Bản chất của vật chất di truyền

ạng siêu xoắn : mạch kép vặn xoắn lại thành hình số 8. Đây là dang tự nhiên ở vi khuẩn . 
 Dạng vòng tròn : sợi DNA căng tròn có được do DNA siêu xoắn bị cắt đứt 1 trong hai mạch kép . 
 Dạng thẳng : khi DNA bị cắt đứt cả hai mạch . 
Mô hình về bộ gen của E .coli 
2. RNA 
 RNA có cấu tạo từ các đơn phân là các ribonucleotid . 
 Mỗi ribonucleotid gồm ba thành phần : đường ribose, H 3 PO 4 , bazơnitric . 
 Trong tế bào có ba loại RNA: rARN , mARN , tARN . 
2.1. rARN : 
* chiếm khoảng 75% của tổng RNA trong tế bào . 
 - Eukaryota : ribosome có hệ số lắng khi ly tâm là 80S, gồm hai đơn vị : 
	+ Đơn vị lớn ( 60S) có rARN 25S; 5,8S; 5S 
	+ Đơn vị nhỏ (40S) có rARN 28S 
 - Prokaryota và lục lạp có hệ số lắng khi ly tâm là 70S, gồm 2 đơn vị : 
	+ Đơn vị lớn (50S): có loại rARN 23S; 5S; 4,5S 
	+ Đơn vị nhỏ (30S): có rARN 16S 
 - Ty thể : ribosome có hệ số lắng khi ly tâm là 70S, gồm 2 đơn vị : 
	+ Đơn vị lớn 50S: có loại rARN 24S; 5S 
	+ Đơn vị nhỏ 30S: có rARN 18,5S 
 * rARN có cấu trúc bậc I và cấu trúc bậc hai . 
 * rARN có cấu tạo là một sợi xoắn có nhiều vùng liên kết đôi theo nguyên tắc bổ sung A liên kết với U, G liên kết với X và có khi G liên kết với U. 
2.2. RNA vận chuyển ( tRNA ) 
 - Có hơn 20 loại tARN khác nhau tuơng ứng với 20 loại acid amine khác nhau . 
 - Các tARN cùng tham gia vận chuyển một acid amin là các izoaceptor . 
 - Cấu trúc bậc I của tARN : có phân tử lượng nhỏ : 25.000-30.000, gồm 75-90 nucleotid , có hằng số lắng 4S. Có khoảng 10% các nucleotid hiếm với khoảng 30 loại khác nhau . Chuỗi polynucleotid cuộn lại có những đoạn tạo mạch xoắn kép , hình thành cấu trúc bậc hai của tARN . 
 - Các tARN có một số đặc tính cấu trúc chung : chiều dài khoảng 73-93 nucleotid , cấu trúc gồm một mach cuộn lại như hình lá chẻ ba nhờ bắt cặp bên trong phân tử . Đầu mút 3’ có trình tự kết thúc là CCA, amino acid luôn gắn vào đầu này . Đầu 5 chứa gốc phosphate của G. 
 Mỗi tARN có có 4-5 vùng với chức năng khác nhau : 
 - Vòng DHU: có chứa nucleotid dihydrouridin , vùng này có chức năng nhận biết aminoacyl tARN synthetase 
 - Vòng anticodon : đọc mã trên mARN theo nguyên tắc kết cặp anticodon – codon . 
 Cấu trúc của tARN 
- Vòng phụ : có thể không có ở một số RNA. 
 - Vòng TφC : có chứa nucleotid pseudouridin , vùng này có chức năng nhận biết ribosom để vào đúng vị trí tiếp nhận aminoacyl tARN ( vị trí A) 
 - Đấu 3’ –CCA: vị trí gắn với acid amin . 
tARN chiểm khoảng 15% tổng số RNA của tế bào 
2.3. RNA thông tin (messenger RNA – mARN ) 
 - RNA thông tin làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin di truyền từ DNA đến protein. 
 - mARN chiểm khoảng 5% tổng số RNA tế bào . 
- Cấu trúc của mARN : 
 5’ m7GxpYp AUG	 UAG phần đuôi 
 Đoạn 5’ 	 Đoạn được Đoạn 3’ 
	 không mã hóa 	 phiên mã 	 không mã hóa 
(X, Y có thể là A hoặc G) 
 - Các mARN của prokaryote có nữa thời gian (half life) tồn tại ngắn trung bình 2 phút . Các mARN của Eukaryote có nữa thời gian tồn tại khoảng 30 phút - 24 giờ . 
P P P 
G 
5’ 
5’ CAP 
Vò trí gaén Rb 
Vuøng khoâng maõ hoùa 
AUG 
Maõ keát thuùc UAA 
Vuøng khoâng maõ hoùa 
A-A-A- - 3’ 
mRNA ở eukaryote 
5’ 
Vò trí gaén Rb 
Maõ khôûi ñaàu AUG 
Vuøng khoâng maõ hoùa 
3’ 
P1 
UAA maõ keát thuùc 
P2 
UAA maõ keát thuùc 
P3 
UAA maõ keát thuùc 
Maõ khôûi ñaàu AUG 
Maõ khôûi ñaàu AUG 
Vò trí gaén Rb 
Vò trí gaén Rb 
mRNA ở Prokaryote 
2.4.-Ribozym và self- splicing 
- Các phân tử rARN của các loài nguyên sinh động vật , lúc đầu được tổng hợp với một số lượng lớn tiền chất , từ số các rARN này sẽ có một được tạo ra bằng cách tự cắt nối (self - splicing). 
 Quá trình cắt nối này có thể xảy ra ở in vitro trong sự vắng mặt của protein. 
 Phản ứng self-splicing ở loài Tetrahymena gồm 2 bước : 
 + Nucleotid G gắn vào trình tự intron , đồng thời cắt mạch RNA. 
 + Đầu 3’ của RNA mới vừa được tạo ra gắn vào đầu bên kia của intron hoàn thành phản ứng nối liền . 
 Trình tự intron dài 400 nucleotid đã được tổng hợp trong ống nghiệm và nó cuộn lại tạo phức hợp bề mặt có hoạt tính tương tự enzyme trong các phản ứng với các RNA khác . 
 Các RNA có khả năng tự xúc tác được gọi là ribozyme . 
Phản ứng self-splicing của RNA 
Quá trình splicing, cắt các intron , nối các exon 
IV Các tính chất của DNA 
1. Biến tính ( denaturation ) và hồi tính ( renaturation ) 
 * Biến tính : Khi đun nóng DNA từ từ , vượt quá nhiệt độ sinh lý ( khoảng 80-95oC), các liên kết hydro giữa 2 mạch bị đứt và tách rời nhau . Trước tiên các mối liên kết A-T, khi nhiệt độ > 90oC các liên kết G -C bị đứt . 
 * Điểm chảy của DNA (Tm): Nhiệt độ mà ở đó 2 mạch DNA tách rời nhau . Tm phụ thuộc vào số lượng các liên kết hydro. DNA có tỷ lệ G-C cao sẽ có điểm chảy cao . DNA có 60% G-C thì điểm chảy là 95oC. 
 Ngoài nhiệt độ , người ta còn dùng chất formanide (NH2 -CH = 0) làm biến chất DNA ở 40o­C 
 * Hồi tính : Các DNA bị biến chất được hạ nhiệt độ từ từ , ở 60o -700C các nucleotid sẽ gắn lại với nhau để tạo nên DNA mạch kép . 
 Sự biến tính và hồi tính của DNA 
2. Lai acid nucleic 
 * Nguyên tắc : lấy DNA A làm biến tính thành mạch đơn , trộn với DNA B cũng bị biến tính thành mạch đơn . Dung dịch được hạ nhiệt độ từ từ để xảy ra hồi tính , sợi A kết với A, B kết với B, đồng thời có sợi A kết với B tạo thành phân tử lai . 
 Hiện nay còn sử dụng phương pháp lai trên pha rắn , được sử dụng rộng nhất : 
	+ Phương pháp Southern blot, dùng cho DNA 
	+ Phương pháp Northern blot dùng cho RNA 
	+ Phương pháp dot ( điểm ) và slot ( khe ) blot dùng cho RNA và DNA 
 Lai tại chỗ ( in situ hybridization) là kiểu lai phân tử trong đó trình tự acid nucleic cần tìm nằm ngay trong tế bào hay trong mô . 	 
 * Dùng phương pháp lai DNA: 
	+ Có thể xác định mối quan hệ họ hàng giữa các loài . Ví dụ : DNA người và DNA chuột chỉ lai được 25%. 
	+ Có thể tiến hành lai mARN với DNA để xác định vị trí gen trên DNA tạo ra mARN tương ứng . 
	+ Giúp hiểu chi tiết hơn về bộ gen , nó là cơ sở của phương pháp chẩn đoán mới dùng acid nucleic đang đuợc sử dụng rộng rãi . 
Phát hiện các DNA lai với mẫu dò 
V. Những cấu trúc chứa DNA trong tế bào 
1. Những đoạn DNA chứa thông tin di truyền 
 DNA do polynucleotid tạo thành , chia làm nhiều đoạn ; mỗi đoạn là một đơn vị chức năng , gọi là gen. 
 Định nghĩa gen ( trong di truyền học ): 
 + Mendel là người đầu tiên nêu lên khái niệm “ nhân tố di truyền ” 
 + J. Morgan: gen nằm trên nhiễm sắc thể chiếm một locus nhất định . Gen là đơn vị chức năng xác định một tính trạng . 
 + Sau khi học thuyết trung tâm ra đời : gen là đoạn DNA trên nhiễm sắc thể không những mã hóa cho các loại protein mà cả các loại RNA. 
 + Cuối những năm 70: gen là một đoạn DNA đảm bảo cho việc tạo ra một polypeptid , bao gồm cả vùng trước và sau vùng mã hóa cho protein và cả những đoạn không mã hóa xen giữa các đoạn mã hóa . 
 Định nghiã tổng quát : gen là đơn vị chức năng cơ sở của bộ máy di truyền chiếm một locus nhất định trên NST và xác định một tính trạng nhất định . Các gen là những đoạn vật chất di truyền mã hóa cho những sản phẩm riêng lẻ như các RNA được sử dụng trực tiếp cho tổng hợp các enzym , các protein cấu trúc hay các mạch polypeptid để gắn lại tạo ra các protein có hoạt tính sinh học . 
2. Virus chứa DNA và virus chứa RNA 
 - Virus gây bệnh đốm thuốc lá chứa RNA sợi đơn. 
 - Các thực khuẩn thể T2, T4, T6 chứa DNA mạch đôi thẳng , dài . 
Virus khảm thuốc lá 
a. Ảnh virus khảm thuốc lá chụp bằng kính hiển vi điện tử ở 
độ phóng đại 37.428X 
b. RNA điều khiển sự hình thành 
tính trạng vỏ của virus 
3. Nhiễm sắc thể chính và plasmid của vi khuẩn 
 - DNA của vi khuẩn làm thành thể nhân , là DNA mạch vòng , xoắn kép . 
 - Plasmid cũng là phân tử DNA mạch kép , dạng vòng ở bên cạnh thể nhân , có KLPT trung bình khoảng 1% DNA của thể nhân.Có thể tham gia sự tự nhân đôi và tham gia tiếp hợp khác như là một phần của NST chính . 
4. Nhiễm sắc thể Eukaryota . 
Các trình tự lặp lại và đơn độc 
 - DNA đơn độc ( tái hợp rất chậm ) 
 - DNA lặp lại trung bình ( tái hợp nhanh vừa ) 
 - DNA lặp lại cao ( tái hợp rất nhanh ) 
 Căn cứ vào đặc điểm cấu trúc và phân , chia DNA thành các loại sau : 
 - DNA đơn độc : phổ biến nhất , chiếm khoảng 75% genome. Các đoạn DNA này chỉ thấy 1 lần ( hoặc vài lần ) trong genome. Một phần nhỏ của DNA loại này là các gen mã hóa cho protein. Hẫu hết các DNA đơn độc là các intron hoặc là các đoạn nằm xen giữa các gen. 
 - DNA lặp lại : Chiếm 25% còn lại của genome, đây là các đoạn DNA được lặp đi lặp lại hàng ngàn lần trong genome DNA lặp lại gồm 2 loại : 
 + DNA vệ tinh : tập trung ở 1 số vùng nhất định trên NST, chúng xếp đuôi nhau , cái này tiếp cái kia . Loại này chiếm 10% bộ gen. 
 + DNA lặp lại rãi rác : chiếm khoảng 15% genome, gồm 2 loại : 
 Các yếu tố rãi rác có kích thước ngắn SINEs 
 Các yếu tố rãi rác có kích thước dài LINEs : bao gồm các họ LINE 1 (hay Kpn 1) và THE 1. 
Nhiễm sắc thể của Eukaryota 
 NST Eukaryote gồm DNA và protein, trong số đó histon là protein cốt lõi trong việc cuộn lại và điều hòa hoạt tính của DNA. Sự hình thành NST kỳ giữa từ chuỗi xoắn kép DNA qua hệ thống các bậc cấu trúc sau : 
	+ Nucleosome là đơn vị cấu trúc của NST được tạo nên do sợi DNA dài quấn quanh các protein histon thành sợi 11nm. Đơn vị này là phức hợp gồm 146 cặp nucleotid của DNA quấn quanh 8 phân tử histon : 2H2A, 2H2B, 2H3 ,2H4. Các nucleosome kề nhau được nối qua một phân tử histon trung gian H1. 
	+ Sợi chromatin dày 30nm: các nucleosome xếp sít nhau tạo thành phức hợp nucleoprotein. + Vùng xếp cuộn dày 300nm do sợi chromatin sau nhiều lần xoắn uốn khúc tạo nên . 
	+ Chất dị nhiễm sắc 700nm 
	+ Kỳ giữa 1400nm. 
Trình tự CEN : trình tự lặp lại cao CEN là của các tâm động . 
Trình tự TEL : thuộc các telomer ( đầu mút của NST) với nhiều vai trò khác nhau : bảo vệ đầu mút NST khỏi bị cắt bởi nuclease, giữ chiều dài của NST khi sao chép , gắn với màng nhân và kìm hãm sự biểu hiện của các gen ở đầu mút . Các trình tự TEL có tính bảo tồn cao trong tiến hóa . Chúng có số lần lặp lại cao , giàu A và C.