MỞ ĐẦU
Mục tiêu:
- Nêu được khái niệm Di truyền học.
- Phân biệt được tính di truyền và tính biến dị
- Khái quát được lịch sử phát triển của ngành Di truyền học.
- Biết được các nhánh chính trong nghiên cứu di truyền.
- Hiểu và phân tích được vai trò của các nghiên cứu và ứng dụng của di truyền
học đến các lĩnh vực khác nhau trong đời sống, khoa học.
I. DI TRUYỀN HỌC LÀ GÌ ?
Theo quan niệm của Bateson (1906), di truyền học (genetics) là khoa học nghiên cứu
các đặc tính di truyền và biến dị vốn có của mọi sinh vật cùng với các nguyên tắc và phương
pháp điều khiển chúng. Ở đây, tính di truyền (heredity) được biểu hiện ở sự giống nhau giữa
con cái với cha mẹ; và tính biến dị (variability) biểu hiện ở sự sai khác giữa cha mẹ và con
cái cũng như giữa các con cái với nhau.
Khái niệm cơ bản của di truyền học là gen (gen) với nội dung không ngừng được mở
rộng cùng với sự phát triển của di truyền học.
II. LƯỢC SỬ PHÁT TRIỂN CỦA DI TRUYỀN HỌC
* Giai đoạn trước Mendel
Từ thời xa xưa loài người đã quan tâm đến các hiện tượng di truyền và biến dị. Cách
nay 6.000 năm, người Babilon đã tạc trên vách đá những thế hệ nối tiếp của một dòng ngựa
và biết cho thụ phấn chéo một số cây trồng. Những phương pháp chọn lọc các giống cây
trồng và vật nuôi, thuần hoá và lai giống đã được tất cả các dân tộc cổ xưa áp dụng. Nhưng
thời bấy giờ, loài người vẫn chưa đủ hiểu biết về các qui luật di truyền đầy bí ẩn nên có rất
nhiều quan niệm ngây thơ và sai lầm. Ví dụ như: người Hy Lạp cổ xưa cho rằng Hươu cao cổ
sinh ra là do lai giữa Lạc đà và Beo, Đà điểu là do lai giữa Lạc đà và chim ?!
Về vấn đề nam nữ khác nhau về hình thái cũng mang đến nhiều sự giải thích rất thú vị.
Thầy thuốc Empedoche (490-430 TCN) cho rằng: Nếu mầm sống của cha mẹ đều nóng thì
con trai được sinh ra sẽ giống cha, còn ngược lại thì sinh con gái giống mẹ; nếu của cha nóng,
của mẹ lạnh thì sinh con trai có khuôn mặt giống mẹ; nếu của mẹ nóng, cha lạnh thì sinh con
gái giống cha”.
1

Cuối thế kỷ XVI, kính hiển vi sơ khai được phát minh bởi A.van Leuvenhook (1632-
1723) cho phép quan sát được tinh trùng trong tinh dịch và những sinh vật nhỏ bé khác. Vào
khoảng giữa thế kỷ XVII-XVIII ra đời hai trường phái:
+ Noãn luận (Ovison), đại diện là Y. Aromatari (Ý), cho rằng: cơ thể con người có đủ
các bộ phận đã nằm sẵn trong tế bào trứng, tinh trùng chỉ kích thích sự phát triển của chúng.
+ Vi thể luận (Amimoalism) - đại diện là H. Hacsuckevo, A. Lovenhuc, cho rằng cơ
thể nhỏ xíu đó đã nằm sẵn trong tinh trùng, tế bào trứng và cơ thể mẹ chỉ cung cấp chất dinh
dưỡng cho nó lớn lên
Năm 1838, nhà thực vật học Ðức là Matthias Jakop Schleiden (1804 - 1881) đã cho
rằng tất cả thực vật đều có cấu tạo tế bào và tế bào là đơn vị cấu trúc chủ yếu của sự sống, là
yếu tố nhỏ nhất cấu tạo nên một cơ thể hoàn chỉnh. Ðến năm sau, nhà sinh lý học Ðức
Theodor Schwann (1810 - 1881) đã mở rộng và bổ sung nhận định đó. Ông đi đến kết luận là
đối với động vật và thực vật chỉ vốn có một quy luật duy nhất là cấu tạo từ các tế bào, từng tế
bào có màng bao bọc cách biệt với thế giới bên ngoài, và những mô khác nhau do Bisa mô tả
được cấu tạo từ những tế bào chuyên hóa đặc biệt. Và học thuyết tế bào chính thức được ra
đời.
Vào thế kỷ 19, các phương pháp lai giống đã được sử dụng ở động vật và thực vật.
Tuy nhiên, quan niệm phổ biến thời bấy giờ là sự di truyền hoà hợp, tức tính trạng của cha
mẹ trộn lẫn nhau tạo nên tính trạng trung gian ở con cái, như lai cây hoa đỏ và hoa trắng cho
ra cây hoa hồng. J. B. Lamarck chú ý nhiều đến sự di truyền tập nhiễm tức các biến đổi do
luyện tập và tập nhiễm trong đời sống cũng được di truyền.
Thuyết di truyền gián tiếp tồn tại gần 23 thế kỷ, và R.C.Darwin cũng chịu ảnh hưởng
của quan niệm này, phát triển thuyết pangen, cho rằng mỗi phần của cơ thể sinh sản ra những
(a) (b)
Hình 1: (a) J. B. Lamarck và (b) R.C.Darwin
2
phần tử nhỏ là gemmule (mầm) theo máu từ các phần cơ thể tập trung về cơ quan sinh dục,
mỗi cá thể sinh ra do sự hoà hợp tính di truyền của cả cha lẫn mẹ, hơn thế nữa, bao gồm cả
tính tập nhiễm
Nhìn chung, quan niệm phổ biến thời bấy giờ là sự di truyền các tính trạng tập nhiễm

(inheritance of acquired characters) do Lamarck đề xuất và sự di truyền hoà hợp (blending
inheritance).
* Sự ra đời và phát triển của “thuyết di truyền gián đoạn”
Sự ra đời và phát triển của di truyền học gắn liền với công trình nghiên cứu của Gregor
Mendel năm 1865
Với những ý tưởng nghiên cứu độc đáo trên đối tượng cây đậu Hà Lan, năm 1865,
G.Mendel đã phát hiện ra các qui luật di truyền cơ sở đầu tiên và qua đó suy ra sự tồn tại tất
yếu của các đơn vị di truyền đặc thù – nhân tố di truyền (genetic factor) – qui định các tính
trạng được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác mà ngày nay gọi là gen. Tuy nhiên, giới
khoa học đương thời không hiểu hết được những vấn đề Mendel đã đưa ra, do đó không thể
đánh giá được tầm vóc vĩ đại của phát minh này.
Đến năm 1900, ba nhà thực vật học là Carl Correns của Đức, Hugo de Vries của Hà
Lan và Erich von Tschermak của Áo độc lập nhau khám phá lại các qui luật di truyền của
Mendel. Và di truyền học chính thức ra đời từ đây, và người sáng lập chính là G. Mendel.
Trong những năm đầu của thế kỷ XX, nhờ ứng dụng di truyền Mendel, các nhà chọn
giống đã phát hiện thêm các hiện tượng trội không hoàn toàn, đồng trội, gen gây chết, đa
alen, tương tác gen…Ở giai đoạn này, ngoài thuyết đột biến của Hugo De Vries năm 1901,
còn có hai sự kiện liên quan đến sự ra đời của thuyết di truyền NST và di truyền học Quần
Hình 2. T.H.Morgan và G. Mendel
3
thể, đó là sự khởi xướng “thuyết nhiễm sắc thể” bởi Walterr Sutton và Thodor Bovary năm
1902 và việc thiết lập quy luật Hardy – Weingerg năm 1908.
Trong thời kỳ này, một số thuật ngữ thông dụng đã được đề xuất như: di truyền học (genetics)
bởi Bateson năm 1906, gen (gene), kiểu gen (genotype) và kiểu hình (phenotype) bởi W.
Johannsen năm 1909.
* Sự ra đời và phát triển của thuyết di truyền nhiễm sắc thể
Năm 1910, Thomas Hunt Morgan cùng với 3 cộng sự là Alfred H. Sturtevant, Calvin
Bridges và Herman J. Muller đã xây dựng thành công thuyết di truyền nhiễm sắc thể dựa trên
đối tượng nghiên cứu là ruồi giấm Drosophila melanogaster. Học thuyết này xác nhận rằng
gen là đơn vị cơ sở của tính di truyền nằm trên NST (trong nhân); trên đó các gen sắp xếp

theo đường thẳng tạo thành nhóm liên kết. Những đóng góp đáng kể của những người cộng
sự của Morgan đó là: Xây dựng bản đồ di truyền (Sturtevant 1913), chỉ ra cơ chế xác định các
kiểu hình giới tính của ruồi giấm (Bridges 1916) và phát triển phương pháp gây đột biến bằng
tia X (Muller 1927). Với đóng góp to lớn đó Morgan đã được trao giải Nobel năm 1933 và
Muller năm 1946.
Năm 1931, Barbara McClintock và Harriet Creighton thu được bằng chứng vật lý trực
tiếp về tái tổ hợp ở Ngô. Sau đó, hiện tượng này được C. Stern quan sát ở Drosophila. Như
vậy tái tổ hợp có thể được phát hiện cả về mặt vật lý lẫn di truyền ở động vật cũng như ở thực
vật. Đến 1944, McClintock phát hiện các yếu tố di truyền vận động, và bà đã được trao giải
Nobel năm 1983 về khám phá này.
* Sự ra đời và phát triển cuả di truyền học phân tử
Sự ra đời của di truyền học phân tử (Molecular genetics) gắn liền với khám phá về ADN
từ giữa thế kỷ XX trên đối tượng nghiên cứu chủ yếu là các vi sinh vật. Tuy nhiên, trước đó
Friedrich Miescher (1869) khám phá ra một hỗn hợp trong nhân tế bào gọi là nuclein mà
thành phần chính của nó sau này được biết là ADN.
Hình 4. Mc Clintock
4
Về mối quan hệ giữa gen và protein, từ 1902 Archibald Garrod qua nghiên cứu bệnh
Alcaptonuria ở người đã gọi ý rằng đây là một tính trạng lặn Mendel, có thể liên quan tới sự
sai hỏng một enzyme. Bằng các thí nghiệm gây đột biến các gen liên quan đến con đường
sinh hoá trên nấm mốc Neurospora, năm 1941 George Beadle và E.L.Tatum xác nhận mỗi
gen kiểm soát sự tổng hợp một enzyme đặc thù. Chính giả thuyết một gen - một enzyme nổi
tiếng này đã mở đường cho sự ra đời của di truyền hoá sinh, và hai ông đã được trao giải
Nobel cùng với Joshua Lederberrg năm 1958. Về sau, giả thuyết này được chính xác hoá là
một gen xác định một polypeptide - cấu trúc sơ cấp của các protein, trong đó có các enzyme.
Vậy bản chất của gen là gì ? Năm 1944, Oswald Avery và các cộng sự là MacLeod và
McCarty bằng thí nghiệm biến nạp in vitro đã chứng minh rằng ADN là vật chất mang thông
tin di truyền. Năm 1949, Erwin Chargaff công bố các kết quả đầu tiên về thành phần hoá học
của ADN một số loài.
Việc nghiên cứu cấu trúc phân tử ADN được bắt đầu từ 1951 với các dẫn liệu nhiễu xạ

tia X của Rosalind Franklin và Maurice Wilkins. Các số liệu hoá học và vật lý này là cơ sở
mà từ đó James Watson và Francis Crick đã xây dựng thành công mô hình cấu trúc phân tử
ADN năm 1953, còn gọi là chuỗi xoán kép (double helix). Phát minh vĩ đại này mở ra kỷ
nguyên mới cho sự phát triển của di truyền học và sinh học nói chung. Với phát minh đó,
Watson và Crick cùng với Wilkins được trao giải Nobel năm 1962.
Sau sự ra đời cấu trúc chuỗi xoắn kép là hàng loạt các khám phá mới. Năm 1958
Matthew Meselson và Franklin Stahl chứng minh sự tái bản bảo toàn của ADN ; năm 1961
Seymour Benzer hoàn tất công trình nghiên cứu cấu trúc tinh vi của gen, Francois Jacob và
Jacqué Monod tìm ra cơ chế điều hoà sinh tổng hợp Protein và đạt giải Nobel cùng với
Hình 5: Từ trái qua phải: Miescher, Beadle, Tatum, Jacob và Monod
Hình 6: Từ trái qua phải: Avery, Franklin, Wilkins và Chargaff
5
Andrre Lwoff năm 1965 ; S. Brenner, Jacob và Meselson khám phá ra ARN thông tin ;
S.Brenner và F.Crick chứng minh mã di truyền là mã bộ ba ; công trình giải mã di truyền này
được hoàn tất vào tháng 6 năm 1966 bởi hai nhóm nghiên cứu của Marshall Nirenberg và Har
Gobind Khorana (giải Nobel năm 1968).

* Sự ra đời và phát triển của công nghệ ADN tái tổ hợp
Nền tảng của công nghệ ADN tái tổ hợp được thành lập năm 1972 khi Paul Berg tạo ra
phân tử ADN tái tổ hợp đầu tiên trong ống nghiệm. Một năm sau, Herbert Boyer và Stanley
Cohen lần đầu tiên sử dụng plasmid để tạo dòng ADN. Lĩnh vực ứng dụng mới này của sinh
học phân tử đã tạo ra một cuộc cách mạng mới trong sinh học. Đóng góp đang kể trong lĩnh
vực này là khám phá về các enzyme giới hạn (restriction endonuclease) từ năm 1961-1969
của Werner Arber, Daniel Nathans và Hamilton Smith (giải Nobel năm 978) ; đề xuất các
phương pháp xác định trình tự bazơ trong các axit nucleic năm 1977 bởi P.Berg, W.Gilbert và
Frederick Sanger (giải Nobel hoá học năm 1980) ; sự khám phá ra các gen phân đoạn năm
1977 bởi Phillip Sharp và Richard Robert (giải Nobel năm 1993) ; sự phát minh phương pháp
PCR của Kary B.Mullis năm 1985 và phương pháp gây đột biến định hướng của Michael
Smith từ 1978-1982 (giải Nobel háo học năm 1993)
Cùng với những thành tựu ứng dụng ly kỳ trong sản xuất và đời sống xã hội, như việc

sản xuất các chế phẩm y sinh học bằng công nghệ ADN tái tổ hợp, sử dụng các liệu pháp gen
trong điều trị bệnh di truyền, tạo các giống sinh vật mới bằng con đường biến đổi gen, dự án
Hình 7: Từ trái sang phải: Watson, Crick, Khorana và Nirenberg
Hình 8: Từ trái sang phải: P. Berg, H.Boyer and S.Cohen, F.Sanger, W.Gilbert
6
bộ gen người cũng gây không ít hoài nghi, tranh cãi xung qanh các vấn đề về đạo lý sinh học
(biothics) và an toàn sinh học (biosafety).
III. BA NHÁNH NGHIÊN CỨU CHÍNH CỦA DI TRUYỀN HỌC
Trong giai đoạn đầu, đối tượng của di truyền học là thực vật, động vật, người và vi
sinh vật. Từ đó dẫn tới sự hình thành các lĩnh vực nghiên cứu tương ứng là di truyền học
thực vật, di truyền học động vật, di truyền học người và di truyền học vi sinh vật, trong đó di
truyền học tế bào là cơ sở. Giai đoạn này kéo dài thời Mendel cho đến thập niên 1940, với
đặc trưng là nghiên cứu qui luật di truyền các tính trạng qua các thế hệ. Vì vậy nó thường
được gọi là giai đoạn di truyền học Medel hay di truyền học cổ điển (Mendelian or clasical
genetics).
Từ thập niên 1950 đên nay, với sự ra đời của di truyền học phân tử, đối tượng nghiên
cứu là tổ chức, cấu trúc, chức năng và cơ chế hoạt động của các bộ gen, các gen và các sản
phẩm của chúng. Đặc biệt với sự ra đời của các kỹ thuật tạo dòng gen từ thập niên 1970, việc
nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng trở nên hết sức thuận lợi. Sự phân hoá thành các
chuyên ngành lúc này là vô cùng phong phú và đa dang như: di truyền học bệnh, di truyền
học ung thư, di truyền học phát triển, công nghệ sinh học
Một hướng khác của di truyền học là chuyên nghiên cứu cấu trúc di truyền của các
quần thể và giữa các quần thể. Đó là di truyền học quần thể mà nguyên lý cơ sở của nó được
G.Hardy (Anh) và W.Weinberg (Đức) độc lập đưa ra năm 1908. Tuy nhiên lĩnh vực nghiên
cứu này chỉ thực sự bắt đầu từ thập niên 1930 với các công trình của R.A.Fisher,
J.B.S.Haldane và Sewall Wright. Ngày nay các nhà di truyền học không còn thiên về nghiên
cứu sự biến đổi ở mức kiểu hình mà tập trung vào sự biến đổi phân tử trong một quần thể
nhằm tìm hiểu ý nghĩa tiến hoá của các biến đổi đó. Và di truyền học quần thể trở thành nền
tảng cho các thuyết tiến hoá hiện đại.
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA DI TRUYỀN HỌC

* Các phương pháp kinh điển đặc thù
- Phương pháp tự thụ phấn dùng để chọn cácdòng thuần làm bố mẹ trong các phép lai,
các phương pháp lai một hoặc đồng thời nhiều tính trạng giữa các bố mẹ do Mendel đề xuất.
Trong đó bao gồm cả các hình thức lai thuận nghịch và lai phân tích nhằm kiểm tra kiểu gen
hoặc dung để thiết lập bản đồ di truyền.
- Đối với nghiên cứu di truyền người và một số vật nuôi giao phối cận huyết, đặc trưng
là phương pháp phân tích phả hệ nhằm xác định đặc điểm di truyền trội lặn của một tính trạng
hoặc bệnh tật; nghiên cứu trẻ sinh đôi cùng trứng và khác trứng nhằm xác định hệ số di
truyền của tính trạng; phương pháp gây đột biến kết hợp lai hữu tính dùng trong nghiên cứu
và chọn tạo giống, đặc biệt là ở thực vật…
7
* Phương pháp toán học
Toán thống kê và sác xuất được dùng để phân tích định lượng và lý giải các kết quả
nghiên cứu. Chính điều này làm cho di truyền học trở thành một khoa học chính xác và mang
tính dự báo. Điều này thể hiện rõ trong các công trình nghiên cứu của Mendel, Morgan cũng
như các nghiên cứu di truyền số lượng và di truyền quần thể.
* Phương pháp vật lý và hoá học
Trong nghiên cứu di truyền, đặc biệt là di truyền phân tử và tế bào đòi hỏi phải sử
dụng các kỹ thuật và phương pháp của vật lý và hoá học. Chảng hạn, trong nghiên cứu hình
thái NST không thể thiếu các loại kính hiển vi quang học và điện tử, các kỹ thuật nhuộm
băng; nghiên cứu thành phần hoá học và cấu trúc ADN đòi hỏi các phương pháp sắc ký và
nhiễu xạ tia X…
* Phương pháp tế bào học
Trong nghiên cứu di truyền tế bào có rất nhiều phương pháp được sử dụng để quan sát
hình thái NST và thiết lập kiểu nhân của các loài cũng như để chẩn đoán các bệnh tật liên
quan đến sự biến đổi số lượng và cấu trúc NST.
Ngoài ra còn có các kỹ thuật nuôi cấy mô, kỹ thuạt hiện băng, kỹ thuật lai huỳnh
quang tại chỗ và các kỹ thuật miễn dịch tế bào…
* Phương pháp sinh học phân tử
Sự tiến bộ nhanh chóng của sinh học phân tử và công nghệ sinh học là nhờ sự phát

triển mạnh mẽ của các kỹ thuật ADN tái tổ hợp, lai phân tử,sử dụng các mẫu dò và phương
pháp đánh dấu khác nhau, kỹ thuật PCR, kỹ thuật dấu vân ADN, các phương pháp xác định
trình tự axit nucleic, phương pháp biến đổi vật liệu di truyền…Chính những công cụ kỹ thuật
hiện đại này cho phép đi sâu nghiên cứu tổ chức và cấu trúc của các gen và của cả bộ gen, các
cơ chế điều hoà và biến đổi di truyền ở mức phân tử cũng như các thành tựu ứng dụng mới
trong y sinh học, nông nghiệp và các lĩnh vực khác
V. CÁC NGUYÊN TẮC NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN HỌC
- Tế bào là đơn vị cấu trúc, chức năng và phát triển của mọi cơ thể sống, nghĩa là có
tính toàn năng.
- Thông tin di truyền chứa trong bộ gen của tế bào chi phối mọi biểu hiện sống của nó
mà các gen là đơn vị di truyền cơ sở.
- Sự hoạt động của các gen trong quá trình phát triển cá thể là đặc trưng cho từng gen
trong từng giai đoạn cụ thể.
- Các quá trình trong hệ thống sống được điều hoà và kiểm soát để đảm bảo cho sự tồn
tại của nó là liên tục, phổ biến là sự tự điều chỉnh bằng cơ chế phản hồi thông tin.
8
- Tính thống nhất giữa cấu trúc và chức năng biểu hiện ở tất cả các mức độ tổ chức
khác nhau của sự sống.
- Tất cả các tổ chức và quá trình sống đều tuân theo các quy luật vật lý và hoá học.
- Sự sống trên trái đất trải qua quá trình tiến hoá khoảng 3.5 tỷ năm qua, vì vậy khi so
sánh, những nét tương đồng giữa chúng cho thấy tính thống nhất về mặt nguồn gốc và những
nét dị b iệt cho thấy tính phát trỉên, sự phân hoá đa dạng tất yếu của chúng
9
10
CHƯƠNG I.
VẬT CHẤT DI TRUYỀN
Mục tiêu:
- Trình bày và phân tích được các tiêu chuẩn của vật chất di truyền
- Khái quát được các thí nghiệm chứng minh VCDT là Axit nucleic.
- Trình bày được cấu tạo và cấu trúc của VCDT; phân tích được mối quan hệ

giữa cấu trúc, hình dạng và chức năng của VCDT.
- Phân tích được sự tiến hóa của VCDT.
- Trình bày và phân tích được sự tái bản AND, quá trình phirn mã ngược,
nguyên phân, giảm phân.
- So sánh được cấu trúc và chức năng của AND và ARN, Nguyên phân và
Giảm phân
- Vận dụng lý thuyết để giải được các bài tập liên quan
I. CÁC TIÊU CHUẨN CỦA VẬT CHẤT DI TRUYỀN (VCDT)
VCDT đóng vai trò trọng yếu trong cấu tạo và hoạt động của tế bào và cơ thể, do đó nó
phải có đầy đủ các tiêu chuẩn sau:
I.1. Mang thông tin di truyền đặc trưng cho loài (Đặc tính thông tin – information)
VCDT phải chứa đựng thông tin ở dạng bền vững cần thiết cho việc sản sinh ra các phân
tử cần cho cấu tạo và hoạt động của tế bào.
Tiêu chuẩn này bao gồm:
+ Tính chất của gen cấu trúc: VCDT phải có khả năng đặc trưng cho cấu trúc của các
phân tử khác trong tế bào. Từng đoạn các nucleotide trên ADN gen cấu trúc với thành phần
và trình tự sắp xếp riêng, qui định từng đoạn axit amin trên một polypeptid.
+ Tính chất của gen điều hoà: VCDT phải có khả năng điều hoà hoạt động của gen.
Một số vùng của ADN trên một operon, có các gen điều hoà và gen khởi động, hoạt động như
các khoá hãm để ngắt ( kìm hãm, ức chế) hoặc mở ( kích thích, cảm ứng) hoạt động của gen.
I.2. Tính chất tự sao, có khả năng tái bản một cách chính xác (Đặc tính tái bản –
Replication)
VCDT phải có khả năng tự tái tạo một cách chính xác để thông tin di truyền của thế hệ
sau giống như của thế hệ trước.
11
I.3. VCDT phải có khả năng biến đổi (Đặc tính đột biến – mutation)
VCDT trong quá trình tái bản dù cho chính xác đến đâu vẫn phải xảy ra các sai sót (đột
biến) vì đột biến là nguồn biến đổi cơ sở cần thiết cho sự tiến hoá của một loài, trong khi vẫn
duy trì sự ổn định cần thiết.
I.4. Thông tin di truyền chứa trong VCDT phải được sử dụng để tạo ra những phân tử

cần thiết cho tế bào. (Đặc tính truyền thông tin đến sản phẩm – transmission)
II. AXIT NUCLEIC
II. 1. Chứng minh axit nucleic mang thông tin di truyền
Trong một thời kỳ dài, một số nhà nghiên cứu, đặc biệt là nghiên cứu protein, tin rằng
chính gen là protein, nhiễm sắc thể chứa các mô hình điều khiển mọi protein cần thiết cho tế
bào, các enzim và protein hoạt động trong tế bào được sao chép từ các mô hình điều khiển
này.
Những năm sau đó, giả thuyết này không còn đứng vững vì nhiều thực nghiệm đã
chứng minh protein không có khả năng tái sinh - một tiêu chuẩn cơ bản của VLDT.
II.1.1. Thí nghiệm Griffith
Năm 1928, Frederick Griffith, một nhà vi khuẩn học đã làm thí nghiệm trên
Pneumococcus, vi khuẩn gây viêm phổi.
Vi khuẩn này có hai dạng:
+ Dạng có vỏ polysaccharide độc, gây bệnh.
+ Dạng không có vỏ polysaccharid là dạng lành, không gây bệnh. Đây là một
dạng đột biến của dạng gây bệnh.
Griffith đã tiêm cho chuột động thời cả hai dạng vi khuẩn độc đã chết vì nhiệt với vi
khuẩn sống lành. Nếu tiêm cho chuột từng dạng riêng nhau thì không gây bệnh. Nhưng khi
tiêm chung cả hai loại cho chuột thì tất cả chuột đều chết.
Qua mổ xác chuột để phân tích, ông các nhận các chuột này chết chính là do yếu tố
độc của vi khuẩn độc, có vỏ, tuy đã chết nhưng vẫn truyền được yếu tố độc này cho vi khuẩn
lành và sống, biến các vi khuẩn sống này từ chỗ lành, không vỏ, thành dạng độc, có vỏ và gây
ra viêm phổi ở chuột thí nghiệm.
Vài năm sau, các thí nghiệm này được lặp lại trong ống nghiệm, đã phát hiện chính
xác là những chất tách ra từ vi khuẩn chết, có vỏ, độc đem bổ sung cho vi khuẩn lành, không
vỏ, sẽ có khả năng biến những vi khuẩn lành này thành dạng độc và có vỏ. Khi đã được biến
đổi, các vi khuẩn mới này có khả năng truyền lại các đặc điểm mới thu nhận cho thế hệ sau.
12
Hình 1.1 : Thí nghiệm của Griffith năm 1928 (A), của Avery và cộng sự năm 1944 (B)
Năm 1944, O.T.Avery và cộng sự đã xác định chất hoá học trong dịch chiết tế bào của

vi khuẩn chết truyền sang cho vi khuẩn sống chính là ADN.
II.1.2. Các chứng minh trên thực thể khuẩn
Năm 1940, Max Delbruck và Salvador Luria đã bắt đầu sử dụng một loại đối tượng
mới là các virut lây nhiễm, kí sinh trong các vi khuẩn, gọi là thực thể khuẩn (Bacteriophage,
hay gọi đơn giản là phage).
Thí nghiệm được tiến hành trên 7 loại virut gây nhiễm E. Coli, được gọi là nhóm thực
thể khuẩn T, đánh số từ T1 đên T7. Tế bào vi khuẩn bị nhiễm virut này, của khoảng sau 20
phút là bị tan vỡ, giải phóng hàng trăm virut mới, tất cả đều là những bản sao chính xác của
virut ban đầu.
(A)
(B)
13
Các phân tích hoá học trên thực thể khuẩn cho thấy chúng gồm có ADN và protein,
nhưng những năm 1940, người ta vẫn chưa rõ về hai loại chất này, chất nào là VCDT, người
ta chưa rõ các gen của virut, VCDT mà từ đó sinh ra các virut mới trong tế bào vi khuẩn là
nằm trên ADN hay protein.
II.1.3. Thí nghiệm Hershey – Chase
Một dòng E.Coli nuôi cấy được lây nhiễm phage đánh dấu 32P, dòng kia 35S. Sau khi
chu trình lây nhiễm bắt đầu, các tế bào lây nhiễm được ly tâm để tách các mảng virut còn
bám ngoài tế bào. Hai mẫu, một chứa vật chất bên trong tế bào và một chứa vật chất ngoài tế
bào, được đem phân tích phóng xạ. Người ta phát hiện 35S nằm lại ngoài tế bào vi khuẩn với
vỏ bọc virut trống rỗng và 32P thì nằm bên trong tế bào, trong số này sau khi lây nhiễm vào
vi khuẩn sinh sản cho thế hệ virut mới. Chứng minh VCDT của T2 là ADN.
II.2. Cấu trúc phân tử của ADN và ARN
II.2.1. ADN (axid deoxyribonucleic)
Lịch sử nghiên cứu cấu trúc ADN gắn liền với lịch sử phát triển của di truyền học hiện
đại và sự ra đời của di truyền học phân tử.
1890, Mise (Đức) đã phát hiện phân tử ADN cùng với những protein kết hợp với nó
trong nhân tế bào.
Năm 1952, A.D.Hershey

và trợ lý của ông là M.Chase
dùng hai mẫu virut, một mẫu
trên ADN được đánh dấu bằng
đồng vị phóng xạ 32P, mẫu kia
trên protein được đánh dấu
bằng động vị phóng xạ 35S.
E.Coli là vật chủ, được phát
triển trên môi trường đồng vị
phóng xạ. Sau một chu kỳ sinh
trưởng, các virut mới sinh ra
đều chứa một đồng vị phóng xạ
32P và 35S, được dùng là chất
đánh dấu đặc thù để phân biệt
ADN với protein.
Hình 1.2 : Thí nghiệm Hershey – Chase
14
1924, R.Feulgen bằng phương pháp nhuộm màu và định vị ADN đã cho thấy ADN
nằm trong Nhiễm sắc thể.
1944, Avery, Macleod, Mc Carti đã chứng minh được ADN là VCDT.
Wilkin bằng phương pháp nhiễu xạ chiếu các chùm ronghen qua ADN tinh khiết cho
thấy rằng các nucleotide trong ADN được phân bố từng cặp.
Sau đó, Năm 1953, Watson (Mỹ) và Crick (Anh) đã nghiên cứu tiếp và nêu ra mô hình
cấu trúc phân tử ADN dưới dạng chuỗi xoắn kép.
ADN là một phân tử trùng hợp (polymer), gồm nhiều đơn phân (monomer) gọi là các
nucleotide.
Một nucleotide có cấu tạo gồm 3 thành phần:
- Đường pentose, 5 carbon,là đường deoxyribose ( C
5
H
10

O
4
)
- Nhóm phosphat.
- Bazơ nitơ
Nhóm phosphat gắn vào carbon số 5’ của đường deoxyribose, còn bazơ nitơ gắn vào
carbon số 1’. Có 4 loại nuceotit được phân biệt bởi bản chất của bazơ nitơ. Có 4 loại bazơ ni
tơ, trong đó:
- Dẫn xuất của purin, gồm Adenin (A) và Guanin (G)
- Dẫn xuất của pyrimidin gồm Timin (T) và Xytodin (X)
Một bazơ nitơ liên kết cộng hoá trị với gốc đường ở vị trí thứ nhất tạo nên nucleoside.
Nucleoside liên kết với một nhóm phosphate tạo nên nucleotide. Các nucleotide được nối với
nhau thành chuỗi polynucleotide, qua các nhóm phosphat và đường pentose - mỗi gốc axit
phosphoric liên kết với nguyên tử carbon số 5’ của một gốc đường khác, qua các liên kết
phosphodieste.
Hai mạch đơn polynucleotide xoắn nhau thành một chuỗi xoắn kép, trong đó bazơ nitơ
của mạch này liên kết với bazơ nitơ của mạch kia bằng cầu nối hyđro, theo nguyên tắc bổ
sung:
+ A của mạch này liên kết với T của mạch kia bằng 2 liên kết Hydro.
+ G của mạch này liên kết với X của mạch kia bằng 3 liên kết Hydro.
Mô hình ADN dạng B của Watson và Crick cho thấy mỗi vòng của chuỗi xoắn kép
gồm 10 cặp bazơ nitơ và có chiều dài 34A
0
, vì khoảng cách giữa 2 cặp bazơ liền nhau là
3.4A
0
.
Hai sợi trong phân tử ADN có tính chất định hướng ngược chiều và đặc biệt của liên
kết 3’-5’ phosphodieste, dẫn đến tính chất phân cực đối ngược, song song ngược chiều nhau
của 2 sợi, từ 3’-5’ và ngược lại 5’-3’.

ADN có cấu tạo đa phân, do nhiều đơn phân hợp lại, có cấu tạo nhiều bậc, dẫn đến
tính đa dạng và đặc trưng của sinh giới. Ở mỗi loài, ADN có trình tự nuceotide riêng đặc thù
và có số lượng nucleotide khác nhau, có thể từ 5000 ở một virut đơn giản nhất đến 5000 tỷ
trong bộ 46 nhiễm sắc thể ở người.
15
Trong hai chuỗi polynucleotide, đường carbon và phosphat đều giống nhau ở mọi phân
tử ADN. Tính đặc thù của từng loại ADN là do các kiểu liên kết khác nhau của 4 loại bazơ
nitơ A, G, T, X.
E. Chargaff, qua thực nghiệm thuỷ phân ADN, đã phát hiện “Bao giờ tổng số các bazơ
purin trong bất kỳ phân tử ADN nào cũng bằng tổng số các bazơ pyrimidin”.
Trong các loại tổ chức ở động vật và thực vật, luôn luôn về mặt số lượng đều có:
A=T, tức A/T=1
G=X, tức G/X=1
Như vậy bao giờ cũng có tỷ lệ: A+G/T+X=1
Điều này chứng minh rằng: Trong phân tử ADN, bao giờ một bazơ purin cũng đứng
trước một bazơ pyrimidin và ngược lại.
Tỷ số A+T/G+X khác 1 trong phần lớn trường hợp rất khác nhau trong các loại ADN
của các loài sinh vật, nhưng lại là đặc trung cho loài. Ở mỗi loài tỷ số này lại là một hằng số.
Người ta gọi đây là tỷ số bazơ.
Nguyên lý bổ sung có tầm quan trọng đặc biệt đối với hiện tượng di truyền, đảm bảo
cấu trúc đặc trưng của axit nucleic, biểu hiện không chỉ trong cấu trúc của ADN mà còn trong
các cơ chế tự sao ADN, cơ chế sao mã, dịch mã.
Ngày nay người ta đã phát hiện trên 20 dạng xoắn phải khác (điển hình là các dạng
A,C,D ) phân biệt với ADN dạng B về khoảng cách giữa các bazơ, cũng như độ nghiêng của
các bazơ so với trục và sự phân bố của chúng trên chuỗi xoắn kép.
Pyrimidine Purine
Nucleoside Nucleotide deoxyNucleotid
e
Hình 1.3: Mô hình cấu trúc hoá học không gian của các
nucleotide

16
Gần đây người ta còn phát hiện một dạng ADN có bộ khung ziczắc, cả phân tử đóng
xoắn theo chiều xoắn trái và trên mỗi vòng xoắn có đến 12 cặp bazơ. Cấu trúc này được gọi
là ADN dạng Z (Theo Watson và Rich, đây là một dạng chuyển dạng của ADN dạng B ).
II.2.2. ARN (Axit Ribonucleic)
ARN là vật chất mang thông tin di truyền ở một số đối tượng sinh vật, như ở virus
khảm thuốc lá (Tabaco mosaic virus, TMV), là virus chỉ chứa lõi ARN và vỏ Protein. Thông
tin di truyền của virus này chứa trong ARN, không phải trong protein.
ARN có vai trò trung gian, làm cầu nối giữa ADN với protein.
Về mặt cấu trúc, ARN cũng là một chất trùng hợp, gồm nhiều nucleotide gắn nhau,
giống như chuỗi đơn của phân tử ADN, hình thành một chuỗi đơn polynucleotide.
Cấu trúc phân tử ARN khác với ADN ở 3 đặc điểm:
- Đường của ARN là đường ribose (C
5
H
10
O
5
).
- Một trong 4 loại bazơ nitơ có khác trong ADN, thay vào Timin(T) là Uraxyl
(U).
- ARN chỉ là một sợi đơn polynucleotide.
Ở prokaryote và Eukaryote đều có 3 loại ARN được phiên mã, sau đó được sửa
đổi để tham gia vào quá trình dịch mã
Hình 1.4. Mô hình liên kết hydro và cấu
trúc xoắn kép dạng A, B và dạng Z
17
II.2.2.1. ARN thông tin (messenger RNA, mARN)
Là loại ARN quan trọng nhất, có cấu trúc mạch thẳng, được dùng làm khuôn mẫu để
tổng hợp chuỗi polypeptid. Mỗi mARN nói chung có 3 phần chính:

Hình 1.6. : Sơ đồ cấu trúc chung của mARN ở prokaryote và eukaryote
- Đoạn dẫn đầu (leader): Nằm ở đầu 5’, không được dịch mã nhưng cần thiết để cho
tiểu đơn vị bé ribosome bám vào.
- Đoạn mã hoá (coding): Nằm kế cạnh đoạn dẫn đầu, chứa thông tin cấu trúc của
chuỗi polypeptid được tổng hợp. Đoạn này ở các mARN khác nhau thì khác nhau về số
lượng, thành phần, trật tự các ribonucleotid.
Phân tử mARN eukaryote chỉ mang thông tin cấu trúc của một polypeptid
(monocistron) vì vậy trình tự mã hoá của mARN trưởng thành là liên tục, nhưng phân tử
Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc của đoạn phân tử ARN
18
mARN prokaryote nói chung thường mang thông tin cho nhiều polypeptid (polycistron). Vì
vậy trong đoạn mã hoá có nhiều đoạn đệm tách biệt giữa chúng.
- Đoạn theo sau (trailer): Nằm ở phía 3’, ngay sau đoạn dịch mã, không được mã
hoá.
II.2.2.2. ARN vận chuyển (transfer RNA, tARN)
Các tARN có chức năng chính là vận chuyển các axit amin đến vị trí tổng hợp protein
trên phức hệ mARN-ribosom trong quá trình dịch mã. tARN có số lượng nucleotid khoảng
75-90. Trong thành phần của nó thường có một số bazơ hiếm như Inosin(I),
ribotimidin(T) tập trung ở các “vòng “ (loop) là nơi không có hiện tượng kết cặp bazơ nội
phân tử
Về cấu trúc, tARN có cấu hình không gian ba chiều dạng “lá chẻ ba” vững chắc là nhờ
sự kết cặp của các bazơ ở một số đoạn sau khi phiên mã. Nói chung, các tARN thường rất
giống nhau ở nhiều đoạn và sai khác chủ yếu là ở anticodon. Mỗi tARN thường có 3 – 4 vòng
chức năng như sau:
+ Vòng 1 chứa 8-12 bazơ, còn gọi là vòng DHU, có chức năng nhận biết enzym
aminoaxyl-tARN synthetase ( kết hợp a.amin vào đầu 3’ của tARN).
+ Vòng 2 chứa 7 bazơ, gọi là vòng đối mã, có chức năng đọc mã trên tARN bằng cách
kết cặp các bazơ của anticodon với codon.
+ Vòng 3 còn gọi là tay phụ, có thể không có ở một số tARN.
+ Vòng 4 chứa 7 bazơ, gọi là vòng TYC có chức năng nhận biết ribosom để đi vào

đúng vị trí tiếp nhận aminoaxyl-tARN.
Đoạn mạch thẳng –CCA-OH (3’) là nơi gắn a.amin vào.
Hình 1.7. Cấu trúc tổng quát của một phân tử tARN
II.2.2.3. ARN ribosom (Ribosom RNA, rARN) và ribosom
19
Các rARN là thành phần cùng với các protein đặc trưng cấu tạo nên ribosom. Ở vi
khuẩn có 3 loại rARN khác nhau với hệ số lắng là 23S,16S,5S. Ở các eukaryote có 4 loại
rARN với hệ số lắng là 28S,18S,5.8S,5S.
Mỗi ribosom gồm có hai tiểu đơn vị: tiểu đơn vị bé là nơi bám của mARN trong quá
trình dịch mã và tiểu đơn vị lớn chứa enzym peptidyl transferase có hai vị trí là A (nơi bám
của aminoaxyl-tARN) và P (nơi đính của peptidyl-tARN). Hai tiểu đơn vị này chỉ hợp nhất
tạo ra ribosom trong quá trình dịch mã.
* Ngoài các loại ARN tế bào chất, ở eukaryote còn có hai loại ARN nhân: ARN nhân
nhỏ (snARN) có trọng lượng phân tử thấp, là thành phần của enzym cắt nối quan trọng trong
quá trình chế biến ARN thông tin sơ cấp; ARN nhân không đồng nhất (HnARN) có kích
thước rất khác nhau (5000-50000 nucleotid) và dài gấp 10-100 lần so với mARN tế bào chất,
chúng chính là tiền thân của mARN sau này.
* Các dạng ARN này đều thực hiện chức năng chung là truyền thông tin di truyền từ
ADN đến protein (thể hiện tính trạng di truyền). Đặc biệt chỉ có mARN là bản phiên mã di
truyền chứa các mã bộ ba (codon) tương ứng với một axit amin của phân tử protein. Thực
hiện chức năng trực tiếp chuyển tải thông tin di truyền từ phân tử ADN đến bản dịch mã biểu
hiện ở phân tử protein.
II.3 Tái bản ADN (Replication)
Sự tái bản của ADN, còn gọi là tự sao, tự nhân đôi của ADN, dựa trên cơ sở sự tái sinh
của nhiễm sắc thể (NST), bảo đảm cho sự tái tạo trong nhân tế bào con mới được hình thành
qua phân bào toàn bộ thông tin di truyền đặc trưng của tế bào ban đầu.
Quá trình tái bản ADN trong tế bào sống đã được chứng minh qua thực nghiệm là
không mang tính chất tự động. Để thực hiện quá trình này thì trong tế bào chất của tế bào đã
phải có những quá trình sinh tổng hợp mới, các nucleotide được tạo ra trong tế bào do sự kết
Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo các ribosom của prokaryote và eukaryote

20
hợp các chất đường ribose, axit amin, CO
2
và NH
3
, hoặc bằng cách hình thành từ các axit
nucleic trong tế bào bị phân huỷ, chuyển hoá trở lại thành các nucleotide cần thiết cho tổng
hợp axit nucleic.
II.3.1. Hệ enzym tái bản ADN
Trong toàn bộ hệ thống enzym sửa đổi điều chỉnh axit nucleic đã được phát hiện trong
tế bào thì hệ enzym tham gia tái bản ADN chiếm vị trí quan trọng nhất, trong đó chủ yếu phải
kể đến ADN polymerase.
II.3.1.1. ADN polymerase ở E.Coli
Gồm có 3 loại là: ADN polymerase I, ADN polymerase II, ADN polymerase III được
ký hiệu là Pol I, Pol II, Pol III. Pol III là enzym có hoạt tính polymerase cao nhất và đóng vai
trò chủ chốt trong tổng hợp kéo dài các sợi ADN mới; Pol II có hoạt tính thấp nhất và vai trò
trong tái bản không rõ ràng; Pol I có hai vai trò chính là tổng hợp ADN thay thế và cắt bỏ
đoạn mồi nhờ hoạt tính polymerase và exonuclease 5’-3’.
Bảng 1.1 Đặc tính của các ADN polymerase ở E.Coli
Đặc điểm Pol I Pol II Pol III
Số polypeptit
Trọng lượng phân tử (dalton)
Hoạt tính polymerase
Hoạt tính exonuclease 3’-5’
Hoạt tính exonucleasse 5’-3’
Gen
1
109.000
trung bình
có

có
polA
1
120.000
rất thấp
có
không
polB
3
175.000
rất cao
có
có
polC (hoặc dnaE)
II.3.1.2. ADN polymerase ở sinh vật nhân chuẩn
Ở sinh vật nhân chuẩn, sự tái bản ADN cũng cần có sự xúc tác của enzym polymerase,
cụ thể đã được xác định có 3 loại ở các sinh vật bậc cao. Trong tổng số 3 loại enzyme này,
người ta đã phát hiện trong nhân tế bào có hai loại là ADN polymerase α và ADN polymerase
β, còn ADN polymerase γ được phát hiện trong ti thể. Nói chung, các enzym này rất biến
đổi, khác nhau về nhiều đặc tính, như đặc tính sắc kí, tính mẫn cảm với muối, trọng lượng
phân tử ….Đồng thời có sự sai khác giữa các loài sinh vật, và có chức năng khác nhau.
ADN polymerase α có chức năng tái bản ADN của nhân.
ADN polymerase β được sử dụng vào việc sửa đổi ADN.
ADN polymerase γ chỉ làm nhiệm vụ tái bản hệ gen ADN ti thể.
Cả 3 loại ADN polymerase trên đều không có hoạt tính đọc sửa.
21
II.3.2. Cơ chế tái bản ADN theo phát hiện của Okazaki: tái bản nửa gián đoạn
(semidiscontinous replication)
II.3.2.1. Hiện tượng duỗi xoắn
Dưới tác dụng của enzym duỗi xoắn hoặc mở xoắn (enzym derulase hoặc pivotase),

xảy ra hiện tượng biến tính và dãn xoắn của chuỗi xoắn kép ADN, có sự đứt liên kết hydro
giữa các bazơ nitơ, dẫn đến giải phóng các chuỗi đơn polynucleotide của ADN, tạo nên chạc
tái bản (replication fork) hình chữ Y. Ở sinh vật nhân nguyên thuỷ thì có vòng tái bản
(replycation bubble).
Ở bước này có sự tham gia của một enzym gọi là enzym SSB(single-strand binding),
tức là một protein bám sợi đơn, gắn trên ADN một sợi để sợi luôn luôn ở tình trạng mở xoắn
và được bền vững. Mỗi SSB bám vào 8 bazơ nitơ của sợi đơn ADN. Mỗi chạc tái bản có
khoảng 250 SSB.
II.3.2.2. Bước khởi đầu tái bản ADN bằng ARN mồi
Các ADN polymerase không thể thực hiện việc khởi đầu cho sự tái bản ADN, do đó
giai đoạn này đòi hỏi có một yếu tố mồi (primer) làm chức năng khởi động.
Như ta đã biết, sự lắp ráp nucleotide tự do trong môi trường tế bào vào sợi khuôn, bao
giờ cũng chỉ bắt đầu từ đầu 3’ của sợi, nói cách khác, sự kéo dài (elongation) được thực hiện
do gắn thêm nucleotide vào đầu OH của carbon 3’ tự do. ADN polymerase chỉ xúc tác sự gắn
của một deoxyribonucleotide triphosphat trên cực 3’ OH, không có khả năng xúc tác sự gắn
của nucleotide trên cực 5’P của chuỗi đối diện, nhưng ngay lúc đầu, chưa có đầu OH tự do ở
ngay điểm gốc tái bản. Vì thế, enzym ARN polymerase hoạt động tổng hợp nên đoạn ARN
mồi ngắn, tạo đầu 3’OH tự do, để sau đó enzym ADN polymerase III bắt đầu hoạt động tái
bản. Ở E.Coli, đoạn mồi là một đoạn ARN ngắn được sinh ra bởi enzym privase. Trình tự các
bazơ nitơ của đoạn mồi được định hướng theo trình tự nucleotide của sợi ADN khuôn.
II.3.2.3. Loại bỏ ARN mồi và hình thành những phân đoạn Okazaki
Sau khi ARN mồi được tổng hợp thì ADN polymerase I có hoạt động loại bỏ ARN
mồi nhờ cắt từ đầu 5’ – 3’ và thay vào chỗ của ARN mồi một đoạn ADN khác.
Sau khi ARN mồi được tổng hợp thì ADN polymerase I có hoạt động loại bỏ ARN
mồi nhờ cắt từ đầu 5’ – 3’ và thay vào chỗ của ARN mồi một đoạn ADN khác.
R.Okazaki (Nhật), 1969 là người đầu tiên phát hiện kiểu tái bản nửa gián đoạn của
ADN, do đó người ta còn gọi cơ chế này là sự tổng hợp Okazaki. Okazaki đã chứng minh
phần lớn ADN mới tái bản đều là nhữngt đoạn ngắn từ 1000-2000 nucleotit. Người ta gọi đây
là những phân đoạn Okazaki được bắt đầu bằng một đoạn ARN mồi ngắn, khoảng 10 đơn vị.
Đoạn mồi này được dùng là chất mồi để kéo dài chuỗi polydeoxyribonucleotit, nucleotit được

gắn vào đầu 3’OH tự do và nối dài chuỗi ra theo chiều 5’-3’. Sau khi loại bỏ đoạn mồi và lấp
22
đầy khoảng trống bằng tác dụng của ADN polymerase I thì các phân đoạn Okazaki được nối
lại với nhau bằng enzym nối ADN ligase.
Hình 1.9. Tái bản kiẻu nủa gián đoạn.
Sợi ADN được tổng hợp bằng cách nối các đoạn Okazaki với nhau được gọi là sợi ra
chậm (lagging strand), hoặc sợi đi theo, là sợi được tổng hợp không liên tục, dùng khuôn sợi
cũ có định hướng 5’-3’.
Sợi kia đựơc tổng hợp liên tục, dựa trên khuôn sợi cũ theo chiều 3’-5’, chiều mở của
chạc ba, gọi là sợi dẫn đầu (leading strand). Đây là sợi mang đoạn mồi.
Kiểu tái bản như trên đã trình bày, một sợi mới được tổng hợp liên tục theo khuôn sợi
cũ, theo chiều 3’-5’, chiều mở của chạc ba, sợi mới kia được tổng hợp gián đoạn, không liên
tục, dùng khuôn sợi cũ có định hướng 5’-3’, được gọi là kiểu tái bản nửa gián đoạn.
II.3.2.4. Nối các phân đoạn Okazaki nhờ enzym nối ligase
Khi sợi đi theo được hình thành thì đoạn mồi ARN được loại bỏ bởi ARN nuclease và
những đầu tận cùng 5’ và 3’ của ADN được đồng thời đóng lại bởi ADN polymerase. Cuối
cùng các phân đoạn Okazaki được nối lại bởi ligase, tạo thành một sợi ADN mới liên tục như
sợi dẫn đầu.
Về các bước của quá trình nối các phân đoạn, khi xem xét cơ chế nối hai phân đoạn kế
tiếp nhau, người ta thấy đầu 3’ của phân đoạn vừa mới được tổng hợp chỉ tiếp cận chứ không
nối liền ngay với đoạn mồi ở đầu 5’ của phân đoạn được tổng hợp trước. ADN polymerase III
23
vừa hoàn thành tổng hợp phân đoạn mới sẽ tách khỏi ADN, ADN polymerase I sẽ thế chỗ,
tiếp tục tổng hợp phân đoạn mồi theo chiều 5’-3’, đồng thời do có hoạt tính exonuclease, nó
lại loại bỏ đoạn mồi của phân đoạn Okazaki trước đó theo chiều 5’-3’. Khi ADN polymerase
I kết thúc, thì tồn tại một khe hở giữa 2 phân đoạn Okazaki kế tiếp nhau. Khe hở này được lấp
kín bởi sự xúc tác của enzym nối ADN ligase.
* Ở prokaryote, quá trình tái bản được xảy ra tại một khởi điểm, gọi là điểm OriC.
Trong khi đó, hệ gen ở sinh vật nhân chuẩn (Eukaryote) là một hệ gen có kích thước lớn, do
đó trong một thời gian ngắn, đòi hỏi phải có nhiều khởi điểm được tái bản gần như đồng thời

để đảm bảo cho cả phân tử ADN của hệ gen được nhân đôi, trên cùng một NST có nhiều khởi
điểm tái bản.
II.3.3. Những đặc điểm chung về tái bản ADN ở các prokaryote và eukaryote
- Sự tái bản ADN diễn ra theo kiểu bán bảo toàn (semiconservative).
- Quá trình tái bản ADN diễn ra với sự tham gia của nhiều protein và enzym khác
nhau, quan trọng nhất là các ADN-polymerase.
- Quá trình tái bản ADN được khởi đầu tại một hoặc một số vị trí đặc thù trên ADN
gọi là khởi điểm (Origin).
- ADN polymerase tự nó không thể khởi đầu việc tổng hợp ADN mới mà cần phải có
đoạn mồi (primer), là một đoạn ARN ngắn (50-100 ribonucleotit) được tổng hợp trước bởi
enzym primase.
- Vì ADN polymerase chỉ hoạt động theo chiều 3’- 5’, trong khi ADN khuôn có hai
sợi ngược chiều nhau cho nên ít nhất trên một sợi khuôn diễn ra sự tổng hợp không liên tục
(gián đoạn) các đoạn ADN ngắn 1000-2000 nucleotit, gọi là tổng hợp Okazaki.
- Một ADN polymerase khác tiến hành cắt bỏ đoạn ARN mồi và tổng hợp ADN thay
thế, và các đoạn Okazaki cũng sẽ được nối liền nhờ ADN ligase.
II.3.4. Các hình thức tái bản ở các ADN khác nhau
Hình 1.10: (a) Sự sao chép ADN bắt đầu từ một điểm, (b)Nhiễm sắc thể nhân chuẩn
có nhiều chạc tái bản
24
II.3.4.1. Tái bản ADN ở các hệ ADN vòng nhỏ: ADN plasmid và ADN virus
Ngoài ra, đối với hệ ADN vòng nhỏ còn có một hình thức tái bản nữa, đó là sự tái bản
kiểu Theta (()). ở vi khuẩn, như E.Coli, plasmid có dạng vòng, phân tử ADN trong đó cũng
có dạng vòng, sự tái bản bắt đầu tại một điểm mở đầu và đi theo hai chiều quanh vòng tròn, vì
thế còn gọi là kiểu tái bản hai chiều (bidirectional). Đây còn gọi là kiểu tái bản theta vì các
phân tử tái bản giống chu Hy Lạp theta. Riêng đối với virus HSV có cả hai hình thức tái bản
nói trên.
II.3.4.2. Sao chép ở E. coli- NST vi khuẩn chỉ có một điểm khởi đầu tái bản duy
nhất
Hệ gen vi khuẩn của E. coli chỉ chứa sợi ADN dài 4.6x10

6
bp. Sự nhân đôi ADN bắt
đầu tại một điểm khởi đầu tái bản, hai chạc tái bản được hình thành ở đó và di chuyển về 2
hướng (tốc độ khoảng 500 - 1000 Nu/giây) đối diện nhau cho đến khi gặp nhau ở điểm đối
diện bên kia của vòng ADN. Chỉ ở điểm này, E. coli có thể điều khiển sự tái bản là điểm khởi
đầu origin. Sau khi hai chạc tái bản được hình thành chúng di chuyển gần như với tốc độ
không đổi cho đến khi kết thúc quá trình tự sao. Hình thành một cấu trúc kiểu Theta (()). Vì
thế sự khởi đầu tự sao là một quá trình điều hoà rất chặt chẽ, bắt đầu khi protein khởi đầu gắn
Hệ ADN này sử dụng cơ chế vòng
lăn (hay còn gọi là lăn đai thùng) để thực
hiện quá trình sao chép. Bước đầu tiên trong
cơ chế này là hình thành một vết cắt trên
một sợi đơn cho phép tháo xoắn sợi ADN
chứa đầu 5’.
Đầu tự do này nhanh chóng được
phủ bởi protein SSB theo sau là sự kết hợp
của primosome để tổng hợp mồi ARN và
khởi đầu tổng hợp ADN nhờ ADN
polymerase. Đầu 3’ được mở rộng như hình
thức sợi dẫn đầu trong sao chép ADN thông
thường. Đầu 5’ được tiếp tục “bóc” ra khỏi
vòng lăn và các đoạn Okazaki mới được
tổng hợp sẽ được nối lại với nhau. Sau khi
hoàn thành xong một vòng lăn, một sợi
ADN vòng mới sẽ được tổng hợp, các đầu
cuối của ADN thẳng sẽ được nối lại hình
thành vòng thứ hai. Và mỗi ADN mới cũng
chứa một sợi cũ theo nguyên tắc bán bảo
toàn.
Hình 1.11: Cơ chế sao chép kiểu vòng

lăn
25