Phần một: DI TRUYỀN HỌC Chương I: CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ A. CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN - BIẾN DỊ Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ. I. TIÊU CHUẨN CỦA VẬT CHẤT DI TRUYỀN: - Mang thông tin di truyền. - Có khả năng tự tái bản. - Có khả năng biến đổi. II. ADN. 1. Cấu trúc hóa học của ADN. - ADN tồn tại chủ yếu ở trong nhân tế bào, cũng có ở ti thể, lạp thể, plasmit. - ADN có cấu tạo đa phân tử, gồm nhiều đơn phân là nuclêôtit. - Mỗi nuclêôtit gồm: + Đường pentôzơ, 5C, là đường đêôxiribôzơ (C 5 H 10 O 4 ) + Nhóm phôtphat- PO 4 - +Một trong 4 loại bazơ nitơ: . Dẫn xuất của purin gồm: Ađênin (A) và Guanin (G). . Dẫn xuất của pirimidin gồm: Timin (T) và Xitôzin (X). Nhóm phôtphat gắn với C 5 của đường đêôxiribôzơ, còn bazơ nitơ gắn với C 1 . - Mỗi đơn phân được gọi tên bằng tên của bazơ nitơ vì chúng chỉ khác nhau thành phần này. - Một nuclêôtit có kích thước là 3,4 A o và có khối lượng TB là 300 đ.v.C. - Các đơn phân nối với nhau bằng mối liên kết hóa trị theo chiều từ 5 ' - 3 ' , nghĩa là bắt đầu từ C 5 của đường pentôzơ của đơn phân thứ nhất liên kết với đường của nuclêôtit thứ hai ở vị trí C 3 tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit. Chiều dài chuỗi là chiều 5 ' - 3 ' . Liên kết hóa trị còn gọi là liên kết phôtphođieste, là liên kết rất bền đảm bảo cho TTDT trên mỗi mạch đơn ổn định ngay cả khi tái bản và phiên mã. - Từ 4 loại nuclêôtit có thể tạo nên tính đa dạng và tính đặc thù của ADN ở các loài sinh vật với số lượng, thành phần, trình tự phân bố của nuclêôtit. 2. Cấu trúc không gian của ADN: Vào năm 1953, Oatxơn và Cric đã xây dựng thành công mô hình cấu trúc không gian của phân tử ADN với các đặc trưng sau: - ADN là 1 chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch đơn quấn song song và ngược chiều nhau quanh một trục tưởng tượng trong không gian theo chiều từ trái sang phải ( xoắn phải) như một thang dây xoắn; axit phôtphoric và đường tạo thành tay thang, còn các bazơ nitơ ở 2 mạch liên kết với nhau tạo thành các bậc thang. - Các bazơ nitơ của 2 mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) bằng liên kết hiđrô ( là các liên kết yếu). NTBS là nguyên tắc liên kết 1 bazơ nitơ có kích thước lớn với 1 bazơ nitơ có kích thước bé có cùng hóa trị. Vì vậy: + A chỉ liên kết với T và ngược lại bằng 2 liên kết hiđrô; + G chỉ liên kết với X và ngược lại bằng 3 liên kết hiđrô. - Một vòng xoắn (chu kì xoắn) gồm 10 cặp nuclêôtit, có đường kính là 20A o và dài 34A o . - Ở một số loài virut ADN chỉ gồm 1 mạch pôlinuclêôtit. ADN của vi khuẩn, ADN của lạp thể, ADN của ti thể lại có dạng vòng khép kín. 3. Chức năng của ADN: - Chứa đựng và bảo quản TTDT; - Truyền đạt TTDT. 4. Gen, mã di truyền: a. Gen: - Khái niệm gen: Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định (chuỗi pôlipeptit hay một phân tử ARN). - Cấu trúc chung của gen: mỗi gen mã hóa prôtêin gồm 3 vùng trình tự nuclêôtit: + vùng điều hòa: nằm ở đầu 3 ' của mạch mã gốc của gen mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã; + vùng mã hóa: mang thông tin mã hóa cho các axit amin. Ở đa số các gen của sinh vật nhân thực và một số gen của sinh vật nhân sơ trong cấu trúc gen xen kẽ các đoạn mã hóa (exôn) và các đoạn không mã hóa (intrôn) nên còn gọi là gen phân mảnh; + vùng kết thúc: nằm ở đầu 5 ' của mạch mã gốc của gen, mang tín hiệu kết thúc phiên mã. - Một số gen thực hiện những chức năng khác như: vận hành (điều khiển), khởi động, điều hòa hoạt động của 1 nhóm gen cấu trúc. - Gen nhảy: là những yếu tố di truyền vận động (TGE), đó là những đoạn ADN đặc biệt xen vào 1 hoặc 1 số vị trí trong hệ gen tạo nên các biến đổi di truyền, biến đổi này mất đi khi gen nhảy rời khỏi vị trí đã xen. Trong các loại gen nhảy thì đơn giản nhất là các đoạn xen (IS), có cấu trúc giống nhau ở các sinh vật. b. Mã di truyền: - TTDT là trình tự sắp xếp các axit amin của phân tử prôtêin được mã hóa bằng trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong phân tử ADN. - Mã di truyền là mã bộ 3: một axit amin trong phân tử prôtêin được mã hóa bằng 3nuclêôtit kế tiếp nhau trong phân tử ADN. - Tổ hợp 3 nuclêôtit kế tiếp nhau trong phân tử ADN ứng với một a.a trong phân tử prôtêin là một đơn vị mã hay một bộ 3 mã hóa hay một codon. - Từ 4 loại nuclêôtit, tạo được 64 bộ 3 nhưnưg thực nghiệm chỉ có 61 bộ 3 mã hóa axit amin, còn 3 bộ 3 (ATT, AXT, ATX) không làm nhiệm vụ mã hóa axit amin mà là tín hiệu kết thúc quá trình giải mã (mã kết thúc), bộ 3 (TAX) có 2 chức năng là mã mở đầu và vừa mã hóa cho axit amin mêtiônin. - Các đặc điểm của mã di truyền: + Mã di truyền được đọc từ một điểm xác định và theo từng bộ 3 nuclêôtit mà không gối lên nhau. + Mã di truyền có tính phổ biến. + Mã di truyền có tính đặc hiệu. + Mã di truyền có tính thoái hóa. 5. Alen, dãy alen. - Alen là các mặt biểu hiện khác nhau của cùng một gen trong1 lôcut (lôcut là vị trí của từng loại gen trên NST). + Nguồn gốc phát sinh alen mới là do đột biến gây ra. + Alen nằm vào các vị trí tương ứng trên cặp NST tương đồng nên ở sinh vật lưỡng bội tại từng lôcut nhất định mỗi gen chỉ có 2 alen ( VD: AA; Aa; aa). Hai alen A và a chỉ 2 trạng thái khác nhau của cùng 1 tính trạng được gọi là cặp gen tương ứng hay cặp gen alen. - Trong 1 quần thể có thể có nhiều alen. Do hiện tượng đột biến, ngoài các alen trội, lặn còn có thể có các alen trung gian làm thành một dãy nhiều alen trong cùng một lôcutcủa một cặo NST tương đồng nhưng ở các cá thể khác nhau. Gen càng có nhiều alen thì tính đa hình trong quần thể càng phong phú. Nếu có n alen thì có n.(n+1) 2 kiểu gen, trong đó có n kiểu gen dị hợp tử và n.(n-1) 2 kiểu gen dị hợp tử. III. ARN. 1. Cấu trúc của ARN. - ARN có cấu trúc đa phân mà đơn phân là ribônuclêôtit (A, U, G, X). - Hầu hết ARN chỉ có một mạch. - ARN chỉ dài bằng 1 đoạn ADN. - Có loại có cấu trúc không gian bậc 1, có loại có cấu trúc không gian bậc 2. 2. Phân loại và chức năng. Có 3 loại ARN là: + ARN thông tin (mARN): được tổng hợp từ trong nhân tế bào trên khuôn mẫu của ADN, làm nhiệm vụ trung gian truyền TTDT từ ADN trong nhân sang prôtêin được tổng hợp tại ribôxôm trong tế bào chất. mARN chỉ chiếm vài % tổng số ARN. Thành phần của mARN biến đổi từ 150 - 1000 rn, thời gian tồn tại của nó trong tế bào cũng rất ngắn. mARN chỉ có cấu trúc không gian bậc 1. + ARN vận chuyển (tARN): mang a.a tương ứng tới nơi tổng hợp prôtêin, chiếm 10 - 20% tổng số ARN trong tế bào, là 1 mạch khoảng 75 - 85 rn, có cấu trúc không gian đặc thù, mạch đơn ribônuclêôtit quấn trở lại làm thành như một lá dâu xẻ 3 thùy: . 1 thùy mang đối mã, sẽ khớp bổ sung với mã sao trên mARN; . 1 thùy tác dụng với ribôxôm. . 1 thùy có chức nhận biết enzim gắn với a.a tương ứng vào tARN. Đầu mút mang axit amincủa tất cả các loại tARN đều kết thúc bằng AXX và đầu mút kia kết thúc bằng GGG, các rn khác thay đổi tùy loại tARN. + ARN ribôxôm (rARN) chiếm khoảng 80% tổng số ARN, là thành phần cấu trúc của ribôxôm. IV. PRÔTÊIN. Là sản phẩm của 1 quá trình truyền thông tin di truyền và tham gia qui định mọi tính trạng của cơ thể. 1. Cấu trúc của prôtêin. a.Cấu trúc hóa học: - Prôtêin có cấu trúc đa phân, đơn phân là axit amin (a.a). - Cấu tạo 1 a.a gồm: + gốc amin (-NH 2 ); + gốc cabôxyl (-COOH); + gốc hyđrôcacbon (-R). ⇒ Công thức chung của 1 axit amin: NH 2 - CH - COOH R - Có khoảng hơn 20 loại axit amin khác nhau tham gia cấu tạo prôtêin. - Các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit, nghĩa là nhóm amin của axit này liên kết với nhóm cacbôxyl của axit tiếp theo và giải phóng một phân tử H 2 O ⇒ chuỗi polipeptit. - Một phân tử prôtêin có thể gồm 1 hay nhiều chuỗi polipeptit. Mỗi loại prôtêin đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp sếp các axit amin trong phân tử, đồng thời hơn 20 loại axit amin khác nhau kết hợp theo những cách khác nhau → vô số loại phân tử prôtêin khác nhau. b. Cấu trúc không gian: - Cấu trúc bậc 1: các axit amin liên kết với nhau → chuỗi polipeptit. - Cấu trúc bậc 2: chuỗi polipeptit xoắn lại. - Cấu trúc bậc 3: cấu trúc bậc 2 xoắn bó lại. - Cấu trúc bậc 4: cấu truc bậc 3 xoắn cuộn lại. Cấu trúc của prôtêin thay đổi làm hoạt tính của prôtein cũng thay đổi. 2. Chức năng của phân tử prôtêin: - Tham gia cấu tạo té bào (prôtêin cấu tạo) - Tham gia xúc tác các phản ứng hoá sinh (ezim) - Điều hoà các quá trình trao đổi chất (hoocmôn) - Bảo vệ cơ thể (kháng thể) V. CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ: 1. Quá trình nhân đôi ADN: Quá trình nhân đôi ADN diễn ra ngay trước khi tế bào bước vào giai đoạn phân chia tế bào để tạo thành 2 phân tử ADN con giống nhau và giống phân tử ADN mẹ. Quá trình nhân đôi ADN ở tế bào sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực và ADN của virut (dạng sợi kép) đều theo nguyên tắc bổ sung và bán bảo toàn. a. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ: - Các thành phần cần thiết cho sự sao chép:  ADN khuôn mẫu: Chuỗi nuclêôtit ở ADN mẹ được sử dụng như những thông tin di truyền trong sự tổng hợp ADN con hoàn chỉnh.  Đoạn mồi: một trình tự nuclêôtit đặc biệt ADN khuôn được nhận biết như sự khởi đầu cho quá trình tổng hợp.  Các prôtêin nhận biết đoạn mồi và tháo xoắn ADN mẹ, các prôtêin liên kết mạch đơn  Các nuclêôtit:  Các loại enzim: + giraza: tháo xoắn chuỗi ADN để chuẩn bị cho quá trình hoạt động của hêlicaza. + ARN polimeraza: Cần cho sự tổng hợp những đoạn mồi ARN primer. + ADN-polimeraza I: có tác dụng loại đi những đoạn môi ARN primer và thay thế bằng ADN, đây cũng là ezim đọc sửa. + ADN-polimeraza II: xác định sự bắt đầu tổng hợp một phân đoạn mới và kết thúc sự tổng hợp ADN. + ADN-polimeraza III: thực hiện nhiệm vụ chủ yếu là gia tăng chiều dài của sợi mới được tổng hợp. + ADN ligaza: gắn kết các đoạn okazaki bằng các liên kết photphodieste - Quá trình sao chép:  Giai đoạn khởi động: + ADN tháo xoắn, tách rời và duy trì trạng thái mạch đơn suốt quá trình tự nhân đôi của ADN. + Sự tổng hợp ADN mồi trên mỗi mạch đơn: tạo ra đầu 3 ' OH tự do để sau đó ADN-polimeraza bắt đầu hoạt động tái bản.  Giai đoạn kéo dài: + Trên mạch khuôn 3 ' -5 ' , mạch đơn mới được tổng hợp liên tục cùng với hướng tháo xoắn của ADN. + Trên mạch khuôn 5 ' -3 ' , mạch đơn mới được tổng hợp gián đoạn (gồm nhiều đoạn nhỏ là phân đoạn ôkazaki) và ngược với hướng tháo xoắn.  Giai đoạn kết thúc: + Nối các phân đoạn ôkazaki. + Sửa chữa các sai sót trong quá trình sao chép. b. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực: Sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực có cơ chế giống với sự nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ. Tuy nhiên, tế bào sinh vật nhân thực có nhiều phân tử ADN kích thước lớn nên sự nhân đôi xảy ra ở nhiều điểm trong mỗi phân tử ADN tạo ra nhiều đơn vị nhân đôi (tái bản) và do nhiều enzim tham gia. Mỗi đơn vị nhân đôi gồm 2 chạc chữ Y, mỗi chạc có 2 mạch phát sinh từ một điểm khởi đầu và được nhân đôi đồng thời. 2. Phiên mã: a. Nguyên tắc chung: - Chỉ một trong 2 mạch đơn của ADN hay gen làm mạch khuôn mẫu, mạch có chiều 3 ' -5 ' . - Phân tử mARN được tổng hợp theo chiều 5 ' -3 ' . - Mỗi phân tử mARN được tổng hợpđều gồm mã mở đầu, đoạn thông tin cấu trúc chuỗi pôlipeptit cần tổng hợp và mã kết thúc. b. Các cấu trúc tham gia: - Một cụm gen gồm: + Phần đầu (không được sao mã) chứa các gen điều hoà, khởi động, điều khiển. + Phần giữa (được sao mã) chứa các gen cấu trúc. + Phần cuối (không được sao mã) chưa rõ chức năng. - Các enzim chuyên biệt và năng lượng ATP. c. Các giai đoạn:  Khởi động: ARN-polimeraza nhận biết và bám vào trình tự khởi đầu (promotor) → gen tháo xoắn tách thành 2 mạch đơn làm lộ ra mạch khuôn 3 ' -5 ' .  Kéo dài: Sự trượt tiếp theo của ARN-polimeraza trên mạch gốc giúp các nuclêôtit tự do của môi trường nội bào liên kết với các nuclêôtit trên mạch gốc theo NTBS → phân tử mARN theo chiều 5 ' -3 ' .  Kết thúc: Khi enzim di chuyển đến cuối gen gặp tín hiệu kết thúc thì dừng lại, hoàn tất quá trình phiên mã. * Đối với phần lớn các gen ở sinh vật nhân thực, sau khi toàn bộ gen được phiên mã thì mARN sơ khai được sửa đổi để cắt bỏ các đoạn intrôn và nối các đoạn exon lại với nhau. Sau đó mARN trưởng thành từ nhân ra tế bào chất để làm khuôn tổng hợp prôtêin. * Sự khác biệt trong sao mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực: - Ở sinh vật nhân sơ chỉ có mọt loại ARN-polimeraza còn ở sinh vật có 3 loại ARN-polimeraza sao mã cho 3 loại ARN. - Ở sinh vật nhân sơ, sự sao mã tạo ra mARN hoạt động giải mã ngay còn ở sinh vật nhân thực không tạo ra mARN hoạt động giải mã ngay mà phải qua khâu hoàn chỉnh với nhiều biến đổi hóa học. - Ở sinh vật nhân sơ, mARN mã hóa cho nhiều loại prôtêin nhưng ở sinh vật nhân thực mARN chỉ mã hoá cho 1 loại prôtêin. 3. Dịch mã: Gồm các giai đoạn: a. Hoạt hoá axit amin: Nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP mỗi axit amin được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng → phức hợp aa-tARN. b. Tổng hợp chuỗi polipeptit:  Mở đầu: tiểu đơn vị bé của Ri gắn với mARN ở vị trí đặc hiệu gần codon mở đầu (bộ 3 mở đầu). Met- tARN (UAX) bổ sung chính xác với codon mở đầu (AUG) trên mARN. Tiểu đơn vị lớn của Ri kết hợp tạo Ri hoàn chỉnh sẵn sàng tổng hợp chuỗi polipeptit.  Kéo dài chuỗi: Codon thứ 2 trên mARN gắn bổ sung với anticodon của phức hợp aa 1 -tARN. Ri đóng vai trò khung đỡ mARN và phức hợp aa- tARN đến khi 2 aa liên kết với nhau bằng liên kết peptit thì Ri dịch chuyển 1 codon trên mARN để cho phức hợp aa 2 -tARN tiến vào, aa 2 gắn với aa 1 bằng liên kết peptit thì Ri lại dịch 1 bộ 3 trên mARN và cứ tiếp tục như vậy đến cuối mARN.  Kết thúc: Khi Ri tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN thì quá trình dịch mã hoàn tất. Axit amin mở đầu được cắt khỏi chuỗi polipeptit vừa tổng hợp nhờ 1 enzim đặc biệt, chuỗi polipeptit tiếp tục hình thành các bậc cấu trúc cao hơn. 4. Điều hoà hoạt động của gen: a. Ở sinh vật nhân sơ: * Mô hình cấu trúc của Operon Lac ở E. coligồm các thành phần au: - Cụm các gen cấu trúc Z, Y, A kiểm soát tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lắctôzơ có trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào. - Vùng vận hành O (Operator) là trình tự nuclêôtit đặc biệt, nơi liên kết với prôtêin ức chế làm ngăn cản quá trình phiên mã của các gencấu trúc. - Vùng khởi động P (Promoter) nằm trong vùng khởi động của gen, nơi ARN- polimeraza bám vào và khởi đầu phiên mã. - Gen điều hoà R kiểm soát quá trình tổng hợp prôtêin ức chế, prôtêin này có khả năng liên kết với vùng vận hành O → ngăn cản phiên mã các gen trong Operon. * Sự điều hoà hoạt động của Operon Lac: - Khi môi trường không có lactozơ: Gen điều hòa R tổng hợp protein ức chế. Protein này liên kết với vùng vận hành O → ức chế phiên mã các gen cấu trúc Z, Y, A trong Operon → các gen này không hoạt động. - Khi môi trường có lactozơ: Lactozơ có vai trò là chất cảm ứng gắn với prôtêin ức chế làm biến đổi cấu hình không gian 3 chiều của prôtêin ức chế → nó không thể gắn vào vùng vận hành O → ARN-polimeraza có thể liên kết với promoter → các gen cấu trúc hoạt động phiên mã và dịch mã. Khi phân giải hết lactozơ thì protein ức chế lại liên kết với vùng vận hành O → quá trình phiên mã ngừng lại. VI. ĐỘT BIẾN GEN: 1. Khái niệm: - Đột biến gen là những biến đổi nhỏ trong cấu trúc của gen thường liên quan đến 1 cặp nuclêôtit (đột biến điểm) hoặc 1 số cặp nuclêôtit của gen. - Các tác nhân gây đột biến : + Các tác nhân bên ngoài: các chất hoá học, các tác nhân vật lí (tia phóng xạ, tia tử ngoại ), các tác nhân sinh học (virut) + Các tác nhân bên trong: những rối loạn sinh lí, hoá sinh của tế bào - Thể đột biến: là các cá thể mang gen đột biến đã biểu hiện ra kiểu hình. 2. Các dang đột biến gen: - Đột biến thay thế 1 cặp nuclêôtit (hoặc 1 số cặp nuclêôtit): 1 (hoặc 1 sô) cặp nu trong gen được thay thế bằng 1 (hoặc 1 số) cặp nu khác → có thể làm thay đổi trình tự axit amin trong phân tử protein và chức năng của protein. - Đột biến thêm 1 (hoặc 1 số) cặp nu. - Đột biến mất 1 ( hoặc 1 số) cặp nu. Khi có đột biến thêm hoặc mất 1 ( hoặc 1 số) cặp nu trong gen sẽ → mã di truyền được đọc lệch đi 1 hoặc 1số nu kể từ vị trí xảy ra đột biến → thay đổi trình tự aa trong protein và chức năng của protein. 3. Cơ chế phát sinh đột biến gen: - Sự kết cặp không đúng trong quá trình nhân đôi ADN: Các bazơ nitơ thường tồn tại 2 dạng cấu trúc (dạng thường và dạng hiếm). các dạng hiếm có những vị trí liên kết hidro bị thay đổi làm cho chúng kết cặp không đúng trong quá trình nhân đôi (không hợp đôi) → Đột biến gen. Ví dụ: G dạng hiếm (G * ) kết cặp với T, qua quá trình nhân đôi phát sinh đột biến thay thế G - X bằng A - T. - Sai hỏng ngẫu nhiên trong cấu trúc ADN: Phân tử ADN cũng xảy ra những sai hỏng ngẫu nhiên trong cấu trúc → phát sinh đột biến gen. Ví dụ: Liên kết giữa C 1 của đường pentôzơ và A → A ngẫu nhiên bị đứt → đột biến mất A. - Tác động của những tác nhân gây đột biến: Ví dụ: + Tia tử ngoại (UV) có thể làm cho 2 bazơ T cùng một mạch ADN liên kết với nhau → phát sinh đột biến gen. + Tác nhân 5-BU là chất đồng đẳng của T → thay thế A - T bằng G -X. + Một số virut như virut viêm gan B, virut hecpec gây đột biến gen. 4. Cơ chế biểu hiện đột biến gen: - Đột biến xảy ra trong quá trình nguyên phân nhưng vào những thời điểm khác nhau gây ra: + Đột biến tiền phôi: xảy ra vào những lần nguyên phân đầu tiên của hợp tử → ảnh hưởng đến quá trình hình thành giao tử → có thể di truyền cho đời sau qua sinh sản hữu tính. + Đột biến xôma: xảy ra khi đã phát triển xa giai đoạn giai đoạn hợp tử → đột biến nhân lên trong mô và hình thành thể khảm, không di truyền qua sinh sản hữu tính. - Đột biến giao tử: xảy ra trong giảm phân → giao tử đột biến → di truyền cho đời sau qua sinh sản hữu tính. + Nếu là đột biến gen trội → biểu hiện ngay ra kiểu hình. + Nếu là đột biến gen lặn → chỉ biểu hiện ra kiểu hình trong tổ hợp gen đồng hợp lặn, còn trong tổ hợp dị hợp thì chưa biểu hiện ra kiểu hình mà ẩn dấu trong quần thể. 5. Hậu quả và ý nghĩa: - Đột biến gen làm biến đổi dãy nuclêôtit của gen cấu trúc → biến đổi cấu trúc của mARN → biến đổi cấu trúc prôtêin tương ứng. + Đột biến thay thế 1 cặp nu chỉ ảnh hưởng tới 1 axit amin trong hcuỗi polipeptit nên ít gây hại. + Đột biến thêm hoặc mất 1 cặp nu làm thay đổi các bộ 3 mã hoá trên ADN từ điểm xảy ra đột biến cho đến cuối gen → thay đổi cấu trúc của chuỗi polipeptit từ điểm bị mất hoặc thêm → gây rối loạn quá trình sinh tổng hợp protein. - Đa số đột biến gen thường có hại, 1 số là có lợi và trung tính. Tuy nhiên, mức độ gây hại của đột biến phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tổ hợp gen. - Đột biến gen làm xuất hiện alen mới, cung cấp nguyên liệu cho quá trình tiến hoá và chọn giống. B. CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN - BIẾN DỊ Ở CẤP ĐỘ TẾ BÀO. I. NHIỄM SẮC THỂ: Nhiễm sắc thể là cấu trúc chứa đựng vật chất di truyền ở trong nhân tế bào, có vai trò quan trọng trong các quá trình truyền đạt thông tin di truyền. 1. Nhiễm sắc thể ở sinh vật có nhân chính thức: a. Hình thái và cấu trúc NST:  Hình thái NST: - Hình dạng, kích thước NST thể nhìn rõ nhất ở kì giữa của quá trình nguyên phân khi NST xoắn cực đại gồm 2 crômatit. - Mỗi NST điển hình gồm: + Một tâm động chứa trình tự nu đặc biệt, là vị trí liên kết NST với thoi phân bào và giúp NST di chuyển về các cực của tế bào trong quá trình phân bào, tạo hình thái NST khác nhau (tâm cân, tâm lệch, tâm mút) + Đầu mút NST: có trình tự khởi đầu quá trình nhân đôi ADN, có vai trò bảo vệ NST và làm cho NST không dính vào nhau. - Tế bào mỗi loài đều có bộ NST đặc trưng về số lượng, hình thái và cấu trúc: Tế bào sinh dưỡng của hầu hết các loài đều chứa bộ NST lưỡng bội 2n và tế bào sinh dục (giao tử) chứa bộ NST đơn bội n. Ví dụ: Ở Người: 2n = 46, n = 23; Ở ruồi giấm : 2n = 8, n = 4; Ở bò: 2n = 60, n = 30; Lúa nước: 2n = 24, n = 12 Hình thái và cấu trúc của từng cặp NST cũng như của cả bộ NST cũng mang tính đặc trưng riêng. - Trong mỗi cặp NST đều có 2 chiếc giống hệt nhau về hình dạng, kích thước nhưng khác nhau về nguồn gốc (1 chiếc có nguồn gốc từ bố, 1 chiếc có nguồn gốc từ mẹ) gọi là cặp NST tương đồng (cặp NST chị em hay cặp NST đồng dạng). - NST có 2 loại: + NST thường chứa số lượng lớn hơn và chứa các gen qui định tính trạng thường giống nhau ở 2 giới. + NST giới tính: có 1 cặp khác nhau ở giới đực và cái, chứa gen qui định tính trạng giới tính và 1 số tính trạng thường.  Cấu trúc siêu hiển vi của NST: - Đơn vị cấu tạo là các nuclêôxôm. Mỗi nuclêôxôm gồm: 8 phân tử protein loại histon được quấn quanh bởi 1 đoạn ADN khoảng 146 cặp nucleotit ≈ 3 1 4 vòng và có đường kính 100A 0 . - Các nuclêôxôm nối với nhau bằng đoạn ADN nối (khoảng 15 - 25 cặp nu) → chuỗi nuclêôxôm chính là sợi cơ bản của NST có đường kính 110A 0 . - Sợi cơ bản cuộn xoắn → sợi nhiễm sắc có đường kính 300A 0 . - Sợi nhiễm sắc cuộn xoắn và tiếp tục gấp khúc → crômatit có đường kính 7000A 0 . - Hai crômatit giống hệt nhau → NST kép ở kì giữa của nguyên phân. b. Chức năng: - Chứa đựng và bảo quản vật chất di truyền. - Tham gia vào các quá trình truyền đạt thông tin di truyền trong tế bào, cơ thể cũng như giữa các thế hệ cơ thể. 2. Nhiễm sắc thể ở sinh vật chưa có nhân chính thức: Ở vi khuẩn, vi khuẩn lam nhiễm sắc thể chỉ gồm 1 phân tử ADn vòng hay ở virut, thể thực khuẩn thì vật chất di truyền chỉ là 1 phân tử ADN (mạch đơn hoặc kép) hoặc chỉ là phân tử ARN. II. CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ TẾ BÀO: 1. Quá trình truyền thông tin di truyền giữa các thê hệ tế bào: được thực hiện thông qua các cơ chế trong quá trình nguyên phân. a. Cơ chế nhân đôi của vật chất di truyền (ADN, NST): - Diễn ra vào kì trung gian, pha S. - Sự nhân đôi ADN là cơ sở cho sự nhân đôi của NST → NST kép gồm 2 crômatit giống hệt nhau và dính nhau ở tâm động. b. Cơ chế phân chia đồng đều vật chất di truyền (ADN, NST) cho các tế bào con trong quá trình nguyên phân: - Diễn ra vào các kì đầu, kì giữa, kì sau của nguyên phân và chủ yếu nhờ vào những hoạt động của NST trong các kì này. - Các hoạt động chủ yếu của NST ở sinh vật có nhân chính thức: + Kì đầu: NST đóng xoắn, co ngắn. + Kì giữa: NST đóng xoắn và co ngắn cực đại, 2n NST kép xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi tơ vô sắc. + Kì sau: Các crômatit trong từng NST kép tách nhau ra ở tâm động và hình thành 2 nhóm rất đều nhau, mỗi nhóm được dây tơ vô sắc kéo về 1 cực của tế bào. + Kì cuối: NST tháo xoắn. Hình thành 2 tế bào con, mỗi tế bào con chứa 1 bộ NST 2n giống hệt nhau và giống bộ NST của tế bào mẹ ban đầu. * Ở sinh vật chưa có nhân chính thức, tế bào có cấu trúc đơn giản hơn, vật chất di truyền sau khi nhân đôi nhờ bám vào vách tế bào mà được phân chia đồng đều cho 2 tế bào con đồng thời với sự phân chia tế bào chất và hình thành vách ngăn đôi tế bào. 2. Quá trình truyền thông tin di truyền giữa các thế hệ cơ thể: a. Sự truyền thông tin di truyền giữa các thế hệ cơ thể ở các loài sinh sản vô tính cũng nhờ vào cơ chế nhân đôi và phân chia đồng đều vật chất di truyền trong quá trình nguyên phân. b. Sự truyền thông tin di truyền giữa các thế hệ cơ thể ở loài sinh sản hữu tính nhờ vào các cơ chế của hai quá trình giảm phân và thụ tinh.  Quá trình giảm phân: - Cơ chế tự nhân đôi vật chất di truyền: giống quá trình nguyên phân. - Cơ chế phân chia vật chất di truyền về các giao tử: * Lần phân bào I: + Kì đầu: NST đóng xoắn, co ngắn. Có sự tiếp hợp của các NST kép trong từng cặp đồng dạng cvà có thể xảy ra hiện tượng trao đổi chéo ( hoán vị gen) giữa các crômatit khác nhau. + Kì giữa: NST đóng xoắn và co ngắn cực đại. Bộ 2n NST kép xếp thành 2 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc. Các NST kép đồng dạng khác nguồn đứng đối diện và ngẫu nhiên về vị trí ở bên này hay bên kia. + Kì sau: Bộ n NST kép ở mỗi hàng được dây tơ vô sắc kéo về 1 cực của tế bào. + Kì cuối: Phân chia thành 2 tế bào con, mỗi tế bào con có bộ n NST kép. * Lần phân bào II: + Kì đầu: NST đóng xoắn và co ngắn. + Kì giữa: NST đóng xoắn và co ngắn cực đại. Bộ n NST kép xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thôi tơ vô sắc. + Kì sau: Các crômatit trong từng thể kép tách nhau ra ở tâm động, mỗi crômatit lúc này là 1 NST đơn được dây tơ vô sắc kéo về 1 cực của tế bào. + Kì cuối: Mỗi tế bào con có 1 bộ NST đơn bội (n). * Kết quả: Từ 1 tế bào mẹ sinh giao tử (2n NST) sau giảm phân → 4 tế bào con (n NST) + 1 tế bào sinh giao tử đực (2n) GP → 4 giao tử đực (n) + 1 tế bào sinh giao tử cái (2n) GP → 1 giao tử cái (n) và 3 thể địng hướng (n), các thể định hướng sau bị tiêu biến. III. ĐỘT BIẾN NST: 1. Khái niệm: Đột biến NST là những biến đổi về cấu trúc hoặc số lượng NST. 2. Các dạng đột biến NST: a. Đột biến cấu trúc NST: Đột biến cấu trúc NST là những biến đổi trong cấu trúc NST. Các dạng đột biến này thực chất là sự sắp xếp lại trình tự các gen, làm thay đổi hình dạng và cấu trúc NST. Các dạng đột biến cấu trúc được phát hiện nhờ quan sát tế bào, đặc biệt là nhờ phương pháp nhuộm băng NST. Các dạng đột biến cấu trúc NST: Dạng đột biến Khái niệm Đặc điểm Hậu quả, ý nghĩa Mất đoạn là dạng đột biến làm mất đi 1 đoạn nào đó của NST - làm giảm số lượng gen trên NST. - làm mất cân bằng gen. - gây chết hoặc làm giảm sức sống. VD: ở Người, mất đoạn NST 21 gây ung thư máu. - gây đột biến mất đoạn nhỏ để loại bỏ gen xấu trên NST ở 1 số cây trồng Lặp đoạn là dạng đột biến làm cho 1 đoạn nào đó của NST lặp lại 1 hoặc nhiều lần - làm tăng chiêu dài của NST và tăng số lượng gen trên NST. - làm mất cân bằng gen. - không gây hậu quả nghiêm trọng. - tạo nhiều alen mới trong quá trình tiến hoá. - tăng hoặc giảm cường độ biểu hiện của tính trạng. VD: lúa mạch lặp đoạn làm tăng hoạt tính của enzim amilaza ứng dụng trong sản xuất bia. Đảo đoạn là dạng đột biến làm cho 1 đoạn NST nào đó của NST đứt ra và nối lại đảo ngược 180 0 . - làm thay đổi vị trí phân bố gen trên NST. - làm thay đổi hoạt động của gen. - giảm khả năng sinh sản. - tạo nguồn nguyên liệu cho quá trình tiến hoá. [...]... không phân li của 2 loài khác của bộ NST A và bộ NST B Các GT này có thể tự nhau trong tế bào thụ phấn → Thể dị tứ bội hay thể song nhị bội * Hậu quả và ý nghĩa của đột biến đa bội: - Tế bào to, cơ quan dinh dưỡng lớn, phát triển khỏe, chống chịu tốt, cho năng suất cao - Các thể đa bội lẻ không sinh GT bình thường nên tạo quả không hạt - Có vai trò trong tiến hoá cũng như trong tạo giống mới . Phần một: DI TRUYỀN HỌC Chương I: CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ A. CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN - BIẾN DỊ Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ. I. TIÊU CHUẨN CỦA VẬT CHẤT DI TRUYỀN: - Mang. của mã di truyền: + Mã di truyền được đọc từ một điểm xác định và theo từng bộ 3 nuclêôtit mà không gối lên nhau. + Mã di truyền có tính phổ biến. + Mã di truyền có tính đặc hiệu. + Mã di truyền. thực khuẩn thì vật chất di truyền chỉ là 1 phân tử ADN (mạch đơn hoặc kép) hoặc chỉ là phân tử ARN. II. CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ TẾ BÀO: 1. Quá trình truyền thông tin di truyền giữa các thê hệ