Tài liệu Lý thuyết di truyền biến dị

PHẦẦN I: DI TRUYỀẦN HỌC  Tại sao em sinh ra vừa giống bố mẹ, vừa khác bố mẹ?  Tại sao thiên tài Einstain lại là cha ruột của 2 người con … bình thường? STT Cấp độ 1 Vật chất di truyền 2 3 Cơ chế di truyền Cơ chế biến dị 4 Cơ chế biểu hiện tính trạng 5 Cơ chế điều hòa biểu hiện Phân tử Acid nucleic (Chủ yếu là ADN trừ một số chủng virus vật chất di truyền là ARN) ADN nhân đôi Tế bào - cơ thể Quần thể Nhiễm sắc thể Vốn gene *Với hình thức sinh sản vô tính: Nguyên phân *Với hình thức sinh sản hữu tính: Nguyên phân, giảm phân và thụ tinh Tự thụ phấn, giao phối giữa các cá thể Đột biến gene Đột biến NST Phiên mã và dịch mã Các quy luật di truyền Cơ chế điều hòa hoạt động của gene Mối quan hệ giữa kiểu gene, môi trường và kiểu hình Di nhập gene, yếu tố ngẫu nhiên, CLTN, ĐB Ngẫu phối (giao phối, giao phấn), giao phối gần (tự thụ). Tần số allele ổn định. CHƯƠNG I: DI TRUYỀN HỌC CẤP ĐỘ PHÂN TỬ A. KHÁI QUÁT 1. Vật chất di truyền: Acid nucleic. 2. Cơ chế di truyền: ADN nhân đôi. 3. Cơ chế biến dị: Đột biến gene. 4. Cơ chế biểu hiện tính trạng: Phiên mã và Dịch mã. 5. Cơ chế điều hòa: Điều hòa hoạt động của gene theo mô hình Operon. B. NỘI DUNG BÀI 1: VẬT CHẤT DI TRUYỀN CẤP ĐỘ PHÂN TỬ - ACID NUCLEIC  Acid nucleic là gì? Tại sao gọi là acid nucleic?  Tại sao nói acid nucleic có khả năng mang,lưu giữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào và cơ thể? - 1 - Vật chất di truyền: Là vật chất mang thông tin di truyền quy định tính trạng của cơ thể. Ở cấp độ phân tử, hầu hết ở các loài VCDT là ADN, trừ một số chủng virus có VCDT là ARN. I. ACID NUCLEIC: Gồm 2 loại ADN và ARN. 1. Vị trí phân bố - Nhân sơ: Tế bào chất. - Nhân thực: Chủ yếu ở trong nhân, một lượng nhỏ có trong các bào quan ty thể, lục lạp ở tế bào chất. Hình 1.1. Cấu tạo một nucleotid (A) 2. Cấu trúc a. Cấu trúc hoá học Acid nucleic là acid hữu cơ trong tế bào, chứa các nguyên tố C, H, O, N và P. Cấu trúc 1. Đơn phân (300 đvC) Hình 1.2 2. Một mạc h 3. Hai mạc h ADN ARN Nucleotide: Gồm 3 thành phần: Ribonucleotide: Gồm 3 thành phần: - Đường pentose (5C): Deoxyribose - Đường pentose (5C): Ribose (C5H10O5) (C5H10O4) - Base nitrogen (A, T, G, X) - Base nitrogen (A, U, G , X) - Nhóm phosphate - H3PO4 - Nhóm phosphate - H3PO4 → Trên cơ sở 4 loại nucleotide khác → Trên cơ sở 4 loại ribonucleotide khác nhau nhau ở thành phần base, người ta chia ở thành phần base, người ta chia nucleotide thành 4 loại: A, T, G, X - Các nucleotide trên mỗi mạch liên kết ribonucleotide thành 4 loại: rA, rU, rG, rX - Các ribonucleotide trên mỗi mạch liên kết với nhau bằng mối liên kết hóa trị với nhau bằng mối liên kết hóa trị (phosphodieste) theo một chiều xác định (phosphodieste) theo một chiều xác định (5’- (5’-3’) giữa đường của nucleotide phía 3’) giữa đường của ribonucleotide phía trước trước với nhóm phosphate của với nhóm phosphate của ribonucleotide phía nucleotide phía sau. Tạo thành chuỗi sau. Tạo thành chuỗi polyribonucleotide. polynucleotide. - 2 chuỗi polynucleotide liên kết với - 1 chuỗi polyribonucleotide có thể tự cuộn nhau bằng các liên kết hydrogen theo xoắn liên kết với nhau bằng các liên kết NTBS: hydrogen: (VD: tARN, rARN) + A = T bằng 2 liên kết hydrogen. + rA = rU bằng 2 liên kết hydrogen. + G  X bằng 3 liên kết hydrogen. + rG  rX bằng 3 liên kết hydrogen. - 2 - Hình 1.2. Phân biệt các loại nucleotide. Hình 1.3. Liên kết giữa các cặp base nitrogen  1. Deoxy trong từ deoxyribose có nghĩa là gì?  2. Vì sao vật chất di truyền ở cấp độ phân tử viết tắt là ADN, ARN?  3. Vì sao A chỉ liên kết với T hoặc U, G chỉ liên kết với X? b. Cấu trúc không gian Được hai nhà bác học J.Watson và F.Crick công bố vào năm 1953. Hình 1.4. Cấu trúc phân tử ADN - 3 - ADN (Dạng B) - Gồm 2 mạch polynucleotide xoắn kép, ARN - Gồm 1 mạch polyribonucleotide. Có 3 loại đều song song quanh một quanh trục polyribonucleotide : tưởng tượng, giống 1 cái cầu thang xoắn. + mARN: Mạch thẳng, có trình tự ribonucleotide + Bậc thang: Là sự liên kết giữa các cặp đặc hiệu (không được dịch mã) nằm gần mã mở base nitrogen theo NTBS. đầu để ribosome có thể nhận biết vị trí, chiều + Tay thang: Là sự liên kết kế tiếp giữa 2 thông tin di truyền và tiến hành dịch mã. thành phần đường và nhóm phosphate. + tARN: Chuỗi polyribonucleotide cuộn xoắn, có - Độ dài của một nucleotide là 3,4 A0. đoạn các cặp base liên kết theo nguyên tắc bổ sung (A = U, G  X) → 3 thuỳ. Có 2 đầu quan trọng: - Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp Một đầu mang acid amine, một đầu mang bộ ba nucleotide. đối mã (anticodon). (Xem hình 1.6) 0 - Đường kính vòng xoắn là 20 A . + rARN: Chuỗi polyribonucleotide, ở nhiều vùng có liên kết bổ sung tạo nên vùng xoắn kép cục bộ. Chú ý: Nhân sơ: ADN, vòng, kép. Nhân thực: Trong nhân là ADN, thẳng, kép; trong tế bào chất, ở các bào quan là ADN, vòng, kép. Virus: ADN hoặc ARN; vòng hoặc thẳng; đơn hay kép  Có 8 dạng vật chất di truyền. 3. Chức năng a. Chức năng của ADN - Lưu trữ thông tin di truyền dưới dạng trình tự sắp xếp các nucleotide trên gene. - Bảo quản thông tin di truyền bằng mối liên kết hóa trị, liên kết hydrogen được hình thành giữa các nucleotide. - Truyền đạt thông tin di truyền: Trình tự nucleotide trên mạch polynucleotide của ADN quy định trình tự các ribonucleotide trên ARN từ đó quy định trình tự các acid amine trên phân tử protein:  ADN → ARN → Polypeptide(protein) → Tính trạng - Quy định tính đa dạng và đặc thù của các loài sinh vật: Do mỗi loài có nhiều gen, mỗi gene đặc trưng ở số lượng, thành phần, trình tự sắp xếp của các nucleotide. - 4 - b. Chức năng của ARN - mARN: Truyền đạt thông tin di truyền từ gene. - tARN: Vận chuyển acid amine. Mỗi loại tARN chỉ vận chuyển một loại acid amine. - rARN: Cùng với protein cấu tạo nên ribosome. - Ở một số virus, thông tin di truyền không lưu giữ trên ADN mà được lưu giữ trên ARN (HIV, dại, …) Hình 1.5. Cấu trúc HIV A. Glicoprotein; B. Vỏ ; C. Capside; D. 2 phân tử ARN; E. Enzyme phiên mã ngược. Hình 1.6. Cấu trúc tARN II. GENE: Đơn vị chức năng của ADN 1. Khái niệm a. Ví dụ - Gene mang thông tin mã hoá chuỗi polypeptide Hb α của phân tử hemoglobin. - Gene mang thông tin mã hoá tARN, rARN. Hình 1.7. Cấu trúc hemoglobin b. Định nghĩa: Là một đoạn phân tử ADN (hoặc ARN) mang thông tin mã hoá cho một chuỗi polypeptide hay một phân tử ARN.  1 ADN = n gene c. Cấu trúc: Vùng Vùng điều hoà Vị trí Đầu 3’ mạch gốc Vai trò Có trình tự nucleotide đặc biệt giúp enzyme ARN-polymerase có thể nhận biết liên kết để khởi động quá trình phiên mã. Đồng thời chứa Vùng mã hoá Vùng kết thúc Giữa Đầu 5’ mạch gốc các trình tự nucleotide điều hòa phiên mã. Mã hóa acid amine. Mang tín hiệu kết thúc quá trình phiên mã. d. Phân loại *Trên cơ sở chức năng của gene: Gồm gene điều hòa và gene cấu trúc. *Trên cơ sở cấu trúc của gene: - 5 - - Gene phân mảnh: Được cấu tạo bởi 2 loại đoạn Exon (đoạn mã hóa acid amine) và đoạn Intron (đoạn không mã hóa acid amine), có ở tế bào nhân thực. - Gene không phân mảnh: Được cấu tạo bởi 1 loại đoạn Exon, có ở tế bào nhân sơ. 2. Mã di truyền: Đơn vị chức năng của gene  4. Trước đây khi nghiên cứu di truyền học phân tử các nhà khoa học thấy trong tế bào có 20 loại acid amine được mã hóa bởi 4 loại nucleotide. Cơ sở lý thuyết nào đã giúp cho các nhà khoa học khẳng định mã di truyền là mã bộ ba – nghĩa là ba nucleotide sẽ mã hóa cho một acid amine? a. Định nghĩa: Là bộ gồm 3 nucleotide kế tiếp nhau trên gene cùng quy định một acid amine hoặc có chức năng kết thúc. b. Đặc điểm + Tính có hướng và liên tục: Đọc từ một điểm xác định theo từng bộ ba (ribo)nucleotide, không gối lên nhau. + Tính phổ biến: Tất cả các loài sinh vật đều sử dụng chung 64 bộ mã di truyền (trừ một vài ngoại lệ). + Tính đặc hiệu: Mỗi một bộ ba chỉ quy định một acid amine. + Tính thoái hoá: Hai hay nhiều bộ ba cùng quy định một acid amine. + Các bộ ba cùng mã hóa cho một acid amine có thường có 2 nu đầu giống nhau. VD: XGU, XGX, XGA, XGG, AGA, AGG đều mã hóa acid amine arginine. c. Phân loại + Mã không mã hoá acid amine: UAA, UAG, UGA. + Mã mã hoá acid amine: Các bộ ba còn lại (AUG là mã mở đầu, mã hoá acid amine methionine ở sinh vật nhân thực, mã hóa acid amine formyl methionine ở sinh vật nhân sơ) Chú ý: Bộ ba trên ADN: Bộ ba mã hóa. Bộ ba trên mARN: Bộ ba sao mã (codon). Bộ ba trên tARN: Bộ ba đối mã (anticodon). III. PROTEIN – CẤU TRÚC KHÔNG PHẢI VẬT CHẤT DI TRUYỀN - 6 - 1. Đơn phân: Acid amine Trong tự nhiên có khoảng 20 loại acid amine khác nhau. Mỗi acid amine gồm 3 thành phần: - Nhóm amine (-NH2). - Nhóm carboxyl (-COOH). Hình 1.8. Cấu trúc một acid amine - Nhóm R (-R). Cả 3 nhóm cùng liên kết với một nguyên tử carbon () trung tâm. 2. Chuỗi polypeptide: Là trình tự sắp xếp các acid amine, trong đó các acid amine liên kết với nhau bằng mối liên kết peptide Liên kết peptide là mối liên kết được hình thành giữa nhóm carboxyl của acid amine trước với nhóm amine của acid amine tiếp theo, đồng thời giải phóng một phân tử nước.  5. Viết phương trình phản ứng miêu tả quá trình hình thành mối liên kết giữa 2 acid amine?  6. Đề xuất cách nhớ bộ ba mở đầu và ba bộ ba kết thúc?  7. Thiết lập mối quan hệ toán học giữa các đơn vị mm, m, nm và A0? YÊU CẦU CẦN ĐẠT SAU KHI HỌC XONG BÀI 1 1. Vẽ, mô tả cấu trúc không gian phân tử ADN? Tay thang, bậc thang của phân tử ADN có bản chất là gì? 2. Vẽ, mô tả cấu trúc hóa học của một đoạn ADN với 2 cặp nucleotide? (Không cần vẽ cấu tạo chi tiết từng thành phần) 3. Vẽ, mô tả cấu trúc tổng quát phân tử tARN và giải thích? 4. Cho sơ đồ cấu trúc một gene: Hãy xác định đâu là vùng điều hòa, đâu là vùng mã hóa, đâu là vùng kết thúc? - 7 - BÀI 2: CƠ CHẾ DI TRUYỀN CẤP ĐỘ PHÂN TỬ - QUÁ TRÌNH ADN NHÂN ĐÔI  Tại sao từ một phân tử ADN mẹ qua quá trình nhân đôi tạo ra 2 phân tử ADN con giống hệt nhau và giống hệt mẹ? 1. Bản chất: Là cơ chế mà thông tin di truyền được mã hóa dưới dạng trình tự các nucleotide trên phân tử ADN được truyền đạt chính xác qua các thế hệ tế bào, cơ thể. Kết quả từ một phân tử ADN mẹ tạo ra 2 phân tử ADN con giống hệt nhau và giống hệt mẹ. 2. Vị trí: - Sinh vật nhân sơ: Xảy ra trong tế bào chất. - Sinh vật nhân thực: Xảy ra trong nhân, trong các bào quan ty thể, lục lạp. 3. Thời điểm: Pha S thuộc giai đoạn chuẩn bị của quá trình phân bào (Xem bài 7). 4. Nguyên tắc - Nguyên tắc bổ sung: Là nguyên tắc A liên kết với T bằng 2 liên kết hydrogen, G liên kết với X bằng 3 liên kết hydrogen. - Nguyên tắc bán bảo toàn: Là nguyên tắc giữ lại một nửa trong quá trình nhân đôi. 5. Thành phần tham gia - Một phân tử ADN. - 4 loại nucleotide A, T, G, X. - Enzyme ADN – polymerase, là enzyme chỉ có hoạt tính 5’-3’ tức là chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’-3’; enzyme primase có vai trò tổng hợp đoạn mồi. - ATP, … 6. Cơ chế *Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN Dưới tác dụng của các enzyme tháo xoắn → 2 mạch đơn của phân tử ADN tách nhau dần, tạo nên chạc sao chép hình chữ Y và để lộ ra 2 mạch khuôn. *Bước 2: Tổng hợp 2 mạch mới - Dưới tác dụng của enzyme primase đã tổng hợp nên các đoạn mồi có bản chất là ARN trên 2 mạch, là cơ sở để ADN-polymerase tổng hợp mạch ADN mới trên 2 mạch gốc. - Enzyme ADN-polymerase sử dụng 2 mạch của gene làm khuôn để tổng hợp 2 mạch mới bằng cách gắn các nucleotide từ môi trường nội bào với các nucleotide trên mạch gốc theo NTBS. - 8 - Vì ADN-polymerase chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’ nên theo chiều 2 mạch tách nhau ra: + Trên mạch khuôn có chiều 3’→5’: Mạch mới bổ sung được tổng hợp liên tục do chiều tổng hợp cùng chiều với chiều 2 mạch ADN tách nhau ra. + Trên mạch khuôn có chiều 5’→3’: Mạch mới bổ sung được tổng hợp gián đoạn do chiều tổng hợp ngược chiều với chiều 2 mạch ADN tách nhau ra nên sau khi mở xoắn được một đoạn, enzyme primase và ADN polymerase tranh thủ tổng hợp đoạn Okazaki. Quá trình cứ diễn ra như vậy, sau đó các đoạn mồi được enzyme loại bỏ và enzyme ligase nối các đoạn Okazaki lại với nhau thành mạch hoàn chỉnh. *Bước 3: Tạo thành hai phân tử Quá trình nhân đôi cứ như vậy cho đến hết phân tử ADN. Kết quả tạo ra 2 phân tử ADN mới, trong đó mỗi phân tử gồm một mạch cũ của phân tử ADN mẹ và một mạch được tổng hợp mới hoàn toàn.  8 Một phân tử ADN của tế bào nhân thực dài hơn rất nhiều so với phân tử ADN của tế bào nhân sơ. Vậy quá trình nhân đôi của nó diễn ra như thế nào để đảm bảo tốc độ nhân đôi?  9. Phân biệt chạc sao chép, đơn vị tái bản? Xác định mối tương quan giữa số lượng đoạn mồi và số lượng đoạn Okazaki được hình thành ở một chạc sao chép và ở một đơn vị tái bản?  10. Cơ chế nào đảm bảo cho quá trình nhân đôi chính xác qua các thế hệ? Hình 2.1. Quá trình ADN nhân đôi 7. Ý nghĩa Đảm bảo quá trình truyền đạt thông tin di truyền ở cấp độ phân tử nhanh chóng, chính xác, ổn định qua các thế hệ tế bào và cơ thể. YÊU CẦU CẦN ĐẠT SAU KHI HỌC XONG BÀI 2 1. Vẽ, mô tả các cơ chế di truyền diễn ra trong tế bào nhân thực? 2. Vẽ, mô tả cơ chế ADN nhân đôi? - 9 - - 10 - BÀI 3: CƠ CHẾ BIẾN DỊ Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ - ĐỘT BIẾN GENE  Quá trình ADN nhân đôi có chính xác không? Vì sao? Nếu không thì hậu quả sẽ là gì? 1. Ví dụ Bệnh máu hồng cầu hình liềm: Là dạng ĐB thay thế cặp A = T bằng cặp T = A , làm aa thứ 6 trong chuỗi polypeptide β là glutamine bị thay thế bằng valine. HbA 3’ … … 4 AXT Thr 5 XXT Pro 3’ … … AXT Thr XXT Pro 6 GAG Glu  GTG Val 7 GAG Glu … … 5’ Mạch gốc HbA GAG Glu … … 5’ Mạch gốc HbS HbS 2. Định nghĩa: Đột biến gene là những biến đổi đột ngột trong cấu trúc của gene, liên quan đến một hoặc một vài cặp nucleotide trên gene. 3. Phân loại: Có 2 dạng: - Đột biến thay thế cặp nucleotide: Như thay thế cặp A = T bằng cặp T = A hoặc cặp X  G hoặc cặp T = A và ngược lại. Ví dụ bệnh máu hồng cầu hình liềm đã nêu ở trên. - Đột biến thêm hoặc mất cặp nucleotide: + Thêm một cặp nu: A = T. Mã ADN mARN Polypeptide 5’ 3’ 5’ Mã ADN mARN Polypeptide 1 ATG TAX AUG Met 2 XGA GXT XGA Arg 3 TTA AAT UUA Leu  4 TAX ATG UAX Tyr 5 GGG XXX GGG Gly 6 3’ 5’ 3’ Mạch gốc 1 ATG TAX AUG Met 2 XGA GXT XGA Arg 3 TTA AAT UUA Leu 4 TAA ATT UUA Leu 5 XGG GXX XGG Arg G X G 3’ 5’ 3’ Mạch gốc 5’ 3’ 5’ 1 ATG TAX AUG Met 2 XGA GXT XGA Arg 3 TTA AAT UUA Leu 4 TAX ATG UAX Tyr 5 GGG XXX GGG Gly 6 AAA TTT AAA Lys 3’ 5’ 3’ Mạch gốc 5’ 3’ 5’ 1 ATG TAX AUG Met 2 XGA GXT XGA Arg 3 TTA AAT UUA Leu 4 TAG ATX UAG Stop 5 G GA X XT G GA 6 AA TT AA 3’ 5’ 3’ Mạch gốc 5’ 3’ 5’ 6 + Mất một cặp nu: XG. Mã ADN mARN Polypeptide Mã ADN mARN Polypeptide   11. Dạng đột biến nào nguy hiểm hơn? Tại sao? - 11 - 4. Nguyên nhân - Trong tế bào, cơ thể: Do sự rối loạn của các nhân tố sinh lý, hóa sinh trong tế bào, cơ thể. - Ngoại cảnh: Do các tác nhân vật lý, hóa học và sinh học tác động. Như vậy, ĐB gene phụ thuộc vào tác nhân, liều lượng và đặc điểm cấu trúc của gene. 5. Cơ chế a. Sự kết cặp không đúng trong nhân đôi ADN: Do base nitrogen tồn tại ở 2 trạng thái: + Base dạng thường: gồm A, T, G, X và chiếm chủ yếu. Trong đó A, T có khả năng tạo 2 liên kết hydrogen và liên kết với nhau; G, X có khả năng tạo 3 liên kết hydrogen với nhau. + Base dạng hiếm (dạng hỗ biến): gồm A*, T*, G*, X* và chiếm tỉ lệ rất ít trong cơ thể. Dạng base bị biến đổi về cấu trúc dẫn tới thay đổi khả năng tạo liên kết hydrogen. Hình 2.2. Cơ chế A chuyển sang trạng thái hỗ biến (A*) Dẫn tới A* có khả năng tạo liên kết hydrogen với X; T* có khả năng tạo liên kết hydrogen với G, G* có khả năng tạo liên kết hydrogen với T; X* có khả năng tạo liên kết hydrogen với A. → Kết quả: Sự kết cặp không đúng qua các lần nhân đôi của ADN làm phát sinh ĐB gene. - 12 - Hình 2.3. Cơ chế phát sinh đột biến gene do kết cặp không đúng b. Tác động của các nhân tố gây đột biến + Vật lý: Tia tử ngoại (uv) có thể làm cho 2 base Timine thuộc 2 nucleotide cạnh nhau trên cùng một mạch ADN liên kết với nhau. Qua các lần nhân đôi của ADN dẫn đến phát sinh ĐB gene. Hình 2.4. Cơ chế hai Timine liên kết với nhau Hình 2.5. Hai Timine liên kết với nhau  12. Vẽ sơ đồ cơ chế gây đột biến do tia tử ngoại? + Hoá học: 5BU (5-Brom uracil) là đồng đẳng của T, đồng thời có khả năng liên kết với G. Do đó qua những lần nhân đôi đã gây thay thế A = T bằng G  X. Hình 2.6. 5BU tạo liên kết hydro với A và G Hình 2.7. Cơ chế gây đột biến của 5BU + Sinh học: Virus chèn vật chất di truyền của nó vào hệ gene tế bào vật chủ có thể làm cho một gene nào đó bị biến đổi về cấu trúc làm thay đổi thông tin di truyền hoặc mất chức năng. - 13 - 6. Hậu quả, ý nghĩa a. Hậu quả: Có lợi, có hại hoặc trung tính tuỳ thuộc vào từng loại môi trường, tùy từng tổ hợp kiểu gene.  13. Tại sao đột biến điểm (thay thế cặp nu) hầu như vô hại với thể đột biến? b. Ý nghĩa: + Trong tiến hoá: là nguồn nguyên liệu sơ cấp.cho quá trình tiến ho + Trong chọn giống: là nguồn nguyên liệu trong chọn, tạo giống. cấp nguồn nguyên  14. Tại sao nói đột biến gene là nguồn nguyên liệu sơ cấp của tiến hóa? Hình 2.8. Base X và T dạng hiếm. YÊU CẦU CẦN ĐẠT SAU KHI HỌC XONG BÀI 3 Vẽ, mô tả cơ chế gây đột biến do A*, do tia tử ngoại, do 5BU? - 14 - BÀI 4: CƠ CHẾ BIỂU HIỆN TÍNH TRẠNG Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ  Tại sao thông tin di truyền trên gene biểu hiện thành tính trạng một cách chính xác, đặc trưng? Cơ chế biểu hiện tính trạng gồm 2 giai đoạn kế tiếp nhau: Phiên mã và Dịch mã. I. PHIÊN Mà 1. Bản chất: Là quá trình thông tin di truyền từ gene (một đoạn phân tử ADN) được phiên sang ARN theo NTBS. 2. Vị trí: - Tế bào nhân sơ: Xảy ra ở tế bào chất - Tế bào nhân thực: Xảy ra trong nhân, trong các bào quan ty thể, lục lạp tế bào. 3. Thời điểm: Giai đoạn chuẩn bị (kì trung gian) của quá trình phân bào. 4. Nguyên tắc: NTBS: A = rU; T=rA; G  rX; X  rG. 5. Các thành phần tham gia - Một gene chức năng. - 4 loại ribonucleotide: rA, rU, rG, rX. - Enzyme ARN-polymerase, ATP, … Hình 4.1. Cơ chế quá trình Phiên mã 6. Cơ chế - Mở đầu: Enzyme ARN-polymerase nhận biết, bám vào vùng điều hoà, làm gene tháo xoắn, 2 mạch tách nhau ra để lộ mạch gốc có chiều 3’-5’. - Kéo dài: + ARN-polymerase trượt dọc theo mạch mã gốc của gene có chiều 3’-5’. + ARN-polymerase trượt đến đâu, các nucleotide từ môi trường nội bào liên kết với mạch gốc theo NTBS A = rU; T=rA; G  rX; X  rG tới đó và giữa chúng hình thành mối liên kết hoá trị giữa đường của nucleotide trước với nhóm phosphate của nucleotide sau. Kết quả chuỗi polyribonucleotide được tổng hợp kéo dài theo chiều 5’-3’. + Tổng hợp ARN tới đâu, 2 mạch của gene lại liên kết ngay với nhau NTBS. - 15 - - Kết thúc: + Khi ARN-polymerase gặp bộ mã kết thúc, quá trình phiên mã kết thúc, giải phóng ARN. - Hoàn chỉnh: Ở tế bào nhân chuẩn, mARN sau khi được tổng hợp được enzyme cắt đi các đoạn Intron (đoạn vô nghĩa - không mã hóa acid amine), nối các đoạn Exon (đoạn có nghĩa – mã hóa acid amine) hình thành ARN trưởng thành, sẵn sàng tham gia quá trình dịch mã. 7. Kết quả Tuỳ vào chức năng, nhu cầu của tế bàocủa ARN mà ARN tiếp tục được biến đổi hình thành nên mARN, rARN hoặc tARN.  15. Tại sao quá trình Phiên mã không còn được gọi là quá trình Sao mã? “Do not work hard, but work smart” (Đừng làm việc chăm chỉ, hãy làm việc một cách thông minh.) - 16 - II. DỊCH Mà 1. Bản chất: Là quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ mARN thành chuỗi polypeptide hình thành tính trạng. 2. Vị trí: Cả sinh vật nhân sơ và nhân thực đều xảy ra trong tế bào chất. 3. Thời điểm: Giai đoạn chuẩn bị (kì trung gian) của quá trình phân bào. 4. Nguyên tắc: Nguyên tắc bổ sung rA = rU; rG = rX. 5. Các thành phần tham gia - 3 loại ARN: mARN, tARN, rARN (trong ribosome). - Ribosome: Có 3 vị trí: A (Acid amine), P (Peptide), E (Exit). Gồm 2 tiểu phần tồn tại riêng rẽ: + Tiểu phần lớn: Chứa phức hợp aa-tARN và giúp Hình 4.2. Tiểu phần lớn các acid amin gắn vào nhau. + Tiểu phần bé: Nhận biết trình tự khởi đầu quá trình dịch mã. - 20 loại acid amine. - ATP, các enzyme. 6. Cơ chế a. Hoạt hoá acid amine ATP aai + tARNi → aai-tARNi ( i là một trong 20 loại acid amine ) Bản chất là giai đoạn cung cấp năng lượng và gắn acid amin vào tARN. b. Tổng hợp chuỗi polypeptide Hình 4.3. Giai đoạn mở đầu Dịch mã + Mở đầu – Tiểu phần nhỏ nhận biết và gắn vào vị trí đặc hiệu, chứa codon mở đầu (AUG) - vị trí bắt đầu dịch mã trên mARN. – Phức hợp aamđ-tARNmđ (aamđ chính là methionine ở nhân thực và là formyl-methionine ở nhân sơ) tiến vào vị trí P, khớp anticodon với codon mở đầu trên mARN theo NTBS. – Tiểu phần lớn tiến tới kết hợp với tiểu phần nhỏ tạo thành ribosome hoàn chỉnh. => Kết quả: (Hình 4.3) Vị trí P: Chứa phức hợp aamđ-tARNmđ Vị trí thứ A, E: Trống. - 17 - + Kéo dài (a) (b) Hình 4.4. Giai đoạn Dịch mã bộ ba thứ 2 – Phức hợp aa1-tARN1 vào vị trí A của ribosome, khớp anticodon vào codon thứ 2 trên mARN (Hình 4.4 a). – Hình thành mối liên kết peptide giữa aamđ với aa1 nhờ E, năng lượng tích luỹ trong khâu hoạt hoá. – Ribosome dịch chuyển đi một codon, giải phóng tARNmđ ở vị trí E (Hình 4.4 b). => Kết quả: Vị trí P: Chứa phức hợp aa1-tARN1, Vị trí thứ A, E: Trống. (a) (b) Hình 4.5. Giai đoạn Dịch mã bộ ba thứ 3 - 18 - – Tiếp tục, phức hệ aa2-tARN2 tiến vào vị trí A của ribosome khớp anticodon vào codon thứ 3 trên mARN (Hình 4.5 a). – Hình thành mối liên kết peptide giữa aa1 với aa2 nhờ E, năng lượng tích luỹ trong khâu hoạt hoá. – Ribosome lại dịch chuyển đi một codon, giải phóng tARN1 ở vị trí E (Hình 4.5 b). => Kết quả: (Hình 4.5b) Vị trí P: Chứa phức hợp aa2-tARN2, Vị trí thứ A, E: Trống. …………. Quá trình diễn ra như vậy cho đến khi ribosome trượt tới codon kết thúc. Hình 4.6. Giai đoạn Dịch mã bộ ba thứ 5 + Kết thúc: (Hình 4.7) Hình 4.7. Giai đoạn kết thúc quá trình Dịch m㠖 Khi ribosome trượt tới codon kết thúc trên mARN, 2 tiểu phần tách nhau giải phóng mARN. + Hoàn chỉnh  Chuỗi polypeptide được enzyme cắt bỏ aa mở đầu methionine để tạo nên chuỗi polypeptide hoàn chỉnh. Chú ý: Có thể cùng một lúc 5-20 ribosome (gọi là polyribosome hay polysome) cùng trượt qua một phân tử mARN để tổng hợp nên các chuỗi polypeptide giống nhau. - 19 - 7. Kết quả - Các chuỗi polypeptide cùng loại được giải phóng, tiếp tục xoắn lại tạo cấu trúc bậc cao hơn (bậc 2,3,4). - mARN bị phân hủy sau khi tổng hợp xong vài chục chuỗi polypeptide. - 2 tiểu phần tách nhau ra và được sử dụng qua nhiều lần dịch mã tiếp theo. Chú ý: Hình ảnh cơ chế quá trình dịch mã trong bài học được chụp từ mô hình do tác giả thiết kế bằng phần mềm Adobe Flash Professional 5.0 và đạt giải cao nhất của cuộc thi thiết kế Mô hình dạy học ảo của tỉnh Thái Nguyên năm 2012. Các bạn có thể dễ dàng download nó trên internet bằng công cụ tìm kiếm google. Hình 4.8. Quá trình Phiên mã và Dịch mã YÊU CẦU CẦN ĐẠT SAU KHI HỌC XONG BÀI 4 1. Vẽ, mô tả cơ chế quá trình Phiên mã? 2. Vẽ, mô tả cơ chế quá trình Dịch mã? 3. Tại sao thông tin di truyền được mã hóa đưới dạng trình tự các nucleotide trên gene quy định chính xác kiểu hình tương ứng? - 20 -