NHÂN TẾ BÀO GIAN KỲ I. ĐẠI CƯƠNG:
 Nhân, với chức năng chủ yếu là một bào quan đặc biệt chứa các thông tin di truyền
quyết định các cấu trúc và chức năng của tế bào, là đặc điểm tiến hóa quan trọng nhất
của Eucaryot so với Procaryot. Nhân có 2 lớp màng bao bọc đồng tâm, phân cách khỏi
bào tương, có dạng gần cầu, chiếm chừng 1/10 thể tích tế bào. Nói chung, mỗi tế bào
Eucaryot chứa một nhân, nhưng cũng có nhiều ngoại lệ. Trùng đơn bào paramecium
(trùng đế giày) thường xuyên có 2 nhân, một để di truyền cho tế bào con, một để “điều
hành” các hoạt động thường xuyên cần đến thông tin di truyền chứa trong bộ gen. Một
số loại nấm thường có nhiều gen trong một tế bào vì khi phân chia nhân, tế bào không
kịp hình thành vách ngăn phân chia tế bào chất. Ở tế bào gan của người cũng thấy có
hiện tượng này. Bạch cầu đa nhân thật ra là một tên gọi không chính xác nhưng vẫn
phổ biến trong các nhà huyết học, các tế bào này chỉ có một nhân, nhưng nhìn dưới
kính hiển vi quang học thấy nhân gồm nhiều “thùy”.  Đối với tế bào Procaryot, không có nhân điển hình, mà chỉ có một vùng tập trung
ADN, nhưng không có màng bao bọc, gọi là thể nhân (nucleoid). Cấu trúc nhân hoàn
chỉnh, tách biệt phần còn lại của tế bào chất (bào tương) cho phép tế bào Eucaryot đạt
được các lợi thế so với Procaryot:
1) Lượng ADN chứa được lớn hơn nhiều. Mỗi tế bào Eucaryot chứa nhiều phân

xây dựng nhiều cấu trúc và thực thi nhiều chức năng khác nhau của tế bào. Một
chức năng quan trọng khác của nhiễm sắc thể là truyền thông tin di truyền cho
các tế bào con trong quá trình phân chia tế bào, chức năng này sẽ được đề cập
trong một bài riêng (giảm phân).
 Hạch nhân hay nhân con, là khối hình cầu không có màng bao quanh
nhưng bắt màu đậm đặc hơn so với dịch nhân, có chức năng chủ yếu là tổng
hợp ARN của ribosom (r-ARN) và cũng là nơi hình thành các tiểu đơn vị
ribosom.

I. VỎ NHÂN VÀ SỰ VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT GIỮA NHÂN VÀ BÀO
TƯƠNG:
 Vỏ nhân (nuclear envelope) bao gồm
hai lớp màng, gọi là màng trong và màng
ngoài, như 2 mặt cầu đồng tâm bao bọc
lấy nhân. Giữa hai lớp màng là khoang
quanh nhân (perinuclear space).
 Màng ngoài nối với màng của lưới nội
bào hạt và cũng có nhiều ribosom bám
lên, giống như lưới nội bào hạt. Do đó,
màng ngoài nhân (và khoang quanh nhân)


tử protein khác nhau, có
tổng khối lượng khoảng 50-
100 MD. Các protein này tạo thành các hạt có thể nhìn thấy được dưới kính hiển vi
điện tử. Trên sơ đồ, ta thấy phức hợp lỗ nhân như bông cúc 8 cánh, với 8 cánh xung
quanh và một hạt ở giữa. Mỗi cánh này thực ra gồm 3 hạt, phân bố thành 3 tầng.
Chúng lấp gần kín lỗ nhân, chỉ chừa lại một kênh dài khoảng 15 nm, rộng khoảng
9nm. Kênh này lại thường thấy bị nút kín bởi hạt trung tâm. Có lẽ hạt này là những
phức hợp đang được vận chuyển qua lỗ nhân.
 Lỗ nhân kiểm soát sự trao đổi chất giữa nhân và bào tương. Các phân tử nhỏ có
thể qua lại lỗ nhân khá dễ dàng. Chẳng hạn một protein có trọng lượng phân tử 17.000
Daltons sẽ cân bằng nồng độ giữa nhân và bào tương chỉ sau hai phút. Ngược lại
những hạt lớn như ribosom hoàn chỉnh thì không lọt qua lỗ nhân và bị giữ lại (ở bên
ngoài bào tương, chứ không lọt vào trong nhân). Tuy vậy, cũng không thể nói rằng lỗ
nhân có tác dụng như cái rây, tức là cấu trúc sàng lọc các hạt đi qua tùy theo kích
thước của hạt. Các tiểu đơn vị ribosom mặc dù kích thước vượt xa đường kính kênh
qua lỗ nhân, nhưng vẫn được nhân “xuất khẩu” ra bào tương một cách dễ dàng. Những
enzym có trọng lượng phân tử lớn như ADN- và ARN-polymeraz (riêng mỗi tiểu đơn
vị đã có trọng lượng phân tử 100.000 – 200.000 Daltons) cũng được nhân lấy từ bào tương. Như vậy, sự vận chuyển các hạt lớn qua lỗ nhân phải kèm theo sự mở rộng
đường kính kênh. Cơ chế mở rộng đường kính kênh lỗ nhân ngày nay chưa thật rõ.
 Có các bằng chứng cho
thấy rằng phức hợp lỗ nhân
có chứa thụ thể nhận biết các
đại phân tử và hạt khác nhau.
Với các protein đã được tổng

nhiều phân tử protein khác nhau trong đó protein kiềm (histon) chiếm tỷ lệ đa số. Khi
tế bào phân chia, trạng thái ngưng tụ giữa ADN với protein sẽ đậm đặc nhất, khiến cho
nhiễm sắc thể có thể nhìn thấy được dễ dàng dưới kính hiển vi quang học. Ở người, có
2n = 46 nhiễm sắc thể, tức là mỗi nhân tế bào bình thường chứa 46 phân tử ADN. Mỗi
phân tử này chứa từ 50Mb đến 250Mb (Megabaz = 1 triệu cặp baz nitơ). Nếu các phân
tử này duỗi ra hoàn toàn dưới dạng chuỗi xoắn kép Watson-Crick, thì sẽ có chiều dài
lý thuyết từ 1,7 đến 8,5 cm. Rõ ràng là chuỗi xoắn kép dài như vậy không thể chứa vừa
trong nhân và rất dễ dàng bị đứt gãy. Trong thực tế thì ngay cả ở nhân gian kỳ, khi
nhiễm sắc thể ở trạng thái phân tán, phân tử ADN vẫn không bị duỗi ra hoàn toàn, mà
được đóng gói (ngưng tụ) vào các cấu trúc xoắn khác nhau. Sự ngưng tụ này thực hiện
được nhờ có sự liên kết của ADN với nhiều loại protein khác nhau, trong đó chủ yếu là các protein kiềm (histon). Chất nhiễm sắc (chromatin)
tồn tại dưới dạng chất dịch bắt màu kiềm trong nhân
tế bào gian kỳ chính là hỗn hợp giữa ADN với các
protein nói trên (gọi chung là protein nhiễm sắc thể).
Nhiễm sắc thể Eucaryot ở trạng thái phân tán chất vẫn
duy trì mức độ ngưng tụ nhất định thành các cấu trúc
hạt và sợi mảnh.
1. Nucleosom và sợi 10 nm:
 Ở trạng thái ngưng tụ ít nhất, nhiễm sắc thể có thể
nhìn thấy được dưới kính hiển vi điện tử dưới dạng
sợi mảnh có kích thước (bề dày) 10 nm.
 Dưới KHVĐT, sợi này trông như một chuỗi
cườm, gồm các hạt nhỏ đường kính khoảng 10nm nối với nhau bằng sợi ADN. Hạt
nhỏ nói trên gọi là nucleosom. Nucleosom là đơn vị cấu trúc cơ bản của phức hợp

vào các nucleosom làm cho sợi 10nm ngưng tụ chặt hơn.
 Các histon lõi gắn rất chặt với ADN, ngay cả trong quá trình sao chép mã, cấu trúc
nucleosom của nhiễm sắc thể vẫn không bị phân ly hoàn toàn.
 Người ta cho rằng khi tổng hợp ARN trên khuôn ADN, enzyn ARN-polymeraza
chạy đến nucleosom nào thì lõi histon của nucleosom đó có thể phân ly tạm thời thành
2 mảnh để cho enzym “làm việc”. Cơ chế “mở để làm việc tạm thời” đối các
nucleosom có tính chất rất bảo tồn, không thay đổi trong suốt lịch sử tiến hóa của
Eucaryot, do đó cấu trúc bậc nhất của các histon hầu như không có thay đổi nhiều giữa
các loài.
2. Sợi nhiễm sắc 30nm:  Histon H
1
liên kết vào mỗi nucleosom khiến cho sợi 10nm bị ngưng tụ chặt chẽ
hơn và có thể hình thành một sợi lớn hơn, gọi là sợi nhiễm sắc 30nm. Mô hình cấu tạo
trình bày trên hình, trong đó ta thấy sợi 10nm tạo thành một chuỗi xoắn (solenoid) có
bề ngang chừng 30nm.
 Trong nhiễm sắc thể có những đoạn ADN tương đối dài không liên kết với histon
và không ngưng tụ thành nucleosom. Các đoạn này rất nhạy cảm với ADN-aza. Phần
lớn chúng nằm trong những vùng điều hòa gen. Tế bào càng có bộ gen hoạt động
(nhiều gen mở) thì càng chứa nhiều đoạn như vậy. Tại đây, histon bị thay thế bằng các
protein khác như protein acid, các protein HMG (High Mobility Group - nhóm protein
có độ linh động cao). Trên sợi 30nm, ta thấy có những đoạn ngắt quãng, đó chính là
các đoạn ADN liên kết với các protein nói trên. Liên kết giữa ADN với các loại
protein khác lỏng lẽo hơn nhiều so với liên kết ADN-histon, do đó ADN tại vùng điều
hòa gen ở trạng thái “mở” hơn

thể. Chức năng thứ hai - tự sao chép và di truyền cho các tế bào con, sẽ đề cập trong
các bài riêng biệt. Trong bài này, sẽ xem xét chức năng thể hiện gen, hay đúng hơn là
giai đoạn đầu của nó được thực hiện trong nhân.
 Gen là một đoạn trong phân tử ADN của nhiễm sắc thể, mã hóa cho một
polypeptid hay một phân tử ARN. Sự thể hiện của một gen là sự tạo ra các phân tử do nó mã hóa cấu trúc. Trong quá trình đó, thông tin di truyền chứa trong ADN được
truyền sang phân tử ARN hay protein. Quá trình này thực hiện tuân theo Định đề
trung tâm của sinh học phân tử.
 Dòng thông tin di truyền đi từ ADN đến protein qua hai giai đoạn:
 Phiên mã (sao chép mã, transcription): tổng hợp ARN trên ADN. Thứ tự
nucleotid của ARN mới được tổng hợp là do thứ tự nucleotid trên ADN qui định.
 Phiên dịch mã (dịch mã, translation): tổng hợp protein trên ARN. Với tế bào
Eucaryot, giai đoạn này xảy ra ngoài bào tương. Thứ tự của acid amin của
polypeptid mới tổng hợp là do thứ tự các nucleotid trên mARN quy định.
 Trong tế bào Eucaryot, sự thể hiện gen được kiểm soát trên cả hai cấp phiên mã và
phiên dịch mã. Sự phiên dịch mã sẽ được đề cập trong một bài riêng biệt. Trong bài
này, chúng ta hãy xem xét sự thể hiện gen qua phiên mã.
Dạng cơ bản:
ADN ARN protein

Dạng đầy đủ:
ADN ARN protein

sự biệt hóa tế bào. Chúng cũng không được phiên mã, mặc dù ADN ở đây không
phải là những chuỗi lặp lại đơn giản mà có thể chứa các gen thực thụ. Tế bào càng
biệt hóa thì tỷ lệ dị nhiễm sắc tạm thời càng lớn; hay nói cách khác càng có nhiều
gen bị khóa lại, không được thể hiện nữa. Nhiễm sắc thể X ở phụ nữ là một trường
hợp đặc biệt mà tất cả các gen của nó bị khóa trong trạng thái dị nhiễm sắc tạm thời.
 Đồng nhiễm sắc (euchromatin) là phần còn lại của nhiễm sắc thể, nơi có chất
nhiễm sắc ngưng tụ lỏng lẻo hơn, bắt màu kém hơn. Đồng nhiễm sắc cũng có thể chứa
một số ADN không hoạt động phiên mã. Nhưng tất cả các đoạn ADN nào trên nhiễm
sắc thể có phiên mã thì đều phải nằm ở trạng thái đồng nhiễm sắc. Ở tế bào người và
các động vật có xương sống, các gen có phiên mã thường chiếm chừng 1/10 tổng số bộ
gen. Ngay cả khi tế bào đang phân chia, nhiễm sắc thể ngưng tụ đậm đặc vẫn còn chứa
những vùng chất nhiễm sắc hoạt động, vẫn nhạy cảm với tác dụng phân hủy của ADN-
aza. Điều này chứng tỏ ADN ở đây liên kết lỏng lẻo hơn với histon.
 Tại vùng chất nhiễm sắc hoạt động phiên mã, thành phần protein có các đặc điểm
khác với ở vùng không hoạt động:
 Histon H
1
phân ly khỏi sợi 10 nm.  Các histon khác bị khử bớt điện tích dương, do được gắn thêm các gốc acetyl và
gốc phosphoryl (acid) vào chuỗi bên của các gốc acid amin kiềm (ví dụ lysin). Do
vậy, lực hút tĩnh điện giữa các histon (bazơ) với các gốc phosphat (acid) của ADN
bị giảm đi:
 Histon H
2A
bị thay thế bằng một tiểu phần phụ có cấu trúc bậc nhất khác với

Procaryot:
 Được tổng hợp dưới dạng phân tử tiền m-ARN (hn-RNA = heterogeneous
nuclear RNA = ARN dị thuần nhất trong nhân) dài hơn nhiều so với m-ARN
“chín”.
 Tiền m-ARN trải qua nhiều cải biến hóa học và sẽ được cắt ngắn đi  m-ARN không được phiên dịch mã ngay mà còn phải chuyển ra bào tương
 Sự tổng hợp được tiến hành trên ADN gắn với histon, và do ARN-polymeraz II
xúc tác.
 Nhiều phân tử ARN-polymeraz II có thể cùng đồng thời hoạt động trên một đơn vị
phiên mã. Đơn vị phiên mã (transcription unit) là một đoạn của phân tử ADN, bắt màu
bằng chuỗi nucleotid mang tín hiệu khởi phát, và kết thúc bằng chuỗi nucleotid tín
hiệu kết thúc quá trình tổng hợp ARN. Mỗi đơn vị phiên mã thường là một gen. ARN-
polymeraz đậu trên chuỗi nucleotid mang tín hiệu khởi phát với sự tham gia của một
số protein (yếu tố khởi phát).
 Trong quá trình tổng hợp
ARN, khi toàn bộ phức hợp
chuyển dịch gần về phía chuỗi tín
hiệu kết thúc thì tiền m-ARN
thông tin càng được kéo dài ra. Do
vậy, trên ảnh hiển vi điện tử, ta có
thể thấy một cấu trúc giống như
cây thông noel, với các cành là các
phân tử tiền m-ARN đang kéo dài.
ra là nó phải được cắt ngắn bớt trước khi chuyển ra bào tương để thực hiện chức năng
phiên dịch mã. Như trên ta thấy, tiền m-ARN được gắn thêm đầu MetG và thêm đuôi
polyA có tác dụng bảo vệ, như vậy sự cắt ngắn phải xảy ra từ giữa phân tử mà không
phải từ hai đầu tận cùng.
 Các đoạn tiền m-ARN bị cắt bỏ được gọi là intron (in = bên trong, nằm lại nhân).
Những đoạn còn lại (sẽ vận chuyển ra bào tương) gọi là exon (ex = ngoài, ra khỏi
nhân). Exon là những đoạn mã hóa cho chuỗi polypeptid trong quá trình phiên dịch
mã. Intron và exon cũng dùng để gọi tên các đoạn ADN trên gen tương ứng với các
đoạn tiền m-ARN toàn vẹn khi intron bị cắt bỏ, các đầu mút của các exon phải được
nối lại với nhau. Quá trình này được thực hiện nhờ sự uốn vòng của các intron.
 Vòng intron tương tác và gắn với một phức hợp ribonucleoprotein lớn, gọi là thể
cắt nối (spliceosome). Sự cắt đoạn intron xảy ra gần như đồng thời với sự nối gắn đầu
nút 3’ (donor) của exon này với đầu mút 5’ (aceptor) của exon kế tiếp.
 Rõ ràng, để đảm bảo thông tin di truyền không bị lệch lạc trong quá trình cắt nối
nói trên, phải có sự nhận biết chính xác các đầu mút của các exon kế tiếp nhau. Sự
nhận biết này được thực hiện nhờ thể cắt nối. Người ta cho rằng thể cắt nối có thể chứa
các đoạn ARN tạo liên kết bổ xung với những đoạn chuỗi nucleotid đặc hiệu trên cấu
trúc bậc nhất của tiền m-ARN (các đoạn đầu mút của các exon kế tiếp).  Intron bị cắt ra sẽ cùng với thể cắt nối phân ly khỏi tiền m-ARN, sau đó bị phân rã
trong dịch nhân.
 Nhờ có cơ chế cắt bỏ intron và nối exon với nhau thành chuỗi m-ARN chính thức,
cùng một đơn vị phiên mã (một gen) có thể được sử lý khác nhau để tạo thành các m-
ARN có thành phần exon khác nhau. Như vậy, một gen có thể điều khiển tổng hợp ra
các protein khác nhau. Lý thuyết một gen - một protein do Jacob và Monod đưa ra có
thể đúng với Procaryot, nhưng lại không đúng với Eucaryot! Nhờ đó, tế bào Eucaryot

quá trình lắp ráp tiểu đơn vị ribosom, diễn ra trong hạch nhân.
III. HẠCH NHÂN:
 Hạch nhân hay nhân con (nucleolus) ở tế bào gian kỳ là một khối cầu nằm trong
nhân không có màng bao bọc, bắt màu đậm đặc hơn dịch nhân xung quanh. Tế bào ở
trạng thái ít hoạt động thì hạch nhân rất nhỏ. Tế bào tổng hợp nhiều protein thì hạch
nhân lớn hơn, có khi chiếm đến 1/4 thể tích nhân. Thành phần của nó gồm 3 vùng
phân biệt được dưới kính hiển vi điện tử:  Tâm sợi, bắt màu nhạt, chứa ADN
 Thành phần sợi, bắt màu đậm, chứa các phân tử r-ARN đang tổng hợp dở
 Thành phần hạt, bắt màu nhạt hơn, chứa các hạt tiền ribosom đang được lắp ráp
từ rARN và r-protein.
 Khi tế bào phân chia, hạch nhân tan biến ở trung kỳ và xuất hiện trở lại ở mạt kỳ
dưới dạng nhiều hạch nhân nhỏ. Ở người, có thể thấy 10 hạch nhân nhỏ. Các hạch
nhân nhỏ này sau đó kết hợp với nhau, cuối cùng chỉ còn lại một hạch nhân lớn.
 Hạch nhân hình thành từ các miền tổ chức hạch nhân của các nhiễn sắc thể. Ở
người, có 10 nhiễm sắc thể chứa miền tổ chức hạch nhân. Mỗi miền tổ chức hạch nhân
chính là một đoạn nhiễm sắc thể chứa chuỗi các gen lặp của r-ARN 45S. Mười nhiễm
sắc thể này phân tán khắp dịch nhân gian kỳ, nhưng các đoạn chứa chuỗi các gen lặp
đó thì luôn có xu hướng gắn với nhau vào chung một khối, tức là hạch nhân.
 Như vậy, hạch nhân là nơi tập trung các đoạn ADN (có thể của nhiều sắc thể khác
nhau) chứa các gen lặp đang thực hiện việc tổng hợp r-ARN, với rất nhiều phân tử r-
ARN còn đang tổng hợp dở hoặc vừa tổng hợp xong đã lập tức được gắn với các
protein của ribosom (r-protein), tạo thành các tiểu đơn vị ribosom trước khi các hạt
này được vận chuyển ra bào tương.


B. Các phân tử nhỏ có thể qua lại lỗ nhân khá dễ dàng
C. Có tác dụng sàng lọc các hạt đi qua tùy theo kích thước của hạt
D. Các tiểu đơn vị ribosom được xuất khẩu qua lỗ nhân dễ dàng