Cơ sở di truyền học và hiện tượng di truyền

Nội dung Tuần 7
1. Cơ sở phân tử và tế bào của hiện tượng di truyền
2. Biến dị di truyền


1. Cơ sở phân tử và tế bào
của hiện tượng di truyền
1.1. Axit nucleic – vật chất di truyền
1.2. Sự biểu hiện gen: phiên mã – dịch mã
1.3. Tổ chức phân tử của nhiễm sắc thể


1.1 Axit nucleic – vật chất di truyền
Vào thời điểm đầu thế kỷ 20, các nhà di truyền học không
biết rằng ADN là vật chất di truyền.
Phải mất 50 năm với các kết quả của thực nghiệm phức tạp
để có các bằng chúng thuyết phục được cộng đồng khoa học
rằng ADN là phân tử của di truyền.
Chúng ta sẽ tìm hiểu lần lượt một số bằng chứng ấy.


Bằng chứng về vai trò mang thông tin
di truyền của axit nucleic
Thí nghiệm của F. Griffith năm 1928:
Sử dụng hai chủng Streptococcus pneumoniae dạng S (gây chết)
và dạng R (không gây chết).

Khuẩn
lạc nhăn
Khuẩn
lạc trơn

Đột biến thành

Vỏ polysaccharide

Streptococcus pneumoniae (2 chủng S và R)

Không vỏ
4


1. Thí nghiệm của F. Griffith, 1928 (1)
Chết

Sống

Sống
Xử lý
nhiệt

Các thành
phần Tế bào

1. Tiêm dạng S vào chuột => gây chết
2. Tiêm dạng R vào chuột => ko gây chết
3. Tiêm dạng S đã bất hoạt => ko gây chết

5

1. Thí nghiệm của F. Griffith, 1928 (2)

Chết
Xử lý
nhiệt

Các thành
phần TB

Kết
hợp

Phân lập tế
bào từ mô

Tiêm chủng S đã bất hoạt + chủng R => gây chết,
sau đó phân lập từ xác chuột được vi khuẩn chủng S.


Chứng tỏ có sự chuyển vật chất di truyền từ chủng S
(đã bị bất hoạt bởi nhiệt) sang chủng R

6


2. Thí nghiệm của Avery, MacLeod
và McCarty năm 1944 (1)
(a) Biến nạp xẩy ra ở môi trường chứa chủng S bị bất hoạt trộn
lẫn với chủng R sống. Vật chất di truyền từ chủng S bị bất hoạt
được chuyển sang chủng R và biến chủng R thành chủng S.

(b) ADN màu trắng tách từ tế bào bạch cầu người

7


2. Thí nghiệm của Avery, MacLeod
và McCarty năm 1944 (2)
(c) Sử dụng phương pháp phá hủy từng chất để tìm ra vật chất di truyền:
Phá hủy
protein

Siêu ly tâm

Các thành phần
Tế bào chủng S
được tinh sạch

Phân tích bằng
các phương
pháp lý hóa

Trộn với Tế bào
chủng R

Thấy có TB chủng S
(có biến nạp)

Phá hủy
ARN

Trộn với Tế bào
chủng R

Thấy có TB chủng S
(có biến nạp)

Phá hủy
ADN

Trộn với Tế bào
chủng R

Không có TB chủng S
(Không biến nạp)

Loại bỏ
chất béo

Trộn với Tế bào
chủng R

Thấy có TB chủng S
(có biến nạp)

Thường thấy sự
xuất hiện của
ADN

Hiện tượng biến nạp chỉ xuất hiện khi có DNA. Nếu DNA bị phá hủy thì

hiện tượng biến nạp sẽ không xảy ra. Vậy, DNA là tác nhân biến nạp
8


3. Thí nghiệm của Hershey và Chase
năm 1952
 Năm 1952, Alfred Hershey và Martha Chase đã đưa ra bằng

chứng thuyết phục chứng minh ADN là chất cấu tạo nên vật
chất di truyền.
 Thí nghiệm sử dụng T2 bacteriophage và vi khuẩn cùng với

máy xay waring.

9


Cấu trúc và vòng đời của
bacteriophage T2
(a) Hạt bacteriophage có ADN lõi được bao quanh bằng vỏ protein.
(b) Vòng đời của bacteriaphage T2
Virut gắn với tế
bào chủ
5. Tế bào bị nổ
bung, giải phóng
các virut mới

Virut tiêm các
gen của nó vào
TB chủ

4. Các virut
mới
được
4.
Các
virut
lắp4.
ráp
Cáclắp
virut
mới
được
mới được
ráp
lắp ráp

ADN của virut được nhân
lên và các protein của
virut mới được tổng hợp

10


3. Thí nghiệm của Hershey và Chase
năm 1952 (2)
Thí nghiệm sử dụng T2 bacteriophage và vi khuẩn cùng với máy
xay waring.

Bacteriophage T2 được đánh dấu hoặc với 32P (đánh dấu cho
DNA) hoặc 35S (đánh dấu protein), sau đó cho nhiễm vào tế bào

vi khuẩn.
Sau khi ủ với tế bào chủ một thời gian ngắn thì sử dụng máy xay
Waring để phân tách bacteriophage ra khỏi với tế bào chủ. Ly tâm
sẽ phân tách được vỏ bacteriophage với tế bào chủ vì tế bào chủ
nặng hơn.

11


3. Thí nghiệm của Hershey và Chase
năm 1952 (3)

Thí nghiệm trên, với ADN đánh dấu 32 P (màu cam) được tìm thấy trong tế
bào chủ nhiễm bởi T2. Thí nghiệm dưới, với protein đánh dấu 35S (màu tím)
được tìm thấy trong vỏ bacteriophage và không truyền vào tế bào chủ.
Chứng tỏ ADN là vật chất di truyền chứ không phải protein
12


Cấu tạo hóa học của các nucleotide
Thymidine triphosphate (TTP)

Các Nucleoside triphosphate

13


Các nucleotide nối với nhau qua
liên kết phosphodieste

Nucleoside triphosphate

14


Các nucleotide nối
với nhau như thế nào?
Các nucleotide nối với nhau bằng liên
kết phosphodieste.
Nối Cacbon 5’ của đường deoxyribose
này với Cacbon 3’ của đường
deoxyribose ở kết tiếp, tạo nên chiều
của chuỗi nucleotides là 5’ -> 3’

Mạch poly-nucleotide được hình thành
nhờ các liên kết phosphodieste

15


1.3. Cấu trúc và đặc tính hóa lý của ADN

Nguyên tắc Chargaff (hay nguyên tắc bổ sung)
A = T và G = C nên A+G = T+C hay (A+G)/(T+C) =1
Tuy nhiên, (A+T)/(G+C) là một hằng số ở mỗi loài

16


1.3. Cấu trúc và đặc tính hóa lý của ADN

Liên kết bazơ bổ sung - liên kết
Hydro - giữa một Purine với một
Pyrimidine
G với C bằng 3 liên kết Hydro
A với T bằng 2 liên kết Hydro

17


Cấu trúc phân tử của ADN

Francis Crick (1916-2004)
và Jame Watson (1928)
Nhận giải Nobel Y học năm 1962

18


Mô hình chuỗi xoắn kép ADN dạng
B của Watson và Crick (1953)
 Các đường và phosphate tạo nên khung ngoài

của phân tử, các bazơ nitơ ở bên trong,
 Hai sợi cùng xoắn xung quanh một trục theo

chiều từ trái sang phải (xoắn phải).
 Mỗi vòng xoắn gồm 10 cặp base
 Chiều cao vòng xoắn ốc là 34Ao
 Chiều cao của một nucleotide là 3,4 A o
 Đường kính trong của vòng xoắn là 20A o

19


Mô hình chuỗi xoắn kép ADN dạng B
của Watson và Crick (1953)
 Các sợi là song song ngược chiều







nhau
Đường-Phosphat tạo nên bộ
khung phía ngoài
Các cặp đôi bazơ bổ sung nằm
giữa
Hai sợi được gắn với nhau bởi
liên kết hydro giữa các
nucleotide A-T và G-C
Tính chất biến tính và hồi tính
20


Biến thể của các dạng xoắn của ADN
(a) Dạng xoắn phải với
khung ngoài đều đặn

(b) Dạng xoắn trái với
khung ngoài khúc khủy

21


Các dạng khác nhau của axit nucleic
Một số phân tử ADN là dạng vòng chứ không phải dạng
thẳng, ví dụ:
– 1. Prokaryotes
– 2. Mitochondria
– 3. Chloroplasts
– 4. Virus
Một số virus có vật chất di truyền dạng ADN mạch đơn
– bacteriophages
Một số viruses có vật chất di truyền dạng ARN.
– Virut HIV (AIDS)
22


Ảnh hiển vi điện tử của các dạng ADN
trong tự nhiên
 (a) Một đoạn dài của NST ở người;
 (b) Một nhiễm sắc thể dạng mạch kép của papovavirut;
 (c) Một nhiễm sắc thể dạng mạch đơn của parvovirut

 (d) Các nhiễm sắc thể dạng mạch đơn đóng vòng của virut M13

23

Bốn câu hỏi về cấu trúc của ADN liên quan
đến thông tin di truyền
1. Phân tử ADN mang thông tin di truyền như thế nào?

 Trình tự của các bazơ nitơ
2. Các thông tin di truyền được sao chép và truyền lại
cho thế hệ sau như thế nào?
 Sao chép ADN, nguyên phân và giảm phân
3. Làm cách nào thông tin di truyền tử ADN được biểu
hiện thành kiểu hình?
 Các chức năng và biểu hiện gen, phần sau
4. Các cơ chế nào cho phép thông tin được biến đổi?
 Tái tổ hợp và đột biến
VNU-University of Science - DNThai

24


Chức năng sinh học của ADN
 Có khả năng lưu giữ thông tin ở dạng bền vững, cần cho việc

tái tạo, sinh sản và hoạt động của tế bào
 Có khả năng sao chép chính xác để thông tin di truyền được

truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác qua phân chia tế bào
hoặc sinh sản
 Thông tin chứa đựng trong ADN được dùng để tạo ra các sản

phẩm cần cho cấu tạo và hoạt động của tế bào (thông qua quá

trình Phiên mã và Dịch mã).
 Vật liệu di truyền có khả năng biến đổi, nhưng những biến

đổi này chỉ xẩy ra ở tần số thấp, là nguyên liệu cho tiến hóa
25