Chng V
Cỏc c ch gõy bin i DNA
I. t bin
1. c im ca t bin
- t bin l nhng thay i t ngt cú kh nng di truyn trong vt cht di
truyn (DNA), t bin bao gm c 2 ni dung l nhng thay i trong vt cht di
truyn v quỏ trỡnh lm thay i nú.
- Mt c th sinh vt cú biu hin kiu hỡnh khỏc thng do kt qu ca t bin
gi l th t bin (mutant).
- Thay i kiu gen bao gm thay i s lng nhim sc th, cu trỳc nhim sc
th, nhúm gen liờn kt v nh nht l thay i trong 1 gen. Chỳng ta s cp n t
bin gen, nhiu t bin do thay i 1 cp baz, thay cp ny bng cp khỏc, lp li,
tng hoc mt ch 1 vaỡ nu(t bin im).
- t bin l nguyờn nhõn chớnh to ra tt c cỏc bin d di truyn, lm c s cho
tin húa.
- Nu khụng cú t bin thỡ tt c cỏc gen ch tn ti mt dng, s khụng cú tn
ti nhiu alen, bi vy vic phõn tớch di truyn s khụng th tin hnh c v mt
iu vụ cựng quan trng l sinh vt s khụng th tin húa, khụng th thớch ng c
vi s thay i ca mụi trng.
- t bin t nhiờn (spontaneous mutation) l t bin xy ra khụng rừ nguyờn
nhõn, do sai sút trong tỏi bn DNA. t bin nhõn to (induced mutation) xy ra do c
th sinh vt c tip xỳc vi cỏc tỏc nhõn gõy t bin do con ngi x lý nh: tia
phúng x ion, tia t ngoi, nhng húa cht phn ng tơng tác vi DNA v RNA.
- Tn s sai sút nhn thy t cỏc nucleotit khi tỏi bn d oỏn khong 10
-5
, 1 chu
k đọc sa sai (proofreading) nh hot tớnh exonuclease 3-5 ca DNA polymerase s
gim tn s sai sút xung cũn 10
-10
(10
-5

- Đột biến có thể trội hoặc lặn, ở cơ thể đơn bội như virus, vi khuẩn thì cả 2 dạng
trội và lặn đều được biểu hiện ra kiểu hình, còn ở cơ thể nhị bội đột biến trội hoặc lặn
chỉ được phát hiện ra qua phân tích quần thể đời sau hoặc chuyển được chúng về trạng
thái đồng hợp tử, hầu hết đột biến lặn ở nhị bội không thể biểu hiện trừ một số đột
biến nằm trên nhiễm sắc thể giới tính.
- Dạng đột biến dễ phân tích nhất là đột biến gây chết có điều kiện, chúng chết trong
môi trường này nhưng tồn tại trong môi trường khác. Có 3 dạng đột biến này là:
+ Đột biến dinh dưỡng thụ động là đột biến xảy ra ở vi sinh vật làm cho nó chỉ sống
được trong môi trường tối thiểu.
+ Đột biến mẫn cảm nhiệt độ là đột biến chỉ biểu hiện trong một phạm vi nhiệt độ nhất
định, có sản phẩm gen nhưng không bền ở ngoài ngưỡng nhiệt độ trên. Cũng có thể
đột biến ở điều kiện nhiệt độ này thì bình thường nhưng ở điều kiện khác thì biểu hiện
đột biến.
+ Đột biến mẫn cảm ức chế là đột biến bù lại cho những đột biến khác dẫn đến trở thành
bình thường hoặc gần bình thường khi cùng có thêm 1 đột biến nữa.
- Hầu hết các đột biến biểu hiện hiệu quả kiểu hình là do kết quả của hoạt tính sản
phẩm gen bị giảm đi hoặc do không có hoạt tính sản phẩm của gen. Điều này do
hiệu quả chọn lọc lâu đời tính thích ứng tối ưu của dạng dại (allele dại).
- Đột biến có thể xảy ra ở bất kỳ tế bào hoặc trạng thái nào trong chu kỳ tế bào,
nếu xảy ra ở tế bào soma, tế bào này không sinh giao tử thì chỉ có ở mô đó, và có
thể được truyền qua sinh sản vô tính như ví dụ đối với giống táo Delicious và
giống cam navel. Nếu đột biến trội xảy ra trong tế bào phôi thì hiệu quả của đột
biến có thể được biểu hiện ngay ở con cháu, tuy nhiên nếu là đột biến lặn thì vẫn
không biểu hiện ra.
- Đột biến hemoglobin. Hemoglobin là một đại phân tử có mặt trong hồng cầu có
nhiệm vụ vận chuyển oxy từ phổi đến tất cả các mô khác nhau của cơ thể. Có 2
kiểu hemoglobin ở người là dạng F khi trong trạng thái trẻ sơ sinh (new born) và
dạng A khi người đã trưởng thành. Hemoglobin A gồm 2 chuỗi α giống nhau và
2 chuỗi β, còn dạng F gồm 2 chuỗi β và 2 chuỗi γ . Mỗi chuỗi được mã hóa bởi 1
gen đặc trưng. Chuỗi α chứa 141 axit amin, chuỗi β và γ chứa 146 axit amin, các

Các trạng thái tautomeric thường tồn tại một thời gian ngắn, tuy nhiên nếu xuất
hiện vào lúc tái bản, thì quá trình nhận nhầm và đột biến dễ xảy ra. Kết quả có
thể tạo ra sự thay thế một bazơ purine hoặc pyrimidine dạng này bằng bazơ
purine hoặc pyrimidine khác (đây gọi là quá trình transition, quá trình chuyển
tiếp hay quá trình quá độ (hoán vị).
Hình 2.5. Trạng thái
tautomeric chuyển từ
trạng thái bình thường
keto, amino thành dạng
hiếm enol và imino của 4
bazơ nitơ
46
- Quỏ trỡnh thay th cp baz liờn quan n vic thay th 1 purine bng 1
pyrimidine v ngc li gi l quỏ trỡnh transversion (s chuyn qua).
- Thờm hoc bt mt vi cp baz gi l t bin thay i khung c mó (frame
shift mutation) (hình 4.5).
Hỡnh 3.5. Hin tng ghộp cp ụi nhm ca cỏc baz him cú th s
dn n ghộp bt bỡnh thng A = C v G T.
Hỡnh 4.5. S do t bin thờm 1 cp baz lm thay i khung c mó v to
ra chui protein b bin i
- Có thể tóm tắt một số khả năng biến
đổi làm thay thế các nu trong phân tử
DNA tái bản trình bầy ở hình 5.5.
Hỡnh 5.5. S cỏc kh nng bin i
baz xy ra, mi tờn ng lin l gia
baz Pu Pu v gia Py-Py, ng t
gia Pu - Py v ngc li
47
3. Hậu quả của đột biến DNA
- Hậu quả của đột biến tuỳ thuộc vào nơi xẩy ra đột biến và kiểu đột biến xẩy ra.

Loại đột biến tiền ung th (proto-oncogene) chia ra làm 2 loại: loại 1 chỉ gây ung
th nếu sản phẩm protein của nó đợc hoạt hoá khi có mặt của một tín hiệu điều hoà phù
hợp nh chất nhận yếu tố sinh trởng, protein truyền tín hiệu và chất điều hoà phiên mã.
Loại 2 sản phẩm gen đột biến hoạt động ức chế khả năng phá huỷ những tế bào bị sai
hong, kết quả là gây tế bào ung th.
Bình thờng có một số gen có chức năng điều khiển chu kỳ phân chia tế bào bình
thờng, những gen này bị đột biến dẫn đến tế bào phân chia bất thờng và gây ra ung th.
48

5. Tác nhân lí hóa gây đột biến
a. Tác nhân vật lý
1. Tia phóng xạ, tia X quang, tia γ, tia vũ trụ, tia cực tím, phóng xạ ion như X quang, có
bước sóng 0.1-1nm, có năng lượng cao dùng trong chẩn đoán y học vì chúng có khả
năng xuyên qua mô. Trong quá trình xuyên, chúng va đập vào các nguyên tử, giải
phóng ra electron tạo ra các ion tích điện dương, những ion này đập vào phân tử
khác lại giải phóng ra electron (điện tử).
2. Tia cực tím (UV) có năng lượng thấp được hấp thụ bởi các bazơ purine và
pyrimidine biến nó thành dạng hoạt hóa và kích động. Vì năng lượng của tia này
thấp nên khả năng đâm xuyên vào mô chậm chạp thường chỉ xuyên được vào lớp bề
mặt tế bào của sinh vật đa bào, nên nó thướng có tác dụng gây đột biến đối với sinh
vật đơn bào. DNA hấp phụ tối đa tia UV ở bước sóng 254 nm và tại bước sóng này
gây tần số đột biến cao. Cơ chế hấp phụ UV và gây tạo chất dễ hoạt hóa (h×nh 6.5),
khi cytosine + UV + H
2
O sẽ tạo thành cytosine hydrat, khi có 2 thymine nằm gần
cạnh nhau + UV sẽ tạo thành thymine C
5
= C
5
Thymine (thymine dimer), dạng này

3. HNO
2
tác động vào DNA trong cả lúc tái bản và không tái bản, bằng cách oxy hóa
khử gốc amin của các bazơ, A, G, và C (h×nh 9.5). Thí dụ làm adenine biến thành
hypoxanthine, chất này sẽ ghép cặp với cytosine hơn là với thymine, còn cytosin
đảo thành uracine sẽ ghép cặp với adenine thay vì bình thường ghép với guanine.
Quá trình khử amin của Guanine sẽ biến thành xanthine, chất này ghép cặp với
cytosine giống như Guanine. Do vậy khử amin của Guanine không tạo được đột
biến giống như đối với adenine và cytosine. HNO
2
gây đột biến hoán vị theo 2
hướng AT↔GC.
4. Thuốc nhuộm acridine là proflavin và hàng loạt các hợp chất có tên gọi là ICR-
170, ICR-191 là những chất có tác dụng gây đột biến rất mạnh, có thể tạo ra các
đột biến thêm mất cặp bazơ. ICR có chứa phần acridine gồm những chuỗi có kích
thước khác nhau, các chất này thường là tác nhân alkyl hóa. Acridine tích điện
dương tự xen vào giữa cặp bazơ xếp chồng nhau (h×nh 10.5), làm tăng độ cứng
chắc và thay đổi tính ổn định của chuỗi xoắn kép, tạo ra những thắt nút nhẹ trong
phân tử DNA. Khi phân tử DNA có chứa acridine xen vào mà tái bản sẽ xẩy ra
tăng thêm hoặc mất đi cặp bazơ kết quả sẽ tạo ra đột biến.
Hình 9.5. Cơ chế gây đột biến do tác động của HNO2: a) biến đổi adenine thành hypoxanthine làm cặp AT
biến thành GC; b) biến đổi cytosine thành uracine làm cặp GC biến thành AT; biến đổi guanine thành
xanthine dẫn đến là AT biến thành GC và ngược lại.
52
Hình 10.5. Quá trình chèn xen của acridine proflavin vào chuỗi xoắn kép DNA tại đó cặp bazơ có
thể được tăng thêm hoặc mất đi dẫn đến đột biến.
5. Tác nhân alkyl hóa và hydroxyl hóa như: MMS, EMS (methyl và ethyl methane
sulfonate, nitroguanidine (NTG), chúng có tác dụng gây đột biến mạnh bằng cách
chuyển gốc methyl và ethyl vào bazơ làm quá trình ghép cặp bình thường bị đảo lộn
dẫn đến đột biến thay thế bazơ của purine hoặc pyrimidine bằng bazơ khác cùng

sẽ bị đảo ngược bởi hydroxylamine. Bởi vậy hydroxylamine được dùng để xác
định tính đặc thù của đột biến xảy ra từ AT GC hoặc GC AT hoán vị.
Hình 12.5. Cơ chế tác động gây đột biến của một số tác nhân alkyl hoá. a) Tác động của EMS (ethyl
methanesulfonate) biến guanine thành 7-ethylguanine sẽ ghép cặp bất thường với thymine; b) Tác
động của NH2OH (hydroxylamine) biến cytosine thành hydroxylaminocytosine sẽ ghép nhầm với
adenine.
54
II. Các nguyên nhân gây biến đổi DNA ë vi sinh vËt
1. Tái tổ hợp ở E.coli tạo biến đổi DNA
Thông tin di truyền của vi khuẩn được tàng trữ trong 1 nhiễm sắc thể chính,
trung bình dài khoảng 5 Mb, chứa vài nghìn gen và có thể có hoặc không cã thể di
truyền ngoài nhiễm sắc gọi là episome hoặc plasmid. Plasmid biến động theo kích thước
dài từ 1 – 200 kb, có tu 3 gen đến hàng trăm gen. Có tế bào vi khuẩn chứa đến 11 loại
plasmid khác nhau. Episome là nhân tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể của vi khuẩn như
thùc khuÈn thÓ lamda (phage lambda) hoặc yếu tố giới tính F. Episome có thể tái bản
độc lập với nhiễm sắc thể ký chủ hoặc là mét đơn vị thành phần gắn vào nhiễm sắc thể
ký chủ. Nhiễm sắc thể cña vi khuẩn khác với nhiễm sắc thể sinh vật nhân thật ở chỗ nó
chỉ gồm các nucleoid. Nucleoid là vùng chứa DNA, thường chứa hơn 2 bản nhiễm sắc
thể vi khuẩn giống hệt nhau.
Tái tổ hợp DNA ở vi khuẩn xảy ra qua 3 quá trình:
a. Biến nạp ở vi khuẩn (transformation)
Là quá trình những gen, dưới dạng một đoạn DNA hòa tan, được chuyển từ dòng
tế bào vi khuẩn này sang dòng tế bào vi khuẩn khác, các đoạn DNA này có thể từ tế
bào sống hoặc đã chết. Các đoạn DNA này được hòa tan trong môi trường ngoài có thể
thâm nhập vào tế bào chỉ khi tế bào vi khuẩn nhận có vùng tiếp nhận trên bề mặt màng
(competent cell). Khi vào bên trong, các đoạn này thường thay thế bằng cách tái tổ hợp
với vùng DNA ngắn tương đồng của tế bào chủ. Quá trình biến nạp được chia thành
các bước (h×nh 13.5) nh sau:
+ Gắn sợi DNA kép nạp vào bề mặt vị trí tế bào tiếp nhận.
+ Hấp thụ DNA cho, lúc này DNA cho có khả năng chống lại DNase.

khả năng xâm nhập được vào nhiễm sắc thể của ttes bào ký chủ và chỉ những gen của vi
khuẩn nằm ở gần vùng đó sẽ được chuyển nạp. Bacteriophage lambda là vector chuyển
nạp chuyên tính mang gen gal và bio của vi khuẩn. Do vậy vector loại này luôn chứa 2
phần (một phần của thùc khuÈn thÓ và một phần là của vi khuẩn ký chủ E.coli).
• Chuyển nạp rộng (generalized transduction)
Trường hợp chuyển nạp rộng thì thùc khuÈn thÓ có thể gắn vào hầu hết và bất cứ
nơi nào trên nhiễm sắc thể ký chủ, do đó mà hầu hết các gen của tế bào ký chủ đều có
thể được chuyển nạp cùng với virus sang tế bào vi khuẩn khác. Các thùc khuÈn thÓ
chuyển nạp thường thiếu một hoặc một số chức năng của phage bình thường nên có thể
không tái bản được trong tế bào ký chủ mới trừ khi có sự trợ giúp của mét thùc khuÈn
thÓ trî gióp (phage helper) bình thường khác. Trường hợp chuyển nạp rộng, th× thùc
khuÈn thÓ được chia thành 2 loại dựa trên cơ sở phản ứng của chúng với tế bào vi
khuẩn. Thùc khuÈn thÓ gây độc (virulent phage) thường xuyên nhân lên và phân rã tế
bào sau lây nhiễm. Thùc khuÈn thÓ ôn hòa (temperate phage) tồn tại giữa 2 trạng thái
sống sau lây nhiễm (hình 14.5).
56

Trích đoạn Transposon ở ngụ

---