Bài giảng Sinh học phân tử 1: Chương 5 - Nguyễn Quốc Trung

Chương V
CƠ CHẾ GÂY BIẾN ĐỔI ADN


Đột biến là gì? Điều gì xảy ra khi DNA bị đột biến


Khái niệm Đột biến
Đột biến là những thay đổi đột ngột có khả năng di truyền trong vật
chất di truyền
Bất kỳ một thay đổi nào trên phân tử DNA đều được coi là đột biến
Thể đột biến: sinh vật có biểu hiện kiểu hình khác thường do kết
quả của đột biến


Đặc điểm của đột biến
1. Đột biến có thể xảy ra trên 1 cặp bazơ nitơ/DNA hay Nhiễm
sắc thể
- Đột biến soma: đột biến xảy ra ở các tế bào sinh dưỡng; chỉ
ảnh hưởng tới 1 cá thể và không có khả năng nhân lên
- Đột biến sinh dục: là những đột biến có khả năng di truyền
qua các thế hệ.

2. Tần số đột biến:
a. Tần số đột biến gen: số gen có thể bị đột biến /thế hệ
b. Tần số gen đột biến là số lần lặp lại của đột biến(trên tổng số tế
bào hoặc cá thể) trong quần thể

3. Đột biến xảy ra ngẫu nhiên, không định hướng

Các dạng đột biến ADN
1. Thay 1 cặp Nucleotide

2. Mất Nucleotide

3. Chèn thêm Nucleotide
4. Đảo trình tự Nucleotide


Các dạng đột biến điểm trên ADN (1 Nucleotide)
1. Thay 1 Nucleotide
2. Mất 1 Nucleotide

3. Chèn thêm 1 Nucleotide


1. Thay 1 cặp Nucleotide

- Một cặp base được thay thế bởi một cặp base khác
- Có hai dạng
a. Thay thế một cặp purine-pyrimidine này bằng một cặp purinepyrimidine khác (ví dụ: AT thay bằng GC hoặc TA thay
bằng CG).
b. Thay thế một cặp purine-pyrimidine bằng một cặp pyrimidinepurine (Ví dụ: AT bằng TA hoặc AT bằng CG).
Chapter 19 slide 7


Ảnh hưởng của đột biến thay đổi 1 Nucleotide

- Cặp base thay thế nằm trong khung đọc mã (ORFs) sẽ ảnh
hưởng tới trình tự acid amin trong phân tử protein

a. Đột biến làm thay đổi codon trong khung đọc mã thành
codon kết thúc (ORFs) làm dừng quá trình dịch mã tổng hợp
protein
b. Đột biến xảy ra ở đoạn không phiên mã: ảnh hưởng đến
cường độ phiên mã, lượng mRNA và protein sinh ra


Đột biến điểm làm dừng quá trình dịch mã


Các dạng đột biến điểm: thay thế một cặp base

- Đột biến trung tính: sự thay đổi 1 Nucleotide trong bộ 3 mã hóa
làm thay đổi axit amin trong protein nhưng khơng thay đổi tính
chất của protein

- Đột biến im lặng: sự thay đổi 1 Nucleotide thứ 3 trong bộ 3 mã hóa
khơng làm thay đổi axit amin trong protein.

Chapter 19 slide 10


2,3. Mất hoặc thêm một cặp base
- Mất hoặc thêm một cặp base có thể thay đổi khung đọc mã (ORF)
của DNA kết quả là trình tự phiên mã trên mRNA thay đổi (đột
biến dịch khung)
a. Khi khung đọc mã bị thay đổi thì trình tự amino acid bị thay
đổi.
b. Đột biến dịch khung có thể hình thành codon kết thúc trong
khung đọc mã làm cho phân tử protein hình thành bị ngắn đi.

c. Đột biến dịch khung có thể biến đổi codon kết thúc thành
codon mã hóa amino acid , kết quả là phân tử protein được
hình thành sẽ dài hơn.


4. Cơ sở phân tử của đột biến
Watson và Crick đề xuất
cơ chế giải thích đột
biến tự nhiên và cấu
trúc base nito khơng
biến mất

Ngun tử H có thể di
chuyển từ nhóm amin
(–NH) sang nhóm
keto (=O) tạo dạng
enol (-OH) trong vịng
nito. Q trình này gọi
là sự trơi dạt ngun
tử H (tautomeric –
shift)

Chapter 19 slide 12


Dạng thông thường và dạng cặp đôi dễ biến động DNA

T-A

C-G

T-G

C-A

A-G

C-T


Sản phẩm của đột biến là kết quả sai hỏng của cặp đôi dễ biến động

Dạng
gốc
Tái bản
ADN

Dạng
đột biến

Tái bản
ADN

Dạng
gốc
Dạng
gốc

Thế hệ 1
Thế hệ 2

Q trình chuyển hóa gốc amin: cytosin thành Uracil và 5-methylcytosine thành Thymine

Cơ chế


CÁC TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN
1. Tác nhân vật lý
a.

Tia phóng xạ ion như tia X quang : λ = 0,1 – 1nm
Tia X có năng lượng cao, có khả năng xuyên qua các mô và va chạm với
các phân tử làm bật các electron khỏi quỹ đạo

i. Các tia phóng xạ ion làm gãy các liên kết hóa học, bao gồm các liên
kết giữa đường – gốc phosphate trên mạch đơn DNA.
ii. tia phóng xạ ion là nguyên nhân hàng đầu gây ra những đột biến
Nhiễm sắc thể ở người.
iii. tia phóng xạ ion làm chết tế bào ở liều lượng cao, ở liều lượng thấp
gây đột biến điểm.
iv. tia phóng xạ ion có ảnh hưởng tích lũy: liều lượng phóng xạ gây lên
những đột biến như nhau ở mơ tế bào trong khoảng thịi gian ngắn
hoặc dài.


CÁC TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN
b. Tia cực tím (UV) là nguyên nhân gây biến đổi trên phân tử DNA

i. Tia UV có năng lượng thấp hơn tia ion

ii. Tia UV có bước sóng λ = 254–260 nm khơng có khả năng xuyên
sâu vào mô tế bào mà chỉ tác động vào lớp bề mặt tế bào của sinh
vật đa bào

iii. Tia UV được hấp thụ bởi các base purines và pyrimidines.
(1) Q trình dimer hóa hai base pyrimidines, dạng phổ biến
là thymine dimer (T^T)
(2) C^C, C^T và T^C dimer cũng xảy ra nhưng với tần số thấp
hơn. Một vài pyrimidine dimer có thể xảy ra trong q trình tái
bản
(3) Hầu hết pyrimidine dimers được sửa chữa bởi chúng
thường là những chỗ phồng ra trong cấu trúc DNA xoắn kép.
Sủa chữa theo các cơ chế tự sửa chữa


thymine dimers bởi Tia UV


2. Tác nhân hóa học
a. Hơi độc hoặc hơi Sulfur có tác
dụng alkyl hóa base

Tên và cơng thức cấu tạo
một số hóa chất gây đột biến

Chapter 19 slide 19


2. Tác nhân hóa học
b. 5 BU (5 bromuracil) và 2 AP (2-aminopurin) là các base

tương đồng làm tăng tần số ghép cặp nhầm
 Nếu 5BU tồn tại ở trạng thái hiếm enol tại thời điểm gắn vào
mạch DNA, 5 BU sẽ kết cặp với Guamine mạch gốc và gây ra
hiện tượng hoán vị GC AT
 Nếu 5BU gắn với Adenine dạng keto thì q trình sao chép
sau đó sẽ tạo ra hoán vị từ AT GC


Cơ chế ghép cặp của 5-bromouracil (5BU)


Cơ chế gây đột biến của 5-bromouracil (5BU)


c. Những base bị biến đổi có thể hình thành đột biến ở một số giai đoạn trong
chu kỳ tế bào. Những tác nhân gây ra sự thay đổi trong cấu trúc base có
thể xếp vào 3 loại:
i. Loại trừ nhóm amin. Ví dụ: nitrous acid (HNO2 ), có tác dụng khử
nhóm amin của G, C và A.
(1) HNO2 loại bỏ nhóm amin của Guanine tạo thành xanthinecó
cấu trúc tương tự G. Kết quả: không tạo đột biến
(2) HNO2 loại bỏ nhóm amin của cytosine thành uracil, làm
chuyển CG thành TA.
(3) HNO2 loại bỏ nhóm amin của adenine tạo thành hypoxanthine,
ghép cặp với cytosine, nguyên nhân gây ra sự hoán vị AT thành
GC.
ii. Nhân tố hydroxyl hóa - hydroxylamine (NH2OH).
(1) NH2OH biến đổi nhóm amin thành nhóm hydroxyl (OH) của
C, sau đó C sẽ ghép cặp với A thay vì ghép cặp với G.
(2) NH2OH chỉ hoán vị cặp CG thành TA.

iii. Tác nhân alkyl hóa và hydeoxyl hóa như (MMS,EMS)
(1) methylmethane sulfonate (MMS), methyl hóa G tạo thành O6alkyl G.
(2) O6-aIkylG cặp đôi với T nhiều hơn C, là nguyên nhân gây hoán
vị GC thành AT .


Sự biến đổi của 3 base bởi HNO2