Chương II:
CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN
Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ
***
I. ACID NUCLEIC LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ
1. Tiêu chuẩn của VCDT
VCDT phải có đủ 3 tính chất:
1/ Mang thông tin DT đặc trưng cho loài
• Phương thức mã hóa dựa trên nguyên tắc: số lượng, thành phần, trình tự sắp
xếp của các nucletotide trên gen cấu trúc sẽ quy định số lượng, thành phần,
trình tự sắp xếp của các aa trên chuỗi polypeptide tương ứng.
• Các gen trong hệ gen không hoạt động đồng loạt và liên tục. Đó là cơ chế
điều hòa biểu hiện gen.
2/ Có khả năng tái bản: VCDT phải có khả năng hình thành các bản sao, chứa
đầy đủ thông tin DT
• Prokaryote : phân bào trực phân
• Eukaryote: phân bào gián phân: phân chia nguyên nhiễm (nguyên phân) và
phân chia giảm nhiễm (giảm phân).
• Akaryote : nhân lên hàng loạt trong TB ký chủ, 5 gđ trong chu trình gây độc:
hấp phụ, xâm nhập, tổng hợp (bao hàm sự tái bản VCDT cho thế hệ sau),
lắp ráp, phóng thích.
3/ Có khả năng biến đổi
2. Chứng minh acid nucleic là VC mang TTDT
a/ Hiện thương Biến nạp (transformation)
Griffith dùng 2 chủng vi khuẩn (khác nhau về hình dạng khuẩn lạc và
độc tính):
Chủng S (mooth): độc, khuẩn lạc nhẵn, láng (vỏ nhày= polysaccharide)
Chủng R (rough), không độc, khuẩn lạc sần, không vỏ nhày.
Lần lượt tiêm các trường hợp sau vào chuột, ta thu được kết quả:
* Nhận xét:
• Ở TH 4, những mảnh vỡ TB từ chủng S bị đun sôi đã biến đổi các VK R sống

trở thành các VK S sống. Hiện tượng này gọi là Biến nạp.
• Bản thân các polysaccharide không gây biến nạp TB R. Vỏ nhày chỉ là 1 biểu
hiện kiểu hình của độc tính.
• DNA chính là yêu tố xác định đặc tính vỏ polysaccharide, từ đó xác định đặc
tính gây bệnh.
1. Tiêm R Sống
2. Tiêm S sống Chết
3. Tiêm S chết Sống
4. Tiêm s chết và R sống Chết
1
b/ Thí nghiệm của Hershey - Chase

32
P đánh dấu DNA của 1 nhóm phage T2.

35
S đánh dấu protein của 1 nhóm phage T2 khác.
• Dùng 2 nhóm phage này cho nhiễm riêng rẽ vào E. coli với số lượng virus lớn.
• Sau đó, dùng lực khuấy để tách vỏ virus, sử dụng pp ly tâm để tách riêng vỏ
virus với TB VK rồi phân tích phóng xạ.
* Kết quả:
• Nhóm phage đánh dấu =
32
P: trong TB VK có chứa chất phóng xạ chứng
tỏ: DNA của phage đã vào trong VK
• Nhóm phage đánh dấu =
35
S: chất phóng xạ nằm trong phần vỏ virus còn lại.
 Protein vỏ của phage không xâm nhập TB VK mà chỉ có DNA của phage được nạp
vào. Phân tử DNA này giúp sinh sản ra thế hệ phage mới. Như vậy, DNA chính là vật

liệu DT của phage.
c/ RNA cũng là VCDT
• Cấu tạo chính của phần lớn virus ký sinh thực vật gồm: vỏ bằng protein và
phần lõi RNA.
• VD: virus khảm thuốc lá TMV, HRV,… xâm nhập vào TB lá khiến diệp lục tố
bị phân hủy, gây ra những đốm màu trên lá.
* Thí nghiệm:
• Dùng RNA của HRV kết hợp với protein của TMV tạo ra virus ghép, cấy vào
trong cây thuốc lá lành thấy cây bị nhiễm bệnh với triệu chứng bệnh của HRV
 RNA chính là CSVT của sự DT, còn protein chỉ đóng vai trò vỏ bọc hỗ
trợ.
II. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC CỦA ACID NUCLEIC
1. Thành phần hóa học của acid nucleic
a/ Nucleic – đơn phân của acid nucleic
* Bazo
 Các bazo của DNA và RNA có cấu trúc dị vòng thơm.
 Các purin có cấu trúc 2 vòng: adenine (A) và guanine (G).
 Các pyrimidine có cấu trúc 1 vòng: cytosine (C), thymine (T) và uracil
(U)
 Trong RNA, T thay = U. Thymine = 5-methyluracil
* Nucleoside
 Trong các acid nucleic, nucleoside được tạo thành bởi: bazo (purin ở
N9, pyrimidine ở N1) liên kết hóa trị với đường pentose ở vị trí C1.
 Ở RNA, đường pentose là ribose. Ở DNA là 2
’
-deoxyribose.
 Liên kết giữa bazo và đường gọi là liên kết glycosyl (hay glycosid).
* Nucleotide
 Một nucleotide: một nucleoside cùng với 1 hay nhiều nhóm photphate
nối ở vị trí 3

’
, 5
’
hoặc 2’ ( 2’ chỉ có ở đường ribose).
2
* Liên kết phosphodiester
 Mỗi photphate liên kết hóa trị với một pentose ở vị trí 5
’
và một pentose
kế tiếp ở vị trí 3
’
tạo thành liên kết 3
’
,5
’
-phosphodiester.
 Ở pH trung tính, mỗi phosphate đều chức điện tích âm acid nucleic là
nhưng polymer mang điện tích âm.
* Trình tự DNA/RNA (SGK/20)
2. Cấu trúc không gian của acid nucleic (SGK/20-24)
III. TÁI BẢN DNA
1. Các nguyên tắc và đặc điểm chung của tái bản DNA
a/ Sự tái bản DNA theo cơ chế bán bảo tồn
 Trong chuỗi xoắn kép DNA, 2 mạch đơn liên kết với nhau bằng 1 quan
hệ bổ sung.
 Trong quá trình tái bản, nếu 2 mạch đơn tách rời nhau và mỗi mạch đơn
được dùng làm khuôn để tổng hợp nên một mạch mới theo nguyên tắc
bổ sung thì kết quả là: từ 1 phân tử DNA ban đầu đã tạo được 2
phân tử mới giống hệt nhau. Vì trong mỗi phân tử DNA con đều
mang một mạch cũ và một mạch mới nên kiểu tái bản này được gọi

là bán bảo tồn
* Thí nghiệm chứng minh cơ chế bán bảo tồn (E. coli)
 Nuôi E. coli trong môi trường có nguồn N
15
, TB sử dụng N
15
để tổng hợp
DNA cho đến khi DNA của VK đều mang đồng vị nặng N
14
.
 Cách khoảng thời gian đều đặn tương ứng với mỗi đợt phân bào, lấy các
TB đem chiết tách DNA. Bằng pp ly tâm trong gradient tỉ trọng CsCl,
các loại DNA nặng, nhẹ và lai được tách ra, kết quả phân tích phù hợp
với kiểu tái bản bán bảo tồn.
b/ Cơ chế phân tử của quá trình tái bản DNA (THUỘC)
 Các liên kết H ổn định cấu trúc xoắn và liên kết 2 mạch đơn với nhau
phải được phá vỡ để tách rời 2 mạch.
 Phải có đoạn mồi (primer) (đoạn DNA/RNA ngắn) bắt cặp bổ sung
với mạch khuôn để tạo đầu 3
’
OH tự do.
 Nguyên liệu tổng hợp DNA là các desoxynucleosid 5’-triphosphate
(dNTPs):dATP, dGTP, dCTP, dTTP.
 Mạch khuôn luôn được đọc theo chiều 3
’
-5
’
trong khi mạch mới
được tổng hợp theo chiều 5’-3’. Mỗi nucleotide mới được gắn vào đầu
3

’
OH của mạch đang kéo dài = liên kết CHT.
 Mỗi bước được thực hiện một cách nhanh chóng , chính xác dưới sự
điều khiển của enzyme đặc hiệu.
c/ Đơn vị tái bản, điểm khởi đầu và điểm kết thúc tái bản
 Mỗi đoạn DNA được tái bản như một đơn vị riêng lẻ được gọi là một
đơn vị tái bản.
 Các DNA vòng, kích thước nhỏ chỉ gồm một đơn vị tái bản duy nhất.
 Sự tái bản khởi đầu từ một điểm được gọi là điểm khởi đầu sao chép
và lan ra theo 2 hướng, hình thành 2 chạc ba tái bản cho đến khi gặp
3
nhau tại điểm kết thúc. Điểm khởi đầu tái bản có khuynh hướng
giàu A-T để dễ dàng khởi đầu tách rời 2 mạch đơn.
 Ở Eukaryote, mỗi phân tử DNA bao gồm nhiều đơn vị tái bản.
d/ Sự tổng hợp mạch mới của DNA xảy ra liên tục trên một mạch và gián
đoạn trên mạch kia
 Cơ chế tái bản DNA chỉ cho phép sự tổng hợp theo hướng 5’-3’, vì
thế trên 2 mạch khuôn có hướng ngược nhau, sự tổng hợp mạch
mới không diễn tiến giống nhau.
 Từ điểm khởi đầu tái bản, trên mạch khuôn 3
’
-5
’
sự tổng hợp mạch
mới diễn ra một cách liên tục theo chiều 5
’
-3
’
cùng chiêu với hướng tháo
xoắn. Mạch này được gọi là mạch tới.

 Trong khi đó trên mạch khuôn 5
’
-3
’
, sự tổng hợp mạch mới cũng diễn
ra theo hướng 5
’
-3
’
nhưng ngược với hướng tháo xoắn. Do đó, sự tổng
hợp mạch mới không xảy ra liên tục mà dưới dạng những đoạn ngắn gọi
là đoạn Okazaki (1000-2000 bp ở proka, 100-200 ở euka). Mạch này
được gọi là mạch chậm.
 Trên thực tế, sự tổng hợp 2 mạch theo cùng hướng vì mạch khuôn chậm
được uốn vòng để quay 180
o
tại chạc ba tái bản, cùng hướng với mạch
khuôn tới.
e/ Mồi RNA
 Mạch tới và tất cả những đoạn Okazaki của mạch chậm chỉ có thể được
tổng hợp = cách kéo dài một mồi đã bắt cặp sẵn trên mạch khuôn.
 Mồi là một đoạn RNA ngắn, dược tổng hợp bởi 1 phức hợp protein
gọi là primosome, primome gồm nhiều protein và 1 enzyme
primase.
 Các mồi RNA sau đó bị phân hủy bởi Rnase và được thay = trình tự
DNA nhờ DNA polymerase.
 Enzyme ligase sẽ nối các đoạn DNA lại với nhau.
2. Tái bản DNA prokaryote
• Để theo dõi tái bản DNA, người ta dùng thymidine H
3

phóng xạ. Quá trình tái
bản xuất phát từ điểm khởi đầu và lan ra 2 phía.
• Khi quan sát DNA vòng tròn đang tái bản, ta thấy dạng DNA “hình con mắt”. 2
chạc ba tái bản lan dần, cuối cùng tạo thành 2 phân tử DNA lai, trong đó có 1
mạch mang dấu phóng xạ T-H
3
. Có trường hợp, sự tái bản chỉ xảy ra về 1 phía.
4
Giai đoạn Diễn biến Enzyme
Khởi đầu
1. Tháo xoắn
phân tử DNA
- Enzyme topoisomerase tháo xoắn
phân tử DNA.
- Enzyme topoisomerase loại I tháo
dạng siêu xoắn, gắn vào phân tử DNA
và cắt 1 trong 2 mạch.
- Sau khi giải phóng 1 phân tử DNA đã
được tháo xoắn , các enzyme này sẽ nối
lại chỗ đứt.
- Enzyme topoisomerase loại II tháo
các nút nảy sinh do các biến đổi cấu
trúc của chuỗi xoăn kép = cách cắt đứt
cả 2 mạch DNA.
- topoisomerase (có 2 loại I
và II).
- topoisomerase loại I.
Enzyme loại I được biết rõ
nhất là protein ω của E. coli.
- topoisomerase loại II.

Enzyme loại II được biết rõ
nhất là gyrase của E. coli.
2. Tách rời 2
mạch khuôn
tại điểm khởi
đầu tái bản
- Ở E. coli chứa 4 vị trí gắn với protein
khởi đầu có tên là Dna A, mỗi vị trí có
kích thước là 9 bp.
- Sự tổng hợp các protein khởi đầu gắn
liền với tốc độ tăng trưởng vì thế việc
khởi đầu tái bản DNA cũng gắn liền
với tốc đô tăng trưởng. Ở tốc độ tăng
trưởng cao, các NST của VK có thể bắt
đầu lần tái bản thứ 2 trước khi lần tái
bản thứ nhất kết thúc tại 2 điểm khởi
đầu mới. Vì thế, mỗi TB con nhận được
1 NST đang được tái bản 1 phần.
- DNA OriC quấn quanh 1 phức hợp
protein Dna A gồm 30-40 phân tử, mỗi
phân tử gắn với 1 ATP, thúc đẩy sự
tách rời 2 mạch tại 3 trình tự lặp 13 bp
giàu A-T nằm gân đó, cho phép protein
Dna B gắn vào.
- Các mạch tách rời sẽ được ổn định
dưới dạng mạch đơn nhở các protein
SSB . Mạch khuôn được sử dụng đến
đâu thì các protein SSB được giải
phóng khỏi khuôn đến đó.
- protein Dna A.

- protein Dna B. Dna B là 1
DNA helicase nằm trong phức
hợp primose. Các helicase phá
vỡ liên kết H giữa các bazo
nhờ NL thủy phân ATP.
- protein SSB gắn lên khắp
phần mạch đơn làm cho 2
mạch không kết hợp trở lại
được.
Kéo dài
1. Tổng hợp
mồi RNA
- Các DNA polymerase chỉ có thể tổng
hợp DNA bằng cách kéo dài 1 mồi
RNA đã bắt cặp sẵn trên khuôn. Mồi
này được tổng hợp nhờ enzyme
primase trong phức hợp primose.
- DNA polymerase.
- primase.
2. Sự tổng
hợp mạch
- DNA polymerase III bắt đầu tái bản
trên mỗi mạch khuôn bằng cách gắn
- DNA polymerase III là 1
phức hợp dimer. Mỗi phần
5
mới diễn ra
theo kiểu bán
gián đoạn ,
kéo dải mồi

RNA
vào 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 của mồi
(nhờ Đơn vị
α
).
- Các DNA polymerase có tính đặc hiệu
cao, chỉ thêm nucleotide vào đầu 3
’
OH
của mạch đang tổng hợp.
- Trên đường di chuyển để tổng hợp
mạch mới, nếu gặp chỗ nucleotide vừa
lắp sai vị trí, DNA polymerase III sử
dụng hoạt tính exonuclease 3
’
-5
’
cắt lùi
lại để bỏ nucleotide sai và lắp cái đúng
vào rồi tiếp tục tái bản (đơn vị
ε
).
- Quá trình tái bản ở E. coli diễn ra với

tốc độ nhanh, có thể đến 50.000
nucleotide/ phút
gồm nhiều đơn vị gắn với
nhau, chịu trách nhiệm tổng
hợp 1 mạch đơn DNA nhằm
đảm bảo cho tốc độ tổng hợp
của cả 2 mạch = nhau.
+ Đơn vị α có hoạt tính
polymerase thực sự.
+ Đơn vị ε có chức năng đọc
sửa nhờ hoạt tính exonuclease
3
’
-5
’
.
+ Đơn vị β giúp gắn
polymerase vào DNA.
- Đây là nhân tố duy trì quy
định độ dài của DNA được
tổng hợp ở mạch tới khác với
mạch chậm.
- Exonuclease là hoạt tính
enzyme cắt DNA từ đầu mút
một mạch.
3. Hoàn chỉnh
sợi mới tổng
hợp
- Trên mạch chậm, sau khi mỗi đoạn
DNA được kéo dài, mồi RNA được dời

đi nhờ hoạt tính exonuclease 5
’
-3
’
của
DNA polymerase I và bị enzyme
Rnase H phân hủy.
- Các chỗ trống mà mồi để lại được
thay bằng trình tự DNA 1 cách chính
xác nhờ kêt hợp hoạt tính polymerase
5
’
-3
’
với hoạt tính exonuclease 3
’
5
’
của
DNA polymerase I .
- Enzyme ligase sẽ nối tất cả các đoạn
DNA trên mạch mới tổng hợp lại với
nhau.
- DNA polymerase I.
- Rnase H.
- ligase.
Giai đoạn
kết thúc
tái bản và
phân chi

TB
- 2 chạc ba tái bản sẽ gặp nhau ở
khoảng 180
0
đối diện với OriC. Quanh
vùng kết thúc này có vài điểm làm
dừng lại sự tái bản bằng cách gắn với 1
sản phẩm của gen tus, đó là 1 nhân tố
kìm hãm hoạt động helicase của Dna B.
- Khi sự tái bản hoàn tất, 2 phân tử
DNA vòng vẫn dính vào nhau.
- Một topoisomerase loại II có tên là
topoisomerase IV sẽ tách rời chúng để
sau đó 2 NST con sẽ được phân phối
vào 2 TB con.
- gen tus: là 1 nhân tố kìm hãm
hoạt động helicase của Dna B.
- topoisomerase IV.
6