đơn của
chuỗi xoắn kép. Vì vậy, trong bất kỳ một phân tử DNA sợi kép nào hoặc một đoạn của nó bao giờ
cũng có:
A = T và G = C hay
Như vậy, mô hình cấu trúc chuỗi xoắn kép của Watson – Crick hoàn toàn thỏa mãn và cho phép lý
giải một cách thõa đáng kết quả nghiên cứu của Chargaff.
2.3. Các dạng cấu trúc của DNA
Phân tử DNA ở sinh vật Eucaryote có dạng thẳng, còn phần lớn tế bàoProcaryote có dạng
vòng.Tuy nhiên, dù vòng hay thẳng, các DNA đều có cấutạo cuộn xoắn.
+ Dạng thẳng:
Phân tử gồm hai sợi xoắn kép, đối song song, mỗi sợi đều có đầu3'−OH và 5'−Phosphat tự do.
O
5’
H
N
H
3’
O
O P
O
O
N
N
H
H
O
N

N
N
H
1’
2’ 3’
H H
O
4’
H
CH
2
4
’
H
O
H1’
N
O
H
N
Guanine
CH
2
O
H
O
P
O
3’
O

2’ H
H
N
Cytosine
H
N
H
H
H
O
N
ch
3
H
H
H
O
3’
H
O
P
O
H
O
CH
2
H
H
O
H

H
N
N
N
O
N
O
Thymine
CH
2
O
3’
3’
H
Adenine
O
O
P O
O
5’
Hình 1-6: Cấu tạo của 2 sợi polynucleotide và sự bắt cặp bổ sung của các
bazơ nitơ
5'
3'
5'
5'
5'
5'
5'
3'

P
P
P
P
P
OH
3'
3'
3'
3'
3'
A
C
T
G
A
3’
3’
T
G
A
C
T
5’
3'
3'
3'
3'
3'
5'

OH
P
P
P
P
P
3'
5'
5'
5'
5'
5'
3'
5'
Hình 1-7: Mô hình cấu trúc phân tử DNA
nm
0,34 nm
(34A)
(3,4A )
3,4
Ngày nay, người ta đã phát hiện và mô tả được 6 loại cấu trúc xoắn đôicủa DNA là A, B, C, D, E
và Z. Sự khác nhau giữa các loại được thể hiện chủyếu ở những đặc điểm sau:
- Chiều xoắn (xoắn phải hoặc xoắn trái),
- Số lượng đôi bazơ trong mỗi vòng xoắn,
- Khoảng cách giữa mỗi đôi bazơ,
- Khoảng cách lớn nhất giữa mỗi sợi.
Loại B là loại hay gặp nhất trong điều kiện sinh lý và là loại đúng theomô hình của Watson và
Crick, có chiều xoắn phải.
Loại Z được tìm thấy trong nhiễm sắc thể của ruồi dấm, có chiều xoắntrái và 12 đôi bazơ trong
mỗi vòng xoắn.

Loại A được tìm thấy trong môi trường chứa nhiều ion natri hay canxi,có chiều xoắn phải và có 11
đôi bazơ trong mỗi vòng xoắn.
Loại C, D và E không có mặt trong cơ thể sống.
+ Dạng vòng:
Phân tử hình tròn, xoắn. Có thể gặp dạng xoắn đơn vòng như DNA vàmột số virus hay dạng xoắn
đôi của DNA vi khuẩn.
III. Tính chất của DNA
Dung dịch DNA có tính keo do phân tử lớn và có tính axit do có chứagốc axit phosphoric.
Dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt hay các chất hóa học(formamide, urê), hai sợi đơn của
phân tử DNA bị tách rời do các liên kếthydro giữa các bazơ bổ sung bị phá vỡ - hiện tượng này
gọi là sự biến tínhcủa DNA. Giá trị trung bình của khoảng nhiệt độ trong quá trình biến tính gọi
là nhiệt độ nóng chảy của DNA (Tm - melting Temperature). Sau khi haimạch đơn của phân tử
DNA tách rời ra, nếu ta giảm nhiệt độ từ từ, cộng vớiđiều kiện thích hợp thì hai mạch sẽ bắt cặp
trở lại - hiện tượng này gọi là sựhồi tính. Nếu ta giảm nhiệt độ một cách đột ngột thì sự bắt cặp
trở lại sẽkhông diễn ra.
Các nucleotide trong DNA hấp thụ tia cực tím với độ dài bước sóng tốiđa là 260nm. Do vậy, khả
năng hấp thụ tia cực tím của hai sợi đơn sẽ lớn hơnmột sợi kép.
DNA bị thủy phân dưới tác dụng của các enzyme nuclease.
Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh bằng cách sử dụng các tác nhân vật lý và hóa học khác
nhau. Chẳng hạn, khi đun nóng từ từ các phân tử DNA lên tới nhiệt độ gần 100
o
C thì các liên kết
hydro của chúng bị phá hủy hoàn toàn và hai sợi bổ sung tách ra. Ngược lại, khi làm nguội từ từ
dung dịch đốt nóng chứa DNA bị biến tính hoàn toàn, các sợi đơn thường cặp lại với sợi bổ sung
của chúng và làm phục hồi chuỗi xoắn kép như lúc đầu.
IV. Chức năng của DNA.
DNA hay bộ gen của tất cả các sinh vật nói chung có chức năng chính là mang đầy đủ toàn bộ
thông tin di truyền đặc trưng cho từng loài. Thông tin di truyền này được ghi lại dưới dạng mật
mã, gọi là mã di truyền, và chứa đựng trong các gen cấu trúc cũng như các yếu tố kiểm soát di
truyền nhằm điều khiển mọi hoạt động sinh trưởng, phân chia và biệt hóa của tế bào.

Hơn nữa, DNA hay vật chất di truyền nói chung đều có khả năng tự sao chép một cách chính xác
bản thân nó trong một quá trình gọi là tái bản – cơ sở của sự tự nhân đôi nhiễm sắc thể và do đó là
cơ sở của sự phân chia tế bào. Đó còn là các quá trình hoạt động và điều hòa sự biểu hiện của các
gen trong bộ gen – phiên mã và dịch mã – tạo ra các phân tử (RNA và Protein) tham gia vào các
cấu trúc và hoạt động sống cơ sở của tế bào. Nhờ đó mà con cái sinh ra thường giống với cha mẹ,
mỗi loài duy trì sự ổn định tương đối bộ gen của mình và nói rộng ra là, nhờ đó mà sự sống được
duy trì một cách liên tục kể từ khi sự sống bắt đầu hình thành trên trái đất cách đây chừng ba tỷ
rưỡi năm.
Mặt khác, DNA hay vật chất di truyền nói chung có khr năng phát sinh các biến đổi trong quá
trình phát triển cá thể và sinh sản của sinh vật. Đó là, các đột biến gen gây ra bởi tác động của các
tác nhân vật lý và hóa học khác nhau, hoặc do chính các sai sót trong quá trình tái bản, hoặc do sự
dịch chuyển vị trí của bản thân các gen trong bộ gen. Ngoài ra, đó còn là các quá trình tái tổ hợp di
truyền tạo nên các biến dị tổ hợp phong phú và đa dạng trong quá trình sinh sản của sinh vật.
Chính các quá trình biến đổi đa dạng này đã không ngừng tạo nên các nguồn biến dị di
truyeenfsow cấp và thứ cấp cho sự chọn lọc và tiến hóa của sinh giới.
Các chức năng và cơ chế truyền đạt thông tin di truyền chính yếu của DNA được mô tả tóm tắt ở
“ Luận điểm trung tâm của sinh học phân tử”
V. Các thí nghiệm chứng minh DNA là vật chất di truyền
5.1 Các chứng minh gián tiếp
Trước đây, người ta cho rằng, protein là vật chất di truyền, quan niệmnày vẫn còn tồn tại cho đến
những năm đầu của thế kỷ XX. Sau khi phát hiệnra axit nucleic (1869) và nhà hóa học Đức R.
Feulgen tìm ra phương phápnhuộm màu đặc hiệu với axit nucleic (1914), thì rất nhiều kết quả
nghiên cứuvề axit nucleic đã làm sáng tỏ rằng, DNA mới là vật chất di truyền chứ khôngphải là
protein.
Những phát hiện sau đây gián tiếp cho thấy DNA là vật chất di truyền:
- DNA có mặt trong tất cả các tế bào sống, từ vi sinh vật, thực vật cho đếncác động vật bậc cao.
- DNA là thành phần chủ yếu của các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào.
- Hàm lượng DNA trong tất cả các tế bào dinh dưỡng (tế bào soma) củamột loại sinh vật bất kỳ
nào đều giống nhau, không phụ thuộc vào trạng tháihay chức năng của chúng. Ngược lại, hàm
lượng RNA và protein lại thay đổitùy theo trạng thái sinh lý.

- Khi gây đột biến bằng tia tử ngoại, người ta thấy hiệu quả gây đột biếncao nhất là ở bước sóng
260nm, là bước sóng mà DNA hấp thụ cao nhất.
- Số lượng DNA trong các tế bào sinh dục (trứng, tinh trùng, noãn, phấnhoa, ) bằng một nửa số
lượng DNA trong tế bào dinh dưỡng của cơ thể.
5.2- Thí nghiệm của Griffith và Oswald Avery
Năm 1928, Griffith đã phát hiện ra hiện tượng biến nạp(transformation) ở vi khuẩn Streptococcus
pneumoniae gây bệnh sưng phổi ởđộng vật có vú. Vi khuẩn này có hai dạng khác nhau:
- Dạng S (Smooth) có khuẩn lạc láng trên môi
trường thạch. Tế bào của vikhuẩn dạng này
có vỏ bao (capsule) nên hệ thống miễn dịch
của cơ thể độngvật không thể tấn công tiêu
diệt được, vì vậy, khi xâm nhập vào cơ thể,
chúnggây nên bệnh sưng phổi.
- Dạng R (Rough) có khuẩn lạc nhăn, tế bào
của chúng không có vỏ bao,nên khi xâm
nhập vào cơ thể động vật, chúng sẽ bị hệ
thống miễn dịch củađộng vật tiêu diệt,
không gây nên bệnh.Hình 1.8 Thí nghiệm biến nạp ở chuột
Griffith đã phát hiện ra rằng, nếu tiêm dịch vi khuẩn dạng S đã đun sôiđến chết vào chuột thì chuột
không bị bệnh. Nhưng khi tiêm vào chuột hỗnhợp bao gồm một lượng nhỏ vi khuẩn sống dạng R
với một lượng lớn tế bàovi khuẩn dạng S đã đun chết, thì chuột phát bệnh và chết. Lấy máu của
chuộtchết vì bệnh này đưa vào môi trường nuôi cấy, ông thấy sự có mặt của vikhuẩn dạng S.
Như vậy, vi khuẩn dạng S không thể tự sống trở lại sau khi bịđun đến chết được, nhưng các tế bào
chết này đã truyền tính gây bệnh cho tếbào sống dạng R. Hiện tượng này gọi là biến nạp.
Năm 1914, Oswald Avery, Colin Mc. Leod và Maclyn Mc. Carty đãxác định tác nhân gây biến
nạp bằng thí nghiệm theo sơ đồ như Hình 1-9.
Dạng R và dạng S
Tế bào vi khuẩn
dạngR
Tách DNA

Tế bào vi khuẩn
dạng S
DNA + một số
protein
Tế bào vi khuẩn
dạng R
Chỉ có dạng R
Hình 1-9: Sơđồ thí nghiệm của Oswald Avery, Colin Mc. Leod và
Maclyn Mc. Carty
Xö
lý
b»
ng
nz
ym
th
ñy
ph
©n
pro
te
e
e
e
in
X
ö
l
ý
b

»
n
g
n
z
y
m
t
h
ñ
y

p
h
©
n
A
D
N
DNA của tế bào vi khuẩn gây bệnh dạng S được tách và làm sạch. Mặcdù đã tách và làm sạch
nhưng sản phẩm thu nhận được vẫn còn một ít protein.Giả thiết, nếu protein là tác nhân gây biến
nạp thì sau khi xử lý loại bỏ proteinbằng enzyme protease và phối trộn với tế bào sống dạng R, thì
hiện tượngbiến nạp sẽ không xảy ra.Ngược lại, nếu tác nhân biến nạp là DNA thì saukhi loại bỏ
DNA bằng enzyme deoxyribonuclease và phối trộn với tế bàosống dạng R thì cũng sẽ không xuất
hiện hiện tượng biến nạp.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiện tượng biến nạp chỉ tìm thấy khi cómặt DNA, còn ở trường hợp
DNA bị enzyme phá hủy thì không xuất hiệnhiện tượng biến nạp. Điều đó khẳng định rằng, chính
DNA là tác nhân gâybiến nạp, truyền tính gây bệnh từ tế bào dạng S sang tế bào dạng R của vi
khuẩn.
5.3.Thí ngiệm của A. Hershey và M. Chase

Năm 1952, bằng thí nghiệm về sự xâm nhập của virus bacteriophage T
2
(gọi tắt là phage) vào vi
khuẩn E. Coli, Alfred Hershey và Martha Chase đãchứng minh trực tiếp rằng, DNA chính là vật
chất di truyền.
32
P
S
35
Bơm vào
Protein
DNA
Trụ đuôi
Đĩa gốc
Lông đuôi
Đầu
Đuôi
Hình 1-10: Sơđồ về sự xâm nhập của virus phage T2
Phage T
2
có cấu tạo gồm 2 thành phần chính, vỏ protein bên ngoài vàDNA ở bên trong phần
đầu, tỷ lệ giữa 2 thành phần này là tương đương. Khixâm nhập vào vi khuẩn, người ta xác
định rằng: đầu tiên, phần đuôi của phagebám vào màng tế bào của vi khuẩn, sau đó, một
phần chất nào đó được vào tế bào vi khuẩn và sau một thời gian, rất nhiều tế bào virus mới
được tạo thành bên trong tế bào của vi khuẩn và chui ra ngoài.

Thí nghiệm của A. Hershey và M. Chase được tiến hành với mục đích xác định
xem, chất nào của phage được bơm vào tế bào vi khuẩn để tạo ra các thế hệ phage
mới.
Dựa vào thành phần cấu tạo của DNA và protein, người ta thấy rằng:

DNA chứa nhiều phospho nhưng không chứa lưu huỳnh, còn protein thì chứa lưu
huỳnh. Vì vậy họ đã sử dụng 2 đồng vị phóng xạ là S
35
và P
32
để gắn vào protein và
DNA của phage T2 nhằm dễ dàng theo dõi. Tiến trình thí nghiệm gồm các bước
sau:
- Tạo ra một thế hệ phage T
2
có protein chứa S
35
và có DNA chứa P
32
bằng cách
nuôi vi khuẩn E. Coli trên môi trường có S
35
và P
32
. Thế hệ phageT
2
mới tạo thành
sẽ mang đồng vị phóng xạ S
35
và P
32
.
- Tách virus đã mang đồng vị phóng xạ.
- Cho virus mang đồng vị phóng xạ xâm nhập vào tế bào vi khuẩn E. Colikhông
mang đồng vị phóng xạ. Bước này thực hiện bằng cách cho phage T

2
tiếp xúc với tế
bào vi khuẩn trong khoảng thời gian đủ để virus bám vào màng tế bào của vi khuẩn
và bơm vật chất di truyền của chúng vào trong tế bào, rồi dung dịch được lắc mạnh
và li tâm để tách rời tế bào vi khuẩn ra khỏi phần còn lại của phage bên ngoài tế
bào.
- Phân tích thành phần phóng xạ ở phần nằm ngoài tế bào vi khuẩn củaphage và
phần nằm bên trong tế bào vi khuẩn.
Kết quả cho thấy: Phần nằm ngoài tế bào vi khuẩn của phage có chứanhiều S
35

(80%) nhưng rất ít P
32
. Điều đó cho thấy rằng, phần lớn protein củavỏ phage nằm
ngoài tế bào vi khuẩn.
Ngược lại, phần bên trong tế bào vi khuẩn có chứa nhiều P
32
(70%), nhưng ít S
35
,
chứng tỏ rằng, DNA được bơm vào tế bào vi khuẩn để sinh sản ra một thế hệ
phage mới.
Từ các kết quả thí nghiệm đi đến kết luận: Vật chất di truyền của phageT
2
là DNA.
5.4. Các bằng chứng khác chứng minh DNA là vật chất di truyền.
- Các bằng chứng khác chứng minh DNA là vật chất di truyền đến từ phòng thí
nghiệm của nhà hóa sinh học Erwin Chargaff. DNA đã được biết là polymer (cao
phân tử) của các nucleotide. Trong đó, mỗi nuclotide gồm có 3 thành phần: một
base chứa nitrogen, một đường pento được gọi là deoxyribose, và một nhóm

phosphate.
- Erwin Chargaff đã phân tích thành phần base của DNA từ nhiều sinh vật khác
nhau. Năm 1950, ông đã công bố thành phần base trong DNA biến động khi so
sánh giữa các loài khác nhau. Chẳng hạn, ở người 30,3% các nucleotide DNA chứa
base A, trong khi tỉ lệ này ở E.coli chỉ là 26%.
- Bằng chứng về tính đa dạng phân tử như vậy giữa các loài, vốn trước đó chưa
từng biết đối với DNA, đã củng cố thêm nhận định DNA là nhóm chất có tiềm
năng hơn trong vai trò vật chất di truyền.
- Chargaff cũng đặc biệt nhấn mạnh một quy luật kỳ lạ về tỉ lệ giữa các base
nitrogen giữa các loài. Trong thành phần DNA của tất cả các loài được nghiên cứu,
số lượng Adenine luôn xấp xỉ Thymine, còn số lượng Guanine luôn xấp xỉ
Cytosine. Chẳng hạn trong DNA của người tỉ lệ của 4 loại base nitrogen được xác
định là: A = T = 30,3%, G = 19,5%, và C = 19,9%. Sự cân bằng về số lượng base
A với T cũng như giữa G với C còn được gọi là luật Chargaff.
C. KẾT LUẬN
ADN thỏa mãn các yêu cầu đối với vật chất di truyền vì:
1. Chứa và truyền đạt thông tin di truyền
Đòi hỏi trước tiên đối với vật chất di truyền là có khả năng chứa thông tin di
truyền. Phân tử ADN có chiều ngang giới hạn, nhưng chiều dài thì không hạn chế.
Trình tự các sắp xếp của các nucleotit sắp xếp theo chiều dài quy định thông tin di
truyền. Tuy ADN chỉ có 4 loại nuclêôtit nhưng số trình tự khác nhau là một con số
khổng lồ.
Ngoài việc chứa thông tin di truyền, khả năng này còn được mở rộng do các thay
đổi cấu trúc, do gãy, nối lại và lắp ghép các đoạn ADN.
Thông tin di truyền chứa trên ADN được hiện thực hóa nhờ chất trung gian ARN
để tổng hợp nên các prôtêin là những công cụ phân tử thực hiện các chức năng của
tế bào.
2. Tự sao chép chính xác
Chuỗi xoắn kép ADN gồm hai mạch bổ sung cho nhau theo nguyên tắc bổ sung
nên quá trình sao chép ADN diễn ra chính xác, đảm bảo cho vật chất di truyền

được giữ ổn định qua các thế hệ.
3. Có khả năng phát sinh biến dị di truyền
Có thể bị đột biến về cấu trúc, số lượng, đột biến gen.
4. Có tiềm năng tự sửa sai
ADN có khả năng tự sửa sai những sai hỏng di truyền. Do cấu trúc mạch kép nên
khi sai hỏng xảy ra ở một mạch, enzim sửa sai có thể dựa vào mạch bổ sung để
thay thế nuclêôtit đúng vào.
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
- Campbell tập III Di truyền học
- Hoàng Trọng Phán (2005) Di truyền học,NXB Đại học Huế.
- Hoàng Trọng Phán (2011) Di truyền học phân tử , NXB Đại học Huế.
- Hoàng Trọng Phán (2008) Nucleic acid , NXB Đại học Huế.
- Lê Đức Trình (2001) Sinh học phân tử của tế bào, NXB Khoa học và kỹ
thuật Hà Nội.
- Đỗ Quý Hải (2008) Giáo trinh Hóa sinh, NXB Đại học Huế.
- Nguyễn Bá Lộc (1994) Hóa sinh, NXB Đại học Huế.
- Nguyễn Bá Lộc (2002) Bài giảng Sinh học phân tử, Đại học Huế - Trường
ĐHSP Huế.
- Nguyễn Hoàng Lộc Giáo trình Sinh học phân tử, NXB Đại học Huế.