Chương 10 Di truyền học vi sinh vật (Phần 1)

Di truyền là đặc tính chung của mọi sinh vật giữ lại những và truyền cho con cháu những đặc điểm về cấu tạo và phát triển của tổ tiên, hay nói cách khác, là hiện tượng các cá thể trong một gia đình có những thuộc tính cấu tạo và phát triển giống tổ tiên, với cha mẹ hoặc giữa con cái với nhau. Biến dị là đặc tính chung của mọi sinh vật có thể mang những sự khác biệt về nhiều chi tiết tính trạng so với bố mẹ của chúng và với các cá thể khác...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 10 Di truyền học vi sinh vật (Phần 1)Chương 10Di truyền học vi sinh vật (Phần 1) Di truyền là đặc tính chung của mọi sinh vật giữ lại những và truyềncho con cháu những đặc điểm về cấu tạo và phát triển của tổ tiên, hay nóicách khác, là hiện tượng các cá thể trong một gia đình có những thuộc tínhcấu tạo và phát triển giống tổ tiên, với cha mẹ hoặc giữa con cái với nhau. Biến dị là đặc tính chung của mọi sinh vật có thể mang những sự khácbiệt về nhiều chi tiết tính trạng so với bố mẹ của chúng và với các cá thểkhác cùng loài. Đối tượng nghiên cứu của di truyền học không chỉ là hiện tượng ditruyền mà cả hiện tượng biến dị. Tính biến dị có vẻ như độc lập với tính ditruyền nhưng thực ra sự khác biệt giữa các cá thể trong một loài trong nhiềutrường hợp liên quan đến sự biến đổi hoặc trong trường hợp khác đến sựphản ứng của vật chất di truyền của sinh vật. Ở vi sinh vật biến dị thể hiện ở mức độ lớn hơn ở vi sinh vật bậc caonhờ số cá thể trong một quần thể lớn, đơn allele, sinh sản đồng loạt, giaiđoạn sinh dưỡng ngắn, tần số đột biến và tái tổ hợp cao và có khả năng traođổi di truyền ngoài loài. Dù cơ chế xuất hiện khác nhau nhưng ở phần lớncác trường hợp biến dị đều tạo ra những dòng hay tập đoàn có sự thích ứngtốt nhất với điều kiện ngoại cảnh vốn luôn biến động.I. Cơ sở vật chất di truyền ở vi sinh vật1. Vật chất di truyền ở vi khuẩn Acid nucleic là cơ sở vật chất di truyền của tất cả các dạng sinh vật. Ởtất cả các sinh vật nhân sơ (prokaryote, còn gọi là sinh vật nhân sơ sơ, baogồ m các vi khuẩn) hay nhân chuẩn (eukaryote, còn gọi là sinh vật nhânchuẩn, bao gồm nấm, tức chân khuẩn, nguyên sinh động vật, tảo, thực vật vàđộng vật bậc cao), trừ virus và các yếu tố sinh học đơn giản hơn như viroidvà prion, tính trạng được mã hóa và tồn trữ dưới dạng mã hóa là trình tựthẳng của các nucleotide trong thành phần acid deoxyribonucleic (DNA).Vật chất di truyền này được thể hiện thành tính trạng của cá thể thông quaquá trình tổng hợp từ khuôn DNA thành phân tử RNA thông tin (quá trìnhphiên mã) và sau đó RNA thông tin này lại làm khuôn để tổng hợp protein(cấu trúc, enzyme, thụ thể, kích thích, kìm hãm,...) trong quá trình gọi làdịch mã (transcription) dẫn đến biểu hiện tính trạng. Vật chất di truyền đượctruyền từ thế hệ tế bào này sang thế hệ tế bào khác (và từ thế hệ này sang thếhệ khác) nhờ quá trình tự sao (replication) của phân tử DNA. Quy tắc nàyđược gọi là quy tắc trung tâm biểu hiện di truyền. Ở vi khuẩn DNA có thể gặp ở hai dạng: DNA nhiễ m sắc thể và DNAplasmid. Nhân (thể nhân) vi khuẩn là một nhiễ m sắc thể vi khuẩn cấu tạo từmột phân tử DNA duy nhất xoắn kép (gồ m hai mạch xoắn), khép kín (khôngcó đầu tự do), phân bố trong tế bào chất. Mỗi tế bào vi khuẩn chỉ có mộtnhân (thể nhân) duy nhất, mặc dù trước khi phân bào số lượng nhân (nhiễmsắc thể) thường thấy là 2, 4 hoặc nhiều hơn do quá trình phân bào diễn rachậm hơn quá trình phân nhân. Vì vậy, thông thường nhiễm sắc thể được môhình hóa trong tế bào vi khuẩn dưới dạng một vòng tròn.Hình 10.1: Mô hình cấu trúc một đoạn phân tử DNA: một dẫn xuấtpurine liên kết qua cầu nối hyđrô với một dẫn xuất pyrimidine nên khoảngcách giữa hai sườn đường ribose - Acid phosphoric của hai chuỗi là khôngđổi, guanine luôn kết hợp với cytosine, adenine kết hợp với thymine củachuỗi song đối nên trình tự hai chuỗi không bao giờ giống nhau nhưng trìnhtự một chuỗi quy định trình tự của chuỗi kia, hơn nữa các sườn có nhiềunhóm ái thủy nên DNA tan tốt trong nước. Hai mạch xoắn của phân tử DNA thực chất là hai chuỗi polymer và cómối quan hệ chặt chẽ với nhau về thành phần hóa học cũng như trình tự sắpxếp của các monomer được gọi là một nucleotide. Mỗi chuỗi polymer đượccấu tạo từ bốn loại monomer có cấu trúc tổng quát gồ m ba thành phần: bazơnitơ dị vòng (dẫn xuất purine hoặc pyrimidine), đường deoxyribose (C5) vàAcid phosphoric. Ở DNA, có bốn loại nucleotide: adenine (A), thymine (T),guanine (G) và cytosine (C) (hay xitôzin). Các nucleotide khác nhau bởi gốcbazơ khác nhau. Chuỗi polymer của mỗi mạch (sợi) DNA được hình thànhnhờ liên kết phosphoester giữa Acid phosphoric và đường deoxyribose tạonên bộ sườn của phân tử ((-P-C5-)n). Còn các gốc bazơ nitơ gắn vàonguyên tử C 1 của phân tử đường deoxyribose. Phân tử Acid phosphorictrong một nucleotide gắn vào vị trí C 5 của phân tử đường deoxyribose,trong khi đó nguyên tử C 3 gắn với Acid phosphoric của nucleotide kế tiếp.Do trình tự hoạt động của các enzyme tổng hợp DNA từ đầu C 5 đến đầu C3 của mỗi mạch DNA nên người ta quy ước mô tả mạch theo hướng C5→C 3. Ví dụ, nếu không có chú giải khác thì mạch ATT CGC GCA TCAGCT cũng có nghĩa là 5-ATT CGC GCA TCA GCT-3 hay 5-ATT CGCGCA TCA GCT. Hai chuỗi của một phân tử DNA gắn kết với nhau nhờ cácmối liên kết hyđrô giữa các gốc bazơ, một gốc purine được gắn kết với mộtgốc p ...