Giải sgk Sinh học 12 KNTT Bài 7: Cấu trúc và chức năng của nhiễm sắc thể

Các phân tử DNA có thể nằm gọn trong nhân tế bào nhưng vẫn đảm bảo cho các gene có thể phiên mã nhờ cấu trúc cuộn xoắn linh hoạt của NST:

- Các phân tử DNA liên kết nhiều loại protein chủ yếu là protein histone hình thành nên các nucleosome – đơn vị cấu trúc của nhiễm sắc thể, chuỗi nucleosome cuộn xoắn nhiều bậc giúp nhiễm sắc thể co ngắn 15000 đến 20000 lần so với chiều dài của DNA đảm bảo cho nhiễm sắc thể có thể xếp gọn trong nhân tế bào và đảm bảo cho sự phân li, tổ hợp các nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào.

- Không chỉ có khả năng co xoắn để thu gọn cấu trúc, nhiễm sắc thể còn có khả năng dãn xoắn tạo điều kiện cho các gene được phiên mã.

Cấu trúc siêu hiển vi của NST qua các kì trung gian, kì đầu và kì giữa:

- Kì trung gian: NST có dạng chuỗi nucleosome. Mỗi nucleosome gồm lõi protein histone với 8 phân tử thuộc 4 loại khác nhau, bên ngoài quấn quanh bởi một đoạn DNA gồm 146 cặp nucleotide. Chuỗi các nucleosome có đường kính khoảng 10 nm với các vùng có các nucleosome nằm sát nhau được gọi là dị nhiễm sắc và vùng có các nucleosome nằm cách xa nhau được gọi là nguyên nhiễm sắc. Vùng dị nhiễm sắc hoặc không chứa gene hoặc chứa các gene bị bất hoạt, vùng nguyên nhiễm sắc thường chứa các gene đang hoạt động.

- Kì đầu: Sợi nhiễm sắc 10 nm được luồn vào các vòng protein tạo ra các vòng nhô ra phía ngoài khung NST do các condensin tạo ra làm cho chiều dài NST giảm mạnh và tăng dần chiều rộng. Toàn bộ cấu trúc khung nhiễm sắc tiếp tục co xoắn và nén lại khiến các vòng sợi 10 nm xếp chồng sát bên nhau và nhô dài ra làm NST tăng chiều rộng và ngắn lại.

- Kì giữa: Nhiễm sắc thể ở trạng thái kép gồm 2 chromatid co xoắn cực đại, mỗi chromatid có đường kính khoảng 700 nm. Lúc này, nhiễm sắc thể có hình dạng và kích thước đặc trưng cho loài.

Cách sắp xếp gene trên NST:

- Các gene nằm kế tiếp nhau dọc theo chiều dài NST, mỗi gene nằm ở một vị trí xác định được gọi là locus. Cùng một locus trên cặp NST tương đồng có thể chứa các allele khác nhau của cùng một gene.

- Số lượng gene và sự phân bố của các gene trên NST của cùng bộ NST cũng rất khác nhau. Có NST chứa nhiều gene và mật độ khá dày, NST khác lại chứa ít gene và các gene nằm xa nhau. 

Vai trò của nguyên phân, giảm phân và thụ tinh trong quá trình truyền đạt thông tin di truyền giữa các thế hệ tế bào và thế hệ cơ thể:

- Trong nguyên phân, sự nhân đôi của nhiễm sắc thể và sự phân li của mỗi chromatid trong nhiễm sắc thể kép về một cực tế bào đảm bảo cho thông tin di truyền được truyền đạt nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và thế hệ cơ thể (loài sinh sản vô tính).

- Đối với các sinh vật đa bào có hình thức sinh sản hữu tính, thông tin di truyền được truyền đạt ổn định qua các thế hệ cơ thể nhờ sự kết hợp của các quá trình là nguyên phân, giảm phân và thụ tinh:

+ Ở cơ thể trưởng thành, tế bào sinh dục chín trải qua giảm phân. Do nhiễm sắc thể chỉ nhân đôi 1 lần nhưng có 2 lần phân chia nên qua giảm phân đã tạo ra các giao tử có bộ nhiễm sắc thể giảm đi một nửa (bộ NST đơn bội n). Sự kết hợp giữa giao tử đực (n) và giao tử cái (n) trong thụ tinh đã khôi phục lại bộ NST 2n trong các hợp tử được tạo thành. Thông qua nguyên phân, bộ nhiễm sắc thể 2n trong hợp tử được di truyền cho các thế hệ tế bào con. Kết hợp với sự biệt hóa tế bào đã hình thành các mô, cơ quan và hệ cơ quan của cơ thể mang bộ nhiễm sắc thể 2n đặc trưng của loài hay nói cách khác thông tin di truyền đặc trưng của loài được duy trì ổn định (các cá thể cùng loài có những đặc điểm đặc trưng giống nhau).

+ Ngoài ra, trong giảm phân, hiện tượng trao đổi chéo giữa các chromatid khác nguồn trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng, cùng sự phân li độc lập và tổ hợp tự do của các nhiễm sắc thể trong kì sau I của giảm phân đã giúp các gene được truyền nguyên vẹn nhưng dưới dạng các tổ hợp gene khác nhau. Qua thụ tinh, sự kết hợp giữa các giao tử mang các tổ hợp gene khác nhau đã tạo nên nhiều biến dị tổ hợp ở đời con, góp phần tạo nên tính đa dạng của loài (các cá thể cùng loài một số đặc điểm sai khác).

Ở kì trung gian, NST lại cần được dãn xoắn tối đa tạo ra các vùng nguyên nhiễm sắc có các nucleosome tách rời nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho sự nhân đôi DNA là cơ sở cho sự nhân đôi của nhiễm sắc thể và sự phiên mã của các gene trên DNA.