Lý thuyết Sinh học và Di truyền học - Khoa Y (Tài liệu nội bộ)
Lý thuyết Sinh học và Di truyền học - Khoa Y (Tài liệu nội bộ)
Môn: Gây mê hồi sức 2 tài liệu
Trường: Trường Đại học Y Hà Nội 28 tài liệu
Tác giả:
Preview text:
lý thuyết sinh học và di truyền Lưu hành nội bộ [School] [Course title]
BÀI 1: CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA DI TRUYỀN HỌC.
• Di truyền học (genetics-genetikos: nguồn gốc, sinh sản) là môn khoa học nghiên cứu về tính di
truyền và biến dị của sinh vật
• Di truyền học nghiên cứu các quy luật truyền đạt thông tin từ thế hệ tổ tiên cho con cháu và
những qui luật biến đổi của quá trình truyền đạt đó
ADN (ACID DEOXYRIBONUCLEIC)
1. Phân lập nhân tế bào từ mủ vết thương, tìm ra một chất với nhiều nito và phospho, đặt tên chất là
nuclein, nuclein sau đó được gọi là acid nucleic -> Friedrich Miescher, 1871
2. Nghiên cứu phế cầu khuẩn streptococcus pneumonia (chủng S, chủng R) -> Frederick Griffiths, 1928
3. Sự biến nạp của vi khuẩn:
Rsống + chuột = chuột sống
Ssống + chuột = chuột chết
Schếtvì nhiệt + chuột = chuột sống
Rsống + Schết + chuột = chuột chết (chủng S sống trong máu chuột chết)
4. Xử lí phế cầu khuẩn chủng S bằng Protease, RNase, Dnase; chỉ có DNase ngăn cản hiện tượng
biến nạp; ADN là nhân tố biến nạp có thể chuyển chủng R thành chủng S -> Avery, Macleod, Mccarty 1944
5. Nhân tố biến nạp là AND
6. Rough nonvirulent + heat killed smooth virulent + Protease = chuột chết
Rough nonvirulent + heat killed smooth virulent + DNase = chuột sống
7. Bacteriophage T2 là virus có đầu protein và lõi AND, dùng đồng vị phóng xạ 35S và 32P để đánh
dấu protein và AND tương ứng, thí nghiệm cho thấy rằng virus chuyển AND, không chuyển
protein vào tế bào vi khuẩn, khẳng định AND là vật chất di truyền -> Alfred Hershey và Martha Chase, 1952
8. Tìm ra đường riboso 5-carbon và deoxyribose, phát hiện 3 thành phần của một nucleotide có tỉ lệ
bằng nhau-đường deoxyribose, phosphate, base nitric. -> Phoebus Levine
9. Phân tích thành phần base của AND từ nhiều loài khác nhau và quan sát thấy tỉ lệ thường xuất hiện:
Adenine + Guanine = Thymine + Cytosine; A = T, G ≡ C -> Erwin Chargaff, 1951
10. Sử dụng kỹ thuật tán xạ tia X, bức hình dạng B của AND, AND là một cấu trúc xoắn với các đơn
vị được tổ chức đối xứng -> Rosalind Franklin và Maurice Wilkins, 1952
11. Không làm thí nghiệm, chỉ sử dụng kết quả từ các nghiên cứu trước đó để tính toán và xây dựng
mô hình cấu trúc xoắn kép của AND -> James Watson và Francis Crick, 1953
12. Các phân tử AND được cấu tạo từ hai mạch polyme sinh học xoắn đều quanh một trục tưởng tượng
tạo thành chuỗi xoắn kép
13. “Thông tin di truyền một khi đã chuyển sang protein thì không thể lấy lại được”, học thuyết trung
tâm (central dogma) của SHPT -> Francis Crick, 1956
14. Tế bào phân chia, … phải được sao chép để đảm bảo thông tin di truyền được chuyển cho tế bào con -> AND
15. Phân tử mang thông tin di truyền quy định mọi hoạt động sống (sinh trưởng, phát triển và sinh
sản) của các sinh vật và nhiều loài virus -> AND
16. Phần lớn các phân tử … được cấu tạo từ hai mạch polyme sinh học xoắn đều quanh một trục
tưởng tượng tạo thành chuỗi xoắn kép -> AND
17. Hai mạch … này được gọi là các polynucleotide vì thành phần của chúng bao gồm các đơn phân nucleotide -> AND Cấu trúc bậc 1
➢ Là trình tự nucleotide trên phân tử AND
➢ Mỗi nucleotide gồm:
o 1 phân tử đường deoxyribose (C5H10O4) o 1 nhóm phosphate (PO4)
o 1 base nitric; 1 trong 4 loại:
Adenine (A); Guanine (G) = Purines Cytosine (C); Thymine (T) = Pyrimidines Purines: Adenine (A); Guanine (G) Pyrimidines: Thymine (T); Cytosine (C)
➢ Nucleoside = nucleobase + đường Nhớ các công thức:
2-deoxy-ADENOSINE; 2-deoxy-GUANOSINE
2-deoxy-THYMIDINE; 2-deoxy-CYTIDINE
➢ Nucleoside Triphosphate
o 2’-deoxyadenosine 5’ triphosphate (ATP)
o 2’-deoxyguanosine 5’ triphosphate (GTP)
o 2’-deoxycytidine 5’ triphosphate (CTP)
o thymidine 5’ triphosphate (TTP) ➢ Quy luật chargaff
o Adenine (A) phải bắt cặp với Thymine (T) A = T 2 liên kết hidro
o Guanine (G) phải bắt cặp với Cytosine (C)
G ≡ C 3 liên kết hidro Cấu trúc bậc 2
• Dạng B - Xoắn phải, đường kính 20 A0, 10 cặp base/ vòng xoắn, 34 A0/ vòng xoắn, Có: 1 rãnh
lớn: 22 A0, 1 rảnh nhỏ 12 A0 Cấu trúc bậc 3
• Phần lớn là phân tử AND dạng vòng, hay gặp ở virus, vi khuẩn
Đặc điểm phân tử AND
• AND có 2 trạng thái: Biến tính và Hồi tính
- Sự tách rời 2 mạch đơn do các liên kết hidro giữa các base bị cắt đứt -> biến tính
Các nhân tố ảnh hưởng: pH, nồng độ muối, chiều dài phân tử AND, thành phần
nucleotide loại G-C của mẫu
- Sự bắt cặp trở lại của 2 sợi đơn -> hồi tính
Các nhân tố ảnh hưởng: nhiệt độ, nồng độ muối, nồng độ AND, thời gian ARN (ACID RIBONUCLEIC)
• RNA hay ARN là một phân tử polyme cơ bản có nhiều vai trò sinh học trong mã hoá, dịch mã,
điều hoà, và biểu hiện của gene. Phiên mã ARN
• Quá trình truyền thông tin từ AND sang ARN -> phiên mã
Cấu tạo chung của ARN
• Là một polymere = n monomere (ribonucleotide)
• Một ribonucleotide gồm: đường ribose (C5H10O5); gốc phosphate; base nitric (A, G, U, C)
• Thường có một mạch chiều 5’-> 3’
• Một số virus có ARN mạch đôi
• Nhiều loại ARN trong tế bào có thể uốn cong hay gấp khúc -> cấu trúc bậc 2, bậc 3
• Những chuỗi song song (do gấp khúc lại) của ribonucleotide sẽ liên kết với nhau bằng liên kết
hidro theo nguyên tắc bổ sung: A = U; G ≡ C
Sự khác nhau giữa AND và ARN
• Ribose thay thế deoxyribose, Uracil thay thế Thymine
• AND: mạch kép; đường deoxyribose; thymine (A, C, T, G); AND polymerase; 1 loại
• RNA: mạch đơn; đường ribose; uracil (A, C, U, G); ARN polymerase; 3 loại
Ba dạng ARN chủ yếu: rARN; mRNA; tARN ARN thông tin (mRNA): Ở Prokaryote:
• Có cấu trúc đơn giản
• Mã hoá nhiều chuỗi polypeptide
• Thời gian tồn tại ngắn (khoảng 2 phút)
• Truyền thông tin di truyền từ AND đến ribosome
• Cấu trúc một mRNA – một gen: Chiều 5’ -> 3’:
- Vùng 5’ UTR (untranslated region) gồm 100 – 1000 Nu, thường chứa một vị trí liên kết với ribosome - Vùng dịch mã
- Vùng 3’ UTR quy định tính bền vững của mRNA và hiệu suất dịch mã
Cấu trúc một mRNA – nhiều gen: Chiều 5’ -> 3’: - Vùng không mã hoá UTR - Vị trí gắn Rb - Mã khởi đầu AUG - P1, P2, P3 - UAA mã kết thúc Ở Eukaryote:
• Có cấu trúc phức tạp
• Mã hoá một chuỗi polypeptide
• Thời gian tồn tại lâu (khoảng 30 phút tới 24 giờ)
• -Vùng 5’ được gắn mũ m7G (7 - methylguanosin)
Chức năng của mũ m7G:
- Bảo vệ đầu 5’ của mARN khỏi bị phân huỷ bởi exonuclease trong tế bào chất
- Làm tín hiệu cho Rb nhận biết điểm Ori của mARN
- Tăng cường khả năng dịch mã của mARN
- Góp phần vận chuyển mARN ra ngoài tế bào chất
- Tăng hiệu quả cắt nối mARN
-Vùng mã hoá gồm extron và intron
-Vùng 3’ được gắn đuôi poly A
Chức năng của đuôi poly A:
- Bảo vệ đầu 3’ của mARN khỏi bị phân huỷ bởi nuclease
- Tăng thời gian tồn tại và tính ổn định của mARN
- Tăng cường khả năng dịch mã của mARN
Sau khi hình thành từ mạch khuôn của gen, pre – mARN sẽ trải qua một quá trình cắt xén
(splicing) nên loại bỏ các intron, trở thành mARN trưởng thành
ARN vận chuyển (tARN):
• Mạch đơn, khoảng 73 – 95 ribonucleotides
• Có cấu trúc bậc 2, đôi khi gập lại (bậc 3)
• Có cấu trúc với 3 thuỳ, một thuỳ mang bộ ba đối mã, một đầu đối diện là vị trí gắn kết axit amin
giúp liên kết với mARN và ribosome
• Vận chuyển axit amin đến ribosome để tổng hợp protein
• Đầu 5’ bị phosphoryl hoá và thường là pG
• Đầu 3’ = CCA. Các axit amin được hoạt hoá sẽ gắn với đầu 3’OH ở adenosine cuối cùng
• Vòng anticodon gồm 7 bases ARN Ribosome (rARN)
• Có trong ribosome, ty thể, lục lạp
• Có thể có cấu trúc bậc 1, bậc 2
• Được tổng hợp bởi gen rARN
• Chỉ có một mạch, nhiều vùng các nu liên kết bổ sung với nhau tạo nên các vùng xoắn cục bộ
• Cùng protein tạo nên ribosome là nơi tổng hợp protein Chủng loại sinh vật Loại hình của ribosome Á đơn vị lớn Á đơn vị nhỏ Sinh vật tiền nhân 70S 50S (5S và 23S) 30S (16S) Sinh vật nhân thật 80S 60S (5S; 5,8S và 28S) 40S (18S)
Sự khác biệt giữa ribosome ở Prokaryotes và Eukaryotes • Prokaryotic ribosome: • Eukaryotic ribosome:
ARN nhỏ trong nhân (snARN) • 150 ribonucleotide
• snARN có loại U1, U2, U4, U5, U6
• Kết hợp với một số protein tạo thành ribonucleoProtein gọi là snRNP
• snRNP là thành phần của thể cắt nối (spliceosome) tham gia quá trình cắt xén intron tạo phân tử mARN trưởng thành
• Tham gia vào việc điều hoà enzyme ARN polymerase II và một số yếu tố phiên mã khác
• Tham gia việc duy trì telomere ở đầu mút nhiễm sắc thể
ARN điều hoà (regulatory RNA)
1. miRNA (ARN siêu nhỏ)
• gồm khoảng 20 ribonucleotide
• ở sinh vật nhân thực
• có thể phá huỷ mARN mà nó bổ sung -> ngăn chặn mARN đang được dịch mã hoặc làm
mARN nhanh chóng bị phân huỷ
2. siRNA (ARN can thiệp)
• gồm khoảng 25 ribonucletide
• thường được sinh ra do tác động của virus
• có chức năng tương tự như miRNA -> điều chỉnh hoạt động của mARN tương thích
3. tmRNA (transfer-messenger RNA) hay ARN truyền tin giải cứu
• chỉ thấy ở vi khuẩn
• có thể “đánh dấu” (tag) protein được dịch từ các mARN nào bị mất mã kết thúc (stop
codon) -> ngăn cản sớm ribosome bị “kẹt” trong dịch mã
4. ribozyme hay ARN enzyme
• có khả năng hoạt động như một enzyme xúc tác sinh học
• đặc trưng bởi một vị trí hoạt động và một vị trí gắn kết với cơ chất tương thích PROTEIN
1. Giai đoạn cuối của sự biểu hiện thông tin di truyền trên mARN thành trình tự acid amin tương ứng
trong chuỗi polypeptide -> dịch mã protein 2. Cấu tạo Protein:
• Gồm một hoặc nhiều chuỗi polypeptides
• Chuỗi polypeptides gồm nhiều acid amin (a.a) 3. Acid amin: • Nhóm amin (NH2) • Nhóm carboxyl (COOH)
• Gốc R (khác nhau ở mỗi a.a) • α-carbon atom
4. Liên kết giữa acid amin
• Các acid amin liên kết với nhau hình thành chuỗi polypeptide bằng liên kết peptide
• Liên kết peptide = liên kết cộng hoá trị giữa nhóm carboxyl của một acid amin và một
nhóm amin của a.a kế cận
5. 4 bậc cấu trúc của phân tử protein
• Bậc 1 = trình tự acid amin -> được xác định bởi mã di truyền của mARN
• Bậc 2 = dạng gấp nếp và xoắn vặn của chuỗi polypeptide
VD: α -xoắn (cuộn) và gấp nếp β
• Bậc 3 = hình dạng không gian 3 chiều của một chuỗi polypeptide. Kết quả từ nhiều gốc R khác nhau
• Bậc 4 = sự kết hợp nhiều chuỗi polypeptides -> một phân tử protein nhiều tiểu đơn vị VD: hemoglobin 6. Liên kết trong protein MÃ DI TRUYỀN
- Mã di truyền = cụm 3 nu (5’ -> 3’) = mã bộ ba
- Từ 4 nu (A, T, G, C), hệ thống di truyền của các sinh vật có tổng cộng 64 bộ ba khác nhau
- Trong 64 mã bộ ba, có 3 mã kết thúc và 61 bộ ba mã hoá cho 20 a.a phổ biến
➢ một số a.a được mã hoá bởi nhiều hơn một mã bộ ba
➢ hiện tượng này được gọi là tính thoái hoá của mã bộ ba
• Tất cả các hệ thống sinh học đều sử dụng mã di truyền là mã bộ ba và dùng một bảng mã chung
➢ đặc điểm này được gọi là tính phổ biến của mã di truyền
• Tính phổ biến của mã di truyền được biểu hiện đồng thời với các đặc tính chung của mã bộ ba là:
- các mã bộ ba (trên mARN) luôn được đọc theo chiều 5’ -> 3’
- kể từ mã bắt đầu (AUG), các mã bộ ba luôn được đọc liên tục không ngắt quãng cho đến
khi gặp mã kết thúc (UAA, UAG, UGA)
- Các mã bộ ba được dùng để mã hoá cho cùng một a.a được gọi là mã bộ ba đồng nghĩa
- Nhìn chung, các mã đồng nghĩa thường có hai nu đầu giống nhau, nu thứ ba hoặc là C hoặc là U,
hoặc là A và G (thay thế nhau)
Liên quan giữa cấu trúc và chức năng của protein
❖ Protein có vai trò quan trọng trong cơ thể
❖ Mỗi protein có một cấu trúc ba chiều duy nhất được xác định bởi trình tự a.a
❖ Cấu trúc của protein liên quan chặt chẽ với chức năng của nó
❖ Cấu trúc của protein có thể được tiên đoán nhờ các chương trình tin sinh học
Bệnh do protein xoắn gấp sai
• Alzheimer’s Disease: Aβ protein
Tích tụ các protein liên quan mật thiết với nhau được gọi là amyloid-beta peptit, tạo thành những
mảng Amyloid bất thường và các đám rối sợi thần kinh nằm trong hoặc bao xung quanh TB thần
kinh, làm chết tế bào não và hậu quả là mất khả năng tái tạo các tế bào thần kinh
• Mad Cow Disease - Prion Protein
Bệnh bò điên (BSE) và bệnh Creutzfeld Jakob (CJD) ở người
Bệnh xảy ra khi protein tên PRION xoắn sai lệch (bình thường là thành phần màng TB thần kinh)
Khi xoắn sai, goi là infectious prion, gây hiệu ứng domino tới các prion bình thường khác. Bệnh
truyền qua đường ăn uống
BÀI 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN HỌC.
Đối tượng nghiên cứu của Di truyền học
• Di truyền học (Genetics – từ chữ Latin Genetikos, nghĩa là nguồn gốc, sinh sản…) là môn khoa
học nghiên cứu về tính di truyền và biến dị của sinh vật.
• Di truyền học nghiên cứu các qui luật truyền đạt thông tin từ thế hệ tổ tiên cho con cháu và những
qui luật biến đổi của quá trình truyền đạt đó
Lược sử Di truyền học
• Trước khi di truyền học trở thành một môn khoa học với những cơ sở khoa học, đã có những
nhận thức, những quan niệm chưa có cơ sở khoa học.
- Quan niệm sinh vật bất biến: quan niệm này kéo dài trong thời thượng cổ với các đạo
giáo và chế độ phong kiến, cho mãi đến thế kỷ 16.
- Quan niệm sinh vật có biến đổi: Lamarck là người đã đề xuất một cách có hệ thống về
tiến hóa của sinh giới, lấy hiện tượng di truyền tập nhiễm làm cơ sở
Di truyền học Mendel và sau Mendel
▪ 1865, Gregor Johann Mendel: các quy luật di truyền trên đậu Hà Lan
• Tính trạng do một gen chỉ có hai alen quy định.
• Trong hai alen tồn tại ở một cơ thể sinh vật, có thể có một alen lặn (không biểu hiện ở thể
dị hợp) còn alen kia là trội hoàn toàn.
• Gen quy định tính trạng có locus trên nhiễm sắc thể thường (không phải là nhiễm sắc thể giới tính)
▪ 1902, Boveri đã có nhận định: số lượng nhiễm sắc thể được di truyền ổn định trong loài, và
nhiễm sắc thể có vai trò trong di truyền.
▪ 1903, Boveri và Sutton đã xác định vai trò của nhiễm sắc thể trong việc di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.
▪ 1909, Johannsen đã đề nghị dùng thuật ngữ "gen" để chỉ nhân tố di truyền
▪ 1910, Thomas Hunt Morgan xây dựng học thuyết di truyền NST (Nobel 1933)
Tiền đề của di truyền học phân tử
▪ 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod và Maclyn McCarty -> công bố ADN là vật liệu di truyền
▪ 1952, Alfred Hershey và Martha Chase chứng minh bằng thực nghiệm ADN chứ không phải
protein là chất mang thông tin di truyền
▪ 1951, Erwin Chargaff chứng minh: ➢ A = T; C = G
➢ tỷ lệ (A + T)/(G + C) thay đổi theo loài
▪ 1941, Beadle và Tatum công bố công trình nghiên cứu về vai trò của ADN ở Neurospora: Một gen → Một enzyme
Sinh học phân tử ra đời
• 1953, James Dewey Watson (Mỹ) và Francis Harry Compton Crick (Anh): công bố bài báo
về mô hình cấu trúc ADN “một cấu trúc cho deoxyribose nucleic acid” (Nature, 28/04/1953) →
khám phá lớn nhất trong Sinh học của thế kỷ
• 1956, Học thuyết trung tâm (Central dogma) của SHPT được Francis Crick đề xuất: “Thông
tin di truyền một khi đã chuyển sang protein thì không thể lấy lại được”
• 1961, Marshal Nirenberg và J. Matthei tìm ra bộ mã di truyền đầu tiên
• 1966, Nirenberg, Ochoa và Khorana đã giải mã toàn bộ 64 codon (bộ ba mã hóa)
• 1961, F. Jacob và J. Monod tìm ra cơ chế điều hòa hoạt động của các gen ở vi khuẩn
• 1962, Werner Arber, Daniel Nathans & Haminton Smith tìm ra enzym cắt giới hạn
• 1967, enzym ADN ligase được chiết xuất thành công
Giai đoạn SHPT hiện đại
• Thập niên 70 thế kỉ XX, kỹ thuật di truyền tạo nên cuộc cách mạng trong di truyền và SHPT: xác
định trình tự nucleotid trên gen → gây đột biến định hướng cho các biến đổi tuỳ ý
• Đầu 1990, nghiên cứu in silico (trên máy điện toán) đã tạo thuận lợi cho các nghiên cứu Sinh học,
trong đó có Di truyền học
• 1970, Hamilton Smith chiết được enzym cắt giới hạn
• 1970, Temin chứng minh có thông tin ngược: ARN → ADN ở các virus ARN
• 1972, Paul Berg tạo ra ADN tái tổ hợp trong ống nghiệm
• 1973, A.C. Chang và Herbert Boyer, Stanley Cohen… tạo ra plasmid tái tổ hợp, ứng dụng trên
E. coli → thúc đẩy sự ra đời của công nghệ di truyền
• 1977, Walter Gilbert (Mỹ) và Frederick Sanger (Anh) phát triển kỹ thuật xác định trình tự AND
• 1985, R.K. Saiki và K. B. Mul is phát triển kỹ thuật PCR (Phản ứng chuỗi polymerase, cũng có
nơi gọi là phản ứng khuếch đại gen hay phản ứng chuỗi trùng hợp) → ứng dụng trong chẩn đoán,
biến đổi di truyền, xác định phả hệ,…
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA DI TRUYỀN HỌC
Di truyền học nghiên cứu 2 thuộc tính của sinh vật: • Tính di truyền • Tính biến dị
⮱ ứng dụng những hiểu biết đó vào nhằm cải tạo giống cũ, tạo giống mới nâng cao năng
suất của vật nuôi cây trồng, tạo những chế phẩm sinh học bằng công nghệ sinh học, bảo
vệ sức khỏe con người, thực hiện ưu sinh cho nòi giống
Di truyền học nghiên cứu với các đối tượng khác nhau:
• Di truyền học người. • Di truyền học y học.
• Di truyền học vi khuẩn.
• Di truyền học động vật.
• Di truyền học thực vật
Di truyền học tế bào:
• Nghiên cứu vật chất di truyền ở mức độ tế bào, đặc biệt là nhiễm sắc thể
• Nhiễm sắc thể của rất nhiều loài sinh vật đã được xác định về số lượng và hình thái.
• Đột biến nhiễm sắc thể là một lĩnh vực của di truyền học tế bào.
• Các chất nhiễm sắc giới tính ở trong nhân gian kỳ cũng được nghiên cứu.
Di truyền học phân tử:
• Nghiên cứu cấu tạo và sự hoạt động của vậtchất di truyền ở mức độ các phản ứng hóahọc, ở mức độ phân tử.
• Gen và hoạt động của gen là vấn đề quan trọng nhất.
• Giúp giải thích rõ nhiều hiện tượng di truyền, những trường hợp bệnh lý, đặc biệt là hiện tượng
rối loạn chuyển hóa bẩm sinh.
• Tạo cơ sở để thực hiện kỹ học di truyền, một mặt của công nghệ sinh học
• Hai lĩnh vực của di truyền học phân tử hiện đại:
➢ nghiên cứu bộ gen (genomics)
➢ nghiên cứu hệ protein (proteomics)
Di truyền học miễn dịch:
• Nghiên cứu về các quy luật di truyền nhóm máu, di truyền kháng nguyên, kháng thể → cơ sở
củaphẫu thuật cấy ghép
• Nghiên cứu cơ chế sinh kháng thể, hiện tượng di truyền tính kháng nhiễm và những đặc điểm của thể tạng
Di truyền học dược lý:
• Nghiên cứu sự tổng hợp và hoạt động của một số enzym chuyển hóa thuốc trong cơ thể, tình
trạng bình thường và tình trạng không bình thường của quá trình chuyển hóa thuốc
• Nghiên cứu tác động của một số dược liệu, một số thuốc hoặc một số chế phẩm sinh học đối với
vật liệu di truyền với những biểu hiện tức thời hoặc những hậu quả lâu dài cho các thế hệ.
Di truyền học quần thể:
• Nghiên cứu những quy luật di truyền của các đặc điểm hình thái, sinh lý, hóa sinh, bệnh lý của quần thể.
• Xác định tần số gen, tần số kiểu gen, tần số kiểu hình của quần thể, tìm những nguyên nhân dẫn
đến biến đổi tần số gen trong quần thể… Đột biến:
• Phát hiện các tác nhân gây đột biến (mutagen), hiệu quả của các đột biến ở mức độ nhiễm sắc thể
hoặc ở mức độ gen ở tế bào sinh dưỡng hoặc tế bào sinh dục.
• Phân chia theo tác nhân nghiên cứu: - Đột biến do phóng xạ
- Đột biến do hóa chất.
- Đột biến do tác nhân sinh học: virus, vi khuẩn…
Các bệnh di truyền:
• Các bệnh hay các khuyết tật di truyền ở mức độ nhiễm sắc thể hay mức độ gen đều là hậu quả của đột biến.
• Nghiên cứu nguyên nhân sinh bệnh, phương pháp chẩn đoán, phương hướng đề phòng và chữa bệnh tật di truyền:
➢ Mọi mô, mọi cơ quan đều có thể mắc các bệnh, các khuyết tật di truyền
➢ Tế bào ung thư được coi là tế bào bị đột biến khiến bộ máy di truyền bị rối loạn
Di truyền học công nghệ:
• Ứng dụng các hiểu biết về di truyền và ứng dụng các thành tựu của kỹ thuật để sản xuất ra các
chế phẩm sinh học: vacxin thế hệ mới, các hormon, chất kích thích sinh trưởng với quy mô lớn và tốc độ nhanh hơn.
• Bằng phương pháp chiết tách và ghép gen đã tạo ra các vi khuẩn sản xuất insulin, ovalbumin,
vacxin. . với quy mô công nghiệp.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA DI TRUYỀN HỌC
Phương pháp tạp giao thực nghiệm:
• Là phương pháp kinh điển và hiện nay vẫn là phương pháp chủ yếu áp dụng cho động vật và thực vật.
• Cho hai loài hoặc hai chủng giao phối với nhau rồi theo dõi các tính trạng ở các thế hệ con:
➢ phải chọn hai mẫu sinh vật có một hoặc vài tính trạng đối lập nhau
➢ theo dõi các tính trạng qua các thế hệ
• Sinh vật mẫu cần có các điều kiện:
- Có chu kỳ đời sống ngắn.
- Sinh được nhiều thế hệ con. - Cho nhiều biến dị. - Dễ nuôi dưỡng.
➢ ruồi giấm, chuột nhắt trắng (Mus musculus), nấm Neurospora crassa, lúa mạch, ngô, virus, vi khuẩn…
Phương pháp di truyền học tế bào:
• Kỹ thuật được dùng phổ biến hiện nay là phát hiện và quan sát nhiễm sắc thể
➢ Bộ nhiễm sắc thể của tế bào sinh dưỡng: thường dùng các mô gồm nhiều tế bào đang
phân chia mạnh như tủy xương, mô bào thai, chóp rễ, đỉnh sinh trưởng của cây. .
➢ Đối với những mô hoặc những tế bào ít hoặc không phân chia thì phải kích thích để cho tế bào phân chia
➢ Bộ nhiễm sắc thể trong quá trình tạo giao tử: thường dùng các tế bào trong tuyến sinh dục đực hoặc cái
• Phương pháp lai tế bào soma:
- Bằng kỹ thuật nuôi cấy tế bào và nhờ một số tác nhân làm cho hai tế bào của cùng một
loài hoặc của hai loài khác nhau hòa nhập vào nhau thành một tế bào lai mang cả hai bộ
gen của hai tế bào bố mẹ.
- Với các tế bào lai: khảo sát nhiều tính chất sinh học của tế bào, sử dụng hoạt động của
các gen, các tính chất di truyền của tế bào soma và góp phần tích cực xác lập bản đồ gen
• Kỹ thuật nhuộm băng NST đã góp phần quan trọng trong việc nghiên cứu nhiễm sắc thể
trong trạng thái bình thường và đột biến.
➢ tạo ra một kiểu nhân có thể quan sát được NST bằng kính hiển vi sau khi đã nhuộm ở
trạng thái xoắn tối đa (thường là ở kỳ giữa)
- Thuốc nhuộm Giemsa (Băng G) - Băng R (trái ngược G)
Phương pháp dùng trong di truyền y học:
• Phương pháp tạp giao thực nghiệm không được áp dụng.
• Ngoài các phương pháp di truyền tế bào và phân tử, còn dùng các phương pháp xây dựng và phân
tích gia hệ, phương pháp khảo sát con sinh đôi, phương pháp in và phân tích nếp vân da, phương
pháp điều tra di truyền dịch tễ học và phương pháp di truyền lâm sàng.
Kĩ thuật di truyền phân tử: Phương pháp PCR
• PCR (polymerase chain reaction-phản ứng tổng hợp dây chuyền nhờ polymease) là một
trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực Sinh học phân tử. Phương
pháp này do Kary Mullis phát minh vào năm 1985; được giới thiệu lần đầu tiên tại Hội thảo lần
thứ 51 ở Cold Spring Harbor vào năm 1986 và ông đã nhận được giải thưởng Nobel Hoá sinh học vào năm 1993.
• Phương pháp PCR cho phép tổng hợp rất nhanh và chính xác từng đoạn ADN riêng biệt.
• Là phương pháp hiện đại và thuận tiện cho việc xác định sự có mặt của một trình tự ADN nào đó
trong tế bào với độ chính xác cao.
Các thành phần của phản ứng PCR 1. Primer (mồi):
➢ Mồi là những đoạn ADN sợi đơn ngắn và cần thiết cho việc xúc tiến phản ứng dây chuyền tổng hợp ADN.
➢ Chúng bắt cặp bổ sung với một đầu của ADN mẫu và tạo ra vị trí bắt đầu tái bản. Các mồi này có
chiều ngược nhau, bao gồm một mồi xuôi (forward primer) và một mồi ngược (reverse primer).
➢ Mồi là một chỉ tiêu quan trọng của phản ứng PCR để quyết định tính đặc trưng và hiệu quả của
phản ứng. Do đó việc thiết kế mồi cần được tuân thủ một số nguyên tắc nhất định: - dài khoảng 18-24 base; - Tm của 2 mồi gần nhau;
- thành phần nucleotide của các mồi cânn bằng, tránh các cặp GC lặp đi lặp lại nhiều lần;
- mồi phải đặc trưng cho trình tự ADN cần khuyếch đại;
- không hình thành primer dimer, không phải là trình tự lặp lại.
2. ADN bản mẫu (ADN template):
• hàm lượng đủ nhưng không quá cao, tinh sạch – không chứa các chất ức chế phản ứng như SDS,
chất ức chế từ mẫu (hemoglobin, sắc tố, heparin, …). 3. Nồng độ MgCl2:
• cần cho hoạt động của Taq polymerase, hàm lượng quá cao sẽ tạo nhiều sản phẩm ký sinh, quá
thấp thì làm giảm hiệu quả nhân bản của enzyme. Nồng độ tối ưu phải được xác định cho từng
phản ứng qua nhiều thử nghiệm. 4. dNTP:
• thành phần 4 loại dNTP phải cân bằng, sự mất cần bằng làm tăng các lỗi sao chép của polymerase;
hàm lượng thường không đổi nhưng có thể thay đổi tùy điều kiện thực tế
5. Enzyme polymerase chịu nhiệt
• Taq-polymerase là ADN polymerase chịu nhiệt sử dụng cho phản ứng PCR lần đầu tiên được bán
trên thị trường. Tag-polymerase được nhà Vi sinh vật học Thomas Brock phát hiện ở Thermus
aquaticus, một loài vi khuẩn phát triển mạnh ở nhiệt độ cao. Enzyme chịu nhiệt này giúp giải
quyết vấn đề của enzyme biến tính sau mỗi chu kỳ.
6. Số lượng chu kỳ phản ứng:
• tùy thuộc vào số lượng bản mẫu ban đầu, thông thường số lượng chu kỳ nhỏ hơn 40 cho một
phản ứng PCR. Thời gian của từng chu kỳ phụ thuộc thiết bị và kích thước sản phẩm.
7. Thiết bị và dụng cụ cho phản ứng PCR: cần đáp ứng được nhu cầu thay đổi nhiệt độ thật nhanh và chính xác.
Nguyên tắc của phương pháp PCR: dựa vào đặc tính hoạt động của ADN polymerase: cần sự hiện diện
của những mồi chuyên biệt để hoạt động tổng hợp một mạch ADN mới từ mạch khuôn → nếu ta cung
cấp hai mồi chuyên biệt bắt cặp bổ sung với hai đầu của một trình tự ADN, ta sẽ chỉ tổng hợp đoạn ADN nằm giữa hai mồi.
Ba giai đoạn trong một chu kỳ của phản ứng PCR
• Giai đoạn biến tính (denaturation)
Trong giai đoạn này phân tử ADN mẫu bị biến tính ở nhiệt độ cao (thường là từ 94-95˚C, lớn hơn nhiệt
độ nóng chảy của phân tử) trong vòng 30 giây đến 1 phút, tất cả các liên kết hydro giữa hai mạch của
phân tử bị bẻ gãy và tạo thành các ADN sợi đơn.
• Giai đoạn lai (annealing)
Nhiệt độ được hạ thấp (thường từ 40-70⁰C, thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của mồi được sử dụng khoảng từ
3-5⁰C) cho phép các mồi bám vào các phân tử ADN sợi đơn, đánh dấu phần ADN cần được khuyếch đại.
Giai đoạn này kéo dài từ 30 giây đến một phút.
• Giai đoạn kéo dài (elongation)
Nhiệt độ được tăng lên đến 720C giúp cho ADN polymerase xúc tác tổng hợp ADN tốt nhất.
Công việc của ADN polymerase là di chuyển dọc theo ADN sợi đơn và sử dụng nó làm khuôn để tổng
hợp sợi polynucleotide mới bổ sung với AND mẫu bằng cách kéo dài các phần đã được đánh dấu bởi các
mồi. Thời gian của giai đoạn này phụ thuộc vào kích thước của ADN mẫu, thường kéo dài từ 30 giây đến nhiều phút
Kỹ thuật điện di DNA/RNA (DNA/RNA gel electrophoresis)
➢ Cho phép phân tách các phân tử DNA/RNA theo kích thước và tính chất vật lý trong điện trường.
DNA/RNA tích điện âmsẽ di chuyển về cực dương
➢ Gel chạy điện di DNA/RNA thường được sử dụng là agarose tinh sạch từ agar ở tảo đỏ.
Phương pháp nhuộm DNA/RNA
➢ Ethidium bromide (EtBr hoặc EthBr): xen vào giữa các cặp base trên DNA mạch kép, hấp thụ
bước sóng UV 210-285 nm và phát ra bước sóng 605 nm
➢ Có độ nhạy cao, tín hiệu nền thấp, giá thành rẻ nhưng là chất có khả năng gây đột biến cao
Kỹ thuật real-time PCR Nguyên lý
• Sự nhân lên của DNA tại mỗi chu kỳ PCR sẽ được ghi lại trong máy luân nhiệt
• Máy luân nhiệt real-time PCR có khả năng chiếu sáng mỗi mẫu với một bước sóng có chiều dài
nhất định, đồng thời có thể xác định được tín hiệu huỳnh quang thay đổi sau mỗi chu kỳ PCR
Initiation phase (giai đoạn khởi đầu): khoảng 3-15 chu kỳ ban đầu, phản ứng PCR mới bắt đầu, tín hiệu
huỳnh quang phát ra sau mỗi chu kỳ nhân lên vẫn chưa tăng lên trên mức nền (baseline)
Exponential phase (giai đoạn lũy thừa): ở khoảng chu kỳ 15-25, tín hiệu huỳnh quang vượt quá ngưỡng
(threshold, cao hơn tín hiệu nền khoảng 10 lần). Trong giai đoạn này, PCR ở trạng thái tối ưu, sản phẩm
PCR tăng lên gấp đôi sau mỗi chu kỳ trong điều kiện lý tưởng
Ct (Cycle threshold), Cp (Crossing-point): số chu kỳ tại đó tín hiệuhuỳnh quang vượt qua ngưỡng, giá
trị của Ct hoặc Cp tỉ lệ nghịch vớilượng DNA ban đầu
Plateau phase (giai đoạn ổn định): ở khoảng chu kỳ 30-40, PCR bị hạn chế do các thành phần cho PCR
đã bị sử dụng hết, tín hiệu huỳnh quang thu được không còn ý nghĩa cho việc phân tích kết quả
Ứng dụng của real-time PCR
➢ Trong phân tích biểu hiện của gene, chẩn đoán bệnh di truyền, xét nghiệm sự có mặt của tác nhân
gây bệnh, sinh vật chuyển gene…
➢ Reverse trancriptase-PCR (RT-PCR): để chuyển RNA thành cDNA (complementary DNA) sử dụng cho real-time PCR.
BÀI 3: SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO & SỰ PHÁT TRIỂN GIAO TỬ Ở NGƯỜI.
SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC TẾ BÀO
Thành phần tế bào: Thành phần chung
▪ Vật chất di truyền (nhân hay thể nhân)
▪ Tế bào chất – bán lỏng (bào quan và bào tương)
▪ Màng sinh chất – màng phospholipid kép
Tế bào nhân sơ (prokaryote - đại diện vi khuẩn) • Màng sinh chất • Tế bào chất • Ribosome • Nhiễm sắc thể
• Không có bào quan và không có màng nhân • Thành tế bào
• Lông và roi: vận động
Tế bào nhân thật (eukaryote)
• phức tạp hơn tế bào nhân sơ
• nhân được bao bọc màng
• phân vùng các chức năng của tế bào ở các bào quan và hệ thống nội màng
• khung xương tế bào hỗ trợ và duy trì cấu trúc tế bào Màng tế bào • Màng kép phospholipid • Thấm chọn loc • Tỉnh khảm lỏng
Chức năng: ✓ Bảovệtếbào ✓ Vận chuyển ✓ Tương tác ✓ Truyền tín hiệu Lipid raft (bè lipid)
• Phospholipid với mạch axit béo dài hơn • Cholesterol • Sphingolipid
• Định vị các protein xuyên màng và protein viền Nhân tế bào
• Màng nhân: 2 màng kép phospholipid • Lỗ nhân:
• Nhân con: tổng hợp ribosome RNA • Nhiễm sắc thể - DNA - Protein histone
Cấu trúc tế bào: Hệ thống nội màng Hệ thống nội màng
• chuỗi các màng kết nối nhau
• phân chia tế bào thành nhiều khu vực để thực hiện các hoạt động khác nhau:
1. Mạng lưới nội chất - Endoplasmic reticulum
2. Thể Golgi - Golgi apparatus 3. Lysosomes
Mạng lưới nội chất hạt - nhám (RER)
• Các màng hình thành hệ thống kênh xuyên suốt xuất phát từ màng nhân • Chứa ribosome
Chức năng: tổng hợp protein được tiết ra khỏi tế bào, hoặc được đưa đến lysosome, và màng sinh chất.
Mạng lưới nội chất trơn (Smooth ER)
• Hệ thống màng tiếp nối từ màng nhân hoặc RER • rất ít ribosomes Chức năng ➢ tổng hợp lipid màng ➢ dự trữ lipid ➢ giải độc
• có mặt ở nhiều tế bào sinh hormone sinh dục, tế bào gan
• Một số thuốc (an thần), chất cồn kích thích tạo SER
Thể Golgi - Golgi apparatus • Túi dẹt
• Đóng gói và phân phối các chất (protein) đến các vùng khác nhau của tế bào
• Tổng hợp các thành phần của màng tế bào • Sửa chữa màng Lysosome
• “Cơ quan tiêu hóa của tế bào” - túi màng chứa enzyme phân cắt các đại phân tử (ví dụ glycogen thành glucose)
• Phá hủy tế bào và các bào quan thông qua quá trình tự thực (autophagy) hoặc các chất ngoại
lai/mầm bệnh tế bào thu nhận thông qua thực bào (phagocytosis) • pH thấp: 4.5 – 5
Hệ thống màng và sinh tổng hợp protein
- mRNA được tổng hợp trong nhân
- Di chuyển tới ribosome trên RER
- Tổng hợp protein (gắn trên màng)
- Protein được vận chuyển đến Golgi - Hoàn thiện1 đóng gói
- Đưa đến các bào quan (RER, SER, lysosome)
- Hoặc đưa đến màng tế bào (được tiết ra ngoài)
Tổng hợp protein và vận chuyển qua hệ thống màng Ty thể- Mitochondria
• Có ở mọi tế bào nhân thật • Có 2 màng lipid kép
- Màng ngoại: phẳng
- Màng trong cuộn tạo nếp gấp (cristae)
- Chất nền (matrix) nằm sau màng trong
• Chứa các enzyme oxi hóa khử để chuyển năng lượng từ đại phân tử sang ATP
• Chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển electron
Bộ khung xương tế bào
• Vi sợi actin – hoạt động co thắt
• Vi ống – tổ chức năng đỡ và hình thành cấu trúc nội bào và di chuyển vật chất bên trong tế bào
• Sợi trung gian – ổn định cấu trúc Trung tử
• Có mặt ở tế bào động vật.
• Không có ở thực vật
• Cấu trúc hình ống dài 0.5 μm và đường kính 0.2 μm.
• Cấu trúc bên trong = 9 bộ 3 vi ống
• Một cặp. Nằm gần nhân Lục lạp
• có mặt ở tế bào thực vật và một số tb nhân thật
• chứa diệp lục thực hiện quang hợp • 2 màng lipid kép
• DNA (vòng) và có khả năng phân chia độc lập với tế bào
• thylakoids là các túi nằm phía trong màng trong
• grana là những chồng thylakoid
SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO
Chu kỳ tế bào (the cel cycle):
• Toàn bộ quá trình từ tế bào đến tế bào thế hệ kế tiếp được gọi là chu kỳ tế bào, gồm 2 giai đoạn
là kì trung gian (Interphase) và kì phân bào (Mitosis).
• Sự phân chia tế bào Mitosis chỉ chiếm một phần nhỏ của chu kỳ tế bào
• Một chu kỳ tế bào bình thường diễn ra theo một chiều.
Kỳ trung gian (Interphase)
• Chiếm 90% thời gian của chu trình tế bào – G1 (gap 1), S (tổng hợp), G2 (gap 2)
- G1 kéo dài từ sau khi tế bào phân chia đến bắt đầu sao chép vật chất di truyền. Sự tích luỹ
vật chất nội bào đến một lúc nào đó thì tế bào bắt đầu tổng hợp ADN.
- S (synthesis) là giai đoạn tổng hợp ADN. Cuối giai đoạn này, số luợng ADN tăng gấp đôi
- G2 là giai đoạn được nối tiếp sau S đến bắt đầu phân chia tế bào.
• Trung thể (centrosome) nhân đôi. Mỗi trung thể mang hai trung tử (centriols).
• Tế bào thực hiện các hoạt động sống chủ yếu khác
• Tế bào tổng hợp mạnh protein
Kỳ phân bào (Mitosis)
• Mitosis (M, kỳ phân chia) phân chia tế bào, gồm: phân chia nhân (NST) + phân chia tế bào chất (cytokinesis)
➢ Kì đầu (prophase), giữa (metaphase), sau (anaphase), cuối (telophase) -> 2 tế bào con
• Sau M, tế bào con bước vào giai đoạn G1 của chu trình kế tiếp. Các tế bào cũng có thể thoát khỏi
chu trình kế tiếp và rơi vào tình trạng không sinh sản gọi là G0 (G0 phase) Chu kỳ tế bào
Nguồn vật chất di truyền mỗi tế bào con được thừa hưởng phụ thuộc:
✓ Sự sao chép chính xác trong giai đoạn S.
✓ Sự phân chia chính xác bản sao DNA cho các tế bào con trong giai đoạn M. Khiếm khuyết một
trong hai pha này → Ung thư
Điểm kiểm soát chu kỳ tế bào (Cell Cycle Checkpoints)
• Checkpoints để đảm bảo một tế bào đã hoàn thành đúng tất cả các bước cần thiết trong suốt chu
kỳ tế bào trước khi được phép chuyển sang giai đoạn tiếp theo
• Một chu kỳ tế bào bình thường theo một chiều.
• Bốn điểm kiểm soát :
❖ "điểm hạn định“ R ở G1: Sự tích luỹ vật chất nội bào đến một lúc nào đó thì tế bào bắt
đầu tổng hợp ADN và ADN không bị sai hỏng, tổn thương
❖ "điểm kiểm tra ADN không sao chép” ở G2
❖ "điểm kiểm tra lắp ráp trên thoi vô sắc” và “điểm kiểm tra phân ly nhiễm sắc thể” ở M
• Nhiều loại tế bào ung thư đã vô hiệu hóa các điểm kiểm soát chu kỳ tế bào.
Growth factor signals – Yếu tố tăng trưởng
Trực phân & Gián phân:
• “Mọi tế bào đều từ tế bào có trước” (Virchow, 1858)
• Sự phân chia tế bào là hiện tượng căn bản của sự sống
• Hai hình thức phân chia tế bào:
❖ Trực phân (phân bào vô tơ): phổ biến sv bậc thấp (vi khuẩn, nguyên sinh động vật…).
Hình thức: tế bào chất và nhân kéo dài ra → nhân thắt lại → hai phần tế bào đều nhau từ tế bào mẹ
❖ Gián phân (phân bào có tơ): phổ biến ở sv có nhiều biến đổi phức tạp trong tế bào - Nguyên phân (mitosis) - Giảm phân (meiosis)
Trực phân (ở Prokaryote)
• Trực phân (binary fission): một tế bào prokaryote sau một lần phân bào trực phân tạo hai tế bào con giống nhau
➢ NST nhân đôi và đính tren màng tế bào tại một cấu trúc gọi là mesosome (các nếp gấp của màng tế bào)
➢ 2 NST con tách đôi khi tế bào phát triển
➢ Màng và vách tế bào lõm vào để chia thành 2 tế bào con
➢ Mỗi tế bào con mang một bộ gene hoàn chỉnh
Gián phân: Nguyên phân & Giảm phân
• Cơ sở của sự sinh sản vô tính (nguyên phân) + hữu tính (giảm phân) Nguyên phân (mitosis)
• Gồm phân chia NST (phân chia nhân) và phân chia tế bào chất (cytokinesis).
• Gồm nhiều kỳ nối tiếp nhau: kỳ đầu (prophase), kỳ giữa (metaphase), kỳ sau (anaphase), kỳ cuối
(telophase). Mỗi kỳ có đặc trưng về cấu trúc, số lượng và đặc tính NST, bộ máy phân bào
• Tạo 2 tế bào con có cùng số NST như tế bào mẹ • Ý nghĩa:
✓ Cơ sở của sự tăng trưởng ở sinh vật đa bào và sự sinh sản vô tính.
✓ Các thế hệ cá thể duy trì một bộ NST (2n) đặc trưng của loài
Các kỳ của Nguyên phân: Kỳ đầu (Prophase)
• Đầu kì: NST ở dạng các sợi xoắn, mảnh, sắp xếp trong nhân, gồm 2 sợi xoắn kép gọi là nhiễm
sắc tử (chromatide). Hai nhiễm sắc tử đính với nhau bởi tâm động chung. Số nhiễm sắc tử trong
một nhân là (2n x 2) <- kết quả của sự nhân đôi NST qua giai đoạn S
• Ở tb động vật, khi các trung tử nhân đôi và phân ly về hai cực, NST bắt đầu xoắn lại, trở nên ngắn và dầy hơn
• Một hệ thống vi ống xuất hiện ở gần mỗi cặp trung tử và tỏa ra theo tất cả các hướng → 2 thể sao
(asters). Khi mỗi cặp trung tử về đến cực tế bào, một số vi ống nối với các vi ống ở cực đối diện.
Các vi ống này cùng với các thể sao tạo thành thoi phân bào
• Ở cuối kì, NST chuyển ra phía ngoài màng nhân và màng nhân dần bị biến mất
Bộ máy phân bào trong Nguyên phân
• 2 thể sao tạo nên 2 cực của tế bào. Sao được tạo thành do trung tử và các vi ống. Sao có nhiệm vụ
định hướng cho sự phân ly của NST
• Thoi phân bào: Thoi được tạo thành bởi các sợi nối 2 cực. Số lượng các sợi thay đổi từ hàng chục
đến hàng ngàn. Sợi thường được cấu tạo từ các vi ống có kích thước từ 140 - 230 A0 • Có hai loại sợi:
- Loại sợi nối 2 sao lại với nhau
- Loại thứ 2 xuất phát từ tâm động NST và nối với thể sao. Loại sợi này lôi kéo nhiễm sắc tử về 2 cực
❖ Nhiễm thể dày dần lên
❖ Hai NST con dính nhau ở tâm động
❖ Hạch nhân tan Màng nhân mờ dần rồi biến mất Kỳ giữa (Metaphase)
• Các NST tập trung vào giữa tế bào, các tâm động cùng nằm trên một mặt phẳng xích đạo.
• Thoi vô sắc được hình thành đầy đủ và có thể thấy 2 dạng sợi:
- Một dạng sợi kéo dài qua suốt tế bào, nối với 2 cực của tế bào.
- Dạng sợi thứ 2 dính một đầu mút vào cực của tế bào và đầu mút kia vào tâm động của thể nhiễm sắc
• Ở cuối kỳ giữa, các thể nhiễm sắc bắt đầu tách nhau ở ra phần tâm
❖ Màng nhân biến mất hoàn toàn
❖ Sợi vô sắc dài ra, một vài sợi vô sắc gắn với tâm động của nhiễm sắc thể tại kinetochore (vi ống
NST). Hai kinetochore của cặp chromatid chị em gắn với hai sợi vô sắc đến từ hai cực đối diện
❖ NST kép đóng xoắn cực đại tập trung ở mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc
❖ Ở cuối kỳ giữa, các thể nhiễm sắc bắt đầu tách nhau ở tâm động Kỳ sau (Anaphase)
• Các NST phân tách nhau ra và di chuyển về các cực khác nhau.
- Tâm động phân đôi, các tâm động con tách nhau ra mang theo các nhiễm sắc tử.
- 2 nhiễm sắc tử trong 1 NST tách nhau ra và nhờ tâm động sẽ di chuyển về hai cực của tế
bào theo sợi của thoi phân bào.
- Các nhiễm sắc tử đã trở thành NST con.
• Bắt đầu hình thành nhân nhỏ, các màng nhân xuất hiện màng ngăn cách các tế bào chị em, các cơ
quan tử phân phối đều giữa các tế bào mới
❖ Hai chromatid chị em tách nhau ra ở tâm động và mỗi sợi chromatid bây giờ gọi là NST đơn di
chuyển về hai cực của tế bào → tạo 2 tổ nhiễm thể giống nhau về lượng và phẩm
❖ Sợi vô sắc thu ngắn lại.
❖ Sự phân chia tế bào chất (cytokinesis) cũng thường được bắt đầu vào cuối kỳ này Kỳ cuối (Telophase)
• Các NST con đã về đến 2 cực, dần mở xoắn và ẩn vào dịch tế bào giống như lúc bắt đầu kỳ đầu.
• Màng nhân được tái tạo hoàn toàn. Hạch nhân xuất hiện.
• Thoi phân bào biến mất.
• Đồng thời xảy ra quá trình phân chia tế bào chất (Cytokinesis)
• Kỳ cuối kết thúc khi hai nhân mới có đầy đủ các đặc điểm như ở kỳ trung gian
❖ Nhân và màng nhân hình thành
❖ Hạch nhân cũng được thành lập
❖ Hoàn thành sự phân chia các nội bào quan
❖ Hoàn thành sự phân chia tế bào chất
❖ Vách ngăn ở giữa hình thành
Sự phân chia tế bào chất (cytokinesis)
• Ở tế bào động vật: một rãnh phân chia xuất hiện trên bề mặt tế bào gần mặt phẳng xích đạo, sau
đó ăn sâu vào trong cho đến khi nó cắt ngang qua tế bào do tác động co rút của vòng vi sợi actin
bên trong tế bào chất → cắt tế bào mẹ thành 2 tế bào con giống nhau.
• Ở tế bào thực vật: có vách celluloze tương đối cứng → đĩa tế bào (cell plate-một cấu trúc hình
đĩa có màng bao) được thành lập ở mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào và từ từ lan ra cho đến
khi chạm vào mặt ngoài của tế bào và cắt tế bào làm hai phần.
Sự thành lập phiến tb thực vật bậc cao gồm 2 bước chính:
➢ Sự thành lập phramoplast (phức hợp vi ống và mạng lưới nội chất)
➢ Sự dung hợp các bóng Golgi
Cytokinesis – Giai đoạn cuối của Mitosis
• Sự phân chia tế bào chất (Cytokinesis) – Giai đoạn cuối cùng của Nguyên phân (Mitosis)
• Thời kỳ này hoàn thành sự phân chia các nội bào quan, kế đó là phân chia tế bào chất. Cuối cùng,
tế bào mẹ dài ra hình thành vách ngăn ở giữa, phân chia tế bào mẹ thành 2 tế bào con hoàn toàn giống nhau về di truyền
Từ một tế bào mẹ thành hai tế bào con có số lượng NST 2n bằng số NST 2n của mẹ.
Các tế bào được sinh ra từ tế bào có trước.
Sự biến đổi hình thái NST trong chu kỳ tế bào CÁC KỲ
NHỮNG DIỄN BIẾN CƠ BẢN CỦA NST QUA CÁC KỲ Kỳ đầu
- NST kép bắt đầu đóng xoắn và co ngắn có hình thái rõ rệt. (Prophase)
- Hai trung thể (ở tế bào động vật) di chuyển về hai cực tế bào. Thoi vô sắc (mitotic
spindle) hình thành. Hạch nhân biến mất
- Đầu kỳ giữa màng nhân tan biến. Sợi vô sắc dài ra, xuyên qua nhân tương tác với
NST. Một vài sợi vô sắc gắn với tâm động của nhiễm sắc thể tại kinetochore (vi Kỳ giữa
ống NST). Hai kinetochore của cặp chromatid chị em gắn với hai sợi vô sắc đến (Metaphase) từ hai cực đối diện.
- Các sợi vô sắc không gắn với kinetochore tương tác với nhau.
- Cuối kỳ giữa, NST kép đóng xoắn cực đại tập trung ở mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc Kỳ sau
- Hai chromatid chị em tách nhau ra ở tâm động và mỗi sợi chromatid bây giờ gọi (Anaphase)
là NST đơn di chuyển về hai cực của tế bào. Sợi vô sắc thu ngắn lại.
- Sự phân chia tế bào chất (cytokinesis) cũng thường được bắt đầu vào cuối kỳ này
- Ở hai cực tế bào, màng nhân xuất hiện và hình thành hai nhân giống nhau. Cuối
kỳ nhiễm sắc thể duỗi xoắn. Kỳ cuối
- Hạch nhân cũng từ từ xuất hiện trở lại. Thoi phân bào biến mất. Sự phân chia tế (Telophase)
bào chất thường cũng được hoàn tất trong suốt kỳ này. Kỳ cuối kết thúc khi hai
nhân mới có đầy đủ các đặc điểm như ở kỳ trung gian.
- Kết thúc sự phân chia nhân: từ một nhân (2n) → hai nhân, mỗi nhân cũng có bộ NST(2n)
Hình Thái NST trong chu kỳ tế bào
Pha G của kỳ trung gian (trung thể, chất nhiễm sắc, nhân, màng nhân, màng sinh chất)
Kỳ đầu (thoi vô sắc, trung thể, tâm động, nhiễm sắc thể kép) -> (các mảnh màng nhân, tâm động, các sợi tơ vô sắc)
Kỳ giữa (thoi vô sắc, trung thể, mặt phẳng xích đạo)
Kỳ sau (nhiễm sắc thể đơn)
Kỳ cuối (nhân con hình thành, eo thắt, màng nhân hình thành)
Số NST trong chu kỳ tế bào Kì Trung gian Kì đầu Kỳ giữa Kỳ sau Kỳ cuối Số NST đơn 0 0 0 4n 2n Số NST kép 2n 2n 2n 0 0 Số cromatit 4n 4n 4n 0 0 Số tâm động 2n 2n 2n 4n 2n
Điều kiện cần thiết cho quá trình phân bào
• Tế bào phải trải qua giai đoạn S, có sự tái bản DNA và nhân đôi NST.
• Yếu tố nội bào và ngoại bào có ảnh hưởng: ức chế, kích thích sự phân bào.
• Trong cơ thể đa bào: có 1 số tế bào có hoạt động phân chia cao như tế bào tuỷ xương tế bào thấp
như tế bào gan. và cũng có những tế bào hoàn toàn không phân chia như các nơron thần kinh.
Các mô ung thư có hoạt tính phân bào cao. Ý nghĩa Nguyên phân
• Nguyên phân thúc đẩy quá trình sinh trưởng sinh vật.
• Trong quá trình nguyên phân, NST trong nhân nhân đôi, phân bố đều trên tế bào con, để tế bào
con cũng có được số lượng và chất lượng NST giống như tế bào mẹ → mỗi tế bào đều có thể có
được bộ thông tin di truyền hoàn chỉnh như tế bào mẹ. Điều này có ý nghĩa hết sức quan trọng,
vừa có thể duy trì sinh trưởng phát dục bình thường của cá thể, vừa bảo đảm tính liên tục và tính
ổn định của vật chủng Giảm phân (meiosis)
• Phân bào giảm nhiễm-đặc trưng cho sự phân chia của các tế bào sinh dục
• Số lượng NST giảm đi một nửa
• Gồm hai lần phân chia:
✓ là phân chia giảm nhiễm,
✓ là phân chia nguyên nhiễm
❖ Một tế bào lưỡng bội (2n) qua giảm phân tạo ra 4 tế bào con với bộ NST giảm đi một nửa (n). Giảm phân I
• Giảm phân I: qua 4 giai đoạn:
✓ Kỳ đầu I (Prophase I): các cặp NST tương đồng tiếp hợp
✓ Kỳ giữa I (Metaphase I): các cặp NST tương đồng sắp hàng trên mặt phẳng xích đạo (2 hàng)
✓ Kỳ sau I (Anaphase I): các cặp NST tương đồng phân ly, di chuyển theo dây tơ vô sắc
✓ Kỳ cuối I (Telophase I): hai tế bào con hình thành. Mỗi tế bào con chứa một bộ NST đơn bội (kép)
✓ Kì nghỉ, chuyển tiếp (interkinese): NST vẫn ở trạng thái kép
-Kỳ trung gian AND nhân đôi, mỗI cặp NST tương đồng nhân đôi thành cặp NST kép.
-Kỳ đầu I: NST tiếp tục xoắn lại, kì này tại một số cặp NST có xảy ra trao đổi đoạn giữa 2
chromatide khác nguồn ngốc trong cặp tương đồng. Cuối kì trước I, màng nhân mất, bắt đầu hình thành dây tơ vô sắc.
- Kỳ giữa I: thoi vô sắc hình thành xong. Các NST tương đồng kép tập trung thành cặp trên mặt
phẳng xích đạo nối với dây tơ vô sắc tại tâm động.
- Kỳ sau I: mỗi NST ở dạng kép trong cặp tương đồng kép phân li về hai cực tế bào, hình thành
các tế bào có bộ NST đơn ở trạng thái kép.
- Kỳ cuối I: tạo 2 tế bào con chứa bộ NST đơn ở trạng thái kép, khác nhau về nguồn gốc, chất lượng NST.
- Kì nghỉ, chuyển tiếp (interkinez): Kì xen kẽ là kì nằm giữa lần phân chia I và II của giảm phân.
Không xảy ra hiện tượng nhân đôi NST.
Hiện tượng crossing-over
✓ Xảy ra ở Kỳ đầu I (Prophase I) của Giảm phân
✓ Đây là sự khác biệt quan trọng so với prophase của nguyên phân
✓ Là sự trao đôỉ các đoạn tương ứng giữa hai NST tương đông, nói cách khác là cơ chế xáo trộn các
allele giữa các NST của cha và mẹ.
✓ Xảy ra ở những vùng có dạng chữ X, mỗi vùng đc gọi là tức là nơi hai chromatid không chị em, dính vào nhau.
✓ Trong prophase I của sự giảm phân xảy ra Synapsis là sự bắt cặp các NST tương đồng đã nhân
đôi, tạo nên một tetrad (hay bivalent).
✓ Trong synapsis, các NST tương đồng kết thành cặp rất gần nhau, với sự sắp hàng chính xác gene
theo gene (gene-by-gene alignment), và các chromatid của các NST tương đồng có thể trao đổi
các đoạn → hoán vị gen
Tuy nhiên trong quá trình giảm phân hình thành giao tử cái, ở một số tế bào. Khi các NST tương đồng
tiếp hợp với nhau, giữa chúng xảy ra hiện tượng trao đổi chéo -> các gen đổi vị trí cho nhau và làm xuất
hiện các tổ hợp gen mới. Người ta gọi đó là hiện tượng hoán vị gen. Giảm phân II
• Giảm phân II: tiếp theo kỳ cuối của giảm phân I là giai đoạn chuyển tiếp, tương tự như kỳ trung
gian nhưng không có sự nhân đôi NST
✓ Kỳ trước II (Prophase II): mỗi tế bào con chứa một bộ NST đơn bội (kép)
✓ Kỳ giữa II (Metaphase II): các NST sắp hàng trên mặt phẳng xích đạo (1 hàng)
✓ Kỳ sau II (Anaphase II): hai chromatid chị em trong mỗi NST kép phân ly
✓ Kỳ cuối II (Telophase II): thoi vô sắc biến mất, nhân hình thành. Phân chia tế bào chất
-> Các tế bào con: giảm phân tạo ra 4 tế bào đơn bội.
→ Kết thúc giảm phân: Một tế bào sinh dục (2n) hình thành 4 tế bào con (n).
- Kỳ đầu II: Kỳ này nói chung rất ngắn, có khi không có. Bộ nhiễm sắc thể kép (đơn bội) tiến tới
mặt phẳng xích đạo của tế bào.
- Kỳ giữa II: Các NST kép xếp hàng 1 ở mặt phẳng xích đạo. NST kép đóng xoắn cực đại tập
trung ở mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc. Hai kinetochore của cặp chromatid chị em gắn với
hai sợi vô sắc đến từ hai cực đối diện.
- Kỳ sau II: Tâm động của mỗi NST kép tách ra, các NST con trượt trên thoi, phân ly về hai cực
và mỗi nhiễm sắc tử lúc này được gọi là 1 NST đơn. Vì ở lần phân chia hai, yếu tố phân chia về
hai cực là các NST con nên được gọi là phân chia cân bằng.
- Kỳ cuối II: Mỗi nhiễm sắc thể về đến cực tế bào, màng nhân hình thành. Phân chia tế bào chất xảy ra.
Trong quá trình Giảm phân (Meiosis), các giao tử trải qua quá trình “phân bào kép”, duy trì ADN, nhưng
giảm số lượng NST xuống còn 23
Tinh trùng (23) + Trứng (23) = Hợp tử (46) Ý nghĩa Giảm phân
• Đóng vai trò quan trọng bảo đảm cho cơ thể sinh sản hữu tính
• Do sự tiếp hợp và trao đổi gen của các cặp NST tương đồng nên các giao tử được hình thành
không chỉ chứa các gen gốc nghĩa là chỉ có bố hoặc chỉ có mẹ, mà chứa cả gen bố lẫn gen mẹ →
sự trao đổi chéo tái tạo lại thành phần gen của NST và đó là cơ chế quan trọng bảo đảm cho sự tổ
hợp đa dạng của vật chất di truyền.
• Giảm phân bảo đảm sự phân bố lại các NST ở các tế bào con. Sự phân ly của các NST kép xảy ra
một cách ngẫu nhiên và phân bố về các cực với xác suất như nhau → tăng tần số tổ hợp đa dạng
của NST bố và mẹ của tế bào sinh dục.
❖ Số lượng các tổ hợp đối với bất kỳ bộ NST lưỡng bội (2n) là 2n (n là số NST đơn bội). Ví
dụ người 2n = 46 thì tổ hợp có thể có trong khi phân bố của các NST tương đồng là 223.
Như vậy qua giảm phân một cơ thể sẽ hình thành nên nhiều tế bào sinh dục khác nhau và
do đó sẽ xuất hiện các thế hệ con cái rất đa dạng
Nguyên phân vs. Giảm phân Nguyên Phân Giảm Phân
• Xảy ra ở tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh dục
• Xảy ra ở tế bào sinh dục khi chín sơ khai
• Một lần phân bào → 2 tế bào con
• Hai lần phân bào → 4 tế bào con
• Số NST giữa nguyên (2n)
• Số NST giảm đi một nửa: một tế bào (2n) → 4 tế bào (n)
• Một lần sao chép DNA, một lần chia
• Một lần sao chép DNA, hai lần chia
• Các NST tương đồng không bắt cặp
• Các NST tương đồng bắt cặp ở kỳ trước I • Không trao đổi chéo
• Ít nhất một trao đổi chéo cho 1 cặp tương đồng
• Tâm động chia ở kỳ giữa
• Tâm động không chia ở kỳ giữa I, nhưng chia ở kỳ giữa II
• Cơ sở của hình thức sinh sản vô tính ở sinh
• Cơ sở của hình thức sinh sản hữu tính ở sinh
vật → Duy trì sự giống nhau, ổn định kiểu gen
vật → Tạo sự đa dạng
• Phương thức truyền đạt ổn định bộ NST đặc
• Giảm phân cùng với thụ tinh là phương thức
trưng của loài qua các thế hệ tế bào của cơ thể
truyền đạt ổn định bộ NST đặc trưng của loài qua các thế hệ cá thể Nguyên Phân Giảm Phân
- Tiếp hợp và trao đổi chéo xảy ra
- Các NST sắp trên mặt phẳng xích đạo
- Các cặp tương đồng sắp xếp độc lập
- Mỗi NST kép phân ly thành hai NST đơn
- Các cặp tương đồng phân ly
- Nhân của tế bào con tương đồng di truyền
- Nhân của tế bào con không tương đồng di với tế bào mẹ truyền với tế bào mẹ
SỰ HÌNH THÀNH GIAO TỬ Ở NGƯỜI
Sự phát sinh tinh trùng
• Các tế bào sinh tinh phải trải qua nhiều lần phân bào nguyên nhiễm ở giai đoạn mà tế bào có tên
là tinh nguyên bào. Hai lần phân bào sau cùng của quá trình tạo giao tử là giảm phân.
• Sau nhiều lần phân bào, tinh nguyên bào ngừng phân chia, tăng kích thước và được gọi là tinh bào I.
• Bắt đầu từ khi nam giới tới tuổi dậy thì thì các tinh bào I bước vào giảm phân. Hiện tượng này
xảy ra liên tục ở cá thể từ tuổi dậy thì → lúc chết.
• Tinh bào I vào giảm phân I để tạo nên hai tinh bào II.
• Mỗi tinh bào II vào giảm nhiễm II để tạo ra 4 tinh tử đơn bội.
• Các tinh tử sẽ phát triển thành tinh trùng.
• Điều đáng chú ý là cả 4 tinh tử đều tồn tại và chuyển thành tinh trùng.
Quá trình phân bào tạo giao tử
Quá trình sản sinh tinh trùng
Quá trình phân bào tạo giao tử đực: Tinh nguyên bào:
• Trong ống sinh tinh của bào thai và trẻ em nam, tế bào dòng tinh chỉ có tinh nguyên bào và được
gọi là tinh nguyên bào chủng, là tế bào đầu dòng có bộ nhiềm sắc lưỡng bội 2n= 46= 44A +XY
được tạo thành do sự biệt hóa của tế bào sinh dục nguyên thủy.
Tinh nguyên bào chủng
• sinh sản theo kiểu nguyên phân để tăng nhanh số lượng.Chỉ từ tuổi dậy thì cho đến khi kết thúc
đời sinh dục, sự biệt hóa và tiến triển của các tinh nguyên bào chủng mới luôn luôn tiếp diễn để
tạo tinh trùng. Trong mỗi lần nguyên phân, một tinh nguyên bào chủng sinh ra hai tế bào con:
một vẫn giữ nguyên tính chất của tinh nguyên bào chủng, là nguồn dự trữ suốt đời cho việc tạo
tinh trùng. Một sẽ biệt hóa thành tinh nguyên bào bụi, rồi thành tinh nguyên bào vảy. Các tinh
nguyên bào đều có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n= 44A +XY Tinh bào 1:
• Tinh nguyên bào vảy biệt hóa thành tinh bào 1 có bộ NST lưỡng bội. Tinh bào 1 tiến hành giảm
phân I để tạo ra hai tinh bào 2 Tinh bào 2:
