Giáo trình sinh học đại cương

Biên tập bởi:Nguyễn Hải

Giáo trình sinh học đại cương

Biên tập bởi:Nguyễn Hải

Các tác giả:Nguyễn Hải

Phiên bản trực tuyến:http://voer.edu.vn/c/3207fce7

MỤC LỤC

1. Sự hình thành trái đất và khí quyển2. Nguồn gốc của sự sống3. Sự tiến hóa của tế bào4. Học thuyết tế bào và các phương pháp nghiên cứu tế bào học5. Thành phần hóa học của tế bào6. Tế bào Eukaryote7. Cấu tạo của tế bào Prokaryote8. Các quá trình sinh học trong tế bào9. Sự đa dạng của tế bào10. Khái niệm và cấu trúc Enzyme11. Cơ chế hoạt động,phân loại và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme12. Hô hấp tế bào13. Quang hợp14. Lịch sử phát triển của di truyền học15. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu di truyền học16. Quan hệ giữa di truyền học với các khoa học khác và với thực tiễn17. Acid Nucleic là vật chất di truyền ở cấp độ phân tử18. Tái bản DNA19. Nhiễm sắc thể20. Sự phân bào21. Gene và mã di truyềnTham gia đóng góp

1/132

Sự hình thành trái đất và khí quyểnThuyết vũ trụ hiện nay được nhiều người công nhận là thuyết đại bùng nổ (Big Bang) .Theo thuyết này một “khối nguyên tử sơ khai khổng lồ” đã nổ và vật chất phát tán thànhcác đám mây bụi và khí vũ trụ ở nhiệt độ rất cao cách nay 13 tỉ năm.

Hình 1.1: Thuyết “Big Bang”

Mặt trời và các hành tinh của nó được hình thành từ những đám mây bụi và khí vũ trụnày. Phần lớn vật chất đó cô đặc thành khối rất nóng gọi là mặt trời. Phần còn lại hìnhthành

các hành tinh trong đó có trái đất quay quanh mặt trời, cách nay khoảng 4-5 tỉ năm. Khiquả đất cô đặc, các phân tử nặng như Fe, Zn, Ni di chuyển vào tâm, các chất nhẹ tập

2/132

trung gần bề mặt. Các chất khí như He, H2 hình thành nên khí quyển trái đất đâu tiên.Tuy nhiên, quả đất nhỏ nên trọng lực yếu, các chất khí bay vào vũ trụ để lại quả đấtkhông có khí quyển.

Sức nén của lực hấp dẫn, sự tan rã phóng xạ là nguyên nhân làm trong lòng trái đất nóngchảy hình thành lõi chủ yếu là Fe, Ni. Lõi nóng được bao bọc bởi Manti (Silicat và Mg)lỏng và nguội hơn. Lớp ngoài cùng hay vỏ trái đất rắn lại tạo thành lục địa và đại dương.

Hình 1.2: Cấu tạo của Trái Đất.

Quả đất nguội dần qua nhiều giai đoạn. Các khí nóng bên trong thoát ra ngoài qua núilửa hình thành nên khí quyển thứ hai. Bầu khí quyển cổ xưa có tính khử mạnh khôngcó oxygen tự do. Theo Oparin, khí quyển cổ xưa bao gồm: NH3, H2O, CH4. Một số giảthuyết khác cho rằng khí quyển cổ xưa còn có thêm CO, CO2, H2 , N2, H2S và HCN.

3/132

Hình 1.3: Sự hình thành khí quyển thứ hai (theo Oparin)

Trong thời gian đó, hơi nước ngưng tụ tạo ra những trận mưa dầm. Nước tập trung vàocác chổ trũng hình thành nên đại dương đầu tiên. Các dòng nước mang muối khoángtích lũy ở biển.

4/132

Nguồn gốc của sự sốngTheo nhiều giả thuyết, sinh vật đầu tiên được tạo ra từ một quá trình tiến hoá hóa họctrong 4 giai đoạn: Tổng hợp và tích luỹ các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ từ cácchất vô cơ có sẵn; Polymer hoá các chất hữu cơ phân tử lượng thấp thành chất hữu cơcó phân tử lượng cao; Sự kết hợp các chất hữu cơ tổng hợp bằng con đường vô cơ thànhcác “tế bào” (protobions) có những tính chất hoá học khác với những chất quanh chúng;nguồn gốc di truyền.

Tổng hợp và tích luỹ các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ từ các chất vô cơcó sẵn

Năm 1920, Oparin đưa ra giả thuyết, các chất hữu cơ có thể được tổng hợp từ nhữngchất vô cơ có sẵn trong khí quyển và đại dương. Các chất hữu cơ này là các amino acid,đường từ NH3, CH4 và hơi nước trong khí quyển cổ xưa. Các sinh vật đầu tiên xuất hiệnngẫu nhiên từ dung dịch đậm đặc nóng của các chất đó. Tuy nhiên, giả thuyết này khôngđược công nhận vì không có thực nghiệm.

Năm 1953, Stand Miller và Harold Urey bằng thực nghiệm đã chứng minh chất hữu cơđơn giản có thể hình thành từ chất vô cơ theo con đường hoá học trong điều kiện trái đấtcổ

xưa. Trong mô hình thí nghiệm, Miller tạo ra điều kiện tương tự như trên trái đất cổ xưa.Hệ thống này gồm: một bình nước đun nóng ở 80oC; bình cầu khí quyển gồm: CH4,NH3, H2; điện cực phát tia lửa điện (tia chớp); hệ thống làm lạnh (trái đất nguội dần).Sau khi Miller cho hệ thống này hoạt động một tuần, thu dung dịch thí nghiệm và phântích thành phần. Kết quả cho thấy, sự có mặt của nhiều chất hữu cơ cần cho quá trìnhtổng hợp các đại phân tử sinh học như amino acid, lactate, acid hữu cơ …Thí nghiệmcủa Miler đã chứng minh một số bước trong giả thuyết của Operin. Điều này đã mở rabước ngoặt mới trong tìm hiểu nguồn gốc của sự sống.

5/132

Hình 1.4: Mô hình tổng hợp chất hữu cơ bằng con đường hóa học

Nhiều phòng thí nghiệm lập lại thí nghiệm của Miller nhưng thay đổi thành phần khíquyển, dùng các tác nhân như ánh sáng thường, tia X, tia phóng xạ để thay thế cho tialủa điện. Kết quả thu được 20 amino acids, purin (A & G), pyrimindin (C, T & U) vàATP nếu thêm phosphate.

Sự hình thành các chất hữu cơ phức tạp từ chất hữu cơ đơn giản

Các chất hữu cơ đơn giản tích lũy trong môi trường nước polymer hóa để hình thành cácchất hữu cơ phức tạp như protein, nucleic acid…Trong tế bào các phản ứng này được

6/132

enzyme xúc tác, nhưng trong quá trình tổng hợp hóa học không có enzyme và nồng độcác

monomer trong nước thấp. Như vậy làm thế nào các phản ứng polymer hoá xảy ra? Vấnđề nay không đơn giản và có nhiều giả thuyết. Một số cho rằng nồng độ các chất hữu cơtrong trong biển nguyển thủy là rất cao nên có khả năng gắn kết với nhau tạo thành cácpolimer. Những người này thậm chí cho rằng không có enzyme xúc tác, các phản ứngtạo thành cũng có thể xảy ra trong thời gian dài.

Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học cho rằng, nồng độ các chất trong các đại dương cổ xưakhông không đủ đậm đặc để thực hiện polimer. Theo họ phải có cơ chế cơ học làm tăngnồng độ. Một trong giả thuyết đó cho rằng dưới sức nóng của mặt trời nước bóc hơichất hữu cơ phân tử lượng nhỏ tập trung trong hồ nước nhỏ được cô đặc. Một giả thuyếtkhác cho rằng đất sét có khả năng huy động các monomer hữu cơ do các monomer nàybám trên hạt sét tích điện. Các monomer hữu cơ polymer hoá tạo thành các hợp chấthữu cơ cao phân tử. Những polymer hữu cơ được sóng, mưa cuốn trôi trở lại ao hồ vàđại dương. Quá trình được lập lại nhiều lần làm cho nồng độ các chất hữu cơ cao phântử tăng cao. Hai giả thuyết này đã dược Sidney Fox (Clay theory: thuyết đất sét) vàGuterwachtershauser (ion pyrite theory: thuyết pirit sắt) chứng minh bằng thực nghiệm.

Sự hình thành “tế bào” đầu tiên

Sau khi các polimer hình thành chúng phải gắn với nhau tạo thành các đại phân tử làmtăng tính phức tạp của tổ chức.

Những tính chất của sự sống xuất hiện từ sự tương tác của các phân tử được tổ chứcthành những mức độ cao hơn. Những tế bào sống có thể bắt nguồn gốc từ “tế bào”(protobionts: một khối kết của các phân tử) được tạo ra bằng con đường hóa học. Nhữngtế bào này chưa có khả năng sinh sản nhưng chúng duy trì môi trường hoá học bên trongkhác với môi trường xung quanh và có biểu hiện một vài đặc điểm của sự sống chẳnghạn như trao đổi chất (metabolism), dễ bị kích thích (excitability).

Một trong những loại “tế bào” được oparin gọi là coacervate có thể tự lắp ráp khilắc dung dịch có chứa các phân tử lipids, proteins, nucleic acid và polysaccharides.Coacervate tách biệt với môi trường ngoài bởi màng kỵ nước. Các hạt coacervate cóthể hấp thụ enzymes và các chất khác từ môi trường và giải phóng các sản phẩm củaphản ứng enzymes. Khi hấp thụ các chất, coacervate sinh trưởng và phân chia thành cáccoacervate nhỏ. Các coacervate có

thành phần tốt hơn to ra và phân chia tiếp. Theo Operin, chọn lọc tự nhiên sẽ giữ lại vàhoàn thiện các giọt tốt hơn tạo thành tế bào.

7/132

Một “tế bào” khác được Fox(1960) gọi là tiểu cầu (microphere), có thể được tạo ra khitrộn proteinoid với nước rồi đun nóng đến 130-180 oC rồi làm lạnh dần qua 1-2 tuầntrong pH và nồng độ muối nhất định. Một vài tiểu cầu có màng thấm chọn lọc, có khảnăng xúc tác một vài phản ứng như thủy phân glucose và có khả năng phóng điện (giốngtế bào thần kinh). Các tiểu cầu có khả năng nảy chồi và tạo ra các tiểu cầu khác.

Một “tế bào” khác nữa là liposome có thể hình thành trong tự nhiên khi thành phầndung dịch có lipids. Màng của liposome là lớp lipid đôi giống màng tế bào. Liposomecó khả năng sinh trưởng bằng cách hòa nhập các liposome nhỏ và sinh sản bằng các táchliposome lớn thành những liposome nhỏ.

Không giống như các mô hình thí nghiệm, “tế bào” không có các enzyme tinh như trongtế bào. Một vài chất được tổng hợp bằng con đường hoá học có khả năng xúc tác yếucho phép “tế bào” biến đổi các chất đã hấp thụ qua màng. Khả năng sống sót của các “tếbào” tăng lên theo hướng hoàn thiện cấu trúc bên trong, tăng cường bề mặt ngăn cáchvới môi trường, sự phức tạp và tính hiệu quả của quá trình trao đổi chat. Chọn lọc tựnhiên sẽ chọn lọc và hoàn thiện các “tế bào” có nhiều ưu điểm tạo nên các tế bào đầutiên và tiếp tục tiến hóa cho đến ngày nay.

RNA có thể là nguyên liệu di truyền đầu tiên

Các “tế bào” đa dạng về tính thấm, khả năng xúc tác, sinh sản, sinh trưởng môi trườngsẽ chọn lọc những tế bào thích nghi và đào thải những tế bào không thích nghi. Các đặctính của “tế bào” không thể duy trì và tiến hóa qua các thế hệ cho đến khi xuất hiện mộtvài cơ chế di truyền.

Trong tế bào thông tin di truyền được mã hóa trong nucleic acid (DNA & RNA). Nhiềugiả thuyết cho rằng gen xuất hiện trước:

Năm 1929, G. Muller một nhà di truyền học nêu ra giả thuyết sự sống bắt đầu từ mộthoặc một vài gen được tạo thành không do các sinh vật. trong một thời gian dài giảthuyết này không được chú ý. Tuy nhiên, các dẫn liệu từ sinh học phân tử cho thấy giảithuyết trên ngày càng có lí vì những lí do sau.

Thứ nhất: Cấu trúc phân tử và sự tái sinh của virus. Chúng ta biết rằng khi xâm nhậpvào vi khuẩn chỉ co1ADN hoặc ARN được bơm vào và tự nó sao chép rồi tạo ra các hạtvirus mới.

Thứ hai: Trong quá trình tổng hợp protein, ngòai AND và mARN còn có sự tham giacủa tARN và rARN điều này cho thấy nucleic acid có trước.

Thứ ba: Nhiều nucleotide giữ vai trò đa dạng và quan trọng của tế bào ở tất cả các cácsinh vật.

8/132

Hiện nay chưa có mô hình cụ thể nào cho thấy quá trình xuất hiện sự sống là từ nucleicacid chứng minh bằng thực nghiệm. Nhưng theo thuyết này các vật sống đầu tiên là cácđại phân tử có khả năng sau chép. Các tế bào đầu tiên này tích lũy một cách chậm , vỏbao bên ngoài bởi các chất khác. Một bằng chứng minh họa rõ cho cơ chế này là cácvirus chứa ANR or RNA có cấu tạo đơn giản.

Nhiều giả thuyết cho rằng RNA xuất hiện trước DNA bởi vì:

• RNA bền hơn, tái bản.• RNA có khả năng nhân đôi từ mạch khuôn mẫu nhanh hơn và ít lỗi hơn các

trình tự khác.

Vd: Một trình tự RNA có 40 ribonucleotide có thể tự nhân đôi trong môi trường có kẽmlàm xúc tác với sai sót thấp hơn1%

• RNA (ribozyme) có khả năng xúc tác (Thomas Cech, 1980s): Tế bào hiện đạisử dụng ribozyme xúc tác tổng hợp các RNA mới (rRNA, tRNA và mRNA.Như vậy, RNA là chất tự xúc tác và trong thế giới tiền sinh học trước khi cóprotein và DNA, RNA có khả năng tự tái bản.

• RNA dễ tổng hợp hơn DNA• Sự sai sót trong quá tái bản cùng với tác động của chọn lọc tự nhiên tạo ra sự

đa dạng của RNA

Như vậy, trong một thời gian dài, vật liệu di truyền của các tiền sinh vật là RNA và sựtiến hóa dần đến chổ DNA mạch kép ổn định hơn mang thông tin di truyền. và khả năngxúc tác được chuyển cho protein làm chức năng chuyên hóa hữu hiệu hơn.

Theo giả thuyết hiện nay, sự sống được hình thành qua các bước:

Sự hình thành các phân tử RNA

Cơ chế sao chép RNA

Hoàn thiện hệ thống nhờ màng bao

Các tế bào tiến hóa theo 3 bước:

9/132

Hình1.5 : Sự tiế hóa của tế bào

Có thể tham khảo thêm nguồn gố của sự sống tại: http://en.wikipedia.org/wiki/Origin_of_life

Quá trình hình thành sự sống không thể xảy trong điều kiện hiện tại vì:

Oxy trong khí quyển được tích luỹ do hai quá trình. Quá trình phân li nước do ánh sángcực tím tác động lên hơi nước và quá trình quang phân li nước trong quang hợp.

-Oxy có trong khí quyển sẽ phân hũy các chất hữu cơ vừa tổng hợp.

-Khí quyển ngày nay có tính oxy hóa. Khí quyển có tính khử tăng cường phản ứng kếthợp những chất đơn giản thành chất phức tạp.

10/132

-Tổng hợp chất hữu cơ cần năng lượng, UV (mặt trời true tạo nhiều UV). Điều kiện hiệntại không đáp ứng được bởi vì tầng Ozon khí quyển ngăn cản các tia UV.

-Sinh vật tồn tại tiêu thụ các chất hữu cơ tạo ra.

11/132

Sự tiến hóa của tế bàoCác dẫn liệu hoá thạch về động thực vật

Tuổi niên đại địa chất có thể xác định thông qua thông qua tuổi của lớp đất đá trầm tíchđược hình thành từ cát, bùn của đáy hồ và đại dương. Trong lớp đá trầm tích rất giàu cáchoá thạch sinh vật. Có thể dùng phương pháp đồng vi phóng xạ để xác định tuổi của đávà hóa thạch. Cac đồng vi phóng xạ phân hủy rất châm. Bằng những kỹ thuật thích hợp,người ta tính được tổng lượng chất phân rã đó có thể đánh giá tuổi của đá và các hoáthạch.

Vd: U238 chu kỳ bán rã 4.5 tỉ năm, C14 chu kỳ bán rã 5600 năm

Hình 1.6: Dùng C14 xác định tuổi của vỏ trai (clam shell)

Căn cứ vào cứ vào tuổi của đá và các hoá thạch, người ta chia sự sống thành 5 đại: đạithái cổ, nguyên sinh, cổ sinh, trung sinh, tân sinh. Hình bên dưới mô tả cơ thể sống từdạng ban đầu sớm nhất và thới gian tương ứng với các đại địa chất từ tiền Cambri.

Hình 1.7: Các đại địa chất và lịch sử sự sống trên trái đất.

12/132

Trước đây các nhà địa chất xem kỷ Cambri là một trong những điểm mốc quan trọngtrong nghiên cứu tiến hoá vì không thấy mẫu hóa thạch nào ở đá cổ hơn. Tuy nhiên mớiđây, bằng kỹ thuật mới các nhà địa chất phát hiện các vi hoá thạch giống như vi khuẩntrước kỷ Cambri có tuổi khoảng 3100 triệu năm trong đá cứng Chert đen.

Như vậy trong một thời gian dài, cách nay khoảng 3 tỉ năm, trên trái đất chỉ tồn tại cácsinh vật nhỏ bé, đơn giản tương tự như các vi khuẩn ngày nay.

Từ prokaryote đến eukaryote, guồn gốc tế bào nhân chuẩn-Thuyết nội cộngsinh

Trong suốt quá trình hình thành eukaryotes, cấu trúc tế bào và những quá trình đặc trưngcho eukaryote đã xuất hiện: nhân được bao bọc bởi màng, ti thể, lạp thể, hệ thống nộimàng, đa nhiễm sắc thể (nhiễm sắc thể gồm DNA và protein).

Prokaryote hình thành, tiến hóa và thích nghi từ khi sự sống xuất hiện và trở nên phổbiến nhất ngày nay. Một hướng tiến hóa của prokaryote là hình thành các prokaryote đabào ví dụ như vi khuẩn lam. Hướng thứ hai là hình thành tập hợp tế bào mỗi loại tế bàođược lợi từ việc chuyên biệt hóa trao đổi chất của tế bào khác. Hướng thứ ba là phâncách chức năng khác nhau trong các tế bào đơn. Hướng tiến hoá này tạo ra những tế bàoeukaryote đầu tiên.

Làm thế nào mà sự tổ chức các buồng của eukaryote tiến hóa từ prokaryote? Một quátrình mà trong đó hệ thống nội màng của eukaryote: màng nhân mạng lưới nội chấtnhám, Golgi có thể tiến hoá từ gấp nếp màng prokaryote. Một tiến trình khác được gọilà nội cộng sinh tạo ti thể và lạp thể trong eukaryotes.

Theo thuyết nội cộng sinh, ti thể của Eukaryote có nguồn góc từ prokaryote tự dưỡnghiếu khí, lạp thể của Eukaryote có nguồn gốc từ vi khuẩn quang hợp có thể là khuẩn lam(cyanobacteria).

• Có nhiều bằng chứng ủng hộ thuyết nội công sinh:• Cấu trúc của ti thể, lạp thể tương tự như vi khuẩn• Màng trong của ti thể, lạp thể có hệ thống các enzymes vận chuyển điện tử

trong màng vi khuẩn.• Ti thể, lạp thể nhân đôi tương tự như trực phân ở vi khuẩn• Ti thể, lạp thể có DNA vòng giống prokaryotes• Một số kháng sinh kìm hảm sinh trưởng của prokaryote cản trở tổng hợp

protein bởi ribosome của ti thể và lạp thể nhưng không cản trở tổng hợp proteincủa ribosome tế bào chất. Kháng sinh ngăn cản sự tổng hợp protein của tế bàochất không ảnh hưởng tổng hợp protein của các bào quan.

13/132

Hình 1.8: Một mô hình nguồn góc của eukaryote

Từ đơn bào đến đa bào

Sự phát triển theo hướng phức tạp hóa tổ chức dẫn tới sự hình thành và phát triển cácsinh vật đa bào

-Cấu trúc phức tạp

-Bộ máy sinh sản phức tạp

-Sự biệt hóa tế bào

-Một số hệ thống chuyên bệt

Sự phát triển của sinh vật đa bào

Bảng 1: Các đại địa chất và lịch sử sự sống trên trái đất

14/132

15/132

Hình 1.9: Sự tiến hóa của sinh vật đa bào

16/132

Học thuyết tế bào và các phương phápnghiên cứu tế bào họcHọc thuyết tế bào

Lịch sử phát hiện tế bào

Năm 1665, khi quan sát lát cắt gỗ sồi (oak tree) dưới kính hiển vi có độ phóng đại 30lần (30X), Robert Hooke phát hiện những hộp nhỏ và đặt tên chúng là tế bào.

Antoni Van Leeuwenhock phát hiện giới vi sinh bằng kính hiển vi có độ phóng đại 300lần (300X).

Năm 1839, Mathias Scheiden và Theodor Schwann tóm tắt những những kết quả nghiêncứu dưới kính hiển vi của họ: Tất cả sinh vật đều cấu tạo từ tế bào, tế bào mới được hìnhthành từ sự phân chia của tế bào trước đó.

Năm 1862, Louis Pasteur bằng thực nghiệm chứng minh sự sống không tự ngẫu sinh.

Những tuyên bố này là nền tảng cho học thuyết tế bào.

Nội dung cơ bản của học thuyết tế bào

(1) Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của cơ thể sống

(2) Tất cả cơ thể sinh vật đều được cấu tạo từ tế bào.

(3) Tế bào có khả năng phân chia hình thành các tế bào mới.

(4) Tế bào được bao bọc bởi màng có vai trò điều hòa hoạt động trao đổi chất giữa tếbào và môi trường.

(5) Tất cả tế bào có sự giống nhau căn bản về thành phần hóa học và các hoạt tính traođổi chất giữa tất cả các loại tế bào.

(6) Tế bào chứa DNA mang thông tin di truyền điều hòa hoạt động của tế bào ở một sốgiai đoạn trong đời sống của nó.

(7) Hoạt động của cơ thể là sự tích hợp hoạt tính của các đơn vị tế bào độc lập

17/132

(8) Có hai loại tế bào: prokaryote và eukaryote. Chúng khác nhau trong tổ chức cấu trúctế bào, hình dạng và kích thước nhưng cũng có một số đặc điểm giống nhau, chẳng hạnnhư tất cả đều là những cấu trúc ở mức độ cao, thực hiện các quá trình phức tạp cần thiếtđể duy trì sự sống.

Classical interpretation

1. All organisms are made up of one or more cells.2. Cells are the fundamental functional and structural unit of life.3. All cells come from pre-existing cells.4. The cell is the unit of structure, physiology, and organization in living things.5. The cell retains a dual existence as a distinct entity and a building block in the

construction of organisms.

Modern interpretation

The generally accepted parts of modern cell theory include:

1. The cell is the fundamental unit of structure and function in living things.2. All cells come from pre-existing cells by division.3. Energy flow (metabolism and biochemistry) occurs within cells.4. Cells contain hereditary information (DNA) which is passed from cell to cell

during cell division5. All cells are basically the same in chemical composition.6. All known living things are made up of cells.7. Some organisms are unicellular, i.e., made up of only one cell.8. Others are multicellular, composed of a number of cells.9. The activity of an organism depends on the total activity of independent cells.

Exceptions

See also: Origin of life

1. Viruses are considered by some to be alive, yet they are not made up of cells.Viruses have many of the features of life, but by definition of life, they are notalive.

2. The first cell did not originate from a pre-existing cell. There was no exact firstcell since the definition of cell is not that precise. This is an intellectual gamethat comes from making strict logical symbols out of the biological definitions.

3. Mitochondria and chloroplasts have their own genetic material, and reproduceindependently from the rest of the cell.

Types of cells

18/132

Cells can be subdivided into the following subcategories:

1. Prokaryotes: Prokaryotes lack a nucleus (though they do have circular DNA)and other membrane-bound organelles (though they do contain ribosomes).Bacteria and Archaea are two divisions of prokaryotes.

2. Eukaryotes: Eukaryotes, on the other hand, have distinct nuclei and membrane-bound organelles (mitochondria, chloroplasts, lysosomes, rough and smoothendoplasmic reticulum, vacuoles). In addition, they possess organizedchromosomes which store genetic material.

{accessed from http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_theory )

Các phương pháp nghiên cứu tế bào học

Hiển vi

Tế bào có kích thước rất nhỏ nên không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Sự phát hiệnkính hiển vi giúp nghiên cứu tế bào ở những khía cạnh khác nhau. Điều quan trọng đốivới kính hiển vi không chỉ ở độ phóng đại mà còn ở giới hạn phân giải.

Kính hiển vi quang học độ phóng đại khoảng 2000 lần, có thể phân biệt được khoảngcách nhỏ nhất là 0.2μm.

Kính hiển vi điện tử có độ phóng đại khoảng 250.000 lần, có thể phân biệt đến Å.

Gần đây nhiều cải tiến kính hiển vi đã được thực hiện và nhiều loại kính hiển vi mới rađời phục vụ tốt hơn cho nghiên cứu tế bào như kính hiển vi huỳnh quang, kính hiển vinổi.

Tách và nuôi cấy tế bào

Trong nhiều trường hợp việc nghiên cứu từng loại tế bào là cần thiết, tiến hành nhiều thínghiệm , do đó cần một số lượng lớn tế bào đó. Các phương pháp tách chiết và nuôi cấytế bào ngày càng được cải tiến và hoàn thiện để đáp ứng nhu cầu này.

Phân đoạn các thành phần tế bào

Các thành tựu khoa học cung cấp nhiều phương pháp cho việc tách riêng các bào quanvà các đại phân tử sinh học để nghiên cứu thành phần sinh hóa và vai trò của chúngtrong tế bào.

Các phương pháp thường được áp dụng: Phương pháp siêu ly tâm, phương pháp sắc kí.

19/132

Ngoài ra, trong nghiên cứu tế bào học còn sử dụng nhiều phương pháp hiện đại khácnhư: Điện di, đánh dấu bằng đồng vi phóng xạ và kháng thể…

20/132

Thành phần hóa học của tế bàoThành phần nguyên tố:

Trong tế bào có thể có mặt hầu hết các nguyên tố trong tự nhiên (92 nguyên tố). Trongđó, 25 nguyên tố đã được nghiên cứu kỹ là C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn,Mo, B, Cl, Na, Si, Co… là cần thiết cho sự sống. Trong đó, C, H, O và N chiếm 96%trọng lượng chất khô của tế bào, các nguyên tố còn lại chiếm 5%.

Các nguyên tố trong tế bào có thể được chia thành 3 nhóm: cấu tạo chất hữu cơ, các ionvà nguyên tố vi lượng (đại lượng, vi lượng và siêu vi lượng)

Tỉ lệ và vai trò của từng nguyên tố trong tế bào cũng khác nhau.

Thành phần hợp chất

Các hợp chất cơ bản của tế bào: Nước, các hợp chất vô cơ, các hợp chất hữu cơ, khí hòatan.

Nước

Nước là thành phần bắt buộc của tế bào và chiếm một tỉ lệ cao chẳng hạn ở sứa là70-80%, ở người là 60%.

Tính chất của nước:

Là một chất phân cực: Hδ+ - Oδ- - Hδ+

Có thể tạo liên kết hydrogen giữ các phân tử nước và với các phân tử chất khác.

Nhiệt dung riêng lớn (1cal/g/OC)

Vai trò của nước:

Là một dung môi tốt.

Tham gia trực tiếp vào các phản ứng hóa học (phản ứng thủy phân).

Là nguyên liệu cho hoạt động của tế bào (cung cấp proton H+ cho các phản ứng)

Điều hòa trạng thái của nguyên sinh chất: (sol, coacevate và gel).

21/132

Tạo sức căng bề mặt tế bào.

Ổn định cấu trúc tế bào.

Điều hòa nhiệt độ tế bào.

Các chất vô cơ

Trong tế bào ngoài nước còn có nhiều chất vô cơ khác: acid, base, các ion có vai tròquan trọng trong cấu trúc và hoạt động sinh lý của tế bào.

Ví dụ: Fe. Cu, Mn là thành phần của các enzyme; Các muối hòa tan là yế tố quan trọngtrong sự hấp thu nước của tế bào.

Các khí hòa tan

Trong nguyên sinh cất của tế bào có chứa các khí hoa tan: CO2, O2,

Các hợp chất hữu cơ

Carbohydrate

Bao gồm cả các đường và polymer của chúng: monosaccharide, disaccharide vàpolysaccharide.

Công thức chung: CnH2nOn

Carbohydrate là nguyên liệu cấu trúc và nhiên liệu của tế bào.

Monosaccharide

Monosaccharide là những đường có 3 ≤ n ≤ 7

Tiêu chí phân loại: Phân loại dựa vào:

Vị trí gốc carbonyl (C=O): đường có thể là aldose (aldehyde) hay ketose (ketone).

Số lượng nguyên tử carbon (hình 2.1 a).

Vị trí của nhóm OH gắn vào C1 trong cấu trúc vòng: α-glucose hay β-glucose (hình 2.1b).

Sự sắp xếp trong không gian của 4 loại nhóm thế quanh carbon bất đối xứng (chiralcarbon): đường dạng D hay L (đồng phân quang học).

22/132

Trong dung dịch, glucose và hầu hết các monosacchride khác hình thành dạng vòng.Để thuận tiện người ta đánh số carbon trong vòng bắt đầu từ carbon (C1) liên kết vớioxygen gắn với carbon. (hình 2.2)

Tất cả đường đơn là đường khử (C5).

Disaccharide

Một disaccharide được cấu thành từ hai monosaccharide nhờ liên kết glycoside - mộtliên kết cộng hóa trị bởi phản ứng dehydrate hóa giữa hai monosaccharide (hình 2.3).

Các đơn phân của sucrose và maltose được xếp như những đồng tiền ngửa.

Các đơn phân của lactose (β-1,4 glycoside) được xếp như những đồng tiền ngửa-sấp.

Polysaccharide

Polysaccharide là những polymer của monosaccharide.

Cấu trúc và chức năng của polysaccharide phụ thuộc vào các monomer của nó và vị trícủa liên kết glycoside.

Tinh bột (starch)

Tinh bột là chất dự trữ ở thực vật, được tìm thấy trong lục lạp (chloroplast), củ (khoaitây…), mầm.

Đơn phân cấu trúc của tinh bột là alpha-glucose liên kết với nhau bởi liên kết alpha-1,4hay 1,6 glycoside.

Một phân tử tinh bột có khoảng 280-300 phân tử glucose.

Tinh bột có hai dạng: amylose và amylopectin.

Amylose

Mạch thẳng.

Trong amylose các phân tử glucose liên kiết với nhau bằng kiên kết alpha-1,4 glycoside.

Amylopectin

Mạch phân nhánh.

23/132

Cấu trúc tương tự như amylose. Tuy nhiên, bắt đầu của mỗi nhánh là liên kết alpha-1,6glycoside.

Cứ 24-30 đơn phân glucose lại có một nhánh.

Glycogen

Glycogen là chất dự trữ ở động vật, được tìm thấy ở gan, cơ.

Đơn phân của glycogen là alpha-glucose.

Cấu trúc của glycogen tương tự như amylopectin nhưng phân nhánh sau 8-12 phân đơnphân glucose

Cellulose

Cellulose là nguyên liệu chính của vách tế bào thực vật, có đơn phân cấu trúc là β-glucose.

Các monomer liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glycoside.

Sự khác nhau trong liên kết của các monomer trong cellulose, tinh bột dẫn đến sự khácnhau trong cấu trúc không gian 3 chiều (3D) của chúng:

Tinh bột có cấu trúc xoắn, mỗi bước xoắn có 6 đơn vị glucose được được ổn định nhờliên kết hydrogen giữa các vòng xoắn kề nhau.

Cellulose mạch thẳng. Các phân tử cellulose xếp song song nhau, liên kết với nhau bằngcác liên kết hydrogen giữa các gốc OH tự do làm thành các vi sợi (microfibrill) rất chắc,là nguyên liệu cho xây dựng tế bào.

Chitin:

Chitin là polysaccharide, có cấu trúc tương tự như cellulose nhưng gốc OH của C2 đượcthay thế bởi –NH - CO-CH3 (acetyl-glucosamine)

Chitin là nguyên liệu xây dựng vỏ của chân khớp, vách tế bào nấm.

Lipid

Lipid là những đại phân tử sinh học nhưng không phải là một polymer. Các lipid cóchung một tính chất là không hoăc ít có ái lưc với nước bởi vì chúng chứa phần lớn gốchydrocarbon và chỉ một một vài liên kết phân cực với oxygen. Lipid không tan trongnước nhưng tan trong dung môi hữu cơ.

24/132

Lipid giữ vai trò quan trọng trong tế bào: phospholid là thành phần quan trọng của tếbào; là chất dự trữ năng lượng , là chất cách nhiệt; là dung môi hòa tan các chất nhưvitamin (A,D, E,K)

Dầu mỡ và sáp

Dầu mỡ được cấu thành từ glycerol và các acid béo (fatty acid).

Acid béo có một đầu –COOH và một đuôi hydrocarbon no (saturated) hay không no(unsaturated). Số nguyên tử carbon của acid béo vào khoảng 16-18.

Mỡ động vật, triacylglycerol chứa acid béo no dễ đông ở nhiệt độ phòng. Ngược lại, dầucá và dầu thực vật thường chứa các acid béo không no nên đông đặc ở nhiệt độ thấp hơn.

Dầu và mỡ có thể là tri, di hay mono-acylglycerol.

Các acid béo trong dầu và mỡ có thể giống hay khác nhau.

Sáp: một lượng nhỏ acid béo liên kết với rượu mạch dài thay vì glycerol.

Dầu mỡ chứa nhiều năng lượng.

Ví dụ: Một gram dầu mỡ chứa năng lượng gấp đôi một gram carbohydrate.

Phosphol ipid

Hai gốc -OH trên glycerol liên kết với acid béo và gốc -OH thứ ba liên kết với acidphosphoric.

Gốc phosphate có thể liên kết với những gốc phân cực khác tạo nên sự da dạng củaphospholipid.

Phospholipid có một đầu phân cực (-) ưa nước (hydropholic) và một đuôi không phâncực kỵ nước (hydrophobic).

Trong môi trường nước, phospholipid hình thành cấu trúc –hạt micelle với đầu ưa nướcquay ra ngoài và đầu kỵ nước quay vào trong. Ở bề mặt màng tế bào, phospholipid hìnhthành lớp đôi với đầu ưa nước quay ra ngoài và đầu kỵ nước quay vào nhau.

Phospholypid là thành phần chính của màng tế bào.

Steroid

25/132

Steroid là những lipid được xác định bởi một sườn carbon có bốn vòng liên kết. Cácsteroid khác nhau do sự khác nhau ở các nhóm thế.

Cholesterol là một steroid tham gia thành phần cấu trúc màng tế bào động vật và là tiềnchất của các steroid khác. Tuy nhiên nồng độ cholesteron trong máu cao gây vữa xơđộng mạch (atherosclerosis).

Protein

Protein là một polymer được cấu thành từ 20 loại amino acid. Một protein có thể đượchình thành từ một hay nhiều polypeptide cuộn thành các cấu hình đặc trưng.

Polypeptide là polymer của các amino acid. Các amino acid liên kết với amino acid kếtiếp bằng liên kết peptide. Một đầu của polypetide là –NH2 (N-terminus), đầu kia tậncùng bằng –COOH (C-terminus). Polypeptide đặc trưng bởi trình tự amino acid.

Các amino acid khác nhau chủ yếu ở nhánh bên R và trong sinh vật chỉ tồn tại các L-amino acid.

Bốn mức độ cấu trúc của protein

Chức năng của protein phụ thuộc vào cấu hình đặc trưng của nó (conformation).

Trình tự của polypeptide có thể xác định cấu hình không gian ba chiều (3D) của protein.

Cấu trúc bậc một (primary structure)

Cấu trúc bậc một của protein là trình tự amino xác định của nó. Trình tự amino acidđược xác định bởi thông tin di truyền. Sự thay đổi trong cấu trúc bậc một có thể ảnhhưởng đến cấu hình và chức năng của protein.

Cấu trúc bậc hai

Chuỗi polypeptide có thể gấp lại thành một số cấu trúc đều đặn trong không gian. Cấutrúc bậc hai được biết đến nhiều nhất là xoắn α (α-helix). Sườn polypeptide hình thànhmột cấu trúc xoắn phải với 3,6 acid amin trên một vòng xoắn; như vậy nhóm N-H trongliên kết peptid thứ n đã tạo liên kết hydro với nhóm C=O trong liên kết peptide thứ (n+3)của chuỗi. Những phần có cấu trúc xoắn α thường tìm thấy trong các protein hình cầuvà một số protein hình sợi.

Cấu trúc tấm gấp nếp β (β-pleated sheet), thường gọi là gấp β, được ổn định bởi các liênkết hydro hình thành giữa các nhóm N-H và C=O của các phần khác nhau trong chuỗipolypeptide. Một vài đoạn của chuỗi polypeptide có thể được xếp cạnh nhau tạo nêncấu trúc tấm, trong đó các nhánh bên R có thể hướng lên phía trên hoặc phía dưới tấm.

26/132

Nếu các đoạn nói trên chạy cùng chiều (ví dụ từ đầu tận cùng N đến C), ta có tấm songsong (parallel), nếu chúng xếp khác chiều (N đến C và C đến N) ta có tấm đốisong song(antiparallel). Các tấm β rắn chắc, đóng vai trò quan trọng trong các protein cấu trúc, vídụ như trong sợi fibroin.

Protein collagen trong mô liên kết còn có cấu trúc xoắn ba (triple helix), trong đó bachuỗi polypeptide được bện vào nhau khiến cho nó rất chắc.

Cấu trúc bậc ba

Cấu trúc bậc ba là cách thức mà chuỗi polypeptide với những đoạn có cấu trúc xoắn α,gấp β hay các cấu trúc bậc hai khác cùng với các vòng nối (connecting loop) gấp lạitrong không gian ba chiều.

Bản chất của cấu trúc bậc ba vốn đã được định hình sẵn từ cấu trúc bậc một. Khi đặt vàođiều kiện thích hợp, hầu hết các chuỗi polypeptide tự động gấp lại thành một cấu trúcbậc ba đúng bởi vì cấu trúc này có năng lượng thấp nhất có nghĩa là bền nhất. Trong cấutrúc bậc ba, các đoạn cấu trúc bậc hai và các đoạn nối gấp lại sao cho hầu hết các acidamin ưa nước thì quay ra bề mặt còn các acid amin kị nước thì nằm ở bên trong protein.Điều này mang lại sự ổn định cho toàn bộ cấu trúc.

Các yếu tố giúp ổn định cấu trúc bậc ba gồm có các liên kết yếu như lực van der Waals,liên kết hydro, liên kết ion, tương tác kị nước xảy ra giữa các nhánh bên trong chuỗipolypeptide. Đôi khi cũng có sự tham gia của một dạng liên kết cộng hóa trị: liên kếtdisulfide hình thành giữa hai cysteine.

Cấu trúc bậc bốn

Cấu trúc bậc bốn là sự tổ chức nhiều chuỗi polypeptide giống hoặc khác nhau thành mộtphân tử protein. Ví dụ như phân tử hemoglobin có hai chuỗi globin α và hai chuỗi globinβ. Những lực liên kết giúp ổn định cấu trúc bậc ba kể trên cũng là lực giúp cho các chuỗipolypeptide này gắn lại với nhau.

Chức năng của protein

Các chất xúc tác: các enzyme ribonuclease, cytochrome, trypsine (thủy giải peptide)

Protein cấu trúc: glycoprotein, keratin

Protein vận chuyển: hemoglobin

Protein vận động: myosin, actin

Protein bảo vệ: kháng thể

27/132

Các chất có hoạt tính sinh học: insulin, hormone

Nucleic acid

Nucleic chứa và truyền thông tin thông tin di truyền

Có hai loại nucleic acid: DNA và RNA, đây là những đại phân tử giúp sinh vật tạo nênnhững thành phần phức tạp của sinh vật từ thế hệ này đến thế hệ kế tiếp. DNA điềukhiển quá trình tái bản của nó, tổng hợp RNA và qua RNA điều hòa tổng hợp protein.

DNA là vật chất di truyền của sinh vật được nhận từ bố mẹ. Khi tế bào phân chia, DNAđược sao chép và truyền từ thế hệ tế bào đến thế hệ tế bào kế tiếp.

Thông tin di truyền mã hóa trong DNA chương trình hóa hoạt động của tế bào. Tuynhiên, không phải DNA mà là protein điều khiển trực tiếp hoạt động của tế bào chúng,là công cụ cho hầu hết chức năng sinh học.

Mỗi gene điều khiển tổng hợp một mRNA, sau đó tương tác với bộ máy tổng hợp proteinđiều khiển tổng hợp một polypeptide. Nơi tổng hợp protein thực sự là ribosome. Nhưvậy, thông tin di truyền được chuyển từ nhân ra tế bào chất.

Nucleotide – đơn phân của acid nucleic

Nitrogenous (amine) base

Các base của ADN và ARN có cấu trúc dị vòng (heterocyclic) thơm. Các purine có cấutrúc hai vòng, gồm adenine (A) và guanine (G). Các pyrimidine có cấu trúc một vòng,gồm cytosine (C), thymine (T) và uracil (U).

A, G. C tìm thấy trong cả hai loại nucleic acid, thymine tìm thấy trong DNA và uracilđược tìm thấy trong ARN. Thymine khác với uracil ở chỗ có thêm một nhóm methyl ởvị trí số 5, vì vậy thymine chính là 5-methyluracil.

Nucleoside

Trong các acid nucleic, mỗi base liên kết hóa trị với vị trí số 1 (C-1) của một đườngpentose để tạo nên một nucleoside. Vị trí của liên kết này trên base là vị trí 9 (N-9) đốivới các purine và vị trí 1 (N-1) đối với các pyrimidine.

Ở ARN, đường pentose đó là ribose. Còn ở ADN, đó là 2’-deoxyribose, trong đó nhómhydroxyl ở vị trí số 2 bị thay bởi một nguyên tử hydro.

28/132

Liên kết giữa base và đường được gọi là liên kếtglycoside. Ở ARN, các nucleosidegồm adenosine, guanosine, cytidine và uridine. Đối với ADN, tên các nucleoside gồmdeoxyadenosine, deoxyguanosine, deoxycytidine và deoxythymidine (hay thymidine).

Nucleotide

Một nucleotide gồm một nucleoside cùng với một hay nhiều nhóm phosphate nối hóa trịtại vị trí 3’, 5’ hoặc 2’ của đường pentose (vị trí 2’ chỉ có ở đường ribose). Nếu là đườngribose, người ta gọi hợp chất đó là ribosenucleotide; còn nếu là đường deoxyribose thìgọi là deoxynucleotide. Về mặt hóa học, các hợp chất này là những phosphate ester.

Trong trường hợp có từ một đến ba nhóm phosphate gắn vào vị trí 5’, ta được cáchợp chất 5’-monophosphate, -diphosphate và -triphosphate tương ứng; ví dụ như AMP(adenosine 5’-monophosphate), dGDP (deoxyguanosine 5’-diphosphate), dCTP(deoxycytidine 5’-triphosphate), TTP (thymidine 5’-triphosphate) hay ATP (adenosine5’-triphosphate)…

Các nucleoside 5’-triphosphate (NTPs) hay các deoxynucleoside 5’-triphosphate(dNTPs) là vật liệu cấu thành nên phân tử acid nucleic đa phân. Trong quá trình tổnghợp ARN hay ADN, hai phosphate được tách ra, chỉ để lại một nhóm phosphtate chomỗi đơn phân tham gia vào chuỗi nucleotide. Nucleotide chính là đơn phân của acidnucleic.

Liên kết phosphodiester

Trong một chuỗi nucleotide của ADN hoặc ARN, mỗi phosphate liên kết hóa trị vớimột pentose ở vị trí 5’ và một pentose kế tiếp ở vị trí 3’ tạo thành một liên kết 3’, 5’-phosphodiester. Có thể hình dung mỗi chuỗi nucleotide bao gồm một sườn chính gồmcác đường pentose xen kẽ với các phosphat; trong đó, cứ mỗi đường lại có một base gắnvào vị trí 1’.

Ở pH trung tính, mỗi phosphate đều chứa điện tích âm vì vậy các acid nucleic là nhữngpolymer mang điện tích âm.

Trình tự ADN/ARN

Mỗi chuỗi nucleotide (trừ chuỗi nucleotide dạng vòng) đều có một đầu 5’ tự do cóthể gắn hoặc không gắn với các nhóm phosphate và một đầu 3’ tự do có một nhómhydroxyl. Định hướng của mỗi chuỗi nucleotide là 5’→3’ và theo quy ước viết trìnhtự thì đầu 5’ nằm phía bên trái. Ví dụ không được viết trình tự một đoạn ADN mộtmạch là ATACGTA, mà phải viết là 5’-ATACGTA-3’. Một trình tự ARN có thể viết là5’-AUGCUUGA-3’. Điều này có nghĩa là hướng của chuỗi là xác định, AUGCUUGAkhác hẳn với AGUUCGUA.

29/132

Chuỗi xoắn kép ADN

Cấu trúc chuỗi xoắn kép

Cấu trúc phổ biến nhất của ADN là cấu trúc chuỗi xoắn kép (double helix). Các đặc tínhcơ bản của cấu trúc này đã được James Watson và François Crick đề xuất vào năm 1953.

Phân tử ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn xoắn đều quanh một trục, mỗimạch đơn là một chuỗi nucleotide. Mỗi chuỗi có định hướng 5’→3’; hướng của haimạch trong chuỗi xoắn kép là ngược chiều nhau nên người ta gọi chúng là hai mạch đốisong song. Mỗi chu kỳ xoắn của ADN gồm 10 bp (base pair – cặp base) dài khoảng3,4nm, đường kính vòng xoắn khoảng 2nm.

Sườn phosphate-đường của mỗi mạch đơn hướng ra ngoài, còn các base của chuỗi xoắnkép hướng vào trong. Hai mạch đơn kết hợp với nhau nhờ các liên kết hydro hình thànhgiữa các cặp base bổ sung nằm trên hai mạch. A liên kết với T bằng hai liên kết hydrovà giữa G và C là ba liên kết hydro.

Trên đây chỉ là mô hình của ADN dạng B theo Watson và Crick. Ngày nay, người tabiết rằng ADN có nhiều dòng họ cấu trúc khác nhau ở một vài chỉ số.

Dạng B thường tồn tại trong điều kiện sinh lý bình thường, còn các dạng khác tồn tạitrong những điều kiện độ ẩm và ion khác nhau. Đặc biệt, dạng Z có chiều xoắn ngượcvề phía bên trái và theo hình zigzac.

Bảng 1.1: Một số dạng cấu trúc của ADN

DạngADN

Số cặp basetrong mộtchu kỳxoắn

Chiều và góc xoắnsovới mặt phẳngcủabase

Khoảng cách thẳngđứng giữa hai base kềnhau

Đườngkínhvòngxoắn

A 11 Xoắn phải 32,7o 2,56 Ǻ 23 Ǻ

B 10 Xoắn phải 36,0o 3,38 Ǻ 19 Ǻ

C 9 và1/3 Xoắn phải 38,6o 3,32 Ǻ 19 Ǻ

… … … … …

Z 12 Xoắn trái 30, 0o 3,71 Ǻ 18 Ǻ

Từ các dữ kiện về cấu trúc chuỗi xoắn kép của ADN cho ta hai khái niệm cơ bản:

30/132

• Mỗi mạch đơn là một trình tự base khác nhau. Như vậy mỗi mạch đơn mangthông tin khác với mạch kia.

• Hai mạch đơn liên kết với nhau bởi một quan hệ bổ sung. Chính quan hệ nàygiúp giải thích được cấu trúc chặt chẽ của phân tử ADN, đặc biệt là phươngcách tự tái bản để tạo ra hai phân tử con giống hệt nhau từ một phân tử mẹbanđầu.

Ý nghĩa của cấu trúc chuỗi xoắn kép

Phân tử ADN thường có cấu trúc chuỗi xoắn kép. Cấu trúc này là một cấu trúc ổn định:

• Trong chuỗi xoắn kép, các đường pentose và các nhóm phosphate xoay rangoài, hình thành liên kết hydro với nước đảm bảo tính ổn định cho phân tử.

• Chuỗi xoắn kép cho phép các base purine và pyrimidine có cấu trúc phẳng xếpchồng khít lên nhau bên trong phân tử ADN, hạn chế sự tiếp xúc của chúng vớinước. Nếu hai đơn tách rời nhau, các base kị nước sẽ phải tiếp xúc với nước,điều này sẽ đặt chúng vào một tình thế bất lợi, không ổn định.

• Hai mạch đơn bắt cặp với nhau nhờ các liên kết bổ sung giữa một bên là purine(A và G cùng kích thước lớn) và bên kia là pyrimidine (T và C cùng kích thướcbé hơn). Điều này đảm bảo cho hai mạch đơn luôn đi song song.

• Mỗi phân tử ADN có một số lượng liên kết hydro rất lớn nên dù chuyển độngnhiệt có làm phá vỡ các liên kết nằm hai đầu phân tử thì hai mạch đơn vẫnđược gắn với nhau bởi các liên kết ở vùng giữa. Chỉ trong những điều kiện rấtkhắc nghiệt, ví dụ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sinh lý nhiều lần, thì mới có sự phávỡ đồng thời quá nhiều liên kết hydro khiến phân tử bị biến tính, không còn giữđược cấu hình ban đầu.

31/132

Tế bào EukaryoteNhân

Phần lớn tế bào có một nhân. Một số trường hợp, tế bào có nhiều nhân như Paramecium(2 nhân), một số tế bào gan và tế bào nước bọt của động vật có vú (2-3 nhân), một số tếbào đa nhân có đến hàng chục nhân (megacaryocyte trong tủy xương). Tuy nhiên, cũngcó tế bào không nhân chẳng hạn như tế bào hồng cầu.

Hình dạng của nhân tùy thuộc vào hình dạng tế bào: tế bào hình cầu (lymphocyte, tếbào nhu mô, neuron), nhân thường có hình cầu; trong các tế bào hình trụ, hoặc hình kéodài theo một trục (tế bào cơ, tế bào biểu bì), nhân có hình bầu dục; một số nhân có hìnhphức tạp (nhân phân thùy của tế bào bạch cầu).

Kích thước của nhân phụ thuộc loại và trạng thái chức năng của tế bào, trung bìnhkhoảng 5μm.

Cấu trúc nhân khá phức tạp:

Màng nhân là màng kép (double membrane) tách biệt nhau khoảng 20-40nm. Mỗi màngdày khoảng 10nm và có cấu trúc bởi lớp phospholipid kép tương tác với các protein.

Màng ngoài nối với hệ thống mạng lưới nội chất (endoplasmic recticulum-ER) bởi cáckhe bể chứa và hình thành hệ thống khe. Trong một số trường hợp, hệ thống khe này mởra khoảng gian bào liên hệ trực tiếp với môi trường ngoài.

Màng nhân có cấu trúc không liên tục. Trên màng nhân có các lỗ nhân (nuclear pore),có đường kính khoảng 100nm. Tại mép của lỗ này, màng ngoài và màng trong nối vớinhau.

Lỗ nhân được cấu tạo từ một phức hợp protein gọi là phức hợp lỗ. Phức hợp này nối cáclỗ với nhau có vai trò điều hòa kích thước lỗ và vận chuyển các chất có kích thức lớn(large macromolecules and particles) qua lỗ.

Ngoài lỗ màng nhân, trên mặt của màng nhân có các phiến mỏng (lamina) lót mặt trongcủa màng, đảm bảo ổn định hình dạng của nhân.

Ngoài việc tách biệt nhân và tế bào chất, màng nhân có chức năng trong trao đổi chất,tổng hợp protein và ổn định hình dạng nhân.

Nhân chứa hầu hết gene của tế bào. Các DNA tổ chức với protein làm thành chất nhiễmsắc. Chất nhiễm sắc (chromatin) bắt màu có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi như một

32/132

khối lộn xộn. Khi tế bào chuẩn bị phân chia, chromatin xoắn lại và dày lên gọi là nhiễmsắc thể (chromosome) có số lượng đặc trưng cho mỗi loài.

Hạch nhân (nucleolus) được tìm thấy trong nhân của tế bào khi không phân chia. Đây làtổ chức tổng hợp các thành phần của ribosome.

Nhân có vai trò chứa và truyền thông tin di truyền từ tế bào này sang tế bào khác. Nhânchứa DNA, nhiễm sắc thể. Khi tế bào phân chia, DNA và nhiễm sắc thể nhân đôi vàphân chia về hai tế bào con.

Nhân điều khiển, điều hòa hoạt động sống của tế bào. Cắt trùng Stentor, thành hai phầnmột nửa có nhân và một nửa không có nhân. Một nửa có nhân nhanh chóng phục hồi.Nửa kia sẽ chết sau đó. Đối với Foraminifera, nửa có nhân phục hồi vỏ cứng bị mất,nửa kia không có khả năng này.

Ribosome

Ribosome là trung tâm tổng hợp protein. Những tế bào có tỉ lệ tổng hợp protein caothường có số lượng ribosome lớn chẳng hạn như tế bào gan của người (vài triệuribosome), những tế bào có tỉ lệ tổng hợp protein thấp có ít ribosome.

Ribosome có hình cầu kích thước nhỏ (20-35nm).

Trong tế bào, ribosome bám trên hệ thống màng mặt ngoài của lưới nội chất, màng nhân(bound ribosome) và nằm tự do trong cytosol.

Ribosome tự do tổng hợp protein có chức năng trong tế bào chất, chẳng hạn như cácenzyme tham gia vào quá trình chuyển hóa các chất (metabolitic process).

Ribosome bám tổng hợp các protein được xuất ra khỏi tế bào. Những tế bào chuyên hóatiết protein như tế bào các tuyến chẳng hạn như tuyến tụy (pancreas) có tỉ lệ ribosomebám cao.

Ribosome được cấu tạo chủ yếu từ RNA và protein. Ribosome của prokaryote có hằngsố lắng là 70S gồm hai hai tiểu phần 30S và 50S. Ở tế bào eukaryote, ribosome có hằngsố lắng là 80S gồm 2 tiểu phần 40S và 60S.

Mạng lưới nội chất (endoplasmic recticulum-ER)

Mạng lưới nội chất là một hệ thống màng chằng chịt (labyrinth) chiếm hơn 50% tổngmàng trong tế bào eukaryote. Mạng lưới nội chất bao gồm các ống, túi và bể thông vớinhau phân bố khắp tế bào chất.

33/132

Có hai loại mạng lưới nội chất khác nhau. Mạng lưới nội chất nhám (rough ER) và mạnglưới nội chất trơn (smooth ER)

Mạng lưới nội chất trơn (smooth endoplasmic recticulum)

Mạng lưới nội chất trơn có chức năng trong chuyển hóa chất như tổng hợp lipid, chuyểnhóa carbohydrate, phân giải hóa chất (drug) và độc tố và co cơ.

Vd: Mạng lưới nội chất trơn của tế bào cơ (muscle cell) bơm Ca2+ từ cytosol vào trongtúi. Khi tế bào cơ bị kích thích bởi các xung thần kinh, Ca2+ được đưa ngược lại vàocytosol gây co cơ.

Mạng lưới nội chất nhám (rough endoplasmic recticulum)

Mạng lưới nội chất nhám mặt ngoài có các ribosome. Ở nhiều loại tế bào, protein tiết cótính chuyên hóa được tổng hợp ở ribosome của mạng lưới nội chất nhám chẳng hạn nhưinsulin của tuyến tụy. Một polypeptide được tổng hợp được đóng gói vào túi hay bóngmàng (vesticle) thông qua lỗ, được hình thành bởi protein trên màng của mạng lưới nộichất. Khi đi vào túi, polypeptide xoắn thành cấu hình không gian đặc trưng. Hầu hết cácprotein tiết là glycoprotein. Các túi protein tiết (transfort vesicle) sau đó tách khỏi mạnglưới nội chất và được vận chuyển đến nơi cần thiết.

Bộ máy Golgi (Golgi apparatus)

Sau khi rời khỏi mạng lưới nội chất, các bóng vận chuyển (transport vesicle) được đưađến bộ máy Golgi. Ơ đây các sản phẩm của mạng lưới nội chất được biến đổi, phân loạisau đó đưa đến nơi cần thiết.

Bộ máy Golgi gồm những túi nhỏ dẹp có màng kép xếp song song nhau tựa như chồngđĩa. Các túi dẹp ở gần nhau nối với nhau bởi các ống.

Các túi dẹp có cấu trúc phân cực: mặt cis và trans. Mặt cis nằm gần mạng lưới nội chấtvà tiếp nhận các bóng vận chuyển từ mạng lưới nội chất. Các sản phẩm này được biếnđổi trong Golgi từ mặt cis tới trans. Những biến đổi có thể là loại bỏ một số monomertrên gốc đường của protein, gắn gốc phosphate. Các sản phẩm của Golgi sau đó táchkhỏi mặt trans đến nơi cần thiết.

Lysosome

Lysosome là các túi enzyme thủy phân được bao bọc bởi màng. Các enzyme này có thểhoạt động tốt ở pH khoảng 5 và có thể thủy phân hầu hết các đại phân tử như protein,polysaccharide, nucleic acid và lipid. Màng của lysosome đảm bảo pH thấp bằng cách

34/132

bơm H+ từ cytosol vào. Cấu hình protein của mặt trong màng lysosome và enzyme tiêuhóa đảm bảo tránh sự tự phân hủy lysosome.

Lysosome có vai trò trong:

- Tiêu hóa nội bào: Ở amip, không bào tiêu hóa (food vacuole) hòa màng với lysosomeđể tiêu hóa thức ăn.

- Tái chế nguyên liệu thông qua quá trình tự tiêu (autophagy) các bào quan già.

- Hủy tế bào theo chương trình. Trong quá trình phát triển của nòng nọc thành cóc,lysosome phân hủy các tế bào đuôi. Trong quá trình phát triển phôi người, lysosomephân hủy màng ngón tay ở phôi.

- Nhiều bệnh di truyền gọi là dự trữ lysosome (lysosomal storage diseases) ảnh hưởngđến chuyển hóa của lysosome. Một người bị bệnh này thiếu active lysosome enzymehoạt hóa. Các lysosome bị ứ đọng cơ chất ảnh hưởng đến hoạt động tế bào.

Vd: Bệnh Pompe: gan bị tổn hại do tích lũy nhiều glycogen. Bệnh Tay-Sarch, tích lũylipid ở não.

Các bệnh này có thể chữa trị bằng cách tiêm enzyme có liên quan hay bằng liệu phápgene.

Không bào (vacuole)

Không bào (vacuole) và bóng màng (vesicle) đều được bao bọc mởi màng nhưng khôngbào lớn hơn. Không bào có nhiều chức năng. Không bào tiêu hóa (hình thành do thựcbào phagocyte), không bào co bóp (contractile vacuole), không bào trung tâm (centralvacuole ở tế bào thực vật trưởng thành) được bao bọc bởi màng (tonoplast). Không bàotế bào thực vật chứa protein, các chất vô cơ (kali, chloride), sản phẩm trung gian củahóa trình chuyển hóa các chất, sắc tố, độc tố.

Không bào có vai trò trong sự lớn lên của tế bào thực vật: do không bào kéo dài khi hútnước.

Không bào lớn được hình thành từ việc kết hợp nhiều không bào nhỏ hơn.

Ti thể (mitochondria)

Trong tế bào của eukaryote thường có nhiều ti thể, một số trường hợp có một ti thể lớn.Ở những tế bào hoạt động trao đổi đổi chất mạnh, số lượng ti thể nhiều hơn tế bào hoạtđộng ít.

35/132

Ti thể có hình hạt hay hình sợi đường kính trung bình 0.1-0.5μm, dài1-10μm.

Quay phim hiển vi cho thấy ti thể luôn chuyển động, thay đổi hình dạng và phân chia.

Ti thể có màng đôi, màng ngoài trơn, mang trong gấp nếp thành mào có hình răng lược(cristae) làm tăng thêm bề mặt của màng trong nhằm tăng cường hiệu quả chức năng củanó. Trên bề mặt của răng lược có các hạt là các protein xuyên màng (integral protein) vàrìa màng (peripheral protein) có vai trò trong chuyền điện tử và tổng hợp ATP.

Màng trong chia ti thể thành hai buồng: buồng thứ nhất (internal compartment) là vùnghẹp giữa hai màng; buồng thứ hai chất nền của ti thể (mitochondrial matrix) được baoquanh bởi màng trong chứa enzyme thực hiện một vài bước chuyển hóa chất trong hôhấp tế bào. Ngoài ra, chất nền còn có các DNA. Vì vậy, ti thể có khả năng tự nhân đôivà tổng hợp một số protein.

Ti thể là nơi thực hiện hô hấp tế bào, một quá trình dị hóa (catabolism) tạo ra ATP từviệc oxy hóa đường, lipid và những nhiên liệu khác trong sự có mặt của oxy.

Lạp thể (chloplast)

Ở thực vật không bị ánh sáng đốt trực tiếp, lục lạp có hình cốc hình sao, hình bản, hìnhchuông…

Ở thực vật trên cạn, lục lạp có hình bầu dục. Với hình bầu dục, lục lạp có xoay bề mặtđiều chỉnh mức độ tiếp xúc với ánh sáng và sử dụng ánh sáng hiệu quả nhất. Đây cũnglà một đặc điểm tiến hóa của giới thực vật.

Số lượng lục lạp khác nhau ở các loài thực vật. Mỗi tế bào tảo có một lục lạp. Thực vậtbậc cao trung bình có 20-100 lục lạp.

Đường kính lục lạp khoảng 4-6 micrometer, dày 2-3 micrometer.

Những cây ưa bóng có số lượng, kích thước lục lạp và hàm lượng sắc tố trong lục lạpnhiều hơn cây ưa sáng.

Lục lạp được bao bọc bởi màng kép, chia lục lạp thành hai buồng: khoảng giữa hai màngvà chất nền (stroma).

Stroma là nơi xảy ra các phản ứng của pha tối trong quang hợp. Thành phần hóa học củastroma bao gồm: Các enzyme, protein, acid nucleic, ribosome, lipid và các giọt dầu...

Grana là tập hợp các thylakoid xếp chồng chất lên nhau là nơi xảy ra các phản ứngpha sáng trong quang hợp. Màng thylakoid có phức hệ enzyme tổng hợp ATP (ATP-synthetase). Trong màng chứa hệ thống sắc tố và hệ thống chuyền điện tử. Một grana

36/132

có 5-30 thylakoid được gọi là thylakoid grana. Mỗi lục lạp có khoảng 40-50 grana đượcliên kết với nhau bởi thylakoid stroma.

Lục lạp có vai trò trong chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học vàdùng nó trong việc tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và nước. Lục lạp có chứa DNA, nhưvậy chúng có thể tự sinh sản và tổng hợp một số protein.

Peroxisome

Peroxisome là các bóng màng, có màng đơn. Bên trong là chất nền chứa các enzymeoxy hóa đặc trưng: catalase phân giải hydrogen peroxide, enzyme chuyển hóa acid béo.Peroxisome ở gan có vai trò trong giải độc bằng cách chuyển H từ chất độc cho oxygen.

Một bào quan chuyên biệt của peroxisome là glyoxisome không có ở động vật có xươngsống bậc cao. Bào quan này chứa enzyme chuyển hóa lipid thành carbonhydrate.

Bộ xương tế bào (cytoskeleton)

Bộ xương tế bào là mạng lưới vi sợi, vi ống mở rộng khắp nguyên sinh chất (cytoplasm)và có vai trò chính trong tổ chức cấu trúc và hoạt động của tế bào.

Chức năng:

Bộ xương tế bào có chức năng nâng đỡ và duy trì hình dạng của tế bào. Kiến trúc củabộ xương chắc chắn và đàn hồi cao; bộ xương cung cấp điểm tự cho các bào quan và rấtlinh động do có thể bị phân hủy và tái thiết lập.

Bộ xương tế bào liên quan đến các dạng vận động của tế bào. Sự chuyển động đó đòi hỏisự tương tác giữa bộ xương và các protein vận động (motor) chẳng hạn như các bóngvận chuyển trên các đường ray (monorail) từ bộ xương; co cơ…

Bộ xương cũng tham gia vào điều hòa hoạt động sinh hóa của tế bào. Bộ xương có thểchuyển lực cơ học từ bề mặt tế bào vào bên trong và đến nhân. Trong thí nghiệm, ngườita kéo protein của màng sinh chất liên kết với bộ xương. Một video hiển vi cho thấy cósự sắp xếp lại nhân và các tổ chức khác của hạch nhân (nucleoli).

Bộ xương tế bào được cấu trúc bởi: vi ống (microtubule), vi sợi (microfilament) và visợi trung gian (intermediate filament).

Vi ống

Vi ống được tìm thấy ở tất cả eukaryote, là những ống thẳng rỗng ở giữa dài khoảng200nm -25μm, đường kính khoảng 25nn.

37/132

Vách vi ống được cấu trúc bởi protein hình cầu (globular protein) gọi là tubulin. Mỗitubulin có hai thành phần: alpha và beta tubulin. Các thành phần của tubulin có thể táchrời và tái sử dụng.

Vi ống cũng có thể tập hợp thành lông, roi, các vi ống thần kinh của sợi trục (axon), thoiphân bào.

Vi ống có vai trò:

Kéo nhiễm sắc thể về hai cực, nhờ các vi ống của thoi vô sắc.

Vận chuyển các bào quan từ nơi này đến nơi khác: chuyển động của ti thể, bóng màngxuất nhập bào .

Duy trì hình dạng tế bào: do sự sắp xếp đặc trưng của vi ống (biệt hóa tế bào)

Vi sợi

Vi sợi đường kính khoảng 7 nm, cấu trúc bởi hai sợi actin xoắn lại, được tìm thấy trongtất cả eukaryote. Vi sợi dạng này phân bố khắp cytoplasm nhưng thường tập trung sátngay màng sinh chất. Cấu trúc của chúng chịu lực căng (tension forces). Các vi sợi tươngtác với các protein khác tạo thành mạng lưới có vai trò nâng đỡ và duy trì hình dạng tếbào. Ở tế bào động vật chuyên hóa cho vận chuyển các chất, các bó microfilament làmthành lõi của lông tơ làm tăng diện tích bề mặt tế bào.

Dạng vi sợi dày hơn là myosin tương tác với actin có vai trò trong vận động của tế bào.Sự co cơ là kết quả của việc trượt lên nhau của actin và myosin làm tế bào ngắn lại.Sự tương tác của actin và myosin trong tế bào động vật đang phân chia hình thành rãnhphân cắt chia tế bào mẹ thành hai tế bào con.

Vi sợi trung gian

Vi sợi trung gian phổ biến trong eukaryote có đường kính 8-12nm. Các sợi này chuyênbiệt cho việc chịu lực căng và rất đa dạng. Sợi trung gian là thành phần cố định củatế bào và có vai trò trong việc đảm bảo hình dạng tế bào. Khi xử lý loại bỏ microtubevà microfilament, tế bào vẫn giữa nguyên hình dạng. Như vậy, mạng lưới các sợi trunggian đảm bảo hình dạng nguyên thủy của tế bào.

Trung thể (centriosome)

Trung thể có ở các tế bào động vật đa bào cũng như đơn bào và nằm cạnh nhân.Trung thể ở tế bào động vật có một cặp trung tử (centriole) và chất quanh trung tử(pericentriole). Ngày nay, người ta gọi trung thể là MTOC (microtubule organizingcentre). Tế bào thực vật không có trung tử.

38/132

Trung tử có hình trụ đường kính khoảng 0.15-0.25 μm dài 0.7 μm. Thành trụ được cấutạo từ 9 bộ ba vi ống. Các vi sợi bao quanh tâm trụ. Bộ ba vi ống gồm tubilin A, B và Cvà được nối với nhau bởi protein nexin. Khi tế bào phân chia trung tử nhân đôi.

Trước đây cho rằng, trung tử có vai trò trong tạo thoi vô sắc. Nhưng nhiều bằng chứnggần đây cho thấy những tế bào bị phá trung tử vẫn hình thành thoi vô sắc.

Chất quanh trung thể có nhiều cấu trúc hình cầu kích thước khoảng 40-70nm có cuốngđính với các vi ống của trung tử và các vi ống tự do xếp phóng xạ quanh trung tử (hình2.37)

Lông và roi

Lông và roi là những phần lồi của tế bào chất được bao bởi màng có đường kính khoảng0.2μm. Người ta phân biệt lông và roi dựa vào chiều dài, số lượng và cách thức hoạtđộng (beating patern). Roi thường dài hơn lông (10-200μm so với 2-20 μm). Tế bào cókhoảng vài roi trong khi có tới khoảng 300 lông. Roi chuyển động uốn sóng tạo lực cùnghướng với trục của roi. Lông chuyển động như mái chèo (oar) tạo lực vuông góc vớitrục của lông.

Mặc dù có chiều dài, số lượng và chuyển động khác nhau nhưng lông và roi có chungcấu trúc siêu hiển vi (ultrastructure). Lông và roi được bao bọc bởi màng sinh chất vàgồm 9 đôi microtubule xếp song quanh 2 microtubule ở giữa (9+2). Đôi vi ống gồmalpha và beta microtubule liên kết với nhau bởi protein nexin. Alpha microtubule có haitay là protein dynein hướng tới beta microtubule của cặp kế. Alpha microtubule nối vớimàng bao hai microtubule trung tâm bởi nối phóng xạ. Cấu trúc lông và roi được neovào tế bào nhờ thể nền (basal bodies) tương tự như trung tử có vai trò trong tái sinh lôngvà roi. Dynein có vai trò trong chuyển động của lông và roi. Cơ chế chuyển động củaDYNEIN giống như mèo leo cây và cần năng lượng (ATP).

Lông và roi giúp tế bào chuyển động và dọn các chất lỏng trên bề mặt mô. Lông tế bàođệm (lining: niêm mạc) của khí quản quét những mảnh vụn ra khỏi phổi.

Vách tế bào (cell wall)

Vách tế bào thực vật bền chắc và quy định hình dạng tế bào. Mặt trong cua vách dínhvới màng nguyên sinh chất.

Vách tế bào bao gồm các thành phần cấu trúc sau: Cellulose chiếm 30%, hemicellulosevà pectin chiếm 60%, protein, lipid, peroxydase, ATPase và phosphatase. ở tế bào già,vách tế bào có thêm lignin (hóa gỗ), chất sáp, cutin(cuticle), tannin và suberin…

39/132

Các sợi microfibil của cellulose đan kết trong một khối cơ chất vô định hình củapolysaccharide (hemicellulose và pectin) và các protein.

Khi tế bào còn non, chúng được bào bọc bởi vách sơ cấp. Giữa vách sơ cấp của các tếbào lân cận là các phiến giữ (middle lamina) thành phần chính là pectin, chất kết dínhcác tế bào lại với nhau thành khối mô. Khi tế bào trưởng thành, một số tế bào thấm thêmcác chất làm vách sơ cấp cứng hơn, một số khác hình thành vách thứ cấp (secondary cellwall) nằm giữa màng sinh chất và vách sơ cấp, có nhiều lớp phiến mỏng hơn.

Vách tế bào có các chức năng:

• Trao đổi ion như nhóm carboxyl có trong pectin với H+, K+ và các cation khác.• Chất suberin tham gia điều tiết chế độ nước và nhiệt của cây.• Vách tế bào ở cạnh nhau liên kết lại thành hệ thống gian bào, có vai trò trong

vận chuyển vật chất.• Vách tế bào có các lỗ, nơi mà các sợi liên bào xuyên qua, đảm bảo cho sự

thông thương, sự vận chuyển các chất và truyền thông tin giữa các tế bào.• Vách tế bào duy trì hình dạng tế bào nhờ áp suất nước và quyết định kích thước

của tế bào.

Màng nguyên sinh (plasma membrane)

Cấu trúc

Màng sinh chất là màng khảm lỏng, là lớp sinh chất ngoài cùng của tế bào chất, có cấutạo đặc thù của màng sinh học bao gồm:

Lớp phospholipid kép: Các phân tử phospholipid sắp xếp với đầu kị nước quay vào nhauvà đầu ưa nước quay ra môi trường tạo nên lớp phospholipid kép. Các hydrocarbon ởđầu kị nước của phân tử phospholipid có thể chuyển động theo nhiều hướng tạo nêntính linh động của màng. Các phân tử phosphilid có thể di chuyển từ nơi này sangnơi khác trong cùng một lớp phospholipid hoặc chuyển từ lớp phospholipid này sangphospholipid khác.

Các protein :

Một số protein xuyên qua lớp phospholipid kép một phần hay hoàn toàn. Phần khôngphân cực của protein tương tác với đầu kị nước của phospholip và thường có cấu trúcxoắn alpha. Phần ưa nước của protein quay ra phía ngoài màng.

Một số protein không xuyên màng: Các protein neo trực tiếp vào phospholipid kép haythông qua phân tử đường hay phân tử lipid.

40/132

Các protein gắn vào màng thông qua sự tương tác với protein khác của màng.

Các protein trên có thể là các enzyme, các chất nhận hay chất mang, các kênh vậnchuyển qua màng, protein điều hòa và protein cấu trúc.

Cũng giống như phospholipid, một số protein có thể di chuyển trong một lớp hoặcgiữa hai lớp phospholipid. Tuy nhiên, do protein lớn hơn các phân tử phospholipid nênchuyển động chạm hơn nhiều.

Nhiều phân tử protein mặt ngoài của màng gắn vào bộ xương tế bào thật sự bất động.Sự gắn xen của các protein vào màng có vai trò điều hòa tính chất cơ học của màng.

Cholsterol (hình 2.40)

Các phân tử cholesterol xếp xen kẽ vào giữa các phân tử phospholip theo cách nhómphân cực xếp ở mức các đầu ưa nước của phospholipids và nhân steroid xen kẽ vào đuôihydrocarbon của phospholipids. Cholesterol có vai trò cố định cơ học cho màng.

Các glycoprotein và glycolipid (hình 2.40)

Một số protein và phospholipid ở mặt ngoài màng gắn với các oligosaccharide bằng liênkết hóa trị tạo nên các hợp chất glycoprotein và glycolipid.

Các glycoprotein và glycolipid là điểm nhận biết các tín hiệu và quan hệ giữa các tế bào.

Tính chất của màng sinh chất

Màng có tính lỏng (fluidity): Phụ thuộc và thành phần cấu trúc của màng (phospholipidcó duôi là các hydrocarbon không no làm tăng tính lỏng của màng và ngược lại;Cholesterol làm giảm tính lỏng của màng).

Màng có cấu trúc khảm: Các protein khảm vào lớp phospholipid kép.

Màng nguyên sinh là màng bán thấm có chọn lọc, cho nước và một số chất hòa tan điqua nhưng không cho các chất hòa tan khác đi qua.

Chức năng

Màng nguyên sinh chất ngăn cách tế bào với môi trường: điều này tạo cho tế bào một hệthống riêng biệt; qua màng, tế bào trao đổi các chất và thông tin với môi trường ngoàicần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của tế bào.

41/132

Cấu tạo của tế bào ProkaryoteHầu hết Prokaryotes là sinh vật đơn bào. Một số loài sống thành nhóm, tập đoàn gồmnhiều tế bào giống nhau. Một số khác hình thành những tổ chức đa bào có sự phân côngchức năng.

Prokaryotes có nhiều hình dạng khác nhau: hình cầu (cocci), hình que (bacilli), hìnhphẩy và hình xoắn (helice) bao gồm xoắn khuẩn (Spirilla) và Spirochettes

Kích thước tế bào từ 1-5 ?m. Tuy nhiên Prokaryotes lớn nhất có hình roi dài 0.5 mm (tếbào Eukaryote 10-100 ?m).

Vách tế bào

Hầu hết prokaryotes có vách tế bào bên ngoài màng sinh chất (plasma membrane) vàduy trì hình dạng của tế bào bảo vệ tế bào không bi vỡ khi đặt trong môi trường nhượctrương và có lysozyme. Tuy nhiên môi trường có áp suất thẩm thấu quá cao, Prokaryotesẽ chết.

Không giống như vách tế bào thực vật được cấu tạo từ cellulose, vách tế bào vi khuẩncó cấu tạo từ peptidoglycan gồm các phân tử polysaccharides liên kết ngang với cácphân tử petides ngắn. Thành phần cấu tạo của vách là khác nhau giữa các loài. Ở mộtsố loài, vách tế còn có thêm lipopolysaccharides (carbonhydrate liên kết với lipids)đây là đặc điểm giúp phân biệt vi khuẩn khi nhuộm Gram (Gram stain) với thuốcnhuộm tím tinh thể (crystal violet). Vi khuẩn Gram dương (Gram-positive bacteria) bắtmàu sẽ có màu đỏ tía, vách tế bào của loài này phần lớn là peptidoglycan không cólipopolysaccharides. Vi khuẩn Gram âm (Gram-negative bacteria) không bắt màu, váchtế bào có ít peptydoglycan và có thêm lipopolysaccharides.

Phần lớn vi khuẩn gây bênh là vi khuẩn Gram âm bởi vì lypolysaccharides giúp vi khuẩnchóng lại lysozyme có trong tuyến nước bọt và tuyến mũi của người và có khả năngkháng kháng sinh bằng cách ngăn cản đường vào của kháng sinh. Lysozyme tác độngtrực tiếp lên vách tế bào. Kháng sinh chẳng hạn penicillin ngăn cản sự hình thành liênkết chéo giữa polysaccharides và polypetides. Nhiều vi khuẩn gây bệnh còn có lớp vỏnhầy bên ngoài vách tế bào gọi là capsule tăng cường khả năng chống đề kháng của tếbào vật chủ và dính cơ chất của chúng. Mặc khác, capsule giúp kết dính các tế bào củavi khuẩn hình thành khuẩn lạc.

Một số loài có khuẩn mao giúp kết dính tế bào vào giá thể, giữ các tế bào dính đủ lâu đểtruyền DNA trong suốt quá trình tiếp hợp (conjugation).

42/132

Ví dụ:Neissenria gonorrhoeae gây bệnh lậu (goorrhoaeae) dùng khuẩn mao bám vàoniêm mạc vật chủ.

Lông và roi

Hơn phân nửa prokaryotes có khả năng chuyển động định hướng do có roi. Các roi tậptrung trên toàn bộ cơ thể hoặc chỉ ở một hoặc hai đầu của tế bào. Có ba cơ chế trongchuyển động của vi khuẩn. Thứ nhất là nhơ roi. Thứ hai là nhờ hai hay nhiều khuẩnmao bên dưới vách tế bào có cấu trúc tương tự như roi. Mỗi sợi có motor gắn vào tếbào. Khi motor quay tế bào chuyển động theo cơ chế xoắn nút chai. Cơ chế này là đặcbiệt hiệu quả trong môi trường có độ nhớt cao. Cơ chế thứ ba là một số vi khuẩn có thểtiết ra chất nhầy gây ra chuyển động trượt như khi thiếu khuẩn mao. Trong môi trườngđồng nhất Prokaryote chuyển động theo hướng ngẫu nhiên. Trong môi trường khôngđồng nhất, Prokaryote chuyển động hướng kích thích chẳng hạn như hướng sáng, hướngnguồn thức ăn, tránh chất độc. Một số loài vi khuẩn có chứa một số phân tử nhỏ nhưhợp chất sắt cho phép chúng phân biệt trên, dưới để định hướng bắt mồi.

6.3 Màng sinh chất

Màng của prokaryotes có cấu trúc khảm lỏng giống như màng của Eukaryotes. Sự gấpnếp của màng tạo nên những màng có chức năng riêng biệt chẳng hạn như thylakoids,mesosome và màng hô hấp (respiration membranes)

Vật chất di truyền

Vật chất di truyền của prokaryote là DNA mạch đơn vòng. Những vòng DNA lớn tươngtác với proteins hình thành nhiễm sắc thể của Prokaryotes hay giá genes tập trung ở mộtsố khu vực nhỏ trong tế bào gọi là vùng nhân (không có màng nhân). So với Eukaryotes,bộ gene của Prokaryotes nhỏ hơn và đơn giản hơn.

Trong bộ gene của Eukaryotes, DNA mạch thẳng tương tác với các proteins hình thànhbộ nhiễm sắc thể đặc trưng cho loài. Trung bình bộ gene của một prokaryote chỉ bằng 1/1000 DNA trong một tế bào Eukaryote.

Ngoài DNA của nhiễm sắc thể, Prokaryotes còn có những vòng DNA nhỏ hơn gọilà plasmids chứa vài genes. Trong hầu hết môi trường, Prokaryotes tồn tại không cầnplasmids bởi vì các chức năng quan trọng đều mã hoá trong DNA nhiễm sắc thể. Tuynhiên, các genes của plasmids có thể giúp prokaryotes sống trong môi trường có khángsinh, các chất dinh dưỡng lạ. Plasmid nhân đôi độc lập với nhiễm sắc thể và chuyển chotế bào khác giới khi tiếp hợp (conjugation).

43/132

Các quá trình sinh học trong tế bàoTrao đổi chất qua màng tế bào

Tính thấm của lớp phospholipids kép

Đuôi kỵ nước của phospholipids ngăn cản sự vận chuyển các ion và các phân tử phâncực như H+, Na+. Các phân tử không tan trong nước như hydrocarbon, CO2, O2 quamàng dễ dàng.

Những phân tử nhỏ phân cực nhưng không tích điện như ethanol cũng có thể qua màng.

Lớp phospholipids kép không thấm đối với những phân tử không tích điện nhưng kíchthước lớn chẳng hạn như glucose và sucrose.

Tuy nhiên, lớp phospholipids kép chỉ là một phần câu chuyện về tính thấm có chọn lọccủa màng.

Protein vận chuyển

Những protein vận chuyển là protein xuyên màng (hình 2.40). Một số protein vậnchuyển làm thành các chanel ưa nước (hình 2.40). Số khác liên kết với các chất và vậnchuyển chúng qua màng. Trong cả hai trường hợp, mỗi protein vận chuyển chuyên biệtcho một hay một số cơ chất.

Như vậy, tính thấm của màng phụ thuộc vào cả hai lớp lipid kép và các protein vậnchuyển chuyên biệt.

Khuếch tán (diffusion)

Khuếch tán là cơ chế vận chuyển qua màng một cách thụ động không tốn năng lượng.Các chất được vận chuyển qua màng theo chiều từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồngđộ thấp.

Thẩm thấu (osmosis)

Thẩm thấu là một hình thức vận chuyển nước một cách thụ động qua màng. Nước vậnchuyển từ môi trường nhược trương sang môi trường ưu trương.

So sánh nồng độ các chất hòa tan của hai dung dịch. Dung dịch có nồng độ cao làdụng dịch ưu trương (hypertonic), dung dịch có nồng độ thấp là dung dịch nhược trương

44/132

(hypotonic). Nếu hai dung dịch có nồng độ bằng nhau là các dung dịch đẳng trương(isotonic).

Quá trình thẩm thấu của nước qua màng tế bào có thể được minh họa qua sự co nguyênsinh (plasmolysis) của tế bào khi đặc trong những môi trường có nầng độ khác nhau(hình 2.46)

Khuếch tán được làm dễ

Một số phân tử phân cực hoặc ion không thấm qua lớp lipid kép có thể được vận chuyểnqua màng nhờ các protein vận chuyển. Hiện tượng này gọi là khuếch tán được làm dễ.Trong nhiều trường hợp, protein thay dổi hình dạng để vận chuyển vị trí gắn cơ chất từbên ngoài màng sang bên trong màng.

Sự vận chuyển chủ động

Sự hấp thụ chủ động các chất hòa tan vào tế bào đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng. Sựvận chuyển chủ động là sự vận chuyển vật chất ngược chiều gradient nồng độ, phải tốnnăng lượng (ATP).

Nhập bào (endocytosis)

Tế bào lấy các chất có phân tử lượng lớn vào tế bào bằng cách hình thành bóng màngtừ màng sinh chất. Có ba hình thức nhập bào: thực bào-phagocytosis (cơ chất là chấtrắn); ẩm bào-pinocytosis (cơ chất là chất lỏng) và nhập bào được làm dễ nhờ receptor(receptor-mediated endocytosis).

Xuất bào (exocytosis)

Tế bào tiết các chất có phân tử lượng lớn qua màng tế bào bằng cách hòa các bóng màngvới màng.

Trao đổi thông tin qua màng.

Qua màng tế bào có thể phát đi và thu nhận thông tin điều hòa các hoạt động sống.Thông tin ở dạng những tín hiệu hóa học có khả năng liên kết với các thụ quan trênmàng. Sự truyền tín hiệu có thể là:

Nội tiết tác động xa (endocrine transmission): chất nội tiết đổ và trong máu tác động đếncác tế bào khác nhau trong cơ thể.

Cận tiết (paracrine transmission): tác động lên tế bào kế tiếp (khoảng cách xung quanhkhoảng 1mm) bằng các chất hóa học trung gian cục bộ (local chemical messenger)

45/132

Sự truyền qua synapses (synatic transmission).

Sinh trưởng và sinh sản của tế bào.

Sinh trưởng của tế bào

Tế bào con bằng con đường trao đổi chất làm tăng khối lượng tế bào chất và nhân. Tếbào tăng trưởng đến mức nào đó thì phân chia cho các tế bào mới.

Sinh sản của tế bào

Tế bào prokaryote và một số tế bào eukaryote phân chia tế bào bằng hình thức trực phân.Trong trực phân của prokaryote, DNA nhân đôi và dính ở hai điểm khác nhau trên màngsinh chất. Màng sinh chất mới và vách mới hình thành ở phần giữa tế bào chia tế bàomẹ thành hai tế bào con. Ở đây không có sự xuất hiện nhiễm sắc thể cũng như thoi vôsắc. Nhiều khi trong trực phân, nhân phân chia thành hai nữa không đều nhau. Tế bàochất phân chia cùng với nhân hoặc không phân chia hình thành tế bào hai hay đa nhân.Tế bào gan, sụn, bạch cầu phân bào theo kiểu trực phân.

Phân bào có tơ là hình thức phân bào phổ biến ở tế bào eukaryote gồm hai giai đoạn:phân chia nhân có sự hình thành thoi vô sắc, một cấu trúc giúp cho sự phân chia đềunhiễm sắc thể về hai nhân; phân chia tế bào chất.

Sự phân chia tế bào chất ở tế bào động vật và thực vật có sự khác biệt. Ở tế bào độngvật, một rãnh phân chia xuất hiện trên bề mặt tế bào gần mặt phẳng xích đạo, sau đó ănsâu vào do tác động co rút của vòng vi sợi actin bên trong tế bào chất cắt tế bào mẹ thànhhai tế bào con giống nhau (daughter cells). Trong khi ở tế bào thực vật, không xuất hiệnrãnh phân cắt. Những bóng màng (vesicle) chứa nguyên liệu xây dựng vách tế bào từGolgi di chuyển tới giữa tế bào và tổ chức thành đĩa tế bào (cell plate) chia tế bào mẹthành hai tế bào con (daughter cell).

Biệt hóa tế bào (differentiation)

Biệt hóa tế bào là một quá trình mà một tế bào chưa chuyên hóa (undifferentiated cell)trở nên chuyên hóa thành một hay nhiều tế bào cấu trúc nên cơ thể. Trong suốt quá trìnhbiệt hóa, một số gene được hoạt hóa một số gene khác bị bất hoạt. Kết quả là tế bào biệthóa có cấu trúc và chức năng đặc trưng .

46/132

Sự đa dạng của tế bàoSự đa dạng hình thái của tế bào

Hình dạng tế bào

Một số tế bào có hình dạng nhất định: tế bào tinh trùng, Paramescium, tế bào thực vật,tế bào hồng cầu.

Một số tế bào luôn thay đổi hình dạng: amip, bạch cầu.

Hình dạng tế bào phụ thuộc vào chức năng, sức căng bề mặt, tác động của tế bào bêncạnh cũng như tính chất của nguyên sinh chất.

Trong môi trường lỏng tế bào có hình cầu: tế bào bạch cầu trong máu có hình cầu.Nhưng khi ra khỏi mạch máu, bạch cầu thò chân giả và biến đổi hình dạng.

Tế bào động thực vật có hình khối do tương tác với các tế bào trong mô.

Tế bào thần kinh có hình sao và phân nhánh phù hợp với chức năng dẫn truyền thôngtin. Tế bào cơ trơn có hình thoi phù hợp với chức năng co rút.

Kích thước của tế bào

Kích thước tế bào rất đa dạng thường từ 3-30μm.

Có những tế bào rất to như tế bào trứng chẳng hạn như trứng đà điểu có đường kínhkhoảng 17 cm.

Có những tế bào rất nhỏ như Mycoplasma laidlawii chỉ khoảng 0.1μm bằng 10 lần béhơn tế bào vi khuẩn, 100 lần bé hơn tế bào động vật và 1000 lần bé hơn tế bào amip.

Chức năng

Tế bào động vật đa dạng về chức năng và có thể được chia thành 3 nhóm: tế bào sinhsản (germ cell), tế bào soma (somatic cell)-cấu trúc cơ thể, tế bào gốc –chưa biệt hóa(stem cell)

Phân biệt tế bào prokaryote và eukaryote

Tính chất prokaryote Eukaryote

47/132

Tổ chức vật chất ditruyềnMàngnhânHistonSố lượngnhiễm sắc thểInstronThểnhânPhân bào nguyênnhiễm Tái tổ hợp vật chấtdi truyềnTi thểLạpthểMàng cósterolRoiMạng lưới nộichấtGolgiVách tế bàoSựkhác biệt trong các bàoquan đơngiảnRibosomeLysosomevàperoxisomeMicrotubuleBộxươngBiệt hóa

Không KhôngMột +plasmidHiếmKhôngKhôngChuyểnmột phần theo mộthướngKhôngKhôngChỉ cóMycoplasma và methanotrophNhỏhơn, một sợi (onefiber)KhôngKhôngPeptidoglycan(trừ Mycoplasma vàArcheaobacteria)70SKhôngKhônghoặc rất hiếmKhôngKhông

cócónhiều hơn mộtphổbiếncócóPhân bào giảmnhiễm và thụtinhCóCóCóLớn hơn, cómàng bao, 20 microtubule.9+2CóCóCellulose80SCóCóCóMô,cơ quan

Phân biệt tế bào động vật và thực vật

Tính chất Tế bào thực vật Tế bào động vật

Vách tế bàoLụclạpChất dựtrữPhânbàoKhôngbàoCentriole

CóCóTinh bộtPhân bào khôngcó sao, phân tế bào chất bằngvách ngăn ở trung tâmPháttriểnKhông

KhôngKhôngGlycogenPhân bàocó xuất hiện sao, phân tế bào chấtbằng eo thắt ở trung tâmKhôngphát triểncó

48/132

Khái niệm và cấu trúc EnzymeKhái niệm Enzyme

Trao đổi chất hay chuyển hóa vật chất là toàn bộ các hóa trình hóa học xảy ra trong tếbào. Phần lớn các phản ứng xảy ra trong tế bào được điều hòa bởi chất xúc tác đạc biệtgọi là emzyme.

Enzyme là chất xúc tác sinh học có các tính chất sau:

(1) Enzyme không gây ra phản ứng mà làm giảm năng lượng hoạt hóa (activationenergy) của các phản ứng hóa học, do đó làm tăng tốc độ của các phản ứng. Điều này làbởi vì khi enzyme liên kết với các cơ chất tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất làm cấutrúc nội tại của cơ chất thay đổi theo chiều hướng giảm năng lượng hoạt hóa.

(2) Enzyme không bị bị biến đổi hay mất đi và có thể sử dụng nhiều lần trong các phảnứng của tế bào. Sau phản ứng enzyme được giải phóng.

(3) Chỉ cần một lượng nhỏ enzyme so với cơ chất cũng xúc tác được phản ứng.

(4) Enzyme có tính đặc hiệu cao. Tính đặc hiệu của enzyme thể hiện ở các cấp độ khácnhau. Mỗi ezyme chỉ xúc tác cho một kiểu phản ứng nhất định, một cơ chất nhất địnhhay một loại đồng phân nhất định của cơ chất đó.

(5) Không phải mọi tế bào cùng chứa một hệ enzyme. Điều đó giải thích tại sao có nhiềuhơn một loại tế bào

Cấu trúc của Enzyme

Bản chất hóa học của enzyme là protein hình cầu có thể chia enzyme thành hai nhómlớn sau:

Enzyme đơn giản-enzyme một thành phần nghĩa là khi thủy phân chỉ cho một thànhphần duy nhất là amino acid. Hoạt tính của enzyme này chỉ phụ thuộc vào cấu trúc củaprotein.

Enzyme phức tạp: Ngoài thành phần protein gọi là apoezyme, enzyme còn chứa thêmnhóm không phải là protein gọi là cofactors. Nhóm ngoại này rất đa dạng. Có thể phânbiệt ba nhóm ngoại cơ bản:

49/132

(1) Nếu nhóm ngoại là các phân tử hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp thì gọi làcoenzyme, thường bắt nguồn từ vitamin chứ không từ amino acid. Coenzyme liên kếtthuận nghịch với enzyme, tham gia trực tiếp trong các phản ứng mà enzyme xúc tác.

Ví dụ: NAD và FAD là hai coenzyme như chất mang điện tử và H cho nhiều phản ứngoxi hóa khử có enzyme xúc tác trong tế bào.

(2) Nhóm phụ gia (prosthetic group) tương tự như coezyme nhưng gắn chặt với proteinenzyme bằng liên kết hóa trị chẳng hạn như enzyme catalase. Giống như coenzymenhóm prosthetic thường là thành phần cơ bản trong cơ chế xúc tác của enzyme.

(3) Nhóm ngoại là các ion kim loại như Fe, Mn, Cu, Ca, Zn. CÁc ion có vai trò ổn địnhcấu trúc của enzyme và cơ chất hoạc có thể tham gia trực tiếp phản ứng chẳng hạn nhưcytochrome chứa Fe tham gia vào chuỗi chuyền điện tử.

Một số enzyme đòi hỏi cả hai thành phần để có hoạt tính xúc tác. Nhóm ngoại thườngổn định nhiệt trong khi protein enzyme bị biến tính khi bị đun nóng. Phức hệ enzyme-cofactor có hoạt tính xúc tác gọi là holoenzyme. Khi cofactor bị loại bỏ thì phần protein(apoenzyme) còn lại mất hoạt tính xúc tác.

Trên bề mặt của các enzyme có một hoạc một số khe, túi- chỗ lõm gọi là vị trí hoạt động(active site) nơi xảy ra hoạt động xúc tác của enzyme.

50/132

Cơ chế hoạt động,phân loại và các yếu tốảnh hưởng đến hoạt tính EnzymeCơ chế hoạt động của Enzyme

Mô hình hoạt động của enzyme

Nhiên cứu đầu tiên về tính đặc hiệu của enzyme với cơ chất do Emil Fischer đề xướng(1894). Fischer cho rằng khi enzyme xúc tác phản ứng thì cơ chất lắp khít vào vị trí hoạtđộn của enzyme tương tự như chìa khóa lắp vào ổ khóa. Từ đó Fischer nêu giả thuyết môhình “ ổ khóa và chìa khóa” (lock and key model) (hình 3.1) cho hoạt động của enzyme.Mỗi ổ khóa có một chìa khóa. Do đó mỗi enzyme chỉ có một chỉ xúc tác cho một loại cơchất nhất định.

Theo mô hình này, cơ chế xúc tác của enzyme trải qua nhiều giai đoạn: Giai đoạn đầutiên là sự kết hợp giữa enzyme và cơ chất tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất nhờ hìnhthành nhiều liên kết đặc biệt là liên kết hydrogen. Sự liên kết này làm thay đổi cấu hìnhkhông gian của cơ chất làm thay đổi nội năng, năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm,phân tử trở nên linh động dễ phản ứng hơn. Sau đó enzyme xúc tác lên cơ chất tạo thànhsản phẩm. cuối phản ứng enzyme được giải phóng.

Tuy nhiên, khi Daniel Koshland nghiên cứu động học của enzyme, những bằng chứngthực nghiệm cho thấy rằng cấu hình trung tâm hoạt động của enzyme không phải cốđịnh và có thể biến đổi phù hợp với cơ chât khi liên kết với cơ chất đó. Từ đây, DanielKoshland đưa ra mô hình khớp cảm ứng (induced-fit model) cho hoạt động xúc tác củaenzyme (hình 3.2). Theo mô hình này thì một enzyme có thể xúc tác cho một hoạc mộtsố phản ứng hóa học tương tự do chúng có tính đặc hiệu trong việc lựa chọn cơ chất. Vịtrí hoạt động của mỗi enzyme khác nhau có hình dạng sao cho chỉ khớp với một hoạcmột số cơ chất nhất định. Mô hình này hiện nay được chấp nhân rộng rãi.

Tính đặc hiệu của enzyme

Khác với chất xúc tác vô cơ, enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một một hay một sốcơ chất hoặc một kiểu phản ứng nhất định. Tính đặc hiệu của enzyme rất đa dạng. Ở đâychỉ đề cặp đến hai kiểu đặc hiệu:

(1) Đặc hiệu cho phản ứng

Mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một kiểu phản ứng chẳng hạn như phàn ứng của NADdehydrogenase trong hô hấp, lipase cắt liên kết ester nối glycerol và acid béo của nhiềuloại lipids.

51/132

(2) Đặc hiệu cơ chất

(a) Đặc hiệu tuyệt đối: enzyme chỉ có tác dụng lên một cơ chất nhất định chẳng hạn nhưaspartase chuyển fumarate thành L-aspartate.

(b) Đặc hiệu tương đối: enzyme co thể tác động lên nhiều cơ chất có cấu trúc khác nhaunhưng tốc độ phản ứng khác nhau chẳng hạn như phosphatase thủy phân nhiều ester củaacid phosphoric, carboxyesterase thủy phân ester của các acid carboxylic.

Phân loại Enzyme

Các enzyme thường có tên tận cùng là ase. Có sáu nhóm enzyme chính:

Nhóm 1. Oxidoreductases: xúc tác các phản ứng oxi hóa khử, chuyển H và điện tử từ cơchất sang chất nhận.

Nhóm 2. Transferases: chuyển nhóm nhỏ các nghuyên tử từ cơ chất sang chất nhận.

Nhóm 3. Hydrolases: Làm gẩy các liên kết bằng thủy phân.

Nhóm 4. Lyases:làm thay đổi chiều dài mạch carbon. Fructose-1,6-diphosphate aldolasecắt Fructose-1,6-diphosphate thành ALPG và PDA; Decarboxylase: lọai CO2

Nhóm 5. Isomerases: chuyển đổi đồng phân chẳng hạn Glocose-P-isomerase chuyểnGlo-6-P thành Fro.-6-P); triose-P-isomerase chuyển ALPG thành PDA)

Nhóm6. Ligases: tạo liên kết hóa học chẳn hạn DNA ligase gắn các đoạn okazaki trongnhân đôi DNA mạch chậm.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme

Bất kỳ điều kiện nào làm thay đổi cấu hình của enzyme đều làm thay đổi hoạt tínhenzyme

Nồng độ enzyme và nồng độ cơ chất

Tốc độ phản ứng của phần lớn các phản ứng biến đổi theo nồng độc của cơ chất và nồngđộ enzyme. Khi tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng tăng chỉ khi nồng độ cơ chấttương đối thấp. Khi nồng độ cơ chất lớn tốc độ phản ứng ít phụ thuộc vào nồng độ cơchất và có khuynh hướng đạt cực đại do nồng độ enzyme có mặt quyết định.

Ở nồng độ cơ chất thấp, nhiều phân tử enzyme có trung tâm hoạt động chưa liên kết vớicơ chất. Nên việc tăng hạn chế cơ chất là tăng tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, ở nồng độ

52/132

cơ chất cao, hầu hết các trung tâm phản ứng đã liên kết với cơ chất làm cho số phân tửenzyme trở thành yếu tố giới hạn. Khi số phân tử ezyme tăng tốc độ phản ứng cự đạităng lên tương ứng.

Chất kìm hãm

Hoạt tính của enzyme bị thay đổikhi có mặt của chất ức chế.

(a) Chất ức chế cạnh tranh

Các chất kìm hãm có cấu trúc tương tự như cơ chất. Chất ức chế gắn thuận nghịch vàotrung tâm phản ứng của enzyme cạnh tranh với cơ chất, khiến cho hoạt động xúc tác củaenzyme chậm lại. Khi chất ức chế được giải phóng hoạt động xúc tác của enzyme trở lạimình thường.

Ví dụ: acid malonic hoạt động như chất cạnh tranh trung tâm hoạt động của enzymesucxinic dehydrogenase với acid sucxinic. Trong điều kiện bình thường, sucxinicdehydrogenase xúc tác loại hai nguyên tử H của acid sucxinic tạo thành acid fumaric.Khi có mặt của acid maloic, enzyme liên kết với trung tâm hoạt động tạo thành phứchợp enzyme – chất ức chế và không thể chuyển hóa được. Như vậy làm số lượng trungtâm phản ứng giảm và tốc độ phản ứng cũng giảm theo.

(b) Chất ức chế không cạnh tranh

Chất ức chế không cạnh tranh không gắn vào vị trí xúc tác mà gắn thuận nghịch vào vịtrí khác trên enzyme. Điều này sẽ làm thay đổi cấu hình của vị trí hoạt động không cònphù hợp với cơ chất. Vùng mà chất ức chế cạnh tranh gắn vào enzyme gọi là vị trí di lậpthể (allosteric site) và gây ra hiệu ứng dị lập thể (allosteric effect). Khi chất ức chế giảiphóng, hoạt động xúc tác của enzyme trở lại bình thường.

Một số chất kìm hãm gây biến đổi hoạt tính enzyme một cách không thuận nghịch. Chấtkìm hãm dạng này làm biến đội liên tục hay phá hủy trung tâm hoạt động của enzyme.Phần lớn các chất độc là những chất kìm hãm không thuận nghịch chẳng hạnh nhưcyanide (CN-) gắn vào cytochrome cản trở việc vận chuyển điện tử đến O2, penicillinức chế không thuận nghịch enzyme transpeptidase của vi khuẩn cản trở tạo vách tế bào.

Nhiệt độ

Mỗi một enzyme hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ tối ưu nhất định. Khi nhiệt độ lệch sanghai bên nhiệt độ tối ưu hoạt động của enzyme giảm và tốc độ phản ứng sẽ giảm theo.Sự tăng nhiệt độ làm cho làm cho động năng của enzyme và cơ chất tăng, chúng chuyểnđộng nhanh hơn, va chạm nhiều hơn. Các phức chất emzyme-cơ chất hình thành nhiềuhơn, phản ứng xảy ra nhanh hơn. Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao, enzyme bị biến tính.Khi cấu hình vị trí xúc tác không còn phù hợp với cơ chất, enzyme mất hoạt tính xúc

53/132

tác. Khi nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ tối ưu, cơ chất và phân tử enzyme chuyển độngchậm. Tần số va chạm giữa chúng thấp> Ít phức hợp enzyme-cơ chất hình thành và tốcđộ phản ứng giảm.

pH

Mỗi một enzyme hoạt động tối ưu tại một giới hạn pH thích hợp chẳng hạn pepsin hoạtđộng tối ưu ở pH 2, trypsin hoạt động tối ưu ở pH 8.5. Khi pH lệch sang hai bên phíapH tối thích, hoạt tính của enzyme giảm xuống.

54/132

Hô hấp tế bàoKhái niệm hô hấp tế bào

Các hợp chất hữu cơ chứa năng lượng trong sự sắp xếp các nguyên tử của nó. Với sựxúc tác của các enzyme, tế bào phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp giàu năng lượngthành những chất đơn giản. Một phần năng lượng giải phóng ra được sử dụng vào hoạtđộng của tế bào, phần còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt. Quá trình này gọi làdị hóa. Một quá trình dị hóa phân giải một phần nguyên nhiên liệu trong sự vắng mặtcủa oxygen gọi là lên men (fermentation) hay hô hấp yếm khí (anarobic repiration). Conđường dị hóa hiệu quả và phổ biến nhất là hô hấp trong quá trình này có sự tham gia củaoxygen hay hiếu khí (arobic repiration).

Hô hấp là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm vô cơ cuối cùngnghèo năng lượng như CO2 và nước đồng thời giải phóng ra một nguồn năng lượng lớn.

C6H12O6 + O2 = 6CO2+ 6H2O + 674 kcal/mol glucose

Thực chất, hô hấp là một hệ thống oxy hóa khử phức tạp trong đó xảy ra các phản ứngoxy hóa khử: tách điện tử và H từ nguyên liệu hô hấp, chuyển tới oxy không khí dướitác dụng của hệ enzyme. Năng lượng giải phóng từ hô hấp được cố định trong “các chấtgiàu năng lượng” chẳng hạn như ATP.

Mối quan hệ giữa hô hấp và lên men:

Nhiều nhà sinh lý học nổi tiếng thế giới ở thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 cho rằng: Hô hấp làsự kế tục của lên men.

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 (Lên men)

2C2H5OH + O2 = 4CO2 + 6H2O

Giai đoạn chuẩn bị của hô hấp và lên men (đường phân: glycolysis):

Glycolysis gồm một loạt (10 phản ứng) các phản ứng không cần O2, xảy ra nhờ mộtnhóm enzyme trong cytosol.

Đặc điểm của cơ chất trong glycolysis là dạng đường đã được hoạt hóa thành dạng ester.Đây là dạng đường linh động dễ dàng tham gia phàn ứng. Trong glycosis, glucose đượcxem là cơ chất và pyruvate là sản phẩm cuối cùng của glycolysis.

55/132

Glycolysis gồm hai phase:

*Pha khởi đầu (initial phase):

Cơ chất từ những nguồn khác nhau được chuyển thành các triose phosphate. Quá trìnhnày cần 2ATP

*Giai đoạn bảo tồn năng lượng (energy-conseving phase or energy pay-off phase)

Các triose phosphate trải qua hàng loạt các phản ứng (5 phản ứng) để hình thành sảnphẩm pyruvate. NAD+ bị khử thành NADH bởi glyceraldehyde-3 phosphate. ATP đượctổng hợp trong phản ứng giai đoạn này được xúc tác bởi phosphoglycerate kinase,pyruvate kinase.

Glycolysis của một phân tử glucose cần 2 ATP, tạo 4 ATP, 2 NAD(P)H và 2 pyruvate.

Hô hấp hiếu khí (aerobic respiration)- crebs cycle –citric acid cycle:

Trong suốt thế kỷ 19, người ta biết rằng trong sự có mặt của O2, tế bào tạo CO2 và H2O.Krebs (1937) đã công bố phát hiện chu trình citric acid hay còn gọi chu trình Krebs.Chu trình này giải thích cơ chế oxy hóa pyruvate thành CO2, H2O, NAD(P)H, FADHvà ATP và xảy ra trong matrix của ti thể.

Chu trình Krebs

Đầu tiên pyruvate tạo ra từ glycolysis ở cytosol được vận chuyển qua màng trong ti thểvà sau đó được oxy hóa qua hàng loạt các phản ứng được tóm tắt trong hình 3.10 .

-Oxy hóa một phân tử pyruvate tạo ra: 4 NAD(P)H, 1 FADH, 1 ATP, CO2 và H2O.

Ý nghĩa của chu trình Krebs

Tự suy luận

Hô hấp yếm khí (anaerobic respiration-fermentation):

Trong điều kiện yếm khí, chu trình Krebs và phosphoryl hóa không thể thực hiện.Glycolysis không thể xảy ra bởi vì nguồn NAD+. Để khắc phục điều này, pyruvate tạora trong glycolysis được oxy hóa bởi NADH tái tạo NAD+. Quá trình này gọi là quátrình lên men. Có hai hình thức lên men quan trọng: lên men rượu và lên men lactic.

56/132

Hiệu quả năng lượng trong lên men thấp bởi vì hầu hết năng lượng trong glucose vẫncòn lưu trữ trong các sản phẩm của quá trình lên men chẳng hạn như ethnol, lactic acid.

Trong lên men rượu, pyruvate biết đổi thành ethanol theo hai bước: pyruvate giài phóngCO2 và hình thành acetaldehyde, sau đó bị khử bởi NADH thành ethanol. Quá trình nàytái tạo NAD+. Hình thức lên men này xảy ra ở nấm men, vi khuẩn…

Trong lên men lactic acid, pyruvate bị khử bởi NADH thành lactate. Ở người, quá trìnhlên men này xảy ra ở tế bào cơ lúc chơi thể thao căng thẳng bởi vì thiếu nguồn oxy.Lactate tích lũy gây mỏi và đau cơ. Sau đó, lactate theo máu đến gan và biết đổi thànhpyruvate.

Chuổi chuyền điện tử và quá trình phosphoryl oxyhóa (electron transportand oxidative phosphorylation)

Như đã đề cập ở trên, glycolysis và chu trình Krebs hình thành 4 ATP trên một phântử glucose bởi phosphoryl hóa mức cơ chất. Các phân tử NADH và FADH2 qua chuổichuyền điện tử tạo nên động lực tổng hợp 34 ATP. Quá trình này gọi là phosphoryloxygen hóa.

Phosphoryl ở mức cơ chất

Năng lượng tạo ra khi tách H từ cơ chất được sử dụng để tổng hợp ATP.

Trong giai đoạn đường phân

Phosphoryl oxy hóa

Con đường vận chuyển điện tử.

57/132

Điện tử được tách ra từ nhiên liệu trong glycolysis và chu trình Krebs được NADHchuyền cho một flavoprotein là FAD (flavin mononucleotide) sau đó điện tử đến ion-sulfur protein (Fe.S) → ubiquinone (Q) bản chất là lipid. Hầu hết các chất mang điệntử cò lại giữa Q và oxygen là cytochrom (cyt) nhóm prothestic của chúng gọi là hem cóbốn vòng hữu cơ bao quanh nguyên tử Fe, tương tự như hemoglobin nhưng Fe của cyttham gia chuyển điện tử chứ không chuyển oxygen. Điện tử được chuyền qua nhiều loạicyt và cyt cuối cùng là cyt a3. Điện tử từ cyt a3 sau đó được chuyển cho H2O.

Một nguồn điện từ khác là từ FADH2 được tạo bởi chu trình Krebs. FADH2 chuyển điệntử của nó vào chuổi điện tử ở mức năng lượng thấp hơn NADH. Chính vì vậy, nănglượng mà FADH2 cung cấp cho tổng hợp ATP chỉ bằng hai phần ba so với NADH.

Chuổi chuyền điện tử không trực tiếp tổng hợp ATP. Vai trò chính của nó là chuyềnđiện tử từ nhiên liệu đến oxygen.

Hóa thẩm thấu (chemiosmosis): cơ chế tổng hợp ATP

Màng trong của ti thể tồn tại một phức hợp protein là ATP synthase, enzyme tổng hợpprotein hoạt động ngược lại với bơm ATP. Bơm ATP dùng năng lượng (ATP) để vậnchuyển ion ngược chiều nồng độ, ngược lại ATP synthase dùng năng lượng do sự chênhlệch nồng độ ion (prton H+) giữa hai bên màng trong của ti thể để tổng hợp ATP.

Sự chênh lệch nồng độ giữa hai bên màng trong ti thể là bởi vì khi điện tử qua chuổi điệntử giải phóng năng lượng bơm H+ từ matrix vào khoảng giữa hai màng. H+ có xu hướngđi màng để giảm sự chênh lệch này. Màng trong không thấm đối với H+ nhưng ATPthì thấm. Sự chênh lệch H+ đã tạo lực proton (proton-motive force) qua ATP synthase.Như vậy, gradient H+ đi kèm với các phản ứng oxy hóa khử ở chuổi điện tử để tổng hợpATP. Cơ chế cặp đôi dẫn đến sự phosphoryl oxy hóa này được gọi là hóa thẩm thấu.

Làm thế nào chuổi điện tử bơm H+ vào trong khoảng giữa hai màng? Các nhà nghiêncứu tìm thấy rằng một số thành viên của chuổi điện tử nhận và giải phóng H+ cùng vớiđiện tử, ngược lại một số khác chỉ chuyển điện tử. Như vậy, tại một vị trí nào đó trênchuổi điện tử, một số H+ được nhận sau đó trả lại môi truờng xung quanh; số khác đượcchuyển từ matrix vào trong khoảng giữa hai màng.

Làm thế nào ATP synthase dùng dòng đi vào matrix của H+ để tổng hợp ATP? Phứchợp ATP synthase gồm có ba thành phần: một ống hình trụ (cylinder) xuyên màng trong,một knob quay vào matrix và một trục giữa nối ống trụ và knob. Khi H+ đi vào ống hìnhtrụ làm cho ống hình trụ và trục quay. Điều này làm knob thay đổi hình dạng, hoạt hóavị trí xúc tác của ATP synthase, xúc tác phản ứng ADP và H3PO4 tạo ATP.

58/132

Hiệu xuất oxy hóa hoàn toàn một phân tử glucose

Giai đoạn đường phân tạo: 2 ATP và 2 NADPH2 sẽ tạo 6 ATP khi qua chuỗi điện tử.Như vậy giai đoạn đường phân tạo 8 ATP

Giai đoạn hiếu khí tạo:2 NADPH2 ( từ pyruvate) sẽ tạo 6 ATP, 24 ATP trong chu trìnhKrebs. Như vậy, giai đoạn hiếu khí tạo 30 ATP

-Tổng ATP tạo ra khi phân giải 1 phân tử glucose là 38 ATP

H = 38×10674 × 100 =56

(1 ATP ~ 7.3 kcal; 1 glucose ~ 686 kcal)

Vai trò ATP trong hoạt động của tế bào

- Cung cấp năng lượng cho vận động của tế bào: co cơ, vận động của nhiễm sắc thể vềcác cực.

- Cung cấp năng lượng cho tế bào vật chuyển các chất: bơm các chất qua màng.

- Hoạt hóa các chất trong nhiều phản ứng xảy ra trong tế bào.

59/132

Quang hợpKhái niệm về quang hợp:

AS, diệp lục

6CO2 + 6H2O ------------------- > C6H12O6 + 6O2

Quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa họctrong dưới dạng các hợp chất hữu cơ.

Quang hợp là quá trình biến đổi các chất vô cơ đơn giản thành các chất hữu cơ phức tạpcó hoạt tính cao trong cơ thể thực vật, đồng thời giải phóng O2 nhờ năng lượng ánh sángmặt trời và hệ sắc tố.

Ý nghĩa của quang hợp:

Đóng gói năng lượng ánh sáng mặt trời dưới dạng năng lượng hóa học cần thiết cho sinhvật.

Năng lượng mặt trời rọi xuống trái đất 5.10 23 Kcal, 2.10 23 xuống vùng có cây cối.Cây xanh chuyển 2% (5.10 21 Kcal) năng lượng này thành năng lượng hóa học.

Quang hợp là nguồn cung cấp chủ yếu các chất hữu cơ trên trái đất cho hoạt động sốngcủa sinh vật và loài người.

Quang hợp tạo 4,5.10 11 tấn chất hữu cơ (trên cạn 5.10 10 tấn con gnười sử dụng 3,5%,dưới nước 4.10 11 tấn con người sử dụng 2.10 -5 )

Làm sạch không khí.

Quang hợp đồng hóa 170 tỉ tấn CO 2 giải phóng 115 tỉ tấn O 2 .

Lá –cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp

-Hình thái:

Thường có dạng bản mang đặc tính hướng rõ rệt, có khả năng vận động để nhận nhiềunhất năng lượng mặt trời cũng như để giảm sự đốt nóng khi cường độ sáng mạnh.

-Cấu trúc:

60/132

Lớp cutin (Cuticle): chống thấm nước

Biểu bì (epidermis): có vai trò bảo vệ lá và giảm thoát hơi nước khí khổng (stoma)trênlớp biểu bì điều hòa thoát hơi nước và trao đổi khí. (CO2)

Mô dậu (palisade mesophyll cell): Nằm sát lớp biểu bì. Các tế bào mô dậu xếp sít nhaugần như song song nhằm hấp thu năng lượng ánh sáng cao nhất. Tế bào mô dâu có nhiềulục lạp, thực hiện chức năng quang hợp.

Mô khuyết (mô xốp: spongy mesophyll cell) : Giữa tế bào có nhiều khoảng trống gọi làgian bào, nơi chứa CO2, hơi nước cung cấp cho quang hợp. Ngoài ra, tế bào mô khuyếtcòn chứa lục lạp nhưng ít hơn tế bào mô dậu.

Mạch dẫn (vein) gồm mạch gỗ (xylem), mạch rây (phloem), tế bào vòng bao bó mạch(bundle sheath cell): Dẫn nước và khoáng phục vụ cho quang hợp, thực hiện quang hợpvà dẫn sản phẩm quang hợp ra khỏi lá.

Lục lạp (chloroplast)-bào quan thực hiện quang hợp

-Hình dạng

Thực vật không bị ánh sáng đốt trực tiếp, lục lạp có hình cốc hình sao, hình bản, hìnhchuông…

Thực vật trên cạn, lục lạp có hình bầu dục. Với hình bầu dục, lục lạp có xoay bề mặtđiều chỉnh mức độ tiếp xúc với ánh sáng và sử sử dụng ánh sáng hiệu quả nhất. Đâycũng là một đặc điểm tiến hóa của giới thực vật.

-Số lượng, kích thước

Số lượng lục lạp khác nhau ở các loài thực vật. Mỗi tế bào tảo có một lục lạp. Thực vậtbậc cao trung bình 20-100 lục lạp.

Đường kính lục lạp khoảng 4-6 micrometers, dày 2-3 micrometers

Những cây ưa bóng có số lượng, kích thước lục lạp và hàm lượng sắc tố trong lục lạpnhiều hơn cây ưa sáng.

-Cấu trúc

*Màng:

Lục lạp được bao bọc bởi màng kép, có cấu trúc giống như màng cơ bản.

61/132

*Stroma:

Là nơi xảy ra các phản ứng của pha tối trong quang hợp. Thành phần hóa học của stromabao gồm: Các enzyme, protein, acid nucleic, ribosome, lipid và các giọt dầu...

Lục lạp có khả năng tổng hợp DNA và protein cho chúng. Một số protein khác đượctổng hợp ở cytoplast và được vận chuyển tới lục lạp.

*Grana:

Grana là tập hợp các thylakoid xếp chồng chất lên nhau và là nơi xảy ra các phản ứngpha sáng trong quang hợp. Một grana có 5-30 thylakoid được gọi là thylakoid grana.Mỗi lục lạp có khoảng 40-50 grana được liên kết với nhau bởi thylakoid stroma.

*Cấu trúc của thylakoid:

Thylakoid gồm màng cơ bản, giữa các lớp của màng là hệ sắc tố và enzyme thực hiệncác phản ứng của pha tối và sáng. Sự sắp xếp các thành phần trong thylakoid đảm bảothực hiện các phản ứng khác nhau trong quang hợp.

Hệ sắc tố

Chlorophyll, carrotenoid, phycobilin và anthocyan.

Chlorophyll

Bao gồm chlorophyll a, b (c,d,e có trong vi sinh, rong và tảo)

Công thức phân tử của chlorophyll a: C55H72O5N4Mg và b: C55H70O6N4Mg.

Công thức cấu tạo: Gồm 4 vòng pyrol nối với nhau bởi cầu nối methyl (-CH=) tạo nêncấu trúc porphyrin với Mg ở giữa. Vòng pyrol số 4 gắn nhóm phytol và vòng pyrol thứ3 có vòng cyclopental.

Hệ thống nối đôi, đơn cách đều trong cấu trúc là cho diệp lục có hoạt tính quang hóamạnh. Năng lượng liên kết nối đôi nhỏ, điện tử hình thành nối đôi dễ bậc ra khi nhậnnăng lượng ánh sáng. Đuôi phytol gồm gốc rượu phytol có 20 carbon, ưa lipid có vai tròđịnh vị phân tử diệp lục trên thylakoid.

*Tính chất vật lý:

Chlorophyll không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ. Chlorophyll hấpthụ quang phổ ánh sáng trong khoảng 400-700 nm với cực đại hấp thu 430 nm và 662

62/132

nm. Trong lá cây, diệp lục kết hợp với các protein nên có cực đại hấp thụ sai khác ítnhiều; 700, 680, 685…

Hiện tượng huỳnh quang của chlorophyll: Là hiện tượng phát ra ánh sáng khác có độdài sóng dài hơn độ dài sóng của ánh sáng mà chlorophyll đã hấp thụ. Đây là trạng tháikích thích sơ cấp của diệp lục trạng thái singlet.

Hiện tượng lân quang: Cũng tương tự như huỳnh quang nhưng khi tắt nguồn sáng màuhuyết dụ còn lưu lại một thời gian ngắn nữa. Đây là trạng thái kích thích thứ cấp, trạngthái triplet của diệp lục.

*Hóa tính:

Chlorophyll tác dụng với base tạo chlorophyllate có màu xanh.

Tác dụng với acid tạo pheophytin có màu nâu do chlorophyll bị khử mất Mg.Phyophytin không có khả năng huỳnh quang. Điều đó cho thấy Mg quyết định tính chấtcủa diệp lục. Phyophytin tác dụng với kim loại khác (Cu) tạo hợp chất có màu xanh.

Diệp lục cô lập mất màu khi tiếp xúc với ánh sáng và có mặt của oxygen.

Chl + Hν ---------- > Chl*

Chl* + O2 ------------ > ChlO2 (mất màu xanh)

*Vai trò:

-Hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời.

-Di trú năng lượng vào trung tâm phản ứng.

-Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại các trung tâmphản ứng.

Carrotenoid:

Carrotenoid là nhóm sắc tố có màu vàng, cam, tím đỏ. Khả năng hấp thụ ánh sáng củacarrotenoid do các nối đôi liên kết đôi đơn quyết định crrotenoid sơ cấp tham gia vàoquang hợp, carroten thứ cấp: trong quả, hoa, cơ quan gia không tham gia quang hợp.

*Carroten (C40H56):

63/132

Carroten được cấu tạo từ các gốc isopren, không tan trong nước, tan trong dung môihữu cơ, hấp thụ ánh sáng có bước sóng từ 446 đến 476 nm. Carroten được xem là tiềnvitamin A.

*Xanthophyll (C40H56On với n=1...6)

Xanthophyll hấp thụ ánh sáng có bước sóng trong khoảng 451 đến 481nm.

*Vai trò của carrotenoid

Nhận và truyên năng lượng ánh sáng cho chlorophyll.

Bảo vệ chlorophyll khỏi bị phân hủy ở cường độ ánh sáng cao.

Xanthophyll tham gia vào các phản ứng phân ly nước.

Các protein tham gia chuỗi điện tử

Pheophytine (Pheo), Plastoquinon A, B (QA, QB), Cytochrome b6f [Cytb, Cytf, FeSR(Riesk-ion-sulfur proteins)], plastocyanin (QC), Các protein chưa lưu huỳnh và sắc(FeSx, FeSA, FeSB), ferredoxin (Fd), Flavinprotein-NADP reductase (FNR)

Cơ chế của quang hợp

Quang hợp có hai pha: pha sáng và pha tối. Pha sáng xảy ra ở thylakoid và pha tối xảyra ở stroma.

Bản chất của pha sáng:

Bản chất của ánh sáng:

Anh sáng của mặt trời có tính hạt (photon) và sóng.

E=h? =hc/λ

H: hằng số planck =6,625 10-34js

λ:độ dài sóng ánh sáng

?: Tần số phát xạ

C: Vận tốc ánh sáng

64/132

E: năng lượng của 1 photon.

E có thể làm thay đổi trạng thái bình thường của vật chất thành trạng thái kích độngkhông bền. Vật chất ở trạng thái không bền có xu hướng trở về trạng thái ban đầu bằngcác cách sau đây: Phát nhiệt phát xạ huỳnh quang, truyền năng lượng cho phân tử lâncận và truyền điện tử cho phân tử khác.

Giai đoạn quang lý:

Chlorophyll hấp thụ năng lượng và trở thành dạng kích động. Tùy vào mức năng lượngE, chlorophyll có thể trở thành:

Singlet 2 có đời sống 10-13-10-12 s

Singlet 1 có đời sống từ 10-9-10-8 s

Triplet có đời sống 10-3-10-2 s

Singlet có thể mất năng lượng để trở thành triplet. Trạng thái triplet của chlorophyll cóvai trò quan trọng trong vận chuyển điện tử và H khử CO2.

Các sắc tố phụ cũng nhận năng lượng ánh sáng và truyền cho chlorophyll.

Tóm lại: Trong giai đoạn quang lý, chlorophyll hấp thụ năng lượng ánh sáng và trở thànhdạng giàu năng lượng sẵn sàng tham gia vào các phản ứng sau này.

Quang hóa:

Chlorophyll sử dụng năng lượng hấp thụ vào các phản ứng quang hóa để tạo chất dự trữnăng lượng và các chất khử.

Để thu nhận năng lượng ánh sáng, các sắc tổ tổ chức thành trung tâm gọi là PSI trungtâm phản ứng là P700 và PSII có trung tâm phản ứng là P680. Phản ứng sáng tại PSI vàPSII và con đường vận chuyển điện tử không vòng tạo O2, NADPH và ATP. P680 tạitrung tâm PSII bị kích động khi hấp thụ tia sáng có bước sóng 680 nm chuyển điện tửcho Pheo, điện tử từ Pheo sau đó được chuyển đến QA, QB, phức hợp cytob6f, PC vàđến P700 của trung tâm PSI.

P700 tại trung tâm PSI bị kích động khi hấp thụ tia sáng có bươc sóng 700nm chuyểnđiện tử cho A0 (một chlorophyll) sau đó đến A1 (quinone), FeSX, FeSA, FeSB, Fd. Fdtrạng thái khử cùng với FNR khử NADP+ trong stroma thành NADPH.

65/132

Bằng đồng vị phóng xạ, các nghiên cứu cho rằng O2 thoát ra từ quang hợp có nguồn gốctừ H2O.

Phản ứng sáng tại PSI và con đường vận chuyển điện tử vòng tạo ATP nhưng không tạoNADPH.

Thay vì điện tử từ P700 chyển đến Fd để khử NADP+ lại chuyển đến phức hợp Cytob6f rồi đến PC và về P700. Trong con đường vận chuyển điện tử này kèm theo tổng hợpATP.

Sự tổng hợp ATP

Quá trình hình thành ATP do tác động của ánh sáng gọi là quá trình quang phosphorylhóa. Có hai kiểu quang phosphoryl hóa.: Phosphoryl hóa vòng: Đi kèm với con đườngvận chuyển e- vòng (xảy ở thực vật khi gặp điều kiện bất lợi) (1-2ATP.); Phosphorylhóa không vòng: Đi kèm với con đường vận chuyển điện tử không vòng (khoảng 4 ATP)

Cùng với sự vận chuyển điện tử từ PQH2 đến PC, phức hợp Cytob6f giải phóng H+ vàophía trong của thylakoid. H+ này và H+ từ phản ứng phân li nước làm tăng nồng độH+ phía trong hai màng thylakoid. H+ phía trong màng sau đó khuếch tán qua ATpase,enzyme tổng hợp ATP nằm trên màng thylakoid ra stroma. Điều này làm giảm nồng độH+ trong khoảng giữa hai màng thylakoid và ATP được hình thành ở stroma.

Tóm lại: Pha sáng của quang hợp tạo ATP và NADPH. Hai chất này sẽ được sử dụngtrong pha tối.

Quang phân ly nước:

Sau khi phóng thích điện tử bởi tác động của ánh sáng, P680 trở thành dạng oxy hóamạnh oxy hóa Yz và Yz+ oxy hóa nước giải phóng O2 và H+ vào trong hai màngthylakoid.

66/132

Bản chất của pha tối:

Có hai cơ chế chính trong quá trình cố định CO2 ở thực vật. Sự khác nhau của hai cơchế này là hợp chất đầu tiên và chất nhận CO2 đầu tiên.

Chu trình C3 (Calvin và cộng sự, 1950):

Tảo Chlorella nuôi trong môi trường C14. Sau những khoảng thời gian nhất định, cô lậptảo bằng CH3OH, phá vỡ tế bào, cô lập chất hữu cơ và phân tích thành phần của chúngbằng sắc ký. Kết quả phân tích cho thấy rằng: Sản phẩm đầu tiên là 3, phosphoglycericacid (PGA), sau đó là các triose, hexose... cuối cùng là các pentose và CO2. Như vậychu trình C3 gồm 3 giai đoạn:

*Carboxyl hóa (Carboxylation):

Chất nhận CO2 đầu tiên là ribulose-1,5 biphosphate. Dưới tác dụng của ribulose-1,5biphosphate carboxylase, phản ứng tạo thành chất trung gian 2-carboxy-3-keto D-arabinitol 1,5-biphosphate, sau đó là 2 phân tử PGA.

*Giai đoạn khử (reductive phrase):

PGA bị khử bởi NADPH và ATP thành glyceraldehyde-3 phosphate. Đây là giai đoạnthen chốt của chu trình, biến quang năng thành hóa năng, gồm hai giai đoạn:

• PGA bị biến đổi thành 1,3-biphosphate-glycerate nhờ enzymephosphoglycerate kinase.

• 1,3-biphosphate-glycerate bị khử bởi NADPH thành glyceraldehyde-3phosphate nhờ enzyme glyceraldehyde phosphate dehydrogenase.

96% PGA biến đổi thành DHAP (dihydroxyaceton-3 phosphate). 1 phân tử PGA kếthợp với DHAP tạo 1 phân tử fructose-1,6 phosphate.

*Tái tạo ribulose-1, 5 diphosphate:

Hai triose tạo 1 phân tử fructose-1,6 diphosphate. Phần còn lại tham gia tái tạoribulose-1,5 diphosphate.

Chu trình C4 (Hatch Slack, 1965):

Chu trình C4 xảy ra ở một số thực vật nhiệt đới như mía, cỏ lồng vực, rau dền... Trongchu trình đó, các cây này dùng PEP (CH2=COP-COOH) phosphoenol pyruvate như làchất đầu tiên nhận CO2 để tạo các chất hữu cơ có 4 carbon nên gọi là chu trình C4.

67/132

Về mặt giải phẫu, lá của cây C4 có hai loại tế bào đồng hóa CO2: Tế bào thịt lá(mesophyll) và tế bào vòng bao bó mạch (bundle sheath cells). Tế bào vòng bao bó mạchcủa thực vật C4 phát triển mạnh. Quang hợp ở thực vật C4 xảy ra ở hai nơi: tế bào thịt lá(mesophyll cells) và tế bào vòng bao bó mạch. Ở tế bào thịt lá xảy ra sự cố định CO2 tạomalate, aspartate. Ở tế bào vòng bao bó mạch xảy ra các phản ứng tiếp theo giống nhưchu trình C3.

Do quang hợp của thực vật C4 mạnh hơn, hiệu quả hơn, hơn nữa thực vật C4 không cóhô hấp sáng, năng suất sinh học cây C4 cao hơn cây C3.

Chu trình CAM (Crassulacian Acid Metabolism):

Con đường cố định CO2 này xảy ra ở thực vật sống ở vùng khô hay nhiễm mặn như câydứa, xương rồng... Để hạn chế bị mất nước, những cây này mở khổng vào ban đêm vàđóng khổng vào ban ngày, làm thay đổi con đường cố định CO2.

Ban đêm, CO2 khuếch tán vào trong tế bào, được cố định thành acid có 4C và được trữở không bào cho đến sáng mai. Vào ban ngày, các acid 4C bị khử tạo CO2 khuếch tánvào chu trình C3.

68/132

Lịch sử phát triển của di truyền họcTrong quá trình sinh sản, con cái luôn giống cha mẹ ở một mức độ nhất định. Sự saochép lại các tính trạng của cơ thể qua các thế hệ được gọi là hiện tượng di truyền. Songsự sao chép trên không phải là tuyệt đối, con cái vẫn có những nét khác nhau và khácvới cha mẹ. Đó là hiện tượng biến dị.

Từ xa xưa, con người đã quan tâm đến các hiện tượng di truyền và biến dị. Nhiềuphương pháp thuần hóa, chọn lọc và lai giống đã được các dân tộc cổ xưa áp dụng.Nhưng do sự hiểu biết còn hạn chế nên trong việc giải thích các quy luật di truyền vàbiến dị vẫn còn rất nhiều quan niệm ngây thơ, sai lầm.

Giai đoạn trước Mendel

Thế kỷ IV - V trước Công nguyên, có hai luận thuyết về sự di truyền của các tính trạngđược nêu ra. Hippocrates theo thuyết di truyền trực tiếp, cho rằng vật liệu sinh sản đượcthu thập từ tất cả các phần của cơ thể, như vậy tất cả các cơ quan trong cơ thể đều cóảnh hưởng đến con cháu. Về sau, thuyết di truyền gián tiếp của Aristotle đã bài bác quanđiểm của Hippocrates, cho rằng vật liệu sinh sản được tạo ra từ chất dinh dưỡng mà vềbản chất đã tiền định cho cấu tạo của các phần khác nhau trong cơ thể.

69/132

Lamarck, người đầu tiên xây dựng học thuyết khá hoàn chỉnh và có hệ thống về sự pháttriển lịch sự của sinh giới, đề cao vai trò của ngoại cảnh. Ông nêu ra quan niệm về sự ditruyền tập nhiễm, cho rằng các biến đổi thu được trong đời cá thể cũng di truyền được.

Vào thế kỷ XIX, sinh vật học phát triển mạnh mẽ, các phép lai giống được sử dụng rộngrãi ở động thực vật. Qua đó, các nhà sinh vật học hiểu được rằng cả cha và mẹ đều gópphần vào các tính trạng của hậu thế. Tuy nhiên quan niệm phổ biến ở thời này là sự ditruyền hòa hợp, tức là tính trạng của cha mẹ trộn lẫn nhau để tạo nên tính trạng trunggian của con cái.

70/132

Darwin chịu ảnh hưởng của thuyết di truyền gián tiếp. Trong tác phẩm “Sự biến đổicủa các động vật và thực vật trong nuôi trồng” (1868), ông đã phát triển thành thuyếtpangen (Pangenesis). Theo đó, mỗi phần trong cơ thể sản sinh ra những phần tử nhỏ gọilà gemmule (mầm) theo máu tập trung về cơ quan sinh dục. Mỗi cá thể sinh ra do sự hòahợp tính di truyền của cả cha và mẹ, và hơn thế còn bao gồm cả các tính tập nhiễm.

Năm 1871, F. Galton đã tiến hành thực nghiệm để kiểm tra thuyết pangen. Ông đã truyềnmáu thỏ đen cho thỏ trắng, sau đó lai những con được truyền máu với nhau. Lặp lại thínghiệm qua 3 thế hệ vẫn không tìm thấy ảnh hưởng gì đến thỏ trắng. Như vậy, trongmáu thỏ không chứa gemmule.

Đến cuối thế kỷ XIX, giới khoa học vẫn chưa có được quan niệm đúng đắn về tính ditruyền. Darwin nhiều lần nhấn mạnh: “về các quy luật di truyền và biến dị, chúng ta hãycòn biết quá ít”. Đáng tiếc là, năm 1866 Mendel đã công bố tác phẩm “Các thí nghiệmlai ở thực vật” nhưng Darwin không được biết đến.

Giai đoạn di truyền Mendel

Gregor Mendel (1822 – 1884) sử dụng cây đậu Hà Lan Pisum sativum làm đối tượngchính trong nghiên cứu di truyền. Từ năm 1856 đến 1863 ông đã trồng khoảng 37.000cây và quan sát đặc biệt khoảng 300.000 hạt. Nhờ có phương pháp thí nghiệm độc đáo,ông đã phát hiện được các quy luật di truyền, đặt nền móng cho di truyền học hiện đại.Kết quả nghiên cứu của ông được trình bày trong tác phẩm “Các thí nghiệm lai ở thựcvật” dài 44 trang, báo cáo trước Hội các nhà Tự nhiên học thành phố Brno vào ngày 8tháng 2 và 8 tháng 3 năm 1865 và được công bố trong Kỷ yếu của Hội vào năm 1866.Mendel đã chứng minh sự di truyền các tính trạng có tính gián đoạn được chi phối bởicác nhân tố di truyền và dùng các ký hiệu số học đơn giản để biểu hiện các quy luậttruyền thụ tính di truyền.

71/132

Do hạn chế về tri thức của Sinh học đương thời, công trình của Mendel không được côngnhận trong suốt 35 năm. Mãi đến năm 1900, khi H. de Vries (Hà Lan), E. K. Correns(Đức) và E. V. Tschermak (Áo) độc lập phát hiện lại các quy luật Mendel thì phát minhcủa ông mới được tiếp nhận. Năm 1900 được coi là năm khai sinh của Di truyền học vàthế kỷ XX là thế kỷ phát triển của Di truyền học.

Năm 1901, H. de Vries nêu ra thuyết đột biến. Năm 1902, W. Bateson và L. Cuénotchứng minh các quy luật Mendel ở động vật. Trong khoảng thời gian này, các hiện tượngtương tác gen cũng được phát hiện. Các quan điểm đầu tiên về sự di truyền của nhiễmsắc thể được nêu ra. Năm 1903, T. Boveri chứng minh vai trò của nhân và W. Suttongắn các nhân tố Mendel với nhiễm sắc thể. Đặc biệt, A. Weismann dựa trên sự suy luậnđã đề xuất thuyết di truyền nhiễm sắc thể. Ông đã tiên đoán được cơ chế nguyên phân,giảm phân, vai trò của nhiễm sắc thể trong nhân tế bào; đồng thời đề ra giả thuyết thểquyết định (determinant) mang tính di truyền gián đoạn, là cơ sở cho khái niệm gen saunày.

72/132

Tên gọi môn Di truyền học (Genetics) do nhà di truyền học Anh W. Bateson nêu ranăm 1906. Năm 1909, nhà khoa học Đan Mạch W. Johannsen nêu ra các thuật ngữ: gen(gene), kiểu gen (genotype), kiểu hình (phenotype).

Sự phát triển của thuyết di truyền nhiễm sắc thể

Sự phát triển của tế bào học nửa cuối thế kỷ XIX đã tạo cơ sở cho sự hiểu biết công trìnhcủa Mendel. Sự kết hợp giữa tế bào học và di truyền học đã tạo ra bước phát triển mớicho di truyền học.

Năm 1911, T. H. Morgan cùng các cộng sự xây dựng học thuyết di truyền nhiễm sắcthể và bản đồ di truyền nhiễm sắc thể dựa trên các nghiên cứu trên đối tượng ruồi giấmDrosophila melanogaster. Kết quả thu được chứng minh các gen nằm trên nhiễm sắcthể xếp dọc tạo thành nhóm liên kết gen. Học thuyết di truyền nhiễm sắc thể xác nhậnsự đúng đắn của các quy luật Mendel, cho thấy các gen có cơ sở vật chất, gắn chặt vớicấu trúc tế bào. Di truyền học cổ điển có lúc được gọi là Di truyền Mendel – Morgan. T.H. Morgan được nhận giải Nobel vào năm 1934.

Năm 1920, N. I. Vavilov nêu ra quy luật về “các dãy tương đồng trong biến dị” và saunày nêu ra thuyết về các trung tâm giống cây trồng trên thế giới.

73/132

Năm 1925 – 1927, Muller chứng minh tác động gây đột biến của tia X, đặt cơ sở chocác nghiên cứu về đột biến nhân tạo.

Năm 1933, T. Painter phát hiện nhiễm sắc thể khổng lồ ở côn trùng hai cánh (Diptere),đặt cơ sở cho việc nghiên cứu đột biến nhiễm sắc thể và lập bản đồ di truyền tế bào.

Thập niên 1940, thuyết “một gen- một enzyme” đã đưa về cho George Beadle và EdwardTatum giải Nobel với công trình nghiên cứu trên nấm mốc Neurospora crassa chứngminh gen kiểm tra các phản ứng sinh hóa. Di truyền học có được bước phát triển mới:đi vào chi tiết hoạt động của gen.

Cũng trong những năm 1930 - 1940, Barbara McClintock phát hiện các gen di chuyểndọc trên nhiễm sắc thể mà sau này được gọi là các yếu tố di động (transposableelements) khi nghiên cứu trên ngô Zea mais. Bà được nhận giải Nobel vào năm 1983khi ở tuổi 80.

Cho đến cuối những năm 40 của thế kỷ XX, di truyền học được coi là ở giai đoạn kinhđiển vì những nguyên lý cơ bản đã được tìm ra, khái niệm gen được phát triển và cụ thểhóa cùng với sự biểu hiện của chúng.

Sự phát triển của di truyền học phân tử

Sau thế chiến thứ hai, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học trên nhiều lĩnh vực đã dẫnđến nhiều phát minh lớn cho Di truyền học ở cấp độ phân tử.

Tiếp nối nghiên cứu của Frederick Griffith (1928), năm 1944, Oswald Avery, C. M.MacLeod và M. McCarty đã xác định được bản chất của hiện tượng biến nạp và chứngminh DNA là vật chất di truyền. Nhưng đến năm 1952, vai trò di truyền của DNA mớiđược công nhận sau thí nghiệm tìm ra bản chất của hiện tượng tải nạp trên phage T2 doAlfred Hershey và Martha Chase tiến hành.

Sự phát hiện cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA vào năm 1953 bởi James Watson vàFrancis Crick là một trong những khám phá quan trọng nhất trong lịch sử di truyền học.Nó đã mở ra một cách hiểu mới về hoạt động của gen và sự di truyền ở cấp độ phân tử.Bản chất hóa học của gen- đơn vị di truyền cơ bản trong hệ thống sống- đã được làmsáng tỏ.

74/132

Năm 1956, học thuyết trung tâm (central dogma) của Sinh học phân tử được FrancisCrick đề xuất.

Năm 1961, M. Nirenberg và J. Matthei giải được những mã di truyền đầu tiên và đếnnăm 1966, toàn bộ 64 codon mã hóa đã được nhóm của M. Nirenberg và nhóm của H.G.Khorana xác định.

Năm 1961, J. Monod và F. Jacob phát hiện cơ chế điều hòa sinh tổng hợp protein ởprokaryote theo mô hình operon.

Từ khi kỹ thuật di truyền ra đời cho đến nay

Từ đầu thập niên 70 thế kỷ XX, kỹ thuật di truyền ra đời đã tạo nên một cuộc cách mạnglớn trong Di truyền học và Sinh học.

Sự hiểu biết về gen ở mức độ từng nucleotide đã dẫn đến kỹ thuật mới: gây đột biếnđiểm định hướng. Sự biến đổi định hướng trên gen dẫn đến sự thay đổi trình tự aminoacid trong phân tử protein một cách có chủ ý; từ đó thúc đẩy sự phát triển của công nghệprotein.

Đầu những năm 1990, nghiên cứu in silico (trên máy điện toán) đã tạo thuận lợi lớn chocác nghiên Sinh học trong đó có Di truyền học.

Kỹ thuật di truyền đã kéo theo sự bùng nổ của Công nghệ Sinh học, mang lại những ứngdụng to lớn nhưng cũng đã đặt ra nhiều vấn đề đáng lo ngại đối với con người.

75/132

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ditruyền họcĐối tượng nghiên cứu

Di truyền học (Genetics – từ chữ Latin Genetikos, nghĩa là nguồn gốc, sinh sản…) làmôn khoa học nghiên cứu về tính di truyền và biến dị của sinh vật. Hay nói cách khác,di truyền học nghiên cứu các qui luật truyền đạt thông tin từ thế hệ tổ tiên cho con cháuvà những qui luật biến đổi của quá trình truyền đạt đó.

Có thể coi tính di truyền là đặc tính của bố mẹ truyền lại cho con cái những tính chấtvà đặc điểm phát triển của minh, mà nhờ đó các loài sinh vật bảo tồn được những đặcđiểm riêng của mình qua hàng loạt thế hệ. Tính di truyền được đảm bảo qua quá trìnhsinh sản. Trong quá trình sinh sản hữu tính, nhờ sự kết hợp giữa tế bào sinh dục đực vàtế bào sinh dục cái mà thực chất là sự kết hợp vật chất di truyền của bố và mẹ, mà đãđảm bảo sự kế tục vật chất di truyền giữa các thế hệ. Với hình thức sinh sản vô tính, tínhdi truyền được đảm bảo nhờ sự phân chia của các tế bào soma. Tính di truyền vừa đảmbảo cho sự kế tục các đặc tính của sinh vật qua các thế hệ, vừa đảm bảo cho các cơ thểsinh vật một hình thức phát triển đặc thù, hình thành nên những tính trạng và đặc tínhnhất định.

Trong bất kỳ hình thức sinh sản nào, sinh vật chưa phải đã có sẵn tất cả các tính trạngvà đặc tính của cơ thể trưởng thành mà các tính trạng và đặc tính đó sẽ được hình thànhdần trong quá trình phát triển cá thể trong những điều kiện môi trường nhất định.

Cơ sở vật chất của tính di truyền đó là tất cả những yếu tố cấu trúc tế bào có khả năngtái sinh, phân ly, tổ hợp về các tế bào con trong quá trình phân chia của tế bào cơ thể.Vật chất di truyền xét ở cấp độ tế bào là nhiễm sắc thể, ở cấp độ phân tử là các gen, trêncác phân tử nucleic acid. Sự nhân đôi của nhiễm sắc thể cũng như quá trình phân ly củachúng trong nguyên phân cũng như giảm phân có vai trò đặc biệt quan trọng đảm bảokế tục vật chất di truyền ổn định qua các thế hệ.

Tóm lại, di truyền là đặc tính cơ bản của cơ thể sinh vật đảm bảo cho sự kế tục vật chấtdi truyền và chức năng qua các thế hệ. Như vậy đối tượng nghiên cứu của di truyền học,ngoài việc nghiên cứu tính di truyền còn nghiên cứu quá trình biến dị tính di truyền củasinh vật.

Biến dị biểu hiện ở sự sai khác giữa các cá thể con cái với cha mẹ hay với các cá thểkhác cùng đàn. Một mặt sự biến đổi của bộ máy thông tin di truyền dẫn đến các biến dị,mặt khác cũng chính các cơ chế di truyền tạo sự đa dạng trong sinh giới. Tuy biến dị có

76/132

số lượng rất lớn và hết sức đa dạng nhưng xảy ra trong một khuôn khổ nhất định nên cóthể xếp các sinh vật vào những đơn vị phân loại như loài, chi, họ, bộ, lớp, ngành…

Biến dị, di truyền, chọn lọc và cách ly là những nhân tố tiến hóa cơ bản. Có hai loại biếndị: biến dị không di truyền và biến dị di truyền. Biến dị không di truyền là các thườngbiến có giá trị thích nghi trong đời cá thể. Biến dị di truyền tạo ra sự đa dạng, cung cấpnguyên liệu cho tiến hóa; di truyền giúp duy trì các đặc tính; còn chọn lọc tự nhiên lànhân tố định hướng, dẫn đến sự đa dạng của sự sống như ngày nay.

Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu Sinh học như phương phápsinh hóa, phương pháp sinh lý… cũng được sử dụng trong nghiên cứu Di truyền học.Các phương pháp vật lý học, hóa học cũng hỗ trợ rất nhiều. Ngoài ra, Di truyền học còncó những phương pháp nghiên cứu đặc thù và thông dụng sau:

Phương pháp lai

Người ta tiến hành tạp giao giữa các cá thể và theo dõi sự di truyền các tính trạng quacác thế hệ nối tiếp, phân tích kết quả và rút ra quy luật di truyền. Đây là phương phápcơ bản và đặc thù của Di truyền học.

Phương pháp lai thường kết hợp với việc thu nhận các biến dị và về sau còn được sửdụng ở vi khuẩn. Phương pháp lai xa cho phép xác định mối quan hệ giữa các loài vàcác giống. Sau này, phương pháp lai tế bào sinh dưỡng cũng được sử dụng phổ biến ởđộng vật, thực vật. Một biến thể của phương pháp lai được sử dụng trong nghiên cứu ditruyền người là phương pháp nghiên cứu phả hệ.

Phương pháp toán học

Trong phân tích di truyền, các phương pháp toán học giúp đối chiếu kết quả thực nghiệmvới dự đoán lý thuyết. Đây là phương pháp không thể thiếu trong nghiên cứu di truyềnsố lượng và thường biến.

Phương pháp tế bào học

Sự kết hợp giữa Tế bào học và Di truyền học đã nâng Di truyền học lên tầm cao mới.Các kỹ thuật mới trong nhuộm tiêu bản, các loại kính hiển vi hiện đại… đã giúp cho sựphân tích cấu trúc, hoạt động của nhiễm sắc thể cũng như bản chất của các quá trình xảyra trong tế bào đạt được nhiều thành tựu mới.

77/132

Kỹ thuật di truyền

Kỹ thuật tái tổ hợp DNA vừa là thành tựu của Di truyền học, vừa là công cụ quan tronggiúp đi sâu vào các cơ chế di truyền và cả các quá trình Sinh học rất khó nghiên cứutrước đây.

Ngày nay, theo sự phát triển chung của Khoa học, ngày càng có nhiều phương pháp vàkỹ thuật mới được ứng dụng trong nghiên cứu Di truyền học.

78/132

Quan hệ giữa di truyền học với các khoahọc khác và với thực tiễnÝ nghĩa lý luận của Di truyền học là xây dựng những lý luận sinh vật học về tính ditruyền, góp phần nghiên cứu các quy luật của sự sống, các quy luật tiến hóa của sinhvật. Ý nghĩa thực tiễn của Di truyền học là vận dụng các nguyên lý di truyền nhằm xâydựng những phương pháp điều khiển tính di truyền và tính biến dị, giải quyết những vấnđề thực tiễn trong chọn giống, trong y học, các Khoa học xã hội và các vấn đề liên quanđến đạo đức, xã hội và tương lai loài người.

Di truyền học và Khoa học chọn giống

Di truyền học là cơ sở khoa học cho chọn giống. Các thành tựu của Di truyền học đượcứng dụng sớm nhất và nhiều nhất trong Khoa học chọn giống. Kiến thức Di truyền họclà cơ sở để xây dựng các phương pháp tạo nguồn biến dị cho chọn giống (lai tạo, gâyđột biến nhân tạo, kỹ thuật di truyền), cải tiến các phương pháp chọn lọc, thậm chí tạora được những giống mới vượt giới hạn của tiến hóa.

Di truyền học và Y học

Di truyền y học đã giúp phát hiện được nguyên nhân nhiều bệnh tật di truyền và đề raphương hướng ngăn ngừa, điều trị một số bệnh này. Phương pháp điều trị các bệnh ditruyền bằng liệu pháp gen (genotherapy) - đưa gen bình thường vào thay thế gen bệnh -đã mở ra một hy vọng mới. Y học tương lai vẫn nặng về dự phòng, đứa bé sắp sinh đượcchẩn đoán phân tử, đoán biết được các bệnh có khả năng mắc phải để có biện pháp dựphòng hoặc điều trị sớm.

Cuối năm 1989, Hoa Kỳ bắt đầu đầu tư 3 tỉ USD cho việc giải trình tự bộ gen người vàvào tháng 10/2004, kết quả Dự án bộ gen người đã được công bố. Hàng chục ngàn genhoạt động ở bộ não người đã được biết đến tạo nên bước ngoặt lớn cho việc nghiên cứucác chất điều khiển trí thông minh. Giờ đây, người ta bắt đầu nói đến “những đứa trẻtheo đơn đặt hàng” ngụ ý việc cải biến di truyền người theo ý muốn. Vấn đề này liênquan đến đạo lý con người nên còn nhiều tranh cãi.

Di truyền học và tin học

Những năm cuối thế kỷ XX đã xảy ra “cuộc ráp nối của thế kỷ” giữa hai lĩnh vực đangphát triển ở đỉnh cao là Sinh học và Tin học. Ứng dụng Sinh học vào Tin học thể hiệntrong ý tưởng chế tạo các máy điện toán sinh học (biocomputer). Ngược lại, với khảnăng lưu trữ và xử lý một khối lượng thông tin đồ sộ của mình, Tin học đã trở thành

79/132

công cụ hỗ trợ đắc lực cho Sinh học đạt những bước tiến dài. Có thể kể ra 3 lĩnh vựcứng dụng sau đây:

Giải trình tự nucleotide của nhiều bộ gen

Xác định trình tự nucleotide của bộ gen là một công việc đồ sộ. Hơn 80 phòng thínghiệm trên thế giới trong đó có Hoa Kỳ thực hiện Dự án Bộ gen người. Nhật Bản đầu tư2 tỉ yên cho việc giải trình tự bộ gen của nấm men Saccharomyces cerevisiae, vi khuẩnEscherichia coli, Bacillus subtilis. Châu Âu chi chi khoảng 70 triệu USD cho chươngtrình trên đối tượng thực vật Arabidopsis thaliana.

Tin học đóng vai trò thu thập, lưu trữ và khai thác sử dụng số liệu. Đồng thời, cơ chếlưu trữ và biểu hiện thông tin di truyền của sinh vật sẽ cung cấp nhiều ý tưởng cho Tinhọc mô phỏng.

Thí nghiệm trên máy điện toán (in silico)

Từ các phương pháp thí nghiệm trong cơ thể sinh vật (in vivo) tiến đến các thí nghiệmtrong ống nghiệm (in vitro) và giờ đây là sự kết nối giữa Tin học và Sinh học để tạo raphương nghiên cứu mới: thí nghiệm trên máy điện toán (in silico). Người ta xây dựngcác đối tượng nghiên cứu nhân tạo chẳng hạn như gen, protein nhờ điện toán, thực hiệncác thí nghiệm trên máy tính, sau đó ra thực tiễn để kiểm nghiệm kết quả và chỉnh lý.

Thí nghiệm in silico có thể hạ thấp chi phí, rút ngắn thời gian và an toàn. Tuy nhiên từmô phỏng đến thực tiễn có thể là một khoảng cách khá lớn.

Ứng dụng của bioinformatics trong biến đổi chất lượng protein

Trình tự nucleotide của gen quy định trình tự chuỗi polypeptide, từ đó quy định các bậccấu trúc không gian tương ứng của phân tử protein. Dựa vào tính chất và quy luật vềcấu trúc phân tử protein, phần mềm điện toán sẽ xây dựng nên các mô hình cấu trúckhông gian khác nhau của một phân tử protein nhất định, chọn mô hình tối ưu rồi kiểmchứng bằng các thí nghiệm in vitro, in vivo. Bằng cách này, người ta đã tạo ra những loạiprotein với những tính chất được cải thiện so với tự nhiên hoặc thậm chí tạo ra nhữngloại protein chưa hề có trong tự nhiên.

Di truyền học và khía cạnh đạo đức, xã hội

Di truyền học từ lâu đã là cơ sở khoa học cho một số đạo luật, chẳng hạn Luật hôn nhânvà gia đình “cấm kết hôn giữa những người có quan hệ họ hàng trực hệ ba đời”. Ngàynay, sự phát triển vượt bậc của Công nghệ Sinh học nói chung và Công nghệ gen nóiriêng đã đặt con người trước những vấn đề mới về giáo dục học, luật học, triết học, xãhội học.

80/132

Có ba xu hướng vượt giới hạn tiến hóa tự nhiên đang diễn ra: (1) Đưa gen người vào cácsinh vật; (2) Nhận gen hoặc cơ quan từ các sinh vật; (3) Nâng cao tuổi thọ con người,tiến đến con người bất tử. Các thí nghiệm tạo dòng phôi người (human embryon cloning)và sinh sản vô tính ở động vật thành công đã được công bố. Tương lai, sẽ có sự can thiệptrực tiếp vào bộ máy di truyền để cải thiện con người sinh học, thậm chí tạo ra chủngngười mới ưu việt hơn con người tự nhiên.

Vậy đâu là giới hạn? Về mặt đạo lý, những thí nghiệm tương tự như trên không đượcphép tiến hành trên người. Đó là Đạo lý sinh học (Bioethics). Những năm đầu của thậpniên 1990, Nghị viện Châu Âu đã thông qua 3 luật cấm các thí nghiệm liên quan đếnđạo lý. Ủy ban Quóc tế về Đạo lý sinh học IBC (International Commitee of Bioethics)của UNESCO cũng đã được thành lập. Câu trả lời tùy thuộc vào quan điểm của các Nhàcầm quyền và cả Nhà khoa học.

81/132

Acid Nucleic là vật chất di truyền ở cấp độphân tửTiêu chuẩn của vật chất di truyền

Mỗi sinh vật trong quá trình phát sinh và phát triển đều mang những đặc điểm riêngbiệt của loài và của cá thể. Các đặc điểm này phải được mã hóa dưới dạng thông tindi truyền. Đồng thời các đặc điểm của loài như sự phát triển phôi, sự biệt hóa tế bào…cũng phải được chương trình hóa về mặt di truyền.

Theo George J. Brewer, 1983, vật chất di truyền phải hội đủ 3 tính chất sau đây:

Mang thông tin di truyền đặc trưng cho loài

Vật chất di truyền phải mang thông tin đặc trưng cho loài. Đây không chỉ đơn giản lànhững thông tin về thành phần cấu trúc cơ thể mà còn là những thông tin về đặc điểmphát triển cơ thể qua các giai đoạn khác nhau trong chu trình sống của cá thể. Khái niệmnày bao hàm hai ý:

Vật chất di truyền phải có khả năng mã hóa mọi thông tin di truyền của thế hệ trướcchuyển giao cho thế hệ sau. Phương thức mã hóa dựa trên nguyên tắc: số lượng, thànhphần, trình tự sắp xếp của các nucleotide trên gen cấu trúc sẽ quy định số lượng, thànhphần, trình tự sắp xếp của các acid amin trên chuỗi polypeptide tương ứng.

Sự biệt hóa tế bào và quá trình phát triển cá thể cho thấy mỗi loại tế bào, tùy vào giaiđoạn phát triển mà có những yêu cầu và biểu hiện khác nhau. Điều này chứng tỏ các gentrong hệ gen của chúng không hoạt động đồng loạt và liên tục: có gen hoạt động ở giaiđoạn này nhưng lại bị kỳm hãm ở giai đoạn khác. Đó chính là cơ chế điều hòa biểu hiệngen. Cơ chế này do một hệ thống các gen chuyên trách ngoài gen cấu trúc đảm nhiệm.

Có khả năng tái bản

Vật chất di truyền phải có khả năng hình thành các bản sao, trong chứa đầy đủ các thôngtin di truyền của loài và của cá thể để truyền lại cho thế hệ sau.

Ở prokaryote, thông qua hình thức phân bào trực tiếp (trực phân), mỗi tế bào con sẽnhận được một bản sao vật chất nhân giống hệt tế bào mẹ.

Ở eukaryote, hoạt động phân bào gián tiếp (gián phân) có hai hình thức: phân chianguyên nhiễm (nguyên phân) và phân chia giảm nhiễm (giảm phân). Trong đó, quanguyên phân, mỗi tế bào con nhận được một bản sao chứa toàn bộ thông tin di truyền

82/132

trong nhân. Qua giảm phân, mỗi tế bào đơn bội chỉ nhận được bản sao của một nửa vậtchất di truyền trong nhân.

Đối với akaryote, phương thức sinh sản là nhân lên hàng loạt trong tế bào ký chủ. Trong5 giai đoạn của một chu trình gây độc (hấp phụ, xâm nhập, tổng hợp, lắp ráp, phóngthích), giai đoạn thứ 3 bao hàm sự tái bản vật chất di truyền cho thế hệ sau.

Có khả năng biến đổi

Cơ chế tái bản của vật chất di truyền dù rất chính xác vẫn không thể tránh khỏi nhữngsai sót với tần suất thấp. Những sai sót này đã tạo nên các đột biến, làm thành nguồnnguyên liệu chủ yếu cho quá trình tiến hóa của sinh giới.

Ngoài đột biến, hiện tượng tái tổ hợp và các yếu tố di truyền vận động (transposablegenetic element) cũng góp phần làm biến đổi vật chất di truyền của các sinh vật.

Chứng minh acid nucleic là vật chất mang thông tin di truyền

Sự khám phá ra hiện tượng Biến nạp (transformation)

Năm 1928, Frederick Griffith quan sát thấy một hiện tượng bí ẩn khi tiến hành các thínghiệm trên Streptococcus pneumoniae. Vi khuẩn này vốn gây bệnh viêm phổi ở ngườinhưng lại có khả năng gây chết ở chuột. Tuy vậy, những chủng khác nhau của loài nàycó độc lực khác nhau.

83/132

Trong thí nghiệm, Griffith sử dụng hai chủng vi khuẩn khác biệt nhau bởi hình dạngkhuẩn lạc và độc tính. Chủng độc gây chết chuột, ký hiệu là S (smooth) cho khuẩn lạcnhẵn, láng vì tế bào được bọc bởi một vỏ nhày bằng polysaccharide. Chủng không độcđược ký hiệu là R (rough), không có vỏ nhày, cho khuẩn lạc sần.

Nếu dùng chủng R sống hoặc chủng S đã bị đun sôi, tiêm một cách riêng rẽ cho chuộtthì chuột đều không chết. Nhưng nếu bị tiêm đồng thời chủng R sống và chủng S đã đunsôi thì chuột sẽ chết vì viêm phổi. Hơn thế nữa, từ xác chuột chết có thể phân lập đượcnhững vi khuẩn sống. Những vi khuẩn này sẽ hình thành khuẩn lạc trơn láng và biểuhiện độc tính nếu cho lây nhiễm lần sau. Như vậy, bằng một cách nào đó, những mảnhvỡ tế bào từ chủng S bị đun sôi đã biến đổi các vi khuẩn R sống trở thành các vi khuẩnS sống. Hiện tượng này được gọi là Biến nạp.

Tiếp nối nghiên cứu trên, năm 1944, Oswald Avery, C. M. MacLeod và M. McCarty đãxác định được bản chất của hiện tượng biến nạp. Các tác giả đã phân tách các phân tửthu được từ các mảnh vỡ tế bào S thành từng nhóm chất và kiểm tra khả năng biến nạpcủa chúng.

84/132

Đầu tiên, họ thấy rằng bản thân các polysaccharide không gây biến nạp tế bào R. Vìvậy, dù chắc chắn có liên quan đến tính gây bệnh, vỏ nhày polysaccharide chỉ là mộtbiểu hiện kiểu hình của độc tính. Quan sát các nhóm chất khác, các tác giả nhận thấyduy nhất chỉ có nhóm phân tử DNA gây ra sự biến nạp tế bào R. Họ suy luận rằng DNAchính là yếu tố xác định đặc tính vỏ polysaccharide và từ đó xác định đặc tính gây bệnh.Việc cung cấp DNA của tế bào S cho các tế bào R sống cũng ngang bằng với việc cungcấp gen S (gen quy định vỏ nhày) cho chúng.

Thí nghiệm của Hershey – Chase

Mặc dù các thí nghiệm của Avery và cộng sự đã có câu trả lời cuối cùng, nhưng các nhàkhoa học thời bấy giờ vẫn miễn cưỡng chấp nhận DNA (hơn là protein) là vật chất ditruyền. Năm 1952, thí nghiệm của Alfred Hershey và Martha Chase trên phage T2 đãchấm dứt tranh luận đó. Họ suy đoán rằng sự nhiễm phage phải bao hàm việc đưa vàovi khuẩn một thông tin chuyên biệt giúp tái sản xuất virus.

Phosphor không tìm thấy trong protein nhưng lại có trong cấu trúc DNA; ngược lại, lưuhuỳnh chỉ hiện diện trong protein mà không có mặt trong DNA. Hershey và Chase đãdùng 32P để đánh dấu DNA của một nhóm phage T2 và dùng 35S để đánh dấu proteincủa một nhóm phage T2 khác. Kế đó, dùng hai nhóm phage này cho nhiễm riêng rẽ vàoE.coli với số lượng lớn virus. Sau thời gian gây nhiễm thích hợp, họ dùng lực khuấy để

85/132

tách vỏ virus còn bám bên ngoài ra khỏi tế bào vi khuẩn. Sử dụng phương pháp ly tâmđể tách riêng vỏ virus với tế bào vi khuẩn rồi phân tích phóng xạ. Với nhóm phage đánhdấu bằng 32P, trong tế bào vi khuẩn có chứa chất phóng xạ chứng tỏ DNA của phage đãvào trong vi khuẩn. Với nhóm phage đánh dấu bằng 35S, chất phóng xạ nằm trong phầnvỏ virus bỏ lại.

Kết quả thí nghiệm trên cho thấy protein vỏ của phage không xâm nhập tế bào vi khuẩnmà chỉ có DNA của phage được nạp vào. Phân tử DNA này giúp sản sinh ra thế hệ phagemới. Như vậy, DNA chính là vật liệu di truyền của phage.

RNA cũng là vật chất di truyền

Phần lớn virus ký sinh thực vật có cấu tạo chính gồm phần vỏ bằng protein và phần lõilà RNA, điển hình như virus gây bệnh khảm thuốc lá TMV (Tobacco Mosaic Virus) vàHRV (Holmes ribgrass virus). Cả hai loại virus này khi xâm nhập vào tế bào lá sẽ làmbiến đổi sự trao đổi chất của tế bào khiến cho diệp lục tố bị phân hủy, gây ra những đốm

86/132

màu trên nền lá xanh. Tuy nhiên, chúng khác biệt nhau bởi cách gây bệnh, màu sắc vàkích thước các đốm khảm.

Người ta có thể phân lập riêng rẽ protein vỏ và RNA dưới dạng tinh, sau đó tổng hợp trởlại thành hạt virus. Cũng có thể dùng protein và RNA của hai loài hoặc hai chủng viruskhác nhau để tổng hợp nên một dạng virus ghép.

Năm 1957, Fraenkel – Conrat và cộng sự đã tổng hợp nên một loại virus ghép từ RNAcủa HRV và protein vỏ của TMV. Cho nhiễm loại virus ghép này vào cây thuốc lá lànhthì thấy cây bị nhiễm bệnh với triệu chứng bệnh của HRV. Người ta cũng phân lập đượcHRV từ lá cây bị bệnh. Như vậy trong trường hợp này, RNA chính là cơ sở vật chất củasự di truyền còn protein chỉ đóng vai trò vỏ bọc hỗ trợ.

87/132

Tái bản DNACác nguyên tắc và đặc điểm chung của tái bản DNA

Sự tái bản DNA theo cơ chế bán bảo tồn (semi-conservative mechanism)

Ưu điểm nổi bật của mô hình Watson – Crick là cho phép dự đoán ngay được cơ chế táibản của DNA. Ngay sau khi mô hình cấu trúc DNA được nêu ra, nhiều thí nghiệm đượctiến hành để xác nhận các dự đoán.

Trong chuỗi xoắn kép DNA, hai mạch đơn liên kết với nhau bằng một quan hệ bổ sung.Như vậy, trong quá trình tái bản, nếu hai mạch đơn tách rời nhau và mỗi mạch đơn đượcdùng làm khuôn để tổng hợp nên một mạch mới theo nguyên tắc bổ sung thì kết quả làtừ một phân tử DNA ban đầu đã tạo ra được hai phân tử mới giống hệt nhau. Vì trongmỗi phân tử DNA con đều mang một mạch cũ và một mạch mới nên kiểu tái bản nàyđược gọi là bán bảo tồn.

Cơ chế bán bảo tồn đã được Meselson và Stahl chứng minh bằng thực nghiệm vào năm1958. Người ta nuôi E.coli trong môi trường có nguồn N15, tế bào sẽ sử dụng N15 để

88/132

tổng hợp DNA cho đến khi tất cả DNA của vi khuẩn đều mang đồng vị nặng N15. Sauđó các tế bào được chuyển sang môi trường có chứa N14. Cách khoảng thời gian đềuđặn tương ứng với mỗi đợt phân bào, người ta lấy các tế bào đem chiết tách DNA. Bằngphương pháp ly tâm trong gradient tỉ trọng CsCl, các loại DNA nặng, nhẹ và lai đượctách ra, kết quả phân tích phù hợp với kiểu tái bản bán bảo tồn.

Cơ chế phân tử của quá trình tái bản DNA

Những nghiên cứu tiếp theo đã tìm ra cơ chế phân tử của quá trình tái bản. Đó là mộtquá trình phức tạp có sự khác biệt ở prokaryote và eukaryote nhưng phải trải qua cơ chếchung sau:

• Các liên kết hydrogen ổn định cấu trúc xoắn và liên kết hai mạch đơn với nhauphải được phá vỡ để tách rời hai mạch.

• Phải có đoạn mồi (primer), tức là đoạn DNA/RNA ngắn, bắt cặp bổ sung vớimạch khuôn để tạo đầu 3’OH tự do.

• Nguyên liệu tổng hợp DNA là các desoxynucleosid 5’-triphosphate (dNTPs):dATP, dGTP, dCTP và TTP.

• Mạch khuôn luôn được đọc theo chiều 3’-5’ trong khi mạch mới được tổng hợptheo chiều 5’-3’. Mỗi nucleotide mới được gắn vào đầu 3’OH của mạch đangkéo dài bằng liên kết cộng hoá trị. Năng lượng cho sự polymer hoá đến từ việcthủy phân các dNTPs, loại ra các pyrophosphate.

• Mỗi bước được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác dưới sự điều khiểncủa enzyme đặc hiệu.

89/132

Đơn vị tái bản, điểm khởi đầu và điểm kết thúc tái bản

Mỗi đoạn DNA được tái bản như là một đơn vị riêng lẻ được gọi là một đơn vị tái bản(replicon). Các DNA dạng vòng, kích thước nhỏ (chẳng hạn như nhiễm sắc thể của vikhuẩn và DNA virus) chỉ gồm một đơn vị tái bản duy nhất. Sự tái bản khởi đầu từ mộtđiểm gọi là điểm khởi đầu sao chép (origin) và lan ra theo hai hướng, hình thành haichạc ba tái bản (replication fork) cho đến khi gặp nhau tại điểm kết thúc (terminus).Điểm khởi đầu tái bản có khuynh hướng giàu A-T để dễ dàng khởi đầu tách rời hai mạchđơn.

Ở eukaryote, mỗi phân tử DNA bao gồm nhiều đơn vị tái bản. Mỗi đơn vị tái bản cóđiểm khởi đầu riêng và sự tái bản cũng lan ra theo hai hướng. Khi các chạc ba tái bảngặp nhau thì sự tái bản DNA được hoàn thành. Ví dụ như tế bào hữu nhũ điển hình có từ50.000 – 100.000 đơn vị tái bản, mỗi đơn vị tái bản có kích thước khoảng 40 – 200 kb.

1.4 Sự tổng hợp mạch mới của DNA xảy ra liên tục trên một mạch và gián đoạntrênmạch kia(Semi-discontinuous replication - Tái bản bán gián đoạn)

90/132

Trong tái bản bán bảo tồn, cả hai mạch mới của DNA được tổng hợp đồng thời ở mỗichạc ba tái bản. Tuy nhiên, cơ chế tái bản DNA chỉ cho phép sự tổng hợp theo hướng5’– 3’, vì thế trên hai mạch khuôn có hướng ngược nhau, sự tổng hợp mạch mới khôngdiễn tiến giống nhau.

• Từ điểm khởi đầu tái bản, trên mạch khuôn 3’- 5’ sự tổng hợp mạch mới diễnra một cách liên tục theo chiều 5’- 3’ cùng chiều với hướng tháo xoắn. Mạchnày được gọi là mạch tới (leading strand).

• Trong khi đó trên mạch khuôn 5’ – 3’, sự tổng hợp mạch mới cũng diễn ra theohướng 5’ – 3’ nhưng ngược với hướng tháo xoắn. Chính vì thế, sự tổng hợpmạch mới không xảy ra liên tục mà dưới dạng những đoạn ngắn được gọi làđoạn Okazaki (kích thước 1000 – 2000 bp ở prokaryote và 100 – 200 bp ởeukaryote). Mạch mới được tổng hợp theo kiểu gián đoạn này được gọi là mạchchậm (lagging strand).

Trên thực tế, sự tổng hợp cả hai mạch theo cùng hướng vì mạch khuôn chậm được uốnvòng để quay 180o tại chạc ba tái bản, trở nên cùng hướng với mạch khuôn tới.

91/132

Mồi RNA

Mạch tới và tất cả những đoạn Okazaki của mạch chậm chỉ có thể được tổng hợp bằngcách kéo dài một mồi đã bắt cặp sẵn trên mạch khuôn. Mồi là một đoạn RNA ngắn, đượctổng hợp bởi một phức hợp protein gọi là primosome bao gồm nhiều protein và mộtenzyme có tên là primase. Ví dụ, ở E. coli, phức hợp primosome bao gồm các Dna Bhelicase (tách rời hai mạch đơn) và DNA primase (tổng hợp mồi RNA từ khuôn DNA).

Các mồi RNA này sau đó sẽ bị phân hủy bởi RNase và được thay bằng trình tự DNAnhờ vào hoạt động của DNA polymerase. Enzyme ligase sẽ nối liền các đoạn DNA lạivới nhau.

Cơ chế dùng mồi là RNA thay vì DNA dường như liên quan đến tính chính xác caotrong tái bản DNA và hoạt tính sửa sai của các DNA polymerase.

Tái bản DNA prokaryote

Các nghiên cứu về tái bản DNA được tiến hành dựa trên các hệ thống thí nghiệm invitro. Để theo dõi tái bản DNA, người ta dùng thymidine H3 phóng xạ. Quá trình tái bảnxuất phát từ điểm khởi đầu và lan ra hai phía. Khi quan sát DNA vòng tròn đang tái bản,ta thấy dạng DNA “hình con mắt” (eye replication). Hai chạc ba tái bản lan dần, cuốicùng tạo thành hai phân tử DNA lai, trong đó có một mạch mang dấu phóng xạ T-H3.Có trường hợp, sự tái bản chỉ xảy ra về một phía.

Diễn biến tái bản ở nhiễm sắc thể vòng tròn có thể chia làm ba giai đoạn: khởi đầu(initiation), kéo dài (elongation), kết thúc và phân chia (termination & segregation).

92/132

Giai đoạn khởi đầu

Tháo xoắn phân tử DNA

Mô hình phân tử của DNA vòng ở vi khuẩn hay virus cho ta một khái niệmchung về các cấu hình có thể có của một phân tử DNA. Dạng thứ nhất là siêuxoắn. Dạng thứ hai có cấu trúc lơi hơn, thường là do bị đứt một chỗ trên mộttrong hai mạch của phân tử DNA. Dạng thứ ba tương ứng với cấu trúc thẳngdo sự cắt đứt trên cả hai mạch trong phân tử DNA. Trong đó, dạng siêu xoắnlà dạng cơ bản về cấu trúc và chức năng.

93/132

Như vậy, để bắt đầu tái bản, phân tử DNA phải được tháo xoắn nhờ vàohoạt động của các enzyme có tên là topoisomerase. Có hai loại topoisomerase.Loại I tháo dạng siêu xoắn, chúng gắn vào phân tử DNA và cắt một trong haimạch. Sau khi giải phóng một phân tử DNA đã được tháo xoắn, các enzymenày sẽ nối lại chỗ đứt. Enzyme loại I được biết rõ nhất là protein ω của E.coli. Các topoisomerase loại II có khả năng tháo các nút nảy sinh do các biếnđổi cấu trúc của chuỗi xoắn kép bằng cách cắt đứt cả hai mạch DNA. Enzymeđược biết rõ nhất là gyrase của E. coli. Gyrase sử dụng năng lượng từ sự thủyphân ATP để tháo xoắn DNA.

94/132

Tách rời hai mạch đơn tại điểm khởi đầu tái bản

Ở E.coli, OriC chứa bốn vị trí gắn với protein khởi đầu có tên là Dna A. Mỗivị trí có kích thước 9bp. Sự tổng hợp các protein này gắn liền với tốc độ tăngtrưởng tế bào vì thế việc khởi đầu tái bản DNA cũng gắn liền với tốc độ tăngtrưởng. Ở tốc độ tăng trưởng cao, các nhiễm sắc thể của vi khuẩn có thể bắtđầu lần tái bản thứ hai trước khi lần tái bản thứ nhất kết thúc tại hai điểmkhởi đầu mới. Vì vậy, mỗi tế bào con sẽ nhận được một nhiễm sắc thể đangđược tái bản một phần.

Quá trình tái bản bắt đầu khi DNA OriC quấn quanh một phức hợp proteinDna A gồm 30-40 phân tử, mỗi phân tử gắn với một ATP. Điều này đã thúcđẩy sự tách rời hai mạch tại ba trình tự lặp 13bp giàu A – T, cho phépprotein Dna B gắn vào. Dna B là một DNA hehicase, nằm trong phức hợpprimosome. Các helicase phá vỡ liên kết hydro giữa các base nhờ năng lượngthủy phân ATP. Có nhiều loại helicase cùng hoạt động đồng thời: Một số gắntrên mạch 3’ – 5’ như các Rep, số khác gắn trên mạch 5’ – 3’ như helicase IIvà III.

Các mạch đã tách rời sẽ được ổn định dưới dạng mạch đơn nhờ các proteinSSB (Single Strand Binding – liên kết với mạch đơn). Các protein này gắn

95/132

lên khắp phần mạch đơn làm cho hai mạch không kết hợp trở lại được. Mạchkhuôn được sử dụng đến đâu thì các protein SSB được giải phóng khỏi khuônđến đó.

Giai đoạn kéo dài

Tổng hợp mồi RNA

Các DNA polymerase chỉ có thể tổng hợp DNA bằng cách kéo dài một mồiRNA đã bắt cặp sẵn trên khuôn. Như đã biết, mồi này được tổng hợp nhờhoạt tính của enzyme primase có trong phức hợp primosome.

Sự tổng hợp mạch mới diễn ra theo kiểu bán gián đoạn, kéo dài mồi RNA

96/132

DNA polymerase III là một phức hợp dimer. Mỗi phần gồm nhiều đơn vị gắnvới nhau, chịu trách nhiệm tổng hợp một mạch đơn DNA nhằm đảm bảo chotốc độ tổng hợp của cả hai mạch bằng nhau. Đơn vị α có hoạt tính polymerasethật sự. Đơn vị ε có chức năng đọc sửa nhờ hoạt tính exonuclease 3’- 5’, từđó làm tăng tính chính xác trong tái bản. Đơn vị β giúp gắn polymerase vàoDNA. Đây là nhân tố duy trì, khác nhau ở hai mạch khuôn, quy định độ dàicủa đoạn DNA được tổng hợp ở mạch tới (dài) khác với ở mạch chậm (ngắn).

DNA polymerase III bắt đầu tái bản trên mỗi mạch khuôn bằng cách gắnvào mạch (nhờ đơn vị β) và lắp các nucleotide bổ sung vào vị trí tương ứng,kéo dài đoạn mồi RNA đã bắt cặp sẵn trên khuôn từ đầu 3’OH tự do củamồi (nhờ đơn vị α). Các DNA polymerase có tính đặc hiệu cao, chỉ thêmnucleotide vào đầu 3’OH của mạch đang tổng hợp.

Ngoài chức năng polymer hóa theo hướng 5’ - 3’, DNA polymerase III còn cókhả năng sửa sai nhờ hoạt tính exonuclease theo hướng 3’- 5’. Exonucleaselà hoạt tính enzyme cắt DNA từ đầu mút một mạch. Trên đường di chuyểnđể tổng hợp mạch mới, nếu gặp chỗ nucleotide vừa lắp sai vị trí, DNApolymerase III sử dụng hoạt tính exonuclease 3’- 5’ cắt lùi lại để bỏnucleotide sai và lắp cái đúng vào rồi tiếp tục tái bản (đơn vị ε).

Quá trình tái bản DNA ở E.coli diễn ra với tốc độ nhanh, có thể đến 50.000nucleotide/phút.

97/132

Hoàn chỉnh sợi mới tổng hợp

Trên mạch chậm, sau khi mỗi đoạn DNA được kéo dài, mồi RNA bị dờiđi nhờ hoạt tính exonuclease 5’–3’ của DNA polymerase I và sẽ bị enzymeRNase H phân hủy. Các chỗ trống mà mồi để lại sẽ được thay bằng trình tựDNA một cách chính xác nhờ kết hợp hoạt tính polymerase 5’ – 3’ (kéo dàiđầu 3’ của đoạn Okazaki trước) với hoạt tính exonuclease 3’ – 5’ (đọc và sửasai) của DNA polymerase I. Cuối cùng, ligase sẽ nối tất cả các đoạn DNA trênmạch mới tổng hợp lại với nhau.

Giai đoạn kết thúc tái bản và phân chia tế bào

Hai chạc ba tái bản sẽ gặp nhau ở khoảng 180o đối diện với OricC. Quanhvùng kết thúc này có vài điểm làm dừng lại sự tái bản bằng cách gắn với mộtsản phẩm của gen tus, đó là một nhân tố kỳm hãm hoạt động helicase củaDna B.

Khi sự tái bản hoàn tất, hai phân tử DNA vòng vẫn còn dính với nhau. Mộttopoisomerase loại II có tên là topoisomerase IV sẽ tách rời chúng để sau đóhai nhiễm sắc thể con sẽ được phân phối vào hai tế bào con.

98/132

Tái bản DNA eukaryote

Sự tái bản ở eukaryote vẫn còn những điều chưa tường tận nhưng các dữ liệu thu đượccho thấy hệ thống này khá gần với hệ thống tái bản ở prokaryote. Khác biệt chủ yếu làở các loại DNA polymerase tham gia vào quá trình.

Điểm khởi đầu tái bản và giai đoạn khởi đầu:

Vì sự phức tạp trong cấu trúc của chất nhiễm sắc, tốc độ di chuyển của các chạc ba táibản ở eukaryote chỉ đạt khoảng 50 bp/giây. Với tốc độ này, nếu chỉ sử dụng hai chạc batái bản, phải mất 30 ngày mới tái bản xong một phân tử DNA nhiễm sắc thể điển hìnhcủa động vật hữu nhũ với kích thước 105 kb. Do đó cần phải có nhiều đơn vị tái bảntrong một tế bào, điển hình như ở động vật hữu nhũ là 50.000 – 100.000 đơn vị tái bản.

Ở eukaryote, có khoảng 20 – 50 đơn vị tái bản khởi đầu cùng lúc tại mỗi thời điểm,xuyên suốt phase S. Phần tái bản sớm nhất chủ yếu bao gồm nguyên nhiễm sắc chất(euchromatin), tức là phần DNA có hoạt động phiên mã. Trong khi đó, dị nhiễm sắc chất(heterochromatin) được hoạt hóa muộn hơn và phần DNA của tâm động (centromere)và đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere) được tái bản sau cùng. Điều này phản ánh khảnăng đáp ứng khác nhau của những cấu trúc nhiễm sắc chất với nhân tố khởi đầu.

Các trình tự khởi đầu ở động vật hữu nhũ chưa được phân lập nhưng người ta tin rằngsự khởi đầu của mỗi đơn vị tái bản có lẽ diễn ra tùy ý bên trong một vùng khởi đầu cóthể dài đến vài kb và là một phần của trình tự DNA lặp lại trung bình.

Khác với prokaryote, các đơn vị tái bản của eukaryote chỉ khởi đầu một lần trong mỗichu trình tế bào. Một protein gọi là nhân tố cho phép (licensing factor) cần thiết cho sựkhởi đầu và tái hoạt hóa chỉ có khả năng tiếp cận vào nhân khi màng nhân tan đi, vì thếngăn chặn được việc tái khởi đầu trước hạn định.

99/132

Chạc ba tái bản và hệ thống các enzim tái bản

Trước khi tái bản, DNA phải được tháo khỏi nucleosome tại mỗi chạc ba tái bản. Điềunày đã làm chậm sự di chuyển của chạc ba, chỉ còn 50 bp/giây. Sau khi chạc ba tái bảnđi qua, các nucleosome được tái lắp ráp từ các histone cũ và histone mới được tổng hợp.Kích thước nhỏ của các đoạn Okazaki (ví dụ 135 bp ở SV40) phản ánh lượng DNAđược tháo khỏi mỗi nucleosome khi chạc ba tái bản đi qua. Ngoài sự nhân đôi DNA, cáchistone cũng phải được nhân lên gấp đôi trong suốt phase S.

100/132

Hệ thống các DNA polymerase ở eukaryote phức tạp hơn so với ở prokaryote, bao gồm:

• Polymerase α/primase: Có chức năng tổng hợp mồi cho mạch tới và cho cảnhững đoạn Okazaki của mạch chậm. Polymerase này tiếp tục kéo dài DNAnhưng nhanh chóng bị thay bởi polymerase δ trên mạch tới và polymerase εtrên mạch chậm. Polymerase α không có hoạt tính exenuclease.

• Polymerase β: Có chức năng giống DNA polymerase I ở prokaryote, nghĩa làtổng hợp đi kèm với sửa sai và hoàn chỉnh mạch mới sau khi mồi RNA đượcloại bỏ.

101/132

• Polymerase δ và polymerase ε : Có chức năng kéo dài DNA. Trong đó khảnăng tổng hợp đoạn DNA dài nhất thuộc về polymerase δ với sự trợ giúp củaPCNA. Cả hai enzyme này đều có khả năng đọc và sửa sai.

• Polymerase ?: Được tìm thấy trong ti thể, chức năng chưa rõ.

Ngoài các polymerase kể trên, hệ thống tái bản ở eukaryote còn có sự tham gia của nhiềuprotein chuyên biệt như PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen - kháng nguyêntrong tế bào đang phân chia) có chức năng hoạt hóa các polymerase δ và ε, các nhântố tái bản A và C (Replication Factor, RF -A, RF - C) cần cho hoạt động của cácpolymerase α và δ...

Tái bản ở đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere replication):

Hai đoạn cuối của nhiễm sắc thể dạng thẳng không thể được tái bản đầy đủ bởi vì khôngthể kéo dài DNA từ đầu 5’ của mạch mới tổng hợp sau khi đã loại bỏ mồi RNA. Do đóthông tin di truyền sẽ mất dần khỏi DNA sau mỗi đợt tái bản.

Để giải quyết vấn đề này, đoạn cuối mỗi nhiễm sắc thể eukaryote bao gồm hàng trămbản sao một trình tự đơn giản, không mã hóa (ví dụ như TTAGGG ở người) với đầu 3’nhô ra so với đầu 5’.

Telomerase là một enzyme duy trì độ dài của telomere. Enzyme này có chứa một phântử RNA ngắn. Một phần trình tự của RNA này bổ sung với trình tự lặp của telomere, dođó nó có thể hoạt động như một mạch khuôn để kéo dài các trình tự lặp từ đầu 3’ tự docủa telomere bằng cách tổng hợp rồi dịch chuyển liên tiếp nhiều lần.

Các eukaryote đơn bào, chẳng hạn như nấm men, nhờ vào hoạt động của telomerase màduy trì telomere, từ đó bảo vệ tế bào khỏi sự mất thông tin di truyền. Thế nhưng ở cácsinh vật eukaryote đa bào, ở các tế bào sinh dưỡng, gen mã hóa telomerase bị kỳm hãm.Vì thế, qua mỗi đợt phân bào, các nhiễm sắc thể ngắn dần đi cho đến khi chạm tới cáctrình tự mã hóa của DNA, tế bào sẽ già đi và chết. Trong nuôi cấy tế bào sinh dưỡng,hầu hết các tế bào chỉ phân chia 30-40 hoặc 50 lần rồi chết.

Ở các tế bào ung thư, sự tái hoạt hóa hoạt động của telomerase khiến cho các tế bào nàycó khả năng bất tử.

102/132

103/132

Nhiễm sắc thểNhiễm sắc thể ở prokaryote

Nhiễm sắc thể ở prokaryote gồm chuổi xoắn kép DNA dạng vòng, cuộn lại một cáchtinh vi hay siêu xoắn, tương tác với các phân tử protein. Các protein này có chức năngổn định cấu trúc của nhiễm sắc thể

VD: Ở E.coli, các protein HU (positive charged & dimeric protein), H-MS giống nhưhiston ở Eukaryote có vai trò trong nèn DNA. Các protein khác như IHF (integrationhost factor, RNA polymerase và RNA có vai trò trong tổ chức DNA

Ở prokaryote, nhiễm sắc thể nén chặt hình thành vùng nhân và đính trên màng nguyênsinh.

104/132

DNA của vi khuẩn ở thể xoắn (a), vòng tròn (b) và siêu xoắn (c)

Nhiễm sắc thể ở Eukaryote

Nhiễm sắc thể của Eukaryote được cấu tạo từ sợi nhiễm sắc (chromatin) là phức hợpgiữa DNA và protein. Protein của nhiễm sắc thể: Histon và nonhiston chiếm khoảng80% trong lượng nhiễm sắc thể.

Histon protein có thành phần amino acid tích điện dương (base) chẳng hạn nhưArginine, Lysine và Histidine cao. Histon tham gia vào cấu trúc chuỗi nucleosome vàsolenoid. Có năm loại protein histon: H2A, H2B H3, H4 và H1.

Nonhiston protein có thành phần amino acid tích điệm âm (acid) cao. Protein này thamgia vào đóng xoắn DNA để hình thành các bậc cấu trúc cao hơn, sao chép DNA (DNApolymerase), phân ly nhiễm sắc thế (protein động cơ trong trung tâm 0 của tâm động)và tham gia vào quá trình sao mã, điều hoà biểu hiện gene.

Đơn vị cấu trúc cơ bản của nhiễm sắc thể là các nucleosme có đường kính 100Anstrong. Nucleosome được hình thành do một chuỗi DNA khoảng 146 bp quấn quanhmột lõi protein gồm 8 phân tử histon (2H2A, 2H2B, 2H3 và 2H4). Hai nucleosome đượcnối với nhau bởi một đoạn DNA khoảng 55 bp.

Chuỗi nucleosome tiếp tục xoắn để hình thành cấu trúc phức tạp hơn là solenoid cóđường kính 300 Anstrong. Mỗi solenoid có khoảng 60 nucleosome được ổn định bởiHiston H1. Khi H1 được giải phóng solenoid trở về dạng nucleosome.

Solenoid tiếp tục xoắn hình thành các sợi có đường kính 300nm, 700nm (chromatin) và1400nm (chromosome) dưới sự hỗ trợ của các protein nonhiston.

105/132

Các mức độ đóng xoắn của chromatin

Chất nguyên nhiễm sắc: là chất nhiễm sắc ở trạng thái xoắn, trạng thái hoạt động.

Chất dị nhiễm sắc: là chất nhiễm sắc cuộn xoắn cao nhất, trạng thái không hoạt động.

Tính đặc trưng của bộ nhiễm sắc thể

Mỗi loài sinh vật eukaryote đều có bộ nhiễm sắc thể đặc trưng về số lượng, hình thái vàcấu trúc. Đây là tính đặc trưng để phân biệt các loài với nhau, không phản ánh trình độtiến hoá cao hay thấp.

Ở những loài giao phối, tế bào sinh dưỡng (soma) mang bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n)của loài. Trong đó, nhiễm sắc thể tồn tại thành từng cặp tương đồng (homologous), mộtchiếc có nguồn gốc từ bố, một chiếc có nguồn gốc từ mẹ. Trong giao tử chứa bộ nhiễmsắc thể đơn bội (n), mỗi nhiễm sắc thể chỉ có một chiếc.

106/132

Bằng các kỹ thuật tế bào học hiện đại, căn cứ các mặt chức năng, cấu trúc, hìnhthái và tính đặc thù trong hoạt động, người ta đã phân biệt các loại nhiễm sắc thể khácnhau:

- Nhiễm sắc thể thường (nhiễm sắc thể A - autosome): giống nhau ở cả 2 giớiđực, cái.

- Nhiễm sắc thể giới tính (sex chromosome): khác nhau giữa 2 giới đực và cái.

VD: Người có 46 nhiễm sắc thể gồm 22 cặp nhiễm sắc thể thường và 1 cặp nhiễm sắcthể giới tính. Nhiễm sắc thể giới tính ở nữ là XX và ở nam là XY.

- Nhiễm sắc thể phụ (nhiễm sắc thể B): được phát hiện ở một số giống thực vật như ngô,lúa mạch đen chưa qua chọn lọc, số lượng nhiều hay ít tùy dòng. Những cây có nhiễmsắc thể B thì yếu hơn và độ hữu thụ kém hơn so với các cây chỉ chứa nhiễm sắc thể Abình thường. Ví dụ, ở lúa mạch đen, những cây có tới 9 nhiễm sắc thể B thường khôngcó khả năng sống. Nhiễm sắc thể B có kích thước nhỏ và hiệu quả di truyền thấp. Nhiễmsắc thể B cũng được bắt gặp ở một số động vật như sâu bọ, giun dẹp.

Số lượng nhiễm sắc thể trong bộ lưỡng bội ổn định đối với mỗi loài nhưng không mangtính đặc trưng cao, chẳng hạn như gà (Gallus gallus), ngan (Cairina moschata), vịt nhà(Anas phatyryncha) đều có 2n = 80. Tính đặc trưng chỉ thể hiện rõ trong số lượng, thànhphần, trình tự phân bố các gen trên mỗi nhiễm sắc thể và các đặc điểm hoạt động củanhiễm sắc thể trong tái bản, phân ly, tổ hợp, trao đổi đoạn, đột biến.

Hình thái nhiễm sắc thể

Trong nhân tế bào, chất nhiễm sắc tồn tại thường xuyên dưới dạng sợi nhiễm sắc mảnh,khó quan sát. Khi bước vào phân bào, sợi nhiễm sắc bắt đầu đóng xoắn và đạt độ néncực đại ở kỳ giữa. Lúc này, nhiễm sắc thể (chromosome) dày hơn và đã ở dạng kép gồmhai nhiễm sắc tử (chromatid) đính nhau ở tâm động (centromere); chúng có hình dạngvà kích thước đặc trưng nên có thể quan sát và đếm số lượng thông qua một kính hiểnvi quang học.

107/132

Nhiễm sắc thể với vùng tâm động

Mỗi nhiễm sắc thể có một tâm động, đó là điểm thắt eo chia nhiễm sắc thể thành2 vai với chiều dài khác nhau, vai ngắn hơn gọi là vai p và vai dài hơn gọi là vai q. Dựavào vị trí của tâm động có thể phân biệt hình thái các nhiễm sắc thể:

- Tâm giữa (metacentric): 2 vai bằng nhau.

- Tâm đầu (acrocentric): 2 vai không bằng nhau.

- Tâm mút (telocentric): tâm động nằm gần cuối.

108/132

Sơ đồ các kiểu hình thái nhiễm sắc thể ở kỳ giữa và kỳ sau

Ở một số tổ chức, cơ quan của một số loài thường xuất hiện các nhiễm sắc thể có hìnhthái đặc biệt như nhiễm sắc thể khổng lồ (polytene chromosome), nhiễm sắc thể chổiđèn (lambrush chromosome):

Năm 1981, E. Balbiani phát hiện nhiễm sắc thể khổng lồ ở tuyến nước bọt ấutrùng Chironomus. Đến nay, loại nhiễm sắc thể này đã được tìm thấy trong tế bào củatuyến nước bọt, tuyến Manpighi, màng ruột một số côn trùng bộ 2 cánh (Diptera) như:Drosophilidae, Chironomidae.

Nhiễm sắc thể khổng lồ có số lượng sợi nhiễm sắc gấp nhiều lần so với nhiễm sắc thểthường, có thể chứa tới 150 - 1600 sợi. Nguyên nhân của hiện tượng này là do cơ chếnội nguyên phân (endomitosis). Nhiễm sắc thể tự nhân đôi nhiều lần nhưng không phânly, tạo nhiễm sắc thể có dạng chùm nhiều sợi, bề ngang của nhiễm sắc thể tăng lên. Dokhông đóng xoắn nên chiều dài của nhiễm sắc thể khổng lồ có thể đạt tới 250-300 μm,gấp 100-200 lần chiều dài nhiễm sắc thể thường. Dọc theo chiều dài của nhiễm sắc thểkhổng lồ phân hóa thành những khoanh bắt màu đậm, nhạt không đồng nhất như các đĩasáng, tối xen nhau. Người ta cho rằng các đĩa sẫm màu là nơi tích lũy nhiều DNA, đượctạo ra do độ xoắn định khu dày đặc hoặc do tập trung nhiều hạt nhiễm sắc.

Ở ruồi giấm, NST khổng lồ ở tuyến nước bọt được hình thành do DNA tự nhân đôi 10lần, tạo ra 210 = 1024 sợi dính liền nhau suốt dọc theo chiều dài.

(a) Nhiêm săc thê không lô cua ruôi giâm tao điểm nhiễm săc (chromocenter).

(b) Bô nhiêm săc thê cơ ban trong tê bao đang phân chia vơi cac nhanh đươc biêu hiênbăng cac mau khac nhau.

109/132

(c) Anh chup nhiêm săc thê không lô

Nhiêm săc thê không lô cua ruôi giâm

Nhiễm sắc thể chổi đèn: Nhiễm sắc thể này có thể dài đến 800 μm, có ở kỳ đầu của giảmphân trong tế bào trứng của động vật có xương sống nhất là ở giai đoạn Diplotene củatrứng có nhiều noãn hoàng (trứng gà, chim hoặc bò sát). Đặc điểm của nhiễm sắc thểkiểu chổi đèn là từ trục của nhiễm sắc thể có nhiều vòng DNA, cạnh các vòng DNA nàylà những loại ARN được tổng hợp từ các vòng DNA mở xoắn.

Nhiêm săc thê chôi đen

110/132

Kiểu nhân và nhiễm sắc đồ

Do sự ổn định về hình thái của mỗi nhiễm sắc thể và sự cố định về số lượngnhiễm sắc thể của mỗi loài nên mỗi loài có một kiểu nhân đặc trưng. Kiểu nhân(karyotype) là sự mô tả hình thái của bộ nhiễm sắc thể. Kiểu nhân có thể được biểu thịở dạng nhiễm sắc đồ (Idiogram) khi các nhiễm sắc thể được xếp theo thứ tự bắt đầu từdài nhất đến ngắn nhất.

Sau này kỹ thuật nhuộm màu (màu giemsa hay quinacrin) được hoàn chỉnh, làmrõ hơn các vệt đặc trưng thì hình thái của mỗi nhiễm sắc thể được xác định chi tiết hơn.Dựa vào nhiễm sắc đồ nhuộm màu, có thể tìm thấy các đoạn tương đồng trên các nhiễmsắc thể cùng loại của các loài có họ hàng gần nhau. Ví dụ so sánh nhiễm sắc đồ củangười và vượn cho thấy có mối quan hệ họ hàng rất gần và nhiễm sắc thể thứ hai củangười do sự nối lại của 2 nhiễm sắc thể khác nhau ở vượn người.

Cặp nhiễm sắc thể tương đồng và nhiễm sắc đồ của người

111/132

Sự phân bàoPhân bào ở prokaryote

Phân bào ở prokaryote là trực phân (binary fission). Một tế bào prokaryote sau một lầnphân bào trực phân tạo hai tế bào con giống nhau.

Trong phân bào trực phân, nhiễm sắc thể của prokaryote nhân đôi và đính trên màng tếbào tại một cấu trúc gọi là mesosome (các nếp gấp của màng tế bào). Thành tế bào xuấthiện hình thành vách ngăn, tách đôi hai nhiễm sắc thể và chia tế bào mẹ thành hai tế bàocon (daughter cell). Mỗi tế bào con mang một bộ gene hoàn chỉnh.

Phân bào của tế bào vi khuẩn

112/132

Chu trình tế bào và sự phân bào ở eukaryote

Chu trình tế bào

Khái niệm

Chu kỳ tế bào, hay chu kỳ phân bào, là một vòng tuần hoàn các sự kiện xảy ra trongmột tế bào eukaryote từ lần phân bào này cho đến lần kế tiếp. Chu kỳ tế bào đượcđiều khiển bởi nhiều loại cyclin và cdk (một loại kinase phụ thuộc cyclin). Leland H.Hartwell, R. Timothy Hunt và Paul M. Nurse đã đạt giải Nobel trong lĩnh vực Sinh lývà Y học năm 2001 vì những phát hiện của họ về vai trò trung tâm của những phân tửnày trong chu kỳ tế bào.

Chu trình tế bào gồm hại gia đoạn: kỳ trung gian (interphase) và kỳ phân chia (mitosis).

Chu trình tế bào

Một chu trình tế bào của eukaryote gồm 4 phase:

• G1 là phase dài nhất. Trong đó, tế bào chuẩn bị cho tái bản DNA.• S là phase duy nhất trong chu trình tế bào có sự tái bản DNA.• G2 là một phase ngắn trước khi nguyên phân.• M (Mitosis) là phase nguyên phân, gồm sự phân chia nhiễm sắc thể và phân

chia tế bào

G1, S và G2 là ba phase của kỳ trung gian (interphase)

Phase M gồm 4 kỳ: kỳ trước (prophase), kỳ giữa (metaphase), kỳ sau (anaphase), kỳcuối (telophase).

113/132

Sau phase M, tế bào con bước vào phase G1 của chu trình kế tiếp. Các tế bào cũng cóthể thoát khỏi chu trình kế tiếp và rơi vào tình trạng không sinh sản gọi là G0.

Điều hòa chu trình tế bào

Thời gian và tỉ lệ của sự phân bào trong những phần khác nhau của thực vật và động vậtlà rất quan trọng cho sự sinh trưởng, phát triển và tồn tại bình thường. Mức độ thườngxuyên của sự phân bào khác nhau tùy loại tế bào, chẳng hạn tế bào da người phân bàothường xuyên, tế bào gan chỉ phân chia khi cần thiết còn tế bào thần kinh ở người trưởngthành thì không phân chia nữa.

Sự khác biệt trên là kết quả của quá trình điều hòa chu trình tế bào ở mức phân tử. Hệthống điều hòa chu trình tế bào gồm các checkpoint. Một checkpoint trong chu trình tếbào là nơi mà tín hiệu cho phép tiến trình phân bào tiếp tục hay dừng. Có ba checkpointquan trọng trong chu tình tế bào: checkpoint G1, G2 và M phase.

Những phân tử tham gia điều hòa chu trình tế bào là các protein hay enzyme hoạt hóahay ức chế các protein khác bởi sự phosphoryl hóa. Để hiểu rõ cơ chế điều hòa này taxem xét cơ chế điều hòa checkpoint G2 của Cdk (cyclin-dependent kinase) một kinasephụ thuộc vào cyclin. Hoạt động của Cdk làm thay đổi nồng độ của cyclin trong tế bào.

Cdk tồn tại trong tế bào ở trạng thái bất hoạt. Khi cyclin tích lũy trong tế bào trongpha G2, nó sẽ kết hợp với và hoạt hóa Cdk hình thành phức hợp Cyclin-Cdk. Cyclin-Cdk được phát hiện đầu tiên là MPF (maturation promation factor). MPF phosphoryl

114/132

nhiều protein khác, chẳng hạn như phosphoryl hóa màng nhân, kích thích các kinasekhác phosphoryl hóa các protein khác của màng nhân… từ đó giúp tế bào vượt quacheckpoint G2 và tiến vào pha phân bào (M phase).

Cuối pha M, enzym phân giải cyclin, như vậy làm bất hoạt Cdk. Cdk tồn tại trong tế bàocho đến khi kết hợp với cyclin mới. Những enzyme này cũng liên quan đến việc giúpchu trình tế bào vượt qua điểm checkpoint M. Có ít nhất ba protein Cdk và nhiều cyclinliên quan đến việc giúp tế bào vượt qua điểm checkpoint G1. Như vậy, hoạt động tănggiảm của các phức hợp cyclin và Cdk có thể kiểm soát tất cả các giai đoạn của chu trìnhtế bào.

Phân bào nguyên nhiễm (Nguyên phân - Mitosis)

Kỳ trung gian

Chiếm 90% thời gian của chu trình tế bào. Trong suốt kỳ trung gian tế bào sinh trưởng,nhân đôi nhiễm sắc thể chuẩn bị cho sự phân chia tế bào. Kỳ trung gian gồm 3 giai đoạn(phase): G1 (first gap), S (synthesis), G2 (second gap).

Trong suốt kỳ trung gian, trung thể (centrosome) nhân đôi. Mỗi trung thể mang hai trungtử (centriols). Sao thoi vô sắc hình thành. Nhiễm sắc thể đã tháo xoắn, nhân đôi thànhnhiễm sắc thể kép gồm hai nhiễm sắc tử chị em (sister chromatid) dính nhau ở tâm động.

Phân bào nguyên nhiễm

Gồm giai đoạn phân chia nhiễm sắc thể và phân chia tế bào chất (cytokinesis).

Phân chia nhiễm sắc thể:

Kỳ trước (prophase)

Nhiễm sắc thể bắt đầu xoắn lại, có thể quan sát bằng kính hiển vi quang học. Nhiễm sắcthể vẫn ở dạng kép.

Hai trung thể (ở tế bào động vật) di chuyển về hai cực tế bào. Thoi vô sắc (mitoticspindle) hình thành. Hạch nhân biến mất.

Kỳ giữa (metaphase)

Đầu kỳ giữa màng nhân tan biến. Sợi vô sắc dài ra, xuyên qua nhân tương tác với nhiễmsắc thể. Một vài sợi vô sắc gắn với tâm động của nhiễm sắc thể tại kinetochore. Haikinetochore của cặp chromatid chị em gắn với hai sợi vô sắc đến từ hai cực đối diện.Các sợi vô sắc không gắn với kinetochore tương tác với nhau.

115/132

Cuối kỳ giữa, nhiễm sắc thể kép đóng xoắn cực đại tập trung ở mặt phẳng xích đạo củathoi vô sắc.

Kỳ sau (anaphase)

Hai chromatid chị em tách nhau ra ở tâm động và mỗi sợi chromatid bây giờ gọi lànhiễm sắc thể đơn di chuyển về hai cực của tế bào. Sợi vô sắc thu ngắn lại.

Kỳ cuối (telophase)

Ở hai cực tế bào, màng nhân xuất hiện và hình thành hai nhân giống nhau. Cuối kỳnhiễm sắc thể duỗi xoắn.

116/132

Phân bào (cytokinesis):

Cuối kỳ cuối xảy ra sự phân chia tế bào chất.

Ở tế bào động vật, một rãnh phân chia xuất hiện trên bề mặt tế bào gần mặt phẳng xíchđạo, sau đó ăn sâu vào do tác động co rút của vòng vi sợi actin bên trong tế bào chất, cắttế bào mẹ thành hai tế bào con (daughter cells) giống nhau. Trong khi đó ở tế bào thựcvật không xuất hiện rãnh phân cắt. Những túi (vesicle) chứa nguyên liệu xây dựng váchtế bào từ Golgi di chuyển tới giữa tế bào và tổ chức thành đĩa tế bào (cell plate) chia tếbào mẹ thành hai tế bào con.

117/132

Phân chia tế bào chất ở tế bào động vật và thực vật .

Ý nghĩa của nguyên phân

Nguyên phân là cơ sở của sự tăng trưởng ở sinh vật đa bào và sự sinh sản vô tính.

Qua nguyên phân, các thế hệ tế bào trong một cơ thể đa bào cũng như các thế hệ cá thểcủa loài sinh sản vô tính được duy trì một bộ nhiễm sắc thể (2n) đặc trưng.

Phân bào giảm nhiễm (Giảm phân - Meiosis)

Là quá trình phân bào chuyên biệt xảy ra ở tế bào sinh dục, trong đó số lượng nhiễm sắcthể giảm đi một nửa. Giảm phân gồm hai lần phân chia: lần phân chia thứ nhất là phânchia giảm nhiễm, lần phân chia thứ hai là phân chia nguyên nhiễm. Một tế bào sinh dụcqua giảm phân tạo ra 4 tế bào con với bộ nhiễm sắc thể giảm đi một nửa.

118/132

So sánh giữa giảm phân và nguyên phân

Giảm phân I

Gồm 4 kỳ

Kỳ trước I

Các sự kiện xảy ra trong giảm phân I tương tự trong nguyên phân. Tuy nhiên, hiện tượngtiếp hợp giữa các cặp nhiễm sắc thể tương đồng và sự bắt chéo trao đổi đoạn giữa cácchromatid chỉ xảy ra ở giảm phân.

Kỳ giữa I

Các nhiễm sắc thể kép tập trung theo cặp tương đồng trên mặt phẳng xích đạo của thoivô sắc. Mỗi nhiễm sắc thể kép trong cặp tương đồng chỉ gắn với một sợi vô sắc tại mộtkinetochore của nó.

Kỳ sau I

119/132

Sợi vô sắc thu ngắn lại. Cặp nhiễm sắc thể kép phân ly, mỗi chiếc kép đi về một cực tếbào.

Kỳ cuối I và phân chia tế bào chất

Hai tế bào con hình thành, mỗi nhân tế bào mang một bộ nhiễm sắc thể đơn bội. Nhiễmsắc thể vẫn ở trạng thái kép.

120/132

Giảm phân II

Tiếp theo kỳ cuối của giảm phân I là giai đoạn chuyển tiếp, tương tự như kỳ trung giannhưng không có sự nhân đôi nhiễm sắc thể.

Kỳ trước II

Bộ nhiễm sắc thể kép (đơn bội) tiến tới mặt phẳng xích đạo của tế bào.

Kỳ giữa II

Nhiễm sắc thể 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

Hai chromatid của nhiễm sắc thể kép tách nhau ra ở tâm động, mỗi chromatid phân lyvề một cực của tế bào.

Kỳ cuối II và phân chia tế bào

Mỗi nhiễm sắc thể về đến cực tế bào, màng nhân hình thành. Phân chia tế bào chất xảyra.

Kết thúc giảm phân, một tế bào sinh dục (2n) hình thành 4 tế bào con. Mỗi tế bào concó bộ nhiễm sắc thể giảm đi một nửa (n).

Ý nghĩa của giảm phân

Giảm phân là cơ sở của sự sinh sản hữu tính và làm tăng sự đa dạng di truyền.

Thông qua giảm phân, một tế bào sinh dục chín với 2n nhiễm sắc thể có thể tạo 2n loạigiao tử. VD: Ở người tế bào sinh dục có 2n = 46 nhiễm sắc thể, qua giảm phân có thểhình thành 223 loại giao tử.

Sự trao đổi chéo dẫn đến hoán vị gene ở kỳ trước giảm phân I cũng làm tăng số loại giaotử.

Sự kết hợp ngẫu nhiên của các loại giao tử trong thụ tinh làm tăng số loại hợp tử. VD:Số lượng loại hợp tử có thể hình thành ở người là 223 x 223 .

121/132

Tóm lại: Sự phân ly độc lập của nhiễm thể, sự trao đổi chéo của các chromatid và sự thụtinh ngẫu nhiên giữa các loại giao tử là ba nguồn gốc của sự đa dạng di truyền.

Phân li độc lập của nhiễm sắc thể

122/132

123/132

Gene và mã di truyềnKhái niệm về gene

Mendel (Mitchell, 1999) “nhân tố di truyền” là một đơn vị di truyền tách biệt ảnh hưởngmột tính trạng.

Khái niệm “gene” được Wilhelm Johannsen đề ra lần đầu tiên vào năm 1909 nhưng ôngchỉ mới quan niệm một cách sơ lược rằng đây là những “mầm mống đặc biệt, di truyềntách biệt nhiều tính trạng của cơ thể”.

Morgan (Mitchell, 1999): “gene” (locus) là đơn vị di truyền không thể chia nhỏ nằmtrên nhiễm sắc thể. Khái niệm này bao hàm:

Gene là đơn vị chức năng: Các phần của gene nếu như tồn tại thì không thể hoạt độngchức năng. Đột biến của một gen sẽ ảnh hưởng đến một chức năng di truyền.

Gene là đơn vị tái tổ hợp: Sự trao đổi chéo chỉ có thể diễn ra giữa các gene, không thểxảy ra ở trong gene.

Gene là đơn vị đột biến: Gene sẽ bị biến đổi như một tổng thể hoàn chỉnh trước các tácnhân đột biến đủ liều lượng.

Benzer (Hoàng, 1995) nghiên cứu phage T4 kí sinh trên E.coli thấy rằng trao đổi chéovà đột biến có thể xảy ra ngay trong một gen và trên gen có thể có hơn một vị trí traođổi chéo và đột biến xảy ra. Như vậy mỗi gen có nhiều đơn vị tái tổ hợp (recon-từrecombination) và đột biến (muton- có gốc từ mutant). Một đoạn phân tử DNA xác địnhcấu trúc của một chuỗi polypeptide được gọi là gen cấu trúc hay citron (gốc từ cis-trans), trung bình có từ 500-1000 cặp nucleotide, trong chứa các muton và recon.

Thập niên 1940, thuyết “một gen - một enzyme” của George Beadle và Edward Tatumchứng minh: gen kiểm tra các phản ứng sinh hóa. Học thuyết trên đã chứng tỏ rằng genchi phối cấu trúc protein. Sau đó, người ta biết rằng có những protein gồm nhiều chuỗipolypeptide do nhiều gen quy định (ví dụ như hemoglobin) nên thuyết này được chỉnhlại là “1 gen – 1 polypeptide”.

Thập niên 1950, mô hình cấu trúc ADN do James Watson và Francis Crick đề xuất và“Học thuyết trung tâm” ra đời. Gen được hiểu là một đoạn ADN trên nhiễm sắc thể mãhóa cho một polypeptide hay một ARN.

Cuối những năm 1970, người ta phát hiện thấy ở eukaryote có những đoạn ADN khôngmã hóa cho các acid amin trên phân tử protein. Trong khi toàn bộ DNA prokaryote đều

124/132

mang thông tin mã hóa cho các protein, thì ở eukaryote, phân tử DNA bao gồm các trìnhtự mã hóa gọi là các exon xen kẽ với các trình tự không mã hóa gọi là intron. Một phântử mRNA vừa mới được phiên mã từ một gen cấu trúc thì chưa có hoạt tính; phân tửnày phải trải qua một quá trình ghép nối, loại bỏ các intron để trở thành phân tử mRNAtrưởng thành có khả năng tham gia dịch mã. Khái niệm gen được chỉnh lý như sau: “Genlà một đoạn ADN đảm bảo cho việc tạo ra một polypeptide, nó bao gồm cả vùng trước,vùng sau và vùng mã hóa cho protein, cả những đoạn mã hóa (exon) lẫn những đoạnkhông mã hóa (intron) của eukaryote”.

(a)

(b)

Cấu trúc của một gene mã hóa cho một polypeptide

Như vậy hiện nay, có thể định nghĩa tổng quát về gen như sau:

125/132

“Gen là đơn vị chức năng cơ sở của bộ máy di truyền, chiếm một locus nhất định trênnhiễm sắc thể. Gen là những đoạn vật chất di truyền mã hóa cho một đại phân tử sinhhọc như ARN hoặc polypeptide”.

Mã di truyền

Như đã biết, có mối liên hệ giữa DNA, RNA và protein. DNA và RNA cấu tạo từ 4 loạinucleotide trong khi protein được hình thành từ 20 loại amino acid. Như vậy, sự tổ hợpcủa 4 loại nucleotide sẽ mã hóa cho 20 loại amino acid. Nếu tế bào sử dụng 2 nucleotidemã hóa cho 1 amino acid thì 4 loại nucleotide chỉ tạo được 42 = 16 amino acid không đủcho nhu cầu thực tế. Như vậy, đơn vị mã hóa cho một amino acid hay còn gọi là codonphải từ 3 nucleotide trở lên.

Những nghiên cứu trong thập 60 đã chứng minh được rằng tổ hợp 3 nucleotide có thểmã hóa cho một amino acid và xác định các codon mã hóa cho từng loại amino acid.Như vậy 4 loại nucleotide hình thành 43 = 64 codon trong đó có 3 codon không mã hóacho bất kỳ amino acid nào, đó là các codon kết thúc UAA, UGA, UAG và một codonmở đầu AUG mã hóa cho methionin.

126/132

Bảng mã di truyền (mRNA)

Mã di truyền là mã bộ ba (triplet), không gối lên nhau (non-overlapping) và được đọcmột cách liên tục, không ngắt quãng (comma-less).

Mã di truyền có tính thoái hóa (degenerate) nghĩa là nhiều codon cùng xác định một acidamin, trừ hai ngoại lệ: AUG mã hóa cho Met và UGG mã hóa cho Trp.

Mã di truyền có tính phổ biến (universal), nghĩa là thống nhất cho hầu như toàn bộ sinhgiới. Tuy nhiên, từ năm 1980 người ta phát hiện thấy ty thể của một số loài eukaryotevà một số sinh vật đơn bào có sự biến đổi ý nghĩa của một số mã di truyền.

127/132

Tham gia đóng góp

Tài liệu: Giáo trình sinh học đại cương

Biên tập bởi: Nguyễn Hải

URL: http://voer.edu.vn/c/3207fce7

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Sự hình thành trái đất và khí quyển

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/29045681

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Nguồn gốc của sự sống

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/726733d6

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Sự tiến hóa của tế bào

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/fd8e75a4

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Học thuyết tế bào và các phương pháp nghiên cứu tế bào học

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/0446df5e

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Thành phần hóa học của tế bào

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/9f76953b

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Tế bào Eukaryote

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/0dfad704

128/132

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Cấu tạo của tế bào Prokaryote

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/df1b2a70

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Các quá trình sinh học trong tế bào

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/1156e2d7

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Sự đa dạng của tế bào

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/a8cdeffd

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Khái niệm và cấu trúc Enzyme

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/a8acd084

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Cơ chế hoạt động,phân loại và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Enzyme

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/943c33c2

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Hô hấp tế bào

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/2a11404c

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Quang hợp

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/f383ae59

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

129/132

Module: Lịch sử phát triển của di truyền học

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/df62a83b

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu di truyền học

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/846e1528

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Quan hệ giữa di truyền học với các khoa học khác và với thực tiễn

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/c68a3e01

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Acid Nucleic là vật chất di truyền ở cấp độ phân tử

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/b2d973b8

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Tái bản DNA

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/e4c96037

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Nhiễm sắc thể

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/476649ef

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Sự phân bào

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/9f0d8098

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

Module: Gene và mã di truyền

130/132

Các tác giả: Nguyễn Hải

URL: http://www.voer.edu.vn/m/1657d6c5

Giấy phép: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

131/132

Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam

Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (Vietnam Open Educational Resources– VOER) được hỗ trợ bởi Quỹ Việt Nam. Mục tiêu của chương trình là xây dựng khoTài nguyên giáo dục Mở miễn phí của người Việt và cho người Việt, có nội dung phongphú. Các nội dung đểu tuân thủ Giấy phép Creative Commons Attribution (CC-by) 4.0do đó các nội dung đều có thể được sử dụng, tái sử dụng và truy nhập miễn phí trướchết trong trong môi trường giảng dạy, học tập và nghiên cứu sau đó cho toàn xã hội.

Với sự hỗ trợ của Quỹ Việt Nam, Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER) đã trở thànhmột cổng thông tin chính cho các sinh viên và giảng viên trong và ngoài Việt Nam. Mỗingày có hàng chục nghìn lượt truy cập VOER (www.voer.edu.vn) để nghiên cứu, họctập và tải tài liệu giảng dạy về. Với hàng chục nghìn module kiến thức từ hàng nghìntác giả khác nhau đóng góp, Thư Viện Học liệu Mở Việt Nam là một kho tàng tài liệukhổng lồ, nội dung phong phú phục vụ cho tất cả các nhu cầu học tập, nghiên cứu củađộc giả.

Nguồn tài liệu mở phong phú có trên VOER có được là do sự chia sẻ tự nguyện của cáctác giả trong và ngoài nước. Quá trình chia sẻ tài liệu trên VOER trở lên dễ dàng nhưđếm 1, 2, 3 nhờ vào sức mạnh của nền tảng Hanoi Spring.

Hanoi Spring là một nền tảng công nghệ tiên tiến được thiết kế cho phép công chúng dễdàng chia sẻ tài liệu giảng dạy, học tập cũng như chủ động phát triển chương trình giảngdạy dựa trên khái niệm về học liệu mở (OCW) và tài nguyên giáo dục mở (OER) . Kháiniệm chia sẻ tri thức có tính cách mạng đã được khởi xướng và phát triển tiên phongbởi Đại học MIT và Đại học Rice Hoa Kỳ trong vòng một thập kỷ qua. Kể từ đó, phongtrào Tài nguyên Giáo dục Mở đã phát triển nhanh chóng, được UNESCO hỗ trợ và đượcchấp nhận như một chương trình chính thức ở nhiều nước trên thế giới.

132/132