Đề cương tế bào di truyền học

1.2. Cấu trúc, chức năng và nguồn gốc của một số cấu trúc tế bào nhân thực
a. Màng sinh chất
Màng sinh chất là màng lipoproteit bao bọc khối tế bào chất của tế bào.
Màng sinh chất là cấu trúc màng đặc trưng tồn tại ở tất cả các dạng tế bào nhân sơ và nhân thực.
Ngoài ra ở nhiều loài sinh thể phi bào (virus) đều có lớp màng lipoproteit bao bọc xung quanh
phân tử axit nucleic, gọi là lõi nucleocapsid.
Màng sinh chất của các dạng tế bào khác nhau tuân theo mô hình cấu tạo chung và các thành
phần hóa sinh điển hình.
Cấu trúc của màng sinh chất:
Năm 1972, hai nhà khoa học Singer và Nicolson đã đưa ra mô hình cấu trúc màng sinh chất gọi
là mô hình khảm – động.
Cấu trúc khảm: màng sinh chất có lớp kép photpholipid dày khoảng 9nm bao bọc tế bào và có
nhiều loại protein khảm – động trong lớp kép photpholipid. Liên kết với các phân tử protein và
lipid còn có các phân tử carbohydrate. Ngoài ra, màng sinh chất ở tế bào động vật còn có thêm
nhiều phân tử cholesterol có tác dụng tăng cường sự ổn định của màng. Các protein của màng
sinh chất có tác dụng như những kênh vận chuyển các chất ra vào tế bào cũng như các thụ thể
tiếp nhận thông tin từ bên ngoài.
Cấu trúc động: do lực liên kết yếu giữa các phân tử photpholipid, phân tử photpholipid có thể
chuyển động trong màng với tốc độ trung bình 2mm/s, các protein cũng có thể chuyển động
nhưng chậm hơn nhiều so với photpholipid. Chính điều này làm tăng tính linh động của màng.
Chức năng của màng sinh chất:
Ngăn cách tế bào với môi trường, làm cho tế bào thành một hệ thống riêng biệt.
Giữ cho tế bào có hình dạng ổn định, nhưng do tính linh hoạt, màng tế bào có thể thay đổi hình
dạng để đáp ứng các chức năng của cơ thể, như chuyển động amip, thực bào, uống bào,…
Thực hiện trao đổi chất giữa tế bào và môi trường một cách có chọn lọc.
Đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng của tế bào như: vận chuyển các chất, tiếp nhận và truyền
thông tin từ bên ngoài vào trong tế bào, là nơi định vị của nhiều loại enzyme, các protein màng
làm nhiệm vụ ghép nối các tế bào trong một mô.
Có các “dấu chuẩn” là glycoprotein đặc trưng cho từng loại tế bào, nhờ vậy, các tế bào của cùng
một cơ thể có thể nhận biết ra nhau và nhận biết được các tế bào lạ.

b. Mạng lưới nội chất
Lưới nội chất là một hệ thống màng bên trong tế bào nhân thực, tạo thành hệ thống các xoang
dẹp và ống thông với nhau, ngăn cách với phần còn lại của tế bào chất.


Lưới nội chất hạt (trên màng có nhiều ribosome gắn vào), có chức năng tổng hợp protein để đưa
ra ngoài tế bào và các protein cấu tạo nên màng tế bào.
Lưới nội chất trơn có rất nhiều loại enzyme, thực hiện chức năng tổng hợp lipid, chuyển hóa
đường, phân hủy chất độc hại đối với tế bào.
Peroxixom được hình thành từ lưới nội chất trơn, có chứa các enzyme đặc hiệu, tham gia vào quá
trình chuyển hóa lipid hoặc khử độc cho tế bào.

c. Ribosom
Cấu trúc:
Ribosome là bào quan nhỏ không có màng bao bọc. Ribosome có kích thước từ 15 – 25 nm. Mỗi
tế bào có từ hang vạn đến hang triệu ribosome.
Thành phần hóa học chủ yếu là rARN và protein. Bản chất của ribosome là ribonucleoprotein.
rARN của ribosome chiếm khoảng 80 – 90% tổng số ARN của tế bào.
Mỗi ribosome gồm một hạt lớn và một hạt bé. Các hạt này có thể tách nhau ra khi trong môi
trường có nồng độ các cation Mg, Ca, Co, Mn giảm xuống và khi nồng độ các cation đó lại tăng
lên cao thì hai hạt này lại liên kết với nhau tạo thành ribosome hoàn chỉnh.

Chức năng:
Là nơi tổng hợp protein cho tế bào, có thể xem là phân xưởng tổng hợp protein của tế bào sống.
Tại ribosome, các acid amine trong môi trường nội bào được tập hợp, lắp ráp tạo thành mạch
polypeptide do thông tin di truyền trong mạch mARN quy định. Sự tổng hợp protein trên
ribosome được gọi là sự dịch mã hay giải mã.

Nguồn gốc:
Các rARN được tổng hợp trong nhân tế bào trên khuôn ADN, sau đó tích lũy trong nhân con, tại

đây rARN liên kết với protein hình thành các tiền ribosome, nhờ liên kết hydro và ion Mg 2+. Tiền
ribosome chuyển qua màng nhân ra tế bào chất và hình thành các tiểu phần ribosome.

d. Ti thể
Cấu trúc:
Ti thể là bào quan ở tế bào nhân thực, thường có dạng hình cầu hoặc thể sợi ngắn.


Hình dạng, số lượng, kích thước, vị trí sắp xếp của ti thể biến thiên tùy thuộc các điều kiện môi
trường và trạng thái sinh lý của tế bào. Ti thể chứa nhiều protein và lipid, ngoài ra còn chứa acid
nucleic (ADN vòng, ARN) và ribosome (giống với ribosome của vi khuẩn).
Ti thể có cấu trúc màng kép, màng ngoài trơn nhẵn còn màng trong ăn sâu vào khoang ti thể,
hướng vào phía trong chất nền tạo ra các mào. Trên mào có nhiều loại enzyme hô hấp. Giữa hai
lớp màng có khe gian màng.
Màng ngoài và màng trong của ti thể có vai trò giữ cho ti thể có hình dạng cấu trúc ổn định,
nhưng vẫn thể hiện tính đàn hồi, tính linh hoạt do tổ chức phân tử của chúng liên hệ mật thiết với
chức năng của ti thể.
Màng trong chứa 80% protein và 20% lipid, thành phần protein của màng trong và “mào” rất đa
dạng, các protein có vai trò quan trọng trong vận chuyển các chất qua màng, đó là các permease
đặc trưng. Các enzyme xúc tác có phản ứng oxy hóa để giải phóng năng lượng cần thiết cho sự
oxy photphorin hóa tạo thành ATP. Như vậy, ATP được tạo thành tại màng trong của ti thể, rồi
vận chuyển vào xoang ngoài và đi vào tế bào chất, đáp ứng nhu cầu sử dụng của tế bào xoang
trong.
Số lượng ti thể ở các loại tế bào khác nhau là không giống nhau, có tế bào có tới hàng nghìn ti
thể.
Chức năng:
Ti thể là nơi cung cấp năng lượng cho tế bào dưới dạng các phân tử ATP. Ngoài ra, ti thể còn tạo
ra nhiều sản phẩm trung gian có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa vật chất.
ADN ti thể có tính bền vững tồn tại trong thời gian dài, di truyền theo mẹ nên có thể sử dụng để
giám định sinh vật.

Nguồn gốc:
Có giả thuyết cho rằng, trong quá trình tiến hóa của tế bào, ti thể được hình thành do sự phân hóa
của màng sinh chất ăn sâu vào tế bào chất, sau đó tách ra và phức tạp hóa hệ thống màu, trở
thành bào quan độc lập.
Giả thuyết cộng sinh cho rằng sự xuất hiện của ti thể trong tế bào nhân thực là kết quả cộng sinh
của một số dạng vi khuẩn hiếu khí với tế bào, bằng chứng là ADN của ti thể giống với AND của
vi khuẩn, ribosome của ti thể có kích thước, thành phần rARN giống ribosome của vi khuẩn và
đặc biệt là cơ chế tái bản AND và hoạt động tổng hợp protein trong ti thể có nhiều đặc điểm
giống vi khuẩn.

e. Lục lạp
Cấu trúc:


Lục lạp là một trong ba dạng lạp thể (vô sắc lạp, sắc lạp, lục lạp) chỉ có trong tế bào có chức
năng quang hợp ở thực vật. Lục lạp thường có hình bầu dục.
Lục lạp có cấu trúc màng kép trơn nhẵn, màng trong và màng ngoài, ở giữa là khe gian màng,
bản chất là màng lipoproteit.
Bên trong màng trong của lục lạp là khối cơ chat không màu, gọi là chất nền (stroma), là nơi
chứa enzyme quy định tổng hợp gluxit, các acid nucleotide và các ribosome cùng các enzyme
tham gia vào quá trình di truyền. Trong stroma có các tilacoit (tấm đĩa dẹp) xếp chồng lên nhau
tạo thành cột grana. Trên các tấm tilacoit có chứa các hạt chlorophyll (200 hạt/tấm) tạo nên dàn
anten thu bắt ánh sáng.
Chức năng:
Chuyển hóa năng lượng quang năng thành năng lượng hóa năng trong các chất hữu cơ.
Nguồn gốc:
Sự xuất hiện của lục lạp là kết quả cộng sinh với vi khuẩn lam. Dẫn chứng:
•
•
•

ADN của lục lạp giống với ADN của vi khuẩn lam.
Ribosome của lục lạp giống với ribosome của tế bào vi khuẩn nói chung và vi khuẩn lam
nói riêng. Ở vi khuẩn và lục lạp đều có ribosome 70s với các thành phần 23s, 16s và 5s.
Quá trình tổng hợp protein có nhiều điểm giống nhau.

f. Lisosome
Cấu trúc:
Lisosome là một loại bào quan dạng túi có kích thước trung bình từ 0,25 – 0,6 µm, có một màng
bao bọc chứa nhiều enzyme thủy phân làm nhiệm vụ tiêu hóa nội bào. Các enzyme này phân cắt
nhanh chóng các đại phân tử như protein, acid nucleic, carbohydrate, lipid.

Chức năng:
Lisosome tham gia vào quá trình phân hủy các tế bào già, các tế bào bị tổn thương cũng như các
bào quan đã hết thời hạn sử dụng.

Nguồn gốc:
Lisosome được hình thành từ bộ máy Golgi theo cách giống như túi tiết nhưng không bài xuất ra
ngoài.

g. Không bào


Là bào quan dễ nhận thấy trong tế bào thực vật. Khi tế bào thực vật còn non thì có nhiều không
bào nhỏ. Ở tế bào thực vật trưởng thành các không bào nhỏ có thể sáp nhập với nhau tạo ra một
không bào lớn. Mỗi không bào ở tế bào thực vật được bao bọc bởi một lớp màng, bên trong là
dịch không bào chứa các chất hữu cơ và các ion khoáng tạo nên áp suất thẩm thấu của tế bào.
Một số tế bào cánh hoa của thực vật có không bào chứa các sắc tố làm nhiệm vụ thu hút côn
trùng đến thụ phấn. Một số không bào lại chứa các chất phế thải, thậm chí rất độc đối với các
loài ăn thực vật. Một số thực vật lại có không bào để dự trữ chất dinh dưỡng. Một số tế bào động

vật có không bào bé, các nguyên sinh động vật thì có không bào tiêu hóa phát triển.

Nguồn gốc:
Không bào được tạo ra từ hệ thống lưới nội chất và bộ máy Golgi.

h. Màng nhân
Cấu trúc:
Màng nhân gồm màng ngoài và màng trong, bản chất lipoproteit, mỗi màng dày 6 – 9 nm. Ở
giữa là khe gian màng.
Màng ngoài thường nối với lưới nội chất. Màng ngoài có cấu trúc không liên tục, có các lỗ màng
nhân. Trên lỗ màng nhân có nhiều enzyme TPase vì vậy trên lỗ màng nhân vận chuyển các chất
theo cơ chế chủ động. Mặt ngoài của màng ngoài có nhiều hạt Ribosome dính vào tham gi vào
quá trình tổng hợp Protein.
Màng trong là phía tiếp xúc với môi trường trong nhân, có liên hệ với các tấm bản mỏng laminar
(bản chất là Protein) có tác dụng giữ cho màng nhân có cấu trúc ổn định.
Màng nhân có tính thẩm thấy chọn lọc. Trên bề mặt màng nhân có rất nhiều lỗ nhân có đường
kính từ 50 – 80 nm. Lỗ nhân được gắn với nhiều phân tử protein cho phép các phân tử nhất định
đi vào hay đi ra khỏi nhân.
Màng nhân liên hệ với tế bào chất qua các khe lập thành một hệ thống khe thông với nhau. Một
số trường hợp các hệ thống khe mở r khoảng gian bào và liên hệ trực tiếp với xoang quanh nhân
và môi trường ngoại bào.
Chức năng:
Ngăn cách chất nhân với tế bào chất làm cho NST cách ly khỏi tế bào chất. Màng nhân tồn tại ở
kỳ trung gian đến cuối kỳ trước thì tiêu biến.
Trao đổi chất giữa màng nhân và tế bào chất theo cơ chế hoạt tải hoặc qua lỗ màng nhân.
Tham gia vào quá trình tổng hợp Protein nhờ các Ribosome dính vào mặt ngoài của màng ngoài.
Có chức năng nâng đỡ nhờ sự liên kết giữa các tấm bản mỏng.


1.3. Chu kỳ tế bào và phân bào nguyên nhiễm

a. Chu kỳ tế bào:
Khái niệm:
Chu kỳ tế bào là thời gian diễn ra kể từ thời điểm tế bào con được hình thành nhờ phân bào của
tế bào mẹ và kết thúc bởi sự phân bào của chính nó để hình thành tế bào mới.

Đặc điểm:
Chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn chuẩn bị (G1, S, G2) và giai đoạn phân chia (M).
Giai đoạn chuẩn bị (Kỳ trung gian)
Pha G1: được tiếp ngay sau khi phân bào cho đến khi bắt đầu pha S. Pha G 1 gọi là pha sinh
trưởng vì trong pha này diễn ra sự tổng hợp ARN và protein. Thời gian của pha G 1 phụ thuộc vào
chức năng sinh lý của tế bào. VD: tế bào gan động vật có vú pha G1 kéo dài 1 năm, tế bào neuron
có thể kéo dài suốt cuộc đời.
Vào cuối pha G1 có một thời điểm gọi là điểm hạn định R. Nếu tế bào vượt qua điểm R, chúng
tiếp tục đi vào pha S. Đối với tế bào biệt hóa thì chúng không vượt qua R mà đi vào quá trình
biệt hóa.
Pha S: là pha tiếp theo pha G1, nếu tế bào vượt qua được điểm R. Trong pha này, chủ yếu diễn ra
quá trình tổng hợp ADN và nhân đôi ADN.
Pha G2: tiếp theo pha S, thời gian của G2 ngắn, từ 4 – 5h. Cuối pha G2, protein tổng hợp là
cyclinB và được tích lũy trong nhân cho đến tiền kỳ phân bào. CyclinB hoạt hóa enzyme kinaza
và đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện quá trình phân bào như sự tạo thành các vi ống
tubulin để tạo thành thoi phân bào. Thời gian của gian kỳ phụ thuộc vào thời gian của 3 pha G 1 +
S + G2, đặc biệt phụ thuộc vào G1.

Giai đoạn phân chia (pha M):
Là pha phân chia diễn ra 4 kỳ phân bào nguyên nhiễm (kỳ trước, kỳ giữa, kỳ sau, kỳ cuối)

b. Phân bào nguyên nhiễm
Quá trình nguyên phân là quá trình phức tạp, gồm nhiều thời kỳ nối tiếp nhau: kỳ đầu, kỳ giữa,
kỳ sau, và kỳ cuối. Thực tế trong tế bào sống rất khó phân biệt giới hạn chuyển tiếp giữa các kỳ.

Trong chu kỳ sống của tế bào thì thời kỳ phân bào là thời kỳ có nhiều biến đổi sâu sắc trong cấu
trúc và tập tính của NST. Qua đó các NST đã được nhân đôi trong gian kỳ sẽ phân bố đồng đều
cho 2 tế bào con.
Diễn biến:
Kỳ đầu:
NST xuất hiện ở dạng sợi xoắn, mảnh, sắp xếp trong nhân. Về sau thấy rõ hơn, nó gồm 2 sợi
xoắn kép có tên là nhiễm sắc tử (chromatide).
Hai nhiễm sắc tử trong một NST được đính lại với nhau bởi tâm động chung. Số nhiễm sắc tử
trong một nhân là gấp đôi số 2n (2n x 2)
Dần dần các nhiễm sắc tử xoắn lại và co ngắn lại, dày lên. Ở cuối kỳ đầu, NST chuyển ra phía
ngoài màng nhân và màng nhân dần biến mất. Bộ máy phân bào xuất hiện gồm 2 sao và thoi
phân bào.
Kỳ giữa:
Các NST tập trung vào giữa tế bào, các tâm động cùng nằm trên một mặt phẳng xích đạo.
Thoi vô sắc được hình thành đầy đủ và có thể thấy 2 dạng sợi của nó. Một dạng sợi kéo dài qua
suốt tế bào, nối với 2 cực của tế bào. Một dạng sợi dính một đầu mút vào cực của tế bào và một
đầu dính vào tâm động của NST.
Ở cuối kỳ giữa, các NST bắt đầu tách nhau ở phần tâm.
Kỳ sau:
Bắt đầu từ lúc các NST phân tách nhau ra và di chuyển về các cực khác nhau. Tâm động phân
đôi, các tâm động con tách nhau ra mang theo các nhiễm sắc tử.
Như vậy 2 nhiễm sắc tử trong 1 NST tách nhau ra và nhờ tâm động sẽ di chuyển về hai cực của
tế bào theo sợi của thoi phân bào. Và các nhiễm sắc tử đó trở thành các NST con.
Ở thời kỳ này bắt đầu hình thành nhân nhỏ, các màng nhân xuất hiện màng ngăn cách các tế bào
chị em, các cơ quan phân phối đều giữa các tế bào mới.
Kỳ cuối:
Ở giai đoạn này, các NST con đã chuyển đến hai cực, chúng dần mở xoắn và ẩn vào dịch tế bào
giống như lúc bắt đầu kỳ đầu.
Màng nhân được tái tạo hoàn toàn, hạch nhân xuất hiện. Đồng thời xảy ra quá trình phân chia tế

bào chất.
Quá trình phân chia tế bào xảy ra ở động vật và thực vật là khác nhau:
-

Tế bào động vật: sự phân chia ở một tế bào động vật bình thường bắt đầu bằng sự hình thành của
một rãnh phân cắt chạy vòng quanh tế bào. Khi sự phân chia tế bào chất xảy ra, vị trí của rãnh
thường được xác định bằng sự định hướng của thoi phân bào, thường là vùng mặt phẳng xích


-

đạo của thoi. Rãnh này càng ngày càng ăn sâu vào trong cho đến khi nó cắt ngang qua tế bào, tạo
ra hai tế bào mới.
Tế bào thực vật: Vì tế bào thực vật có vách cellulose tương đối cứng nên không thể tạo các rãnh
phân cắt, do đó sự phân chia tế bào chất xảy ra theo một cách khác.
Ở nhiều loài nấm và tảo, màng nguyên sinh và vách phát triển vào bên trong tế bào cho đến khi
hai mép gặp nhau và tách biệt hoàn toàn thành hai tế bào con.
Ở thực vật bậc cao có một mảng đặc biệt gọi là đĩa tế bào, đượng thành lập ở mặt phẳng xích đạo
của thoi phân bào. Đĩa tế bào ban đầu được hình thành ở trung tâm của tế bào chất và từ từ lan ra
cho đến khi chạm vào mặt ngoài của tế bào và cắt tế bào làm hai phần.

Ý nghĩa:
Ý nghĩa sinh học: là phương thức sinh sản của tế bào cũng như của cơ đơn bào, qua đó tế bào mẹ
truyền thông tin di truyền cho các thế hệ tế bào con. Thông tin di truyền trong ADN và NST
được nhân đôi và phân đôi về 2 tế bào con, do đó bảo tồn, giữ nguyên số lượng NST qua các thế
hệ. Là cơ sở tế bào của phương thức sinh sản sinh dưỡng (vô tính) ở thực vật cũng như một số
động vật bậc thấp.
Ý nghĩa thực tiễn: dựa trên cơ sở của nguyên phân tiến hành giâm cành, chiết cành, ghép cành,…
Ứng dụng nuôi cấy mô đạt hiệu quả.

2.2. Phân bào giảm nhiễm (diễn biến, đặc điểm, ý nghĩa)
Diễn biến
Giảm phân là hình thức phân bào ở tế bào sinh dục chin, gồm hai lần phân bào liên tiếp nhưng
NST chỉ nhân đôi có một lần ở kỳ trung gian trước lần phân bào I (giảm phân I). Lần phân bào II
(giảm phân II) diễn ra sau một kỳ trung gian rất ngắn.
Giảm phân I
Kỳ đầu: Các NST kép xoắn, co ngắn, đính vào màng nhân sắp xếp định hướng. Sau đó diễn ra sự
tiếp hợp cặp đôi của các NST kép tương đồng suốt theo chiều dọc và có thể diễn ra sự trao đổi
chéo giữa các nhiễm sắc tử không phải là chị em.
Sự trao đổi những đoạn tương ứng trong cặp tương đồng đã đưa đến sự hoán vị của các gen
tương ứng., do đó đã tạo ra sự tái tổ hợp của các gen không tương ứng.
Tiếp theo là sự tách rời các NST trong cặp tương đồng và NST tách khỏi màng nhân.
Kỳ giữa:
Từng cặp NST kép tương đồng tập trung và xếp song song ở mặt phẳng xích đạo của thoi phân
bào.


Kỳ sau:
Các cặp NST kép tương đồng phân li độc lập về hai cực tế bào.
Kỳ cuối:
Hai nhân mới được tạo thành đều chứa bộ đơn bội kép (n NST kép), nghĩa là có số lượng bằng
một nửa của tế bào mẹ. Sự phân chia tế bào chất diễn ra hình thành hai tế bào con tuy đều chứa
bộ n NST kép, nhưng lại khác nhau về nguồn gốc thậm chí cả cấu trúc.
Sau kỳ cuối của giảm phân I là kỳ trung gian diễn ra rất nhanh, trong thời điểm này không xảy ra
sao chép ADN và nhân đôi NST.
Giảm phân II
Tiếp ngay sau kỳ trung gian.
Diễn ra nhanh chóng hơn nhiều so với lần I.
Kỳ đầu:
Thấy rõ số lượng NST kép đơn bội.

Kỳ giữa:
NST kép xếp thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Mỗi NSt kép gắn với
một sợi tách biệt của thoi phân bào. Thông thường, các nhiễm sắc tử chị em hay sợi cromatit đã
tách nhau một phần.
Kỳ sau:
Sự phân chia ở tâm động đã tách hoàn toàn hai nhiễm sắc tử chị em và mỗi chiếc đi về một cực
của tế bào.
Kỳ cuối:
Các nhân mới được tạo thành đều chứa bộ NST đơn bội (n) và sự phân chia tế bào chất được
hoàn thành, tạo ra các tế bào con.
Sự tan biến và tái hiện của màng nhân, sự hình thành và mất đi của thoi phân bào ở hai lần phân
bào của giảm phân cũng diễn ra như ở nguyên phân.
Kết quả của quá trình giảm phân là từ một tế bào mẹ có bộ NST lưỡng bội 2n qua hai lần phân
bào liên tiếp tạo ra 4 tế bào con đều mang bộ NST đơn bội n, như vậy số lượng NST đã giảm đi
một nữa và diễn ra theo công twhcs (2n x 2) : 4 = n. Các tế bào con này là cơ sở để hình thành
giao tử.

Ý nghĩa
Nhờ có giảm phân, giao tử được tạo thành mang bộ NST đơn bội n và qua thu tinh giữa giao tử
đực và cái mà bộ NST lưỡng bội 2n được phục hồi. Nếu không có giảm phân thì cứ sau một lần


thụ tinh, bộ NST của loài lại tăng gấp đôi về số lượng. Như vậy, các quá trình nguyên phân, giảm
phân và thụ tinh đã đảm bảo duy trì ổn định bộ NST đặc trưng của những loài sinh sản hữu tính
qua các thế hệ cơ thể, nhờ đó thông tin di truyền được truyền đạt ổn định qua các đời, đảm bảo
cho thế hệ sau mang những đặc điểm của thế hệ trước.
Sự phân li độc lập và trao đổi chéo đều của các cặp NSt tương đồng trong giảm phân đã tạo ra
nhiều loại giao tử khác nhau về nguồn gốc, cấu trúc NST cùng với sự kết hợp ngẫu nhiên của các
loại giao tử qua thụ tinh đã tạo ra các hợp tử mang những tổ hợp NST khác nhau. Đây chính là
cơ sở tế bào học để giải thích nguyên nhân tạo ra sự đa dạng về kiểu gen và kiểu hình đưa đến sự

xuất hiện nguồn biến dị tổ hợp phong phú ở những loài sinh sản hữu tính. Loại biến dị này là
nguồn nguyên liệu dồi dào cho quá trình tiến hóa và chọn giống. Qua đó cho thấy, sinh sản hữu
tính (giao phối) có nhiều ưu thế so với sinh sản vô tính và nó được xem là một bước tiến hóa
quan trọng về mặt sinh sản của sinh giới. Vì vậy, người ta thường dùng phương pháp lai hữu tính
để tạo ra các biến dị tổ hợp nhằm phục vụ cho công tác chọn giống.

2.3. Đặc điểm cơ bản của các giai đoạn trong hô hấp hiếu khí
Hô hấp hiếu khí được chia thành ba quá trình riêng rẽ là đường phân, chu trình acid citric và dẫn
truyền hydro. Hai trong ba quá trình nói trên xảy ra trong ti thể - bào quan hô hấp cơ bản của tế
bào.
Đường phân
Là quá trình biến đổi phân tử glucose xảy ra ở tế bào chất. Kết quả là từ 1 phân tử glucose tạo ra
2 phân tử acid piruvic (C3H4O3) và 2 phân tử ATP (thực tế là 4 phân tử ATP nhưng 2 phân tử
ATP đã dùng để hoạt hóa phân tử glucose) cùng với 2 phân tử NADPH.


3.1. Vật chất di truyền ở cấp độ phân tử:
a. Các tiêu chuẩn của vật chất di truyền:
Chứa đựng thông tin ở dạng bền vững cần thiết cho việc cấu tạo hoạt động và sinh sản của tế
bào.
Được sao chép một cách chính xác để thông tin di truyền của thế hệ sau giống như của thế hệ
trước.
Thông tin di truyền chứa trong vật chất di truyền phải được sử dụng để sinh ra những phân tử
cần cho cấu trúc và hoạt động của tế bào.
Vật chất di truyền phải có khả năng biến đổi.

b. Cấu trúc và chức năng của ADN
Cấu trúc:
ADN tồn tại chủ yếu trong nhân tế bào và cũng có ở ti thể, lạp thể trong tế bào chất. Đó là acid
hữu cơ, có chứa các nguyên tố C, H, O, N và P.

Cấu trúc phân tử ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch poliNu (mỗi mạch do các Nu liên
kết với nhau bằng liên kết phosphor-di-este) chạy song song và ngược chiều nhau xoắn đều đặn
quanh trục phân tử. Chiều xoắn từ trái sang phải – xoắn phải. Đường kính vòng xoắn là 2 nm,
chiều cao vòng xoắn là 3.4 nm (một chu kỳ xoắn) gồm 10 cặp Nu. Chiều dài phân tử có thể tới
hàng chục, hàng trăm µm.
Đa số các phân tử ADN được cấu tạo từ hai mạch poliNu cấu trúc theo nguyên tắc đa phân (gồm
nhiều đơn phân liên kết với nhau) và nguyên tắc bổ sung (A của mạch này thì liên kết với T của
cạch kia bằng hai mối liên kết hydro và ngược lại; G của mạch này thì liên kết với X của mạch
kia bằng ba mối liên kết hydro và ngược lại).
Phân tử ADN ở các tế bào nhân sơ thường có cấu trúc dạng vòng còn phân tử ADN ở các tế bào
nhân thực lại có cấu trúc dạng thẳng.

Chức năng:
Nguyên tắc cấu trúc đa ohaan làm cho ADN vừa đa dạng lại vừa đặc thù. Mỗi đoạn ADN có cấu
trúc riêng, phân biệt nhau ở số lượng, thành phần, trật tự các Nu. Tính đa dạng và đặc thù của
ADN là cơ sở hình thành tính đa dạng và đặc thù của các loài sinh vật.
ADN đảm nhận chức năng lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền ở các loài sinh vật.
Trình tự Nu trên mạch poliNu chính là thông tin di truyền, nó quy định trình tự các Nu trên
mARN, từ đó quy định trình tự các acid amine trên phân tử protein.


c. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN
Cấu trúc
ARN có nhiều trong tế bào chất. Có ba loại ARN: ARN thông tin (mARN), ARN vận chuyển
(tARN), ARN ribosome (rARN). Phân tử mARN là một mạch poliNu (gồm từ hàng trăm đến
hàng nghìn đơn phân) sao mã từ một đoạn mạch đơn ADN nhưng trong đó U thay cho T.
Phân tử tARN là một mạch poliNu gồm từ 80 đến 100 đơn phân quấn trở lại ở một đầu, có đoạn
các cặp base liên kết theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-X). Mỗi phân tử tARN có một đầu mang
acid amine, một đầu mang bộ ba đối mã (một trong các thùy tròn) và đầu mút tự do.
Phân tử rARN là một mạch poliNu chứa hàng trăm đến hàng nghìn đơn phân, trong đó 70% số

Nu có liên kết bổ sung.

Chức năng
Phân tử mARN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền.
Phân tử tARN có chức năng vận chuyển các acid amine tới robisome để tổng hợp protein. Mỗi
loại tARN chỉ vận chuyển một loại acid amine.
Phân tử rARN là thành phần chủ yếu của ribosome, nơi tổng hợp protein.
ADN → ARN → Protein
Các phân tử ARN thực chất là những phiên bản được đúc trên một mạch khuôn của gen trên
phân tử ADN nhờ quá trình phiên mã. Sau khi thực hiện xong chức năng của mình, các phân tử
mARN thường bị các enzyme của tế bào phân giải thành các NU. Trong tế bào, tARN, rARN
tương đối bền vừng, mARN kém bền vững hơn.

d. Cấu trúc phân đoạn của gen ở sinh vật nhân thực và phương pháp phát hiện gen phân
đoạn
Cấu trúc phân đoạn gen ở sinh vật nhân thực:
Một gen cấu trúc ở sinh vật nhân thực liên quan với một số trình tự có vị trí và chức năng như
trình tự tăng cường, trình tự khởi động, trình tự vân hành.
Nhiều gen ở sinh vật nhân thực mang các đoạn không mã hóa được gọi là intron, xen vào và làm
gián đoạn các đoạn mã hóa, được gọi là exon.
Những gen có cấu trúc gồm exon và intron được gọi là gen phân đoạn, hay còn được gọi là gen
khảm.
Phương pháp phát hiện gen phân đoạn:


Phương pháp so sánh trình tự gene với trình tự cADN
Bước 1:
•
•
•

•

Tách chiết ADN hệ gen
Phân lập gen bằng kỹ thuật PCR hay enzyme cắt hạn chế
Tạo dòng ADN tái tổ hợp, nhân dòng và tách dòng gen.
Giải trình tự gen.

Bước 2:
•
•
•

Tách mARN trong tế bào chất (hàm lượng mARN rất lớn)
Sử dụng enzyme sao mã ngược tổng hợp cADN.
Giải trình tự cADN.

Bước 3:
So sánh trình tự ADN hệ gen với trình tự cADN xác định được các đoạn intron và exon.

3.2. Gen và mã di truyền
a. Đặc điểm hệ gen ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực.
Hệ gen (genome) là toàn bộ các gen nằm trong tế bào của cơ thể sinh vật, toàn bộ thông tin di
truyền đặc trưng cho loài, cho từng cá thể trong loài.
Đặc điểm hệ gen ở tế bào nhân sơ
Gồm toàn bộ các gen trong tế bào: trong vùng nhân (Nu) và plasmid.
Gen ở tế bào nhân sơ gồm nhiều cistron, promotor, operator. Mỗi cistron chứa thông tin một loại
chuỗi polypeptide; promotor là trình tự Nu có ái lực với ARN polumerase – chức năng khởi động
quá trình phiên mã; operator là trình tự Nu có ái lực với protein ức chế. Nếu protein ức chế gắn
với operator sẽ ngăn cản sự di chuyển của ARN polymerase tới các gen cấu trúc, dẫn đến ức chế
quá trình phiên mã.

Hệ gen ở tế bào nhân sơ chỉ gồm một thành phần gồm các đoạn ADN không giống nhau.
Gen cấu trúc ở tế bào nhân sơ là gen liên tục (chỉ gồm các trình tự mã hóa aa).

Đặc điểm hệ gen ở tế bào nhân thực:
Gồm toàn bộ các gen nằm trong tế bào, gồm: hệ gen nhân, hệ gen ti thể, hệ gen lạp thể.
Gen cấu trúc phần lớn là gen phân đoạn, một số là gen liên tục.
Có ba thành phần ADN không giống nhau: các đoạn ADN lặp lại nhiều (25%), các đoạn ADN
lặp lại ít (30%), các đoạn ADN không lặp lại (45%)


b. Các đặc tính của mã di truyền. Tính linh hoạt của mã di truyền.
Đặc tính của mã di truyền:
Mã di truyền là mã bộ ba: không chồng chéo, cùng một Nu không thể tham gia vào các thành
phần của hai codon gần nhau.
Mã di truyền không có “dấu phẩy”(không ngắt quãng): thông tin được đọc theo một chiều. Trình
tự đọc thông tin di truyền chỉ phụ thuộc vào điểm bắt đầu, từ đó việc đọc được tiến hành liên tục
theo từng bộ ba theo chiều từ 5’ đến 3’.
Mã di truyền mang tính “thoái hóa”: cùng một acid amine có thể được mã hóa bởi một số bộ ba
khác nhau. Mã di truyền mang tính thoái hóa mạnh. Thể hiện ở việc chỉ có 2 acid amine là
methionin và tryptophan là có một bộ ba mã hóa, 9 acid amine được mã hóa bởi 2 bộ ba, 1 acid
amine được mã hóa bởi 3 bộ ba, 5 acid amine được mã hóa bởi 4 bộ ba, 3 acid amine được mã
hóa bởi 6 bộ ba.
Mã di truyền có tính chất phổ biến: Các loài sinh vật đều được mã hóa theo nguyên tắc chung.
Gen tách từ cơ thể sinh vật bậc cao đem giải mã trong bất kỳ cơ thể nào cũng chỉ cho một loại
protein. Đây là một trong những bằng chứng chứng minh nguồn gốc chung của sinh giới.
Mã di truyền có bộ ba khởi đầu và kết thúc đặc hiệu.
Tính linh hoạt của mã di truyền
Cấu trúc inosin: Trong tế bào có những loại tARN có thể kết cặp với một số bộ ba khác nhau
trên mARN. Phân tích trình tự tARN đã cho thấy rằng một số tARN có inosin là một trong các
bazơ có cụm mã đối (anticodon). Cấu trúc này có khả năng kết cặp với nhiều bazơ. VD: Inosin

trên tARN có thể kết cặp với A, U hoặc G của bộ ba mã sao trên mARN.
Tính linh hoạt trong kết cặp: Phân tích trình tự cho thấy đầu 5’ của codon đối mã (bổ trợ với
bazơ thứ ba của cụm mã) khác với 2 bazơ kia, có khả năng kết hợp với một số bazơ trên đầu 3’
của cụm mã.
Tính linh hoạt có giới hạn: C (tARN) chỉ kết cặp với G, A (tARN) chỉ kết cặp với U.

4.1. Các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử: Tái bản ADN; Sự phiên mã; Tổng hợp protein
a. Tái bản ADN
Đặc điểm quá trình tái bản ADN
Gồm các giai đoạn: duỗi xoắn, tổng hợp mồi, kéo dài, hoàn chỉnh sợi mới.
Mạch ADN mới được tổng hợp theo chiều 5’ đến 3’, một mạch polynucleotide được tổng hợp
liên tục và một mạch được tổng hợp gián đoạn.
Mỗi bước của quá trình tái bản đều có sự tham gia của các loại enzyme tương ứng.
Quá trình liên kết với các Nu thực hiện theo nguyên tắc bổ sung (A – T, G – C)


Có sự tham gia của primer (mồi ARN).
Mỗi ADN con được tạo thành đều chứa một mạch cũ và một mạch mới (bán bảo toàn).

b. Sự phiên mã
Phiên mã ở sinh vật nhân sơ
Enzyme ARN polymerase và tín hiệu khởi đầu, kết thúc phiên mã
Thành phần chính xúc tác tổng hợp ARN ở E.coli là ARN polymerase (ARNase) có hệ số lắng
11S – 13S và khối lượng phân tử 5000.000 dalton.
ARNase ở E.coli gồm 2 thành phần: nhân tố sigma và nhân tố enzyme. Nhân tố sigma có vai trò
giúp lõi enzyme nhận biết và bám vào vùng khởi động trên ADN tại những điểm đặc thù, gọi là
điểm khởi đầu (promotor). Nếu thiếu sigma thì quá trình tổng hợp ARN xảy ra ở điểm ngẫu
nhiêm. Sau đó nhân tố sigma tách ra và kết hợp với lõi enzyme khác. Lõi enzyme gồm 2 chuỗi
polypeptide α, 1 chuỗi β. Lõi enzyme đóng vai trò chủ yếu trong tổng hợp ARN dọc theo sợi
khuôn ADN.

Đoạn nhận biết: đoạn để ARNase nhận biết là đoạn gồm 7 Nu được gọi là pribnow (hộp TA),
nằm cách điểm phiên mã 5-6 bazơ. Hộp pribnow trên sợi đối khuôn (antitemplate) có công thức
chung là 5’ TAT purin AT purin 3’.
Tín hiệu kết thúc là trình tự Nu đặc thù nằm sau gen, gồm 2 vùng giàu cặp AT và GC.
Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở sinh vật nhân sơ
Gồm 3 bước: khởi đầu, kéo dài và kết thúc
Khởi đầu: Quá trình phiên mã bắt đầu khi nhân tố sigma kết hợp với lõi enzyme ARNase, giúp
lõi enzyme nhận ra và bám vào vùng khởi động.
Kéo dài: Sau đó nhân tố sigma tách ra và lõi enzyme thực hiện việc tổng hợp ARN. Lõi enzyme
ARNase trượt dọc gen (3’ – 5’) vừa xúc tác biến tính cục bộ hai sợi ADN làm lộ ra sợi khuôi vừa
xúc tác sự lắp ráp tổng hợp ARN theo nguyên tắc bổ sung A – U, G – C. Vùng ADN đã được
phiên mã xoắn trở lại như ban đầu. Sợi ARN được sinh ra theo chiều 5’ – 3’.
Kết thúc: Khi lõi enzyme đến điểm kết thúc của gen, do tác dụng của một loại protein đặc hiệu,
sợi ARN mới tổng hợp và lõi enzymes được phóng thích khỏi sợi khuôn. Tín hiệu kết thúc được
nhận ra bởi phức hợp lõi enzyme và protein nusA.

Phiên mã ở sinh vật nhân thực
ARN polymerase và các vùng kiểm soát phiên mã
ARN polymerase I: chuyên trách việc phiên mã các gen để tổng hợp rARN loại 28S, 18S và 5S.


ARN polymerase II: tổng hợp mARN.
ARN polymerase III: phiên mã tổng hợp các tARN và rARN loại 5,8S.
Hộp Goldberg – Hogness (hộp TATA) nằm cách điểm khởi đầu phiên mã 25 – 30 bp được coi là
đoạn khởi đầu. Chức năng: giúp cho enzyme ARN polymerase nhận ra và bám vào đúng điểm
khởi đầu của phiên mã.
Đoạn kết thúc nằm ở đầu 3’ của gen. Đoạn kết thúc không dài hơn 21 bp, ở nấm men có trình tự
là TTTTATA.

Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở sinh vật nhân thực

Khởi động: chịu sự kiểm tra của một trình tự đặc biệt đó là hộp Goldberg – Hogness nằm trước
bị trị bắt đầu phiên mã khoảng 25 – 30 bp.
ARN polymerase II hoạt động phiên mã nhờ nhiều nhân tố TF (transcription factor) có bản chất
là protein cho phép khởi động sự phiên mã.
Kéo dài: phân tử ARN được tổng hợp từ mạch khuôn ADN. Quá trình này nhờ nhân tố TF IIS.
Kết thúc: phiên mã kết thúc trước điểm gắn đuôi poly A rất xa. Kết thúc phiên mã có liên quan
đến cấu trúc kẹp tóc tiếp ngay sau trình tự giàu GC.

Quá trình hoàn thiên các bản sao mARN trong nhân
Sản phẩm phiên mã ở các gen cấu trúc của nhóm sinh vật nhân thực là các tiền mARN. Để có
được các mARN trưởng thành cần có quá trình chế biến trong nhân. Quá trình này gồm các bước
sau:
Gắn chóp: khi tiền mARN đang được tổng hợp dài 20 – 30 bazơ thì ở đầu 5’ P bổ sung chóp 7methyl guanozin triphosphat (7-mGppp)
Thêm đuôi poly A ở đầu 3’: Một đoạn ngắn của mARN bị cắt ra và các bazơ A nối vào thành
đuôi poly A.
Đối với các gen mã hóa liên tục (chỉ có exon) thì quá trình chế biến trong nhân để tạo ra mARN
trưởng thành chỉ gồm hai bước trên.
Splicing: Đối với các gen phân đoạn, bản phiên mã đầu tiên là tiền mARN gồm cả exon và
intron. Vì vậy, tiền mARN được sao mã từ các gen này còn trải qua giai đoạn cắt bỏ các đoạn
intron và nối các exon lại với nhau.

So sánh quá trình phiên mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực
Sinh vật nhân sơ

Sinh vật nhân thực


Sản phẩm của sự phiên mã là ARN sợi đơn.
Vùng ADN chứa gen được phiên mã phải có sự mở xoắn cục bộ làm lộ ra sợi
khuôn.

Đặc điểm
chung

Nguyên liệu là các ribonucleotide triphosphat: ATP, GTP, CTP, UTP gọi chung là
NTP, enzyme xúc tác là ARN polymerase.
Sự khởi đầu và kết thúc phiên mã phụ thuộc vào tín hiệu khởi đầu và kết thúc, đó là
những trình tự Nu đặc thù nằm trước và sau gen.
ARN được tổng hợp theo chiều 5’ – 3’, enzyme ARN polymerase di chuyển theo
chiều 3’ – 5’ trên sợi khuôn.
Tất cả các gen đều được phiên mã Có 3 loại ARN polymerase chịu trách nhiệm
bởi một loại ARN polymerase duy phiên mã cho các gen khác nhau.
nhất

Sự khác
biệt

Các sản phẩm ARN sau khi được Các tiền ARN có sự biến đổi trước khi xuất
phiên mã được sử dụng ngay vào hiện tế bào chất dưới dạng hoạt động.
quá trình dịch mã.
Các tín hiệu điều hòa quá trình phiên mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực là
khác nhau.

c. Tổng hợp protein

4.2. Di truyền học quần thể
a. Sự di truyền trong quần thể tự thụ phấn
Trong quần thể tự phối, không duy trì được sự cân bằng các thành phần di truyền. Sự phân bố tần
số kiểu gen bị biến đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác. Số thể đồng hợp không ngừng tăng, số thể
dị hợp không ngừng giảm. Tần số tương đối các alen không đổi qua các thế hệ.

b. Sự di truyền trong quần thể ngẫu phối. Định luật Hardy – Weinberg (nội dung, chứng
minh, điều kiện nghiệm đúng, ý nghĩa)

Định luật Hardy – Weinberg
Nội dung:


Trong những điều kiện nhất định không làm biến đổi tần số các alen thì quần thể có tỉ lệ xác định
các cá thể mang tính trạng trội và các cá thể mang tính trạng lặn, và tần số tương đối của mỗi
alen và thành phần kiểu gen có xu hướng duy trì ổn định qua các thế hệ.
Nếu một gen gồm 2 alen A và a. Ký hiệu p là tần số alen A, q là tần số alen a, tỉ lệ các kiểu gen ở
thế hệ sau sẽ là: p2 AA : 2pq Aa : q2 aa = 1. Công thức Hardy – Weinberg phản ánh sự phân bố
các kiểu gen trong quần thể. Biểu thức này là nhị thức Newton: (pA + qa)2 = 1.
Nếu một gen gồm nhiều alen và ký hiệu tần số các alen là p, q, r,…thì thành phần kiểu gen của
quần thể ngẫu phối là: (pA + qa + ra1 + …)2 = 1

Chứng minh định luật
Bằng sử dụng tần số các kiểu gen:
VD: Một quần thể ngẫu phối có 25 cá thể được chia thành 3 nhóm có kiểu hình khác nhau: màu
đen gồm 4 cá thể có kiểu gen AA, màu xám gồm 12 cá thể có kiểu gen Aa, màu trắng gồm 9 cá
thể có kiểu gen aa.
Tần số tương đối của nhóm màu đen ĐAA = 4/25 = 0.16
Tần số tương đối của nhóm màu xám HAa = 12/25 = 0.4
Tần số tương đối của nhóm màu trắng Raa = 9/25 = 0.36
Tần số phân bố kiểu gen của thế hệ xuất phát là: 0.16 AA : 0.48 Aa : 0.36 aa = 1
Số alen A trong quần thể xuất phát là: 8 + 12 = 20
Số alen a trong quần thể xuất phát là: 18 + 12 = 30
Tần số tương đối alen A = ; a =
Sự kết hợp ngẫu nhiên của các cá thể trong quần thể sẽ có:
Thế hệ cha mẹ

Xác suất

AA x AA

Thế hệ con
AA

Aa

aa

0.16 x 0.16

0.0256

-

-

AA x Aa

0.16 x 0.48

0.0384

0.0384

-

AA x aa

0.16 x 0.36

-

0.0576

-

Aa x AA

0.48 x 0.16

0.0384

0.0384

-

Aa x Aa

0.48 x 0.48

0.0576

0.1152

0.0576

Aa x aa

0.48 x 0.36

-

0.0864

0.0864

aa x AA

0.36 x 0.16

-

0.0576

-

aa x Aa

0.36 x 0.48

-

0.0864

0.0864

aa x aa

0.36 x 0.36
Tổng cộng

-

-

0.1296

0.16

0.48

0.36

Như vậy, tần số tương đối các kiểu gen ở thế hệ con cũng bằng tần số tương đối các kiểu gen
tương ứng ở thế hệ bố mẹ. Như vậy, định luật Hardy – Weinberg đã được chứng minh bằng cách
sử dụng tần số các kiểu gen.

Bằng sử dụng tần số alen:
Ví dụ: Quan sát quần thể ngô ở thời kỳ trổ hoa có p là tần số alen A quy định sự tạo thành màu
vàng của hạt, q là tần số alen a quy định sự tạo thành màu nâu của hạt. Sự gặp nhau ngẫu nhiên
của các hạt phấn và noãn mang alen A và a sẽ cho thế hệ sau:
Tần số tương đối của các kiểu gen ở thế hệ con: p2 AA : 2pq Aa : q2 aa = 1
Gọi p1 là tần số tương đối của alen A, q1 là tần số tương đối của alen a ở thế hệ con, thì ta có:
P1 = = p(p + q)

Vì p + q = 1 nên p1 = p

q1 = = q(q + p)

Vì p + q = 1 nên q1 = q

Như vậy tần số alen của thế hệ con cũng bằng tần số alen ở thế hệ bố mẹ. Định luật Hardy –
Weinberg được chứng minh khi sử dụng tần số alen.

Điều kiện nghiệm đúng
Sự bắt cặp giữa các cá thể và sự tổ hợp của các giao tử trong quần thể là hoàn toàn ngẫu nhiên.
Kích thước quần thể phải lớn để tránh trường hợp giao tử phân bố không đều.
Đột biến thuận và đột biến nghịch xảy ra vô cùng hiếm đến mức có thể bỏ qua.
Không có sự xâm nhập của các quần thể khác.
Các cá thể có kiểu gen khác nhau có khả năng sống và độ hữu thụ như nhau và không có chọn
lọc.

Ý nghĩa của định luật Hardy – Weinberg
Về mặt lý luận: Định luật Hardy – Weinberg phản ánh trạng thái cân bằng di truyền của quần thể
giao phối. Điều này có thể giải thích tại sao trong tự nhiên có những quần thể giữ vững trạng thái
ổn định trong thời gian dài. Trong tiến hóa, sự duy trì kiên định những đặc điểm đạt được có ý
nghĩa quan trọng chứ không phải chỉ có sự phát sinh các đặc điểm mới mới có ý nghĩa.
Về mặt thực tiễn: Dựa vào công thức Hardy – Weinberg, từ tỉ lệ kiểu hình có thể suy ra tỉ lệ kiểu
gen và tần số alen. Ngược lại, từ tần số tương đối của alen có thể dự tính được tỉ lệ kiểu gen và


kiểu hình. Nắm được tần số kiểu gen và kiểu hình của một số quần thể có thể dự đoán tác hại của
các đột biến gây chết, đột biến gây hại hoặc khả năng gặp những đồng hợp tử mang đột biến có
lợi.

c. Ảnh hưởng của quá trình đột biến, quá trình giao phối đối với sự tiến hóa trong quần thể
Ảnh hưởng của quá trình đột biến đối với tiến hóa
•
•
•

•

•
•
•

Đột biến do vật chất di truyền biến đổi nên có thể di truyền qua các thế hệ qua cơ chế tự sao của
ADN hoặc tự nhân đôi của NST.
Đa số các đột biến là có hại nhưng cũng có đột biến có lợi hoặc trung tính.
Tần số đột biến đối với từng gen riêng rẽ trung bình 10 3 – 104. Sinh vật có rất nhiều gen nên tỉ lệ
giao tử mang đột biến về gen này hoặc gen khác là rất lớn. Đây là nguồn nguyên liệu vô cùng
phong phú cho quá trình chọn lọc.
Khi môi trường thay đổi, giá trị thích nghi của một đột biến có thể bị thay đổi. Trong môi trường
quen thuộc, thể đột biến thường tỏ ra có sức sống kém hoặc kém thích nghi so với dạng gốc. Đặt
vào điều kiện sống mới thể đột biến có thể tỏ ra thích nghi hơn.
Giá trị thích nghi của một đột biến có thể thay đổi tùy tổ hợp gen. Một đột biến nằm trong tổ hợp
gen này có hại nhưng trong sự tương tác với các gen trong tổ hợp khác nó có thể trở nên có lợi.
Tuy đột biến là có hại nhưng phần lớn gen đột biến là gen lặn, ở cơ thể dị hợp không biểu hiện ra
kiểu hình gây hại.
Đột biến gen được xem là nguồn nguyên liệu chủ yếu của tiến hóa vì:
 Đột biến gen phổ biến hơn đột biến NST.
 Đột biến gen ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức sống và sự sinh sản của sinh vật.

Ảnh hưởng của quá trình giao phối đối với tiến hóa

•
•
•
•
•

Quá trình giao phối là một trong các nhân tố tiến hóa cơ bản, tạo nguồn nguyên liệu tiến hóa.
Giao phối làm đột biến phát tán trong quần thể và tạo ra vô số biến dị tôt hợp là nguồn nguyên
liệu phong phú của CLTN.
Quá trình giao phối làm trung hòa tính có hại của đột biến.
Quá trình giao phối góp phần tạo ra những tổ hợp gen thích nghi.
Giao phối tự do làm cho thành phần kiểu gen của quần thể đạt tới trạng thái cân bằng, là nhân tố
tạo nguồn nguyên liệu tiến hóa chứ không làm biến đổi thành phần kiểu gen trong quần thể.

4.3. Kỹ thuật tái tổ hợp ADN: các phương pháp phân lập gen; Vector và đặc tính của vector;
Tạo ADN tái tổ hợp; Chọn dòng mang gen biến nạp; Ứng dụng của kỹ thuật tái tổ hợp ADN
a. Các phương pháp phân lập gen
Phân lập gen bằng cách sử dụng RE
Tách các đoạn ADN từ bộ gen bằng enzyme cắt giới hạn rồi gắn vào các vector tạo vector tái tổ
hợp. Phương pháp này mang tính mò mẫm vì toàn bộ các đoạn ADN cấu thành bộ gen của sinh


vật đều được gắn vào vector, Tuy nhiên, hiện nay đây vẫn là phương pháp có hiệu quả trong việc
thiết lập ngân hang ADN bộ gen hay còn gọi thư viện ADN bộ gen.

Phân lập gen bằng cách sử dụng kỹ thuật PCR
Muốn tổng hợp gen bằng phương pháp này cần biết thông tin về trình tự Nu của gen để thiết kế
cặp mồi đặc hiệu. Sự hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu cấu trúc bậc 1 của protein cùng với
phương pháp xác định trình tự Nu đã thúc đẩy nhanh chóng việc tổng hợp nhân tạo các gen.

Phân lập gen từ mARN bằng kỹ thuật PCR ngược (RT-PCR)
Từ khuôn mẫu là mARN tách từ tế bào chất, nhờ sử dụng enzyme phiên mã ngược (reverse
transcriptase) tổng hợp đoạn ADN một sợi (cADN = complementary). Từ cADN sợi đơn tổng
hợp được ADN kép nhờ enzyme ADN polymeraza. Sử dụng phương pháp này sẽ tổng hợp được
các dòng cADN có trình tự mã hóa liên tục.

b. Vector và đặc tính của vector
Vector là những phân tử ADN hoặc ARN không lớn lắm, có khả năng xâm nhập vào tế bào vi
khuẩn, tự nhân lên một cách độc lập so với NST của vi khuẩn, hoàn thành vai trò của vật chất
dẫn truyền trung gian.

Các đặc tính của vector
Có các trình tự khởi đầu sự sao chép để có thể tự sao chép và tồn tại độc lập.
Vector có kích thước càng nhỏ càng tốt, càng dễ xâm nhập vào tế bào vi khuẩn và càng được sao
chép nhanh.
Vector có trình tự nhận biết để RE cắt hở làm chỗ gắn gen lạ vào.
Có trình tự điều hòa và vị trí bám của ribosme tạo thuận lợi cho sự phiên mã và sự biểu hiện của
gen lạ.
Vector phải có đặc tính cho phép phát hiện dễ dàng tế bào vi khuẩn có chứa chúng. Các đặc tính
này được mã hóa bởi các gen chọn lọc. Thông thường đó là đặc tính kháng với kháng sinh giúp
vi khuẩn có mang vector sống được trong môi trường có kháng sinh hoặc khả năng sản sinh một
enzyme chuyển hóa một cơ chất tạo màu phát hiện được trên môi trường thạch.
Vector phải tồn tại được trong tế bào chủ qua nhiều thế hệ và ít gây xáu trộn nhất cho tế bào chủ.

c. Tạo ADN tái tổ hợp


Mục đích
Gắn đoạn ADN (đoạn gen quan tâm) hay cADN vào vector chuyển gen để tạo nên plasmid tái tổ
hợp. Quá trình này được thực hiện nhờ xúc tác của enzyme ADN ligase. Các enzyme này xúc tác

phản ứng nối bằng cách hình thành liên kết phosphodieste nối hai Nu kế cận.

d. Chọn dòng mang gen biến nạp
Plasmid và đoạn gen cần tạo dòng được trộn lẫn với nhau dưới tác dụng của enzyme ADN
ligase. Hỗn hợp này có thể có các plasmid tái tổ hợp với plasmid không có gen lạ xen vào. Hỗn
hợp này được trộn lẫn với tế bào vi khuẩn để thực hiện biến nạp. Sau đó cấy hỗn hợp trên lên
môi trường dinh dưỡng, do hỗn hợp không đồng nhất như trên, nên các khuẩn lạc mọc lên có 2
loại như sau:
•
•

Tế bào vi khuẩn nhận được plasmid không có gen lạ xen vào.
Tế bào vi khuẩn nhận được plasmid tái tổ hợp.

Vì vậy cần xác định được đúng dòng vi khuẩn chứa plasmid tái tổ hợp. Có thể sử dụng các
phương pháp sau:
Lai acid nucleic
Sử dụng phương pháp lai acid nucleic có hiệu quả trong việc tách dòng gen mong muốn từ thư
viện ADN bằng việc sử dũng mẫu dò được đánh dấu phóng xạ. Người ta tiến hành làm tan tại
chỗ các khuẩn lạc trên giấy lọc nitrocellulo để ADN thoát ra và gắn trên giấy. Sau đó cho mẫu dò
lai ADN trên màng lai. Các sợi đơn của mẫu dò sẽ bắt cặp với các sợi đơn của ADN trên màng
lai tại vị trí có các trình tự Nu bổ sung. Việc phát hiện các phân tử lai thông qua phóng xạ tự ghi.
Bằng phương pháp này, người ta dễ dàng phát hiện khuẩn lạc mang đoạn ADN mong muốn từ
rất nhiều khuẩn lạc mang các đoạn ADN khác nhau, dựa vào thông tin đã biết khi tổng hợp mẫu
dò.

Phát hiện khuẩn lạc chứa plasmid tái tổ hợp thông qua biểu hiện kiểu hình
Nhiều vector được thiết kế mang trình tự điều hòa của gen lacZ (gen tổng hợp protein enzyme β–
galactozidaza) khi biến nạp vào tế bào vi khuẩn chủ, biến tế bào chủ có kiểu hình Lac - thành
Lac+ (được gọi là bổ sung α). Các vi khuẩn có kiểu hình Lac + được nhận biết nhờ sự chuyển hóa

cơ chất X-gal làm khuẩn lạc có màu xanh.
Nếu đoạn ADN lạ được gắn xen vào trình tự điều hòa của LacZ, làm gen không hoạt động, do
vậy không thực hiện được phản ứng biến đổi X-gal thành màu xanh, vì vậy khuẩn lạc có màu
trắng. Nhờ vật, người ta có thể nhận biết nhanh chóng bằng mắt thường các khuẩn lạc chứa
plasmid tái tổ hợp (màu trắng) lẫn trong đám khuẩn lạc màu xanh (không mang plasmid tái tổ
hợp).


Mất hoạt tính do xen đoạn
Phương pháp này được sử dụng đối với các vecrtor mang gen kháng thuốc (pBR 322), nên các
gen này (chẳng hạn ampiciline, tetracycline) có mang các điểm nhận biết của các enzyme cắt hạn
chế. Plasmid được mở vòng dưới tác dụng của một RE mà điểm cắt của nó nằm trên một gen
kháng thuốc nào đó (VD: gen kháng tetracycline) và đoạn ADN lạ được xen vào vị trí mở vòng
của plasmid, làm cho gen kháng thuốc trên mất hoạt tính. Hỗn hợp trên được biến nạp vào E.coli,
tế bào E.coli có thể có 3 loại kiểu gen và kiểu hình như sau:
Tế bào E.coli không nhận được plasmid sẽ không mọc được trên môi trường có ampiciline,
tetracycline.
Tế bào E.coli nhận được plasmid nhưng gen lạ không gắn được vào sẽ mọc được trên môi trời có
ampiciline, tetracycline.
Tế bào E.coli nhận được plasmid tái tổ hợp, gen kháng tetracycline bị mất hoạt tính do gen lạ
xen vào, gen kháng ampiciline vẫn hoạt động bình thường. Do vậy, các tế bào E.coli mang
plasmid tái tổ hợp không mọc được trên môi trường chứa tetracycline, nhưng vẫn mọc được trên
môi trường chứa ampiciline. Đây chính là dòng tế bào cần chọn.

e. Ứng dụng của kỹ thuật tái tổ hợp ADN
Trong y học
Sản xuất các hormone để chữa bệnh cho con người
Thành tựu:
Sản xuất insulin bằng kỹ thuật ADN tái tổ hợp, tác dụng chữa bệnh đái tháo đường, bằng cách
phân lập gen sản xuất insulin ở người, chuyển vào tế bào vi khuẩn E.coli thông qua vector là

plasmid. Insulin được sản sinh trong tế bào vi khuẩn giống như trong tế bào người.
Sản xuất interferon bằng công nghệ plasmid tái tổ hợp. Interferon là loại protein đặc biệt, có vai
trò bảo vệ cơ thể động vật khi bị nhiễm virus. Người ta đã tách gen mã hóa interferon từ cơ thể
sống và ghép vào plasmid, đưa vào E.coli để sản xuất interferon.
Sản xuất vaccine bằng công nghệ ADN tái tổ hợp
Là loại vaccine được chế từ vi khuẩn hoặc nấm men tái tổ hợp mang gen mã hóa kháng nguyên
của một virus hay một vi khuẩn nào đó.
Một số loại vaccine được sản xuất bằng công nghệ ADN tái tổ hợp: vaccine viêm gan B, vaccine
sốt rét, vaccine dại kiểu mới, vaccine tả kiểu mới,…

Trong trồng trọt


Công nghệ ADN tái tổ hợp đã tạo trên nhiều giống cây trồng mới có năng suất cao, mang gen
chống chịu sâu bệnh: thành công trong việc tách dòng gen Nif (Nitrogen fixing) là gen tổng hợp
enzyme xúc tác cho quá trình cố định nitrogen phân tử, có trong plasmid của vi khuẩn nốt sần
cây họ đậu chuyển vào các cây không phải họ đậu, tạo ra giống mới cho năng suất cao mà không
cần đến phân đạm.
Tạo giống thuốc lá mới mang gen kháng virus TMV (tobacco mosaic virus).
Tạo cây bông kháng sâu đục thân.
Tạo giống khoai lang kháng bọ hà.
Chuyển các gen tổng hợp các sắc tố khác nhau ở hoa,…
Trong chăn nuôi
Sản xuất vaccine phòng chống một số bệnh ở gia súc, gia cầm
Thành tựu: Sản xuất vaccine chống bệnh Newcasle (bệnh cúm gia cầm); sản xuất vaccine chống
bệnh lở mồm long móng ở các loài động vật móng guốc (trâu, bò, lợn, cừu).
Công nghệ gen ở động vật sản xuất các loại protein quý hiếm, đặc hiệu
Thành tựu: Sản xuất chất hoạt hóa plasminogen mô người, chất tăng đông máu, chất này được
tiết qua tuyến sữa (các động vật bậc cao) nhờ promotor β-lactoglobulin; bằng phương pháp
tương tự người ta tổng hợp được α1-antitrypsin người,…