Chương 2: ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC GENE CỦA SINH VẬT
PROKARYOT VÀ EUKARYOT

Tóm tắt: Những thao tác trên gene được dựa trên cơ sở những hiểu biết về đặc
điểm cấu trúc của gene. Gene ở nhóm sinh vật Prokaryot và nhóm Eukaryot có
những đặc điểm cấu trúc đặc trưng. Gene của đa số sinh vật Prokaryot có cấu
trúc liên tục, bao gồm các trình tự mã hoá axit amin; gene của sinh vật Eukaryot
có cấu trúc gián đoạn (gene phân mảnh) gồm các intron và exon xen kẽ nhau.
Đặc điểm cấu trúc này đã quyết định sự khác nhau giữa quá trình phiên mã ở
Prokaryot và Eukaryot. Các trình tự như promotor, operator, enhancer, yếu tố
di truyền vận động (TGE), đoạn xen (IS), trình tự lặp lại CEN, TEL có cấu trúc
và chức năng xác định trong hệ thống di truyền của tế bào. Hiện tượng biến
tính, hồi tính của ADN, nhiệt độ chảy Tm cũng là cơ sở của một số kĩ thuật di
truyền như lai phân tử, PCR, và một số kĩ thuật khác.
Nội dung của chương gồm 3 vấn đề cơ bản : (1). Đặc điểm cấu trúc gene của
sinh vật Prokaryot; (2). Cấu trúc phân đoạn gene của sinh vật Eukaryot; (3). Một
số trình tự ADN.

§1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC GENE Ở PROKARYOT
Gene của đa số sinh vật Prokaryol gồm nhiều cistron (đa cistron), trình tự
promotor, operator. Gene cấu trúc của Prokaryot có cấu trúc liên tục, bao gồm
những đoạn mã hoá axit amin. Promotor là trình tự trên phân tử ADN có ái lực
với enzyme ARN-polimerase, có chức năng khởi động quá trình phiên mã.
Operator là trình tự có ái lực với protein ức chế, nếu operator gắn với protein ức
chế sẽ ngăn cản hoạt động của ARN-polimerase và ức chế quá trình phiên mã.
Mỗi cistron chứa thông tin của một loại chuỗi polipeptit và cũng là nhân tố điều
khiển quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit thông qua quá trình phiên mã và dịch
mã. §2. CẤU TRÚC PHÂN ĐOẠN GENE Ở EUKARYOT

Bước 2:
1. Tách mARN trong tế bào chất (hàm lượng mARN rất lớn, mARN của
ovalbumine chiếm tới 50% ARN trong các tế bào này).
2. Sử dụng enzyme sao mã ngược tổng hợp cARN.
3. Giải trình tự cARN.
Bước 3: So sánh trình tự ADN hệ gene với trình tự cADN xác định được
các đoạn intron và exon.
2.2.2. Phương pháp lai phân tử
Phát hiện intron và exon còn được tiến hành theo phương pháp lai phân tử

26
và kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử.
1. Tách ADN hệ gene và mARN tế bào chất.
2. Phân lập gene.
3. Lai phân tử giữa ADN và mARN sẽ xác định được intron và exon.
Vấn đề đặt ra là khi phiên mã tổng hợp mARN thì các đoạn không mã hoá
intron có được sao không ? Người ta thấy bản sao của ADN có cả exon và intron
đó chính là tiền mARN (Pre-mARN), còn gọi là ARN không đồng nhất trong
nhân (hn-ARN: heteroge nevusnucliar ARN). Loại hn-ARN chỉ được phát hiện
ở sinh vật nhân chuẩn. §3. MỘT SỐ TRÌNH TỰ ADN
3.1. Promotor
Thực chất của khởi đầu phiên mã là quan hệ tương tác giữa ARN-
polimerase với trình tự promotor. Khi ARN-polimease gắn vào promotor thì quá
trình phiên mã được thực hiện và kết quả sẽ tạo phân tử mARN.

TATA, định hướng cho ARN-polimerase bắt đầu phiên mã, nằm khoảng dưới

27
30 bp (động vật có vú) và 6-120 bp (nấm men). Trước hộp TATA có hai trình tự
tương ứng phía trước khoảng 40 bp là CCAAT và 110 bp là trình tự giàu GC.

-110 bp -40 bp -30 bp +1
GGGCGGG
CCAAT TATA mARN
Sự thay đổi hộp TATA làm giảm tốc độ phiên mã. Hiệu quả của tốt độ
phiên mã đo bằng sự thay đổi từng bazơ trong promotor. Hộp TATA và các
trình tự phía trước phải được nhận biết bởi các protein điều hoà, chính các
protein này gắn với các điểm nhất định trên chúng và hoạt hoá sụ phiên mã.
3.2. Enhancer (trình tự tăng cường)
Enhancer là trình tự có tác động cis (đều phía) có chức năng làm tăng tốc
độ phiên mã, enhancer có hiệu quả ngay cả khi cách xa vài nghìn cặp bazơ và
chúng hoạt động bất kì ở hướng nào, dù là ở trước hay sau promotor.
Trình tự tham gia điều hoà - cis có cấu trúc gồm 2 phần đối xứng nhau:
AGGTCA
TGACCT
TCCAGT
ACTGGA
Enhancer được tổ chức gồm một dãy các trình tự có tác động cis để nhận
biến các nhân tố trans - nhân tốprotein tham gia điều hoà biểu hiện gene. Nhân

sang vị trí khác trong hệ gene. Cấu trúc của IS giống nhau ở những sinh vật khác
nhau.
Người ta đã phát hiện được ở E. coli một đoạn xen IS1 chứa 720 bp (base
pair), nằm giữa đoạn đảo ngược IR (24 bp)

Hình 2.2. Đoạn xen IS1 ở E. coli
Ở E. coli còn phát hiện ra gene nhảy mang tên Tn 1681 (Transposase)
gồm 2 đoạn xen IS1 ở hai đầu và 1 gene khác dài 552 bp quy định độc tố chịu
nhiệt gây ỉa chảy.

Hình 2.3. Gene nhảy Tn 1681 ở E. coli
Gene nhảy Tn ở E. coli có thể chuyển vị trí và xen vào một nhiễm sắc thể
khác theo cơ chế được biểu diễn bằng mô hình ở hình 2.4.
3.4. Biến tính và hồi tính
Hai mạch ADN liên kết với nhau bằng những liên kết hyđro. Khi nhiệt độ
lên tới 80-950C thì hai mạch ADN tách nhau, được gọi là hiện tượng biến tính
của ADN.

29
Nhiệt độ làm 2 mạch ADN tách rời nhau được gọi là điểm chảy (melting
point). Điểm chảy được tính ở giữa đường cong OD hình Sigma. Điểm chảy kí
hiệu Tm. ADN có hàm lượng G-C cao thì điểm chảy cao hơn. ADN có 60% là
G- C thì Tm = 95
0
C.

Hình 2.4. Cơ chế xen của gene nhảy Tn 1681 ở E. coli
Khi nhiệt độ hạ xuống và trở lại bình thường, thì hai mạch đơn lại liên kết
với nhau tạo thành ADN mạch kép. Hiện tượng này được gọi là hồi tính
(Renaturation).

phản ứng tổng hợp ADN nhờ polimeraza và điện li trên gel poliacrylamit người
ta có thể phát hiện loại đa hình này. Trình tự hai nucleotit lặp lại rất phong phú
trong bộ gene của người cũng như động thực vật.
Tanksley và cộng sự, 1993 khi nghiên cứu hiện tượng đa hình của cá( vi
vệ tinh ở lúa cho thấy 2 nucleotit lặp lại (GA)n hoặc (GT)n xuất hiện sau mỗi
một đoạn ADN dài 150 Kb, tổng số 2 nucleotit này chừng 3000. Đây là nguồn
phân tử ADN đa hình phong phú đối với việc lập bản đồ gene ở loại cây trồng
này.
Yanagisawa và cộng sự (1994) đã nghiên cứu dấu vân ADN của 47 giống

31
đậu tương thông qua chất dò Oligonucleotit nhằm phát hiện trình tự ADN lặp lại
đơn giản và cho biết hiện trạng đa hình thể hiện rõ nhất là khi dùng
Oligolucleotit (AAT)6 làm đoạn dò ADN tất cả giống đậu tương thử nghiệm đều
phân biệt với nhau bởi đoạn dò đó. Khi sử dụng ba đoạn dò ADN khác nhau như
(CT)8, (GAA)5 và (AAGG)4 thì không phát hiện được các băng ADN đa hình
từ các giống đậu tương thuộc Subgeneus Soja (Glicine max và Glicine Soja), trái
lại các băng ADN đa hình xuất hiện trong số các giống thuộc Subgeneus,
Glicine. Kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ G. max và G. Soja gần gũi nhau về cấu
trúc bộ gene.

THẢO LUẬN
1. Phân biệt cấu trúc của gene ở sinh vật Prokaryot và Eukaryot. Vấn đề về
đặc điểm của gene ở sinh vật Eukaryot.
2. Phương pháp xác định các đoạn intron và exon trong gene của sinh vật
Eukaryot. Cho ví dụ.
3. Phân biệt khái niệm về gene nhảy và đoạn xen. Cơ chế xen của gene nhảy.
4. Trình bày các khái niệm: trình tự lặp lại, biến tính và hồi tính.
Ứng dụng của các kĩ thuật này trong phân tích sinh học phân tử.