Di truyền chương V ( nên tham khảo)

BỒI DƯỠNG SINH HỌC 12
Phần V: Di truyền học


Thái Nguyên, tháng 8 năm 2008
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN
Nội dung chương trình Sinh học 12
Phần 5: Di truyền học
Chương I: Cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị
Chương II: Tính quy luật của hiện tượng di truyền
Chương III: Di truyền học quần thể
Chương IV: Ứng dụng di truyền học
Chương V: Di truyền học người
Phần 6: Tiến hóa
Chương I: Bằng chứng và cơ chế tiến hóa
Chương II: Sự phát sinh và phát triển của sự vật sống trên Trái đất
Phần 7: Sinh thái học
Chương I: Cá thể và quần thể sinh vật
Chương II: Quần xã sinh vật
Chương III: Hệ sinh thái, sinh quyển và bảo vệ môi trường
Phần 5: Di truyền học
Chương I: Cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị

Nội dung và thời lượng chương trình
* Chuẩn kiến thức và kỹ năng: SGV nâng cao (trang 10, 11); giáo viên tự nghiên cứu

* Những vấn đề mới và khó: Sách hướng dẫn thực hiện chương trình SGK lớp 12 (tài liệu tập huấn - trang 28-34)
BÀI 1
Gen, mã di truyền
và sự nhân lên của ADN
I – Gen
1 – Khái niệm:
Gen là một đoạn ADN hoặc ARN phải mang thông tin mã hoá cho một sản phẩm xác định. Sản phẩm đó có thể là phân tử ARN hay chuỗi pôlipeptit.
2 - Cấu trúc chung của gen
2 - Cấu trúc gen của sinh vật nhân sơ (Gen liền mạch)
2 - Cấu trúc chung một gen mang mã di truyền của sinh vật nhân chuẩn (gen phân mảnh)
Nhiệm vụ của mỗi vùng trong cấu trúc của 1 gen












Vùng điều hoà (1) đầu gen nằm ở phía đầu 3’ mạch mã gốc của gen (tín hiệu khởi động và kiểm soát phiên mã)
Vùng mã hoá (2) mang thông tin mã hoá các axit amin. Ở sinh vật nhân sơ vùng (2) mã hoá liên tục (gọi là gen không phân mảnh). Ở sinh vật nhân thực vùng (2) mã hoá không liên tục, xen kẽ các đoạn mã hoá axit amin (exon) là các đoạn không mã hoá (intron) (gọi là gen phân mảnh).
Vùng kết thúc (3) nằm ở đầu 5’ mạch mã gốc của gen
3’
5’
II – Mã di truyền: mã bộ 3
Hãy xác định các côđon mã hóa cho mỗi axit amin? Cho nhận xét.
Bảng các côđon mã hóa cho mỗi axit amin
* Nhận xét:
- Có tới 61 bộ 3 quy định cho 20 loại axit amin khác nhau thể hiện tính đa dạng của sinh giới.
- Mỗi bộ 3 chỉ mã hoá cho 1 aa duy nhất.
- Một axit amin có thể được mã hóa bởi nhiều bộ 3 (leucin và serine có thể có tới 6 bộ 3 mã hoá) nhưng cũng có những axit amin chỉ có 1 bộ 3 mã hóa (methionine và tryptophan).
- Các bộ 3 mã hóa cho cùng 1 axit amin chỉ khác nhau ở Nucleotit thứ 3 là chủ yếu. Điều này khiến bộ 3 có tính thoái hoá và tính linh động  có ý nghĩa trong tiến hoá: đột biến có thể xảy ra trên ADN nhưng axit amin trên Protein vẫn không thay đổi (đột biến trung tính).
- AUG là bộ 3 mở đầu quy định axit amin methiomine còn 3 bộ 3 không quy định cho aa nào là UAG, UAA, UGA (mã kết thúc)
Mã di truyền
1. Mã di truyền là mã bộ ba
- Chỉ có 4 loại nucleotit
- Khoảng 20 axit amin



2. Đặc điểm của mã di truyền
Mã di truyền là mã bộ ba, được đọc từ 1 điểm, liên tục từng bộ ba nucleotit, không chồng gối nhau.
Có tính đặc hiệu – một bộ ba chỉ mã hoá cho 1 loại axit amin.
Có tính thoái hoá – nhiều bộ ba khác nhau mã hoá cho một loại axit amin.
Có tính phổ biến – các loài SV có chung bộ ba mã di truyền.
Có 3 bộ ba kết thúc (UAA, UAG, UGA) và bộ ba AUG vừa là mã mở đầu, vừa mã hoá cho Mêtiônin (hoặc foocmin-mêtiônin)
Có tính vạn năng không tuyệt đối. Một số mã có chức năng khác nhau ở các loài sinh vật khác nhau. ATX là mã kết thúc ở đa số sinh vật nhưng lại mã hóa cho Glu ở Para Mecium.
Bộ ba nucleotit: 43 = 64 tổ hợp mới
Đủ để mã hoá 20 loại axit amin
III – Sự tự nhân đôi của ADN
Mô hình động quá trình tái bản ADN
(1)
Mô hình động quá trình tái bản ADN
(2)
Quá trình nhân đôi của ADN ở sinh vật nhân sơ (E. coli)
Có một đơn vị nhân đôi khi ADN tách ra, tạo thành 2 chạc chữ Y.
Mạch có đầu 3’OH tách trước thì mạch mới bổ sung được tổng hợp liên tục tạo thành mạch mới 5’  3’
Mạch có đầu 5’P tách trước thì mạch mới bổ sung được tổng hợp từng đoạn Okazaki ngắn. Đoạn Okazaki cũng được tổng hợp theo chiều 5’  3’ ngược chiều phát triển của chạc chữ Y

Mạch khuôn
Vai trò của các enzym, protein trong hoạt động tự sao
Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực
Nguyên tắc cơ bản giống như nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ.
Khác:
Có nhiều đơn vị nhân đôi (tái bản) ở trên 1 phân tử ADN (NST), có thể hình thành theo thời gian khác nhau.
Các đơn vị nhân đôi được tạo thành trên nhiều phân tử ADN và nhân đôi đồng thời.
Có nhiều loại enzym tham gia: ADN polimeraza ,  (nhân) và ADN polimeraza  (ty thể)

Điểm khác nhau giữa tái bản ADN
của Procaryotae và Eucaryotae
Bài 2. Phiên mã và dịch mã
Phiên mã
Chỉ có mạch khuôn (mạch mã gốc, mạch đối nghĩa) có chiều 3’ 5’ làm khuôn để tổng hợp ARN.
Ở phần lớn sinh vật nhân thực, phiên mã tạo ra mARN sơ khai gồm có exon và intron.
Trong nhân xảy ra cắt bỏ các intron rồi nối các exon với nhau tạo ra mARN trưởng thành.
Phiên mã tạo ra các ARN khác nhau do các enzim ARN polimeraza khác nhau xúc tác.
Cấu trúc một mARN điển hình ở sinh vật nhân thực
Hoàn thiện mARN nhân thực
- Chức năng cơ bản của mỗi vùng:
+/ Mũ đầu 5’ (m7G): bảo vệ phân tử mARN khi vận chuyển từ nhân đến tế bào chất; giúp nhận biết chiều dịch mã.
+/ Bộ ba mã mở đầu: sự dịch mã gen bắt đầu từ đây.
+/ Bộ ba mã kết thúc: sự dịch mã gen kết thúc ở đây.
+/ Đuôi poly(A): bảo vệ phân tử mARN khi vận chuyển từ nhân đến tế bào chất; có liên quan đến thời gian tồn tại của phân tử mARN trong tế bào chất; giúp nhận biết chiều dịch mã.
+/ Vùng mã hóa của gen: vùng mã hóa chính tổng hợp nên chuỗi polypeptit.
+/ Các vùng còn lại là các vùng không mã hóa ở đầu 5’ và 3’
+/ Trình tự kết thúc phiên mã: sự phiên mã (tổng hợp mARN) kết thúc ở đây.

Bài 2. Phiên mã và dịch mã
Dịch mã
Đoạn mARN liên kết với riboxom, gồm một đoạn ribonucleotit tương ứng với 2 vị trí P và A (mỗi vị trí 3 ribonucleotit).
Bộ ba trên mARN (codon); bộ ba tương ứng trên tARN (anticodon – bộ ba đối mã).
Liên kết peptit là liên kết nhóm COO- của axit amin trước với nhóm –NH2 của axit amin kế tiếp.
Hình bên là diễn biến của quá trình dịch mã gồm nhiều giai đoạn kế tiếp nhau.
Điểm phân biệt giữa phiên mã và dịch mã của sinh vật Procaryotae và Eucaryotae
Sơ đồ khái quát cơ chế phiên mã, dịch mã
Bài 3. Điều hòa hoạt động của gen
Điều hòa hoạt động của gen ở E. coli theo Jacop và Mono
Cấu trúc của một Operon :


Cơ chế hoạt động: gồm 2 trạng thái ức chế (I) và hoạt động (II).
Sơ đồ cơ chế điều hòa hoạt động của Operon Lac ở E. coli
Hệ thống điều hòa kích ứng
Hệ thống điều hòa ức chế
Điều hòa âm tính và dương tính của các gen là do các protein điều hòa liên kết được với ADN để “bật” gen (điều hòa dương tính) và “tắt” gen (điều hòa âm tính).
điều hòa hoạt động gen ở prokaryote
Sinh vật prokaryote cũng như eukaryote đều điều hòa hoạt động của gen sao cho chỉ sản phẩm của gen cần thiết cho các chức năng của tế bào mới được sinh ra. Điều đó cho phép tế bào đáp ứng lại các yêu cầu của môi trường.
Trong hệ gen tồn tại những gen thường xuyên ở trạng thái họat động, khi được điều khiển sự biểu hiện của gen giảm đi hoặc "tắt" hẳn. Những gen này thường là những gen mã hóa cho các loại protein tham gia vào các quá trình trao đổi chất quan trọng (thường xuyên diễn ra), như các gen mã hóa enzym tham gia quá trình đường phân glucoza, tổng hợp các axit amin. Những gen này được gọi là những gen cơ định (constitutive genes).
Ngược lại tồn tại những gen thường xuyên ở trạng thái hoạt động yếu (v.d. Lac Operon), hoặc không hoạt động. Khi có yêu cầu, sự điều khiển làm biểu hiện của những gen này tăng lên. Những gen đó được gọi là những gen kích ứng (inducible genes)
điều hòa hoạt động gen ở prokaryote
Gen được điểu hòa bởi:
Tốc độ phiên mã
Thời gian tồn tại mARN
Tốc độ dịch mã
Thoái hóa protein
Sự điều hòa hoạt động gen ở Eukaryote
Sự điều hòa hoạt động của gen ở Eukaryote khá phức tạp. Trung bình trong tế bào chỉ có khoảng 10-15% số gen được biểu hiện. ở các tế bào khác nhau, sự biểu hiện gen là khác nhau. Hình thức biểu hiện gen xác định đặc tính và chức năng của tế bào. Sự thay đổi hình thức biểu hiện gen cũng quyết đinh sự biệt hóa của tế bào.
Sự điều hòa hoạt động gen ở Eukaryote
Gen của eukaryote được điểu hòa bởi:
Cấu hình NST
Tốc độ phiên mã
Quá trình hoàn thiện mARN
Quá trình vận chuyển mARN
Thời gian tồn tại (thóai hóa) mARN
Tốc độ dịch mã (tổng hợp protein)
Quá trình thoái hóa protein
Sự điều hòa hoạt động gen ở Eukaryote
Đoạn trình tự lặp lại liên tiếp của gen rRNA
được phiên mã bởi ARN polymerase I
Các trình tự lặp lại liên tiếp
Bắt đầu tại vị trí khởi đầu (RNAP)
Không có cấu trúc Operon
3 nhóm RNAP (I, II, III) trong nhân
tương ứng với 3 nhóm gen
Sự điều hòa hoạt động gen ở Eukaryote
TF Liên kết vào các trình tự tăng cường
Sự liên kết của TF vào trình tự tăng cường có thể làm tăng tốc độ phiên mã lên 100 lần hoặc hơn.
Sự điều hòa hoạt động gen ở Eukaryote
Các vùng liên kết ADN:
Các trình tự đặc thù của prôtêin liên kết với trình tự nucleotit đặc thù của ADN
Tương tác mạnh (có thể có tới 20 aa tương tác với các nucleotit)
Bài 4. Đột biến gen
Khái niệm
Các dạng đột biến điểm
Nguyên nhân đột biến gen


Khái niệm đột biến gen
Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen xảy ra tại một điểm nào đó trên phân tử axit nuclêic, liên quan tới một hoặc một số cặp nuclêôtit.
Thể đột biến gen là những cá thể mang đột biến gen đã biểu hiện ở kiểu hình.
Ở tất cả các loài sinh vật đều xảy ra hiện tượng đột biến gen
Phân loại đột biến
Đột biến điểm là đột biến liên quan đến sự thay đổi của một nucleotit. Các đột biến điểm có thể gây hậu quả khác nhau đến sản phẩm do gen đó mã hóa. Tùy theo tính chất của đột biến điểm, người ta phân loại thành các dạng đột biến khác nhau
Đột biến đồng hoán (transition)
Đột biến dị hoán (tranversion)
Phân loại đột biến
Đột biến nhầm nghĩa (missense) là đột biến làm thay đổi một axit amin. Ví dụ: AUA (ile) ? AUG (met) AAC/AAU (asn) ? AGC/AGU (ser)
Đột biến vô nghĩa (nonsense) là đột biến làm xuất hiện một codon kết thúc dịch mã. Ví dụ: UGG (trp) ? UGA (stop)
Đột biến dịch khung (frameshift) là đột biến làm mất hoặc thêm một hoặc hai nucleotit.
Đột biến câm (silent) là đột biến không sinh ra kiểu hình đột biến (giống với kiểu dại), có thể do một số nguyên nhân:
Tính thoái hóa của mã bộ ba.
Xuất hiện trong vùng gen không mã hóa.
Sự thay đổi aa không làm thay đổi đặc tính protein.
Đột biến câm tham gia làm tăng tính đa hình của loài.
Phân loại đột biến
Đột biến thô là đột biến liên quan đến sự thay đổi của một trình tự dài các nucleotit. Trong phần lớn trường hợp, các đột biến thô làm mất hoàn toàn hoạt tính sinh học của protein hoặc sản phẩm do gen mã hoá.
Đột biến mất đoạn (deletion)
Cơ chế phát sinh đột biến
Hiện tượng loại purin hóa (depurination)
Trong một số trường hợp, hiện tượng loại purin có thể xảy ra tự phát với tần số cao.
Trong quá trình tái sinh tế bào, các tế bào động vật có vú có thể bị loại 10.000 purine trong phân tử ADN trong 20 giờ.
Thông thường những sai hỏng này cần được sửa chữa bằng hệ thống sửa chữa ADN
Cơ chế phát sinh đột biến
Hiện tượng loại amin hóa (deamination)
Hiện tượng loại amin có thể chuyển hóa C  U hoặc A  hypoxanthine và gây đột biến đồng hoán CG  A=T
Hiện tượng này có thể xảy ra tự phát hoặc xúc tác bởi axit nitơ (HNO2), …
Cơ chế phát sinh đột biến
Hiện tượng loại amin hóa (deamination)
Cơ chế phát sinh đột biến
Đột biến gây tạo được tạo ra bởi các tác nhân vật lý, hóa học hoặc sinh học.
Tác nhân hóa học 5-bromouracil
Cơ chế phát sinh đột biến
Tác nhân hóa học EMS (ethyl methane sulfate)
EMS làm thay đổi các cặp bazơ nitơ do có khả năng akyl hóa G và T.
Cơ chế phát sinh đột biến
Tác nhân hóa học: nhóm thuốc nhuộm Acrydin
Nhóm thuốc nhuộm acrydin có xu hướng làm thêm hoặc mất nucleotit.
Cơ chế phát sinh đột biến
Tác nhân vật lý: chiếu xạ UV
Tia UV (2-300 nm) kích thích sự hình thành cấu trúc vòng cyclobutane (dime pyrimidine) hoặc T(6-4)T.
Hiện tượng này có thể làm dừng quá trình sao chép cho đến khi hệ thống sửa chữa ADN (thường là SOS) hoạt động.
Các dạng đột biến điểm
Chỉ liên quan đến thay đổi một cặp nucleotit.
3 dạng: thêm, mất hoặc thay thế một cặp nucleotit.
Bài 5. Đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể
Khái niệm
Các dạng đột biến
Nguyên nhân đột biến


Khái niệm đột biến cấu trúc NST
Đột biến cấu trúc NST là những biến đổi trong cấu trúc của từng NST. Các dạng đột biến này thực chất là sự sắp xếp lại các gen và làm thay đổi hình dạng và cấu trúc của NST. Các dạng đột biến cấu trúc NST được phát hiện nhờ quan sát tế bào đang phân chia, đặc biệt là nhờ phương pháp nhuộm băng NST.
Lưu ý:
Đột biến mất đoạn nhỏ, chuyển đoạn tương hỗ cân bằng, đảo đoạn không mang tâm động,... khó phát hiện bằng kính hiển vi thường.
Muốn phát hiện phải tiến hành nhuộm băng như: băng G, băng C, băng Q, băng R,...
Đột biến lặp đoạn 16A trên NST X của ruồi giấm
Mất đoạn-lặp đoạn-đảo đoạn
Lặp đoạn-mất đoạn-đảo đoạn ngoài tâm động-đảo đoạn gồm tâm động
Chuyển đoạn giữa các NST
Chuyển đoạn tương hỗ
Mất -lặp-đảo-chuyển đoạn
Đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể
Các dạng đột biến cấu trúc NST
Có các dạng mất đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn (đã học ở Sách Sinh học 10) và chuyển đoạn.
Lưu ý:
Chuyển đoạn tương hỗ hay không tương hỗ.
Chuyển đoạn tương hỗ khi hình thành giao tử tạo ra 1 giao tử bình thường và 3 giao tử có chuyển đoạn.
Chuyển đoạn không tương hỗ có thể một đoạn hay cả NST này chuyển sang và sáp nhập với NST khác.
Sự hình thành giao tử khi
chuyển đoạn tương hỗ của NST
Đột biến số lượng NST
Lệch bội (Dị bội)
Đa bội
NST thường

NST giới tính
Thực vật: hay gặp,
dẫn đến đa dạng quả, hạt,...
Động vật: ít gặp hơn
Ở động vật và người: gây các hội chứng XXY, XXX, XO,...
Tự đa bội: Tăng bội số nguyên lần NST 2n của loài
4n, 6n, 8n,... là đa bội chẵn
3n, 5n, 7n,... là đa bội lẻ
Dị đa bội: là tăng số lượng NST khi cả 2 (hay nhiều) bộ NST của các loài khác xa nhau cùng tồn tại trong 1 tế bào
Bài 6. Đột biến số lượng nhiễm sắc thể
Giao tử đột biến ở người
Thể tứ bội ở dâu tây
Thể tam bội Dưa hấu
Thể tam nhiễm
Hội chứng Klinefelter

Hội chứng Klinefelter
Hội chứng turner