Tại sao vi khuẩn là tế bào nhân sơ

Sinh vật nhân sơ hay sinh vật tiền nhân hoặc sinh vật nhân nguyên thủy (Prokaryote) là nhóm sinh vật mà tế bào không có màng nhân. Tuy nhiên, trong tế bào của một số loài Planctomycetales, DNA được bao bọc bởi một màng đơn. Đặc điểm chính để phân biệt với các sinh vật nhân chuẩn được các nhà sinh học phân tử thường sử dụng là trình tự gen mã hóa cho rRNA.[1]

Sinh vật nhân sơ không có các bào quan và cấu trúc nội bào điển hình của tế bào eukaryote. Hầu hết các chức năng của các bào quan như ty thể, lục lạp, bộ máy Golgi được tiến hành trên màng sinh chất[2]. Sinh vật nhân sơ có 3 vùng cấu trúc chính là:

1. Tiên mao (flagella), tiêm mao (cilia), lông nhung (pili) - là các protein bám trên bề mặt tế bào;
2. Vỏ tế bào bao gồm vỏ nhầy, thành tế bào và màng sinh chất;
3. Vùng tế bào chất có chứa DNA genome, các ribosome và các thể vẩn (inclusion body).

• Tế bào chất của sinh vật nhân sơ là phần dịch lỏng chiếm hầu hết thể tích tế bào, khuếch tán vật chất và chứa các hạt ribosome nằm tự do trong tế bào.
• Màng sinh chất là lớp phospholipid kép phân tách phần tế bào chất với môi trường xung quanh. Màng sinh học này có tính bán thấm, hay còn gọi là thấm có chọn lọc.
• Màng sinh chất có một phần gấp nếp được gọi là mezosome, là điểm đính của DNA vùng nhân khi xảy ra phân bào, mezosome có mang ezyme hô hấp nên có chức năng hô hấp thiếu khí.
• Hầu hết các sinh vật nhân sơ đều có thành tế bào (trừ Mycoplasma, Thermoplasma (cổ khuẩn), và Planctomycetales. Chúng được cấu tạo từ peptidoglycan và hoạt động như một rào cản phụ để chọn lọc những chất vào ra tế bào. Thành tế bào cũng giúp vi khuẩn giữ nguyên hình dạng và không bị tác động của áp suất thẩm thấu trong môi trường nhược trương.
• Vỏ nhầy capsule là rào cản phụ giúp bảo vệ tế bào, chọn lọc các chất ra vào tế bào.
• Trừ một số rất ít loài (như vi khuẩn Borrelia burgdorferi gây bệnh Lyme), thì nhiễm sắc thể của sinh vật nhân sơ thường là một phân tử DNA vòng nằm ở vùng nhân, gọi là DNA - nhiễm sắc thể hay tên đầy đủ là nhiễm sắc thể nhân sơ. Mặc dù không phải có màng nhân hoàn chỉnh, nhưng DNA được cô đặc tạo thành thể nhân. Tế bào sinh vật nhân sơ còn chứa những cấu trúc DNA ngoài nhiễm sắc thể gọi là plasmid, nó cũng có dạng vòng nhưng nhỏ hơn DNA nhiễm sắc thể. Trên các plasmid thường chứa các gene có chức năng bổ sung, ví dụ gene kháng sinh.
• Sinh vật nhân sơ mang các tiên mao giúp tế bào di chuyển chủ động trong môi trường.
• Kích thước nhỏ, từ 1 đến 5 µm, khoảng 1/10 tế bào nhân thực.
• Tỉ lệ S/V lớn → 100% diện tích tế bào tiếp xúc môi trường → trao đổi chất nhanh → sinh sản, sinh trưởng nhanh → phân bố rộng trong các loại môi trường.

Theo tiến hóa, vi khuẩn là những sinh vật thuộc giới Khởi sinh được chia thành hai loại:

• Vi khuẩn
• Cổ khuẩn

Theo phản ứng của thành tế bào peptidoglican đối với các loại thuốc nhuộm thì có hai loại vi khuẩn: Thành tế bào được nhuộm thuốc nhuộm kiềm tính:

• Có phản ứng → Vi khuẩn Gram dương
• Không phản ứng → nhuộm thuốc đỏ Fuschine → vi khuẩn Gram âm

1. ^ Prokaryotes: Single-celled Organisms. NC State University.
2. ^ Gary Coté & Mario De Tullio (2010). Beyond Prokaryotes and Eukaryotes: Planctomycetes and Cell Organization. Nature.

• Sinh vật nhân thực

Nhiễm sắc thể nhân sơ (prokaryotic chromosome) là phân tử DNA vòng ở vùng nhân của tế bào nhân sơ.[1][2][3][4] Đây là nhiễm sắc thể của vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

Sự nhân đôi của NST nhân sơ thực chất là sự nhân đôi của DNA vòng. Quá trình này đã được nghiên cứu chi tiết ở trực khuẩn lỵ (E. coli) và trực khuẩn suptitit (Bacillus subtilis). Những mô tả sau đây lấy từ các nghiên cứu tổng quát về nhân đôi DNA ở hai loài trực khuẩn này.

Quá trình nhân đôi của DNA nói chung, cũng như của DNA-NST nói riêng được chia thành ba giai đoạn chính: khởi đầu, kéo dài và kết thúc.[3][4][7]

Khởi đầuSửa đổi

Điểm Ori trên DNA này có trình tự nu. được nhận biết bởi một loại protein riêng biệt gọi là DnaA. Khi nó liên kết với Ori, thì các enzym và một số protein khác được kích hoạt, dẫn đến việc thành lập hai phức hợp gọi là replisome (thể nhân đôi) để tiến hành nhân đôi theo hai chiều.[10] Sau đó enzym gyraza tiến hành quá trình tháo xoắn, rồi hêlicaza cắt các liên kết hydro ở một đoạn của chuỗi xoắn kép DNA, tách dần thành hai chuỗi đơn (chuỗi khuôn), tạo thành chạc nhân đôi (replication fork) mà Sinh học phổ thông dịch là "chạc chữ Y", rồi enzym này tương tác với primaza.[11][12] Đồng thời trạng thái mạch thẳng của chuỗi khuôn được duy trì bởi nhiều cơ chế, như ở E. coli thì có các phân tử prôtêin SSB (single strand binding protein) gắn vào.[3][4]

Kéo dàiSửa đổi

Quá trình kéo dài (elongation) là giai đoạn lâu nhất, trong đó các nuclêôtit tự do được lắp vào chuỗi khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A=T, G≡X) nhờ vai trò chủ chốt của enzym DNA pôlymeraza. Enzym này trượt đến đâu thì lắp nuclêôtit mới đã được hoạt hóa đến đấy, đồng thời gắn các nuclêôtit vừa được lắp trên mạch khuôn với nhau bằng liên kết phôtphođieste, tạo nên mạch pôlynuclêôtit mới gắn với mạch khuôn bằng liên kết hydro.

Vì enzim DNA pôlymeraza chỉ có thể lắp nuclêôtit tự do vào đầu 3’ của mỗi mạch khuôn, nên chuỗi mới tạo thành theo chiều 5’- 3’. Do đó, chuỗi tổng hợp từ mạch khuôn có đầu 3’ được tạo thành liên tục hướng vào trong chạc chữ Y và xong trước. Còn trên mạch khuôn kia (đầu 5’) thì chuỗi mới được tổng hợp muộn hơn, ngược với hướng phát triển của chạc chữ Y, thành nhiều đoạn ngắn gọi là đoạn Ôkazaki, rồi loại enzim khác là ligaza nối các đoạn Ôkazaki này với nhau thành chuỗi liên tục (xem hình).

Kết thúcSửa đổi

Khi các phân tử DNA pôlymeraza trượt hết mạch khuôn, thì hai DNA mới (tức DNA "con") được sinh ra, cùng giống phân tử DNA ban đầu (DNA "mẹ"). Mỗi "con", chỉ có một chuỗi là hoàn toàn mới, còn chuỗi kia vốn là của "mẹ" ban đầu làm khuôn, nên người ta nói sự nhân đôi này theo nguyên tắc bán bảo tồn (giữ lại một nửa). Vùng đầu cuối chứa vị trí kết thúc sao chép DNA gọi là "Ter" (terminus, tức vị trí kết thúc). Một protein "terminator sao chép" đặc biệt được gắn vào vị trí Ter này để chấm dứt nhân đôi.

• Nhiễm sắc thể nhân thực.
• Vùng nhân.
• DNA.
• DNA vòng.
• Plasmit.
• Tôpôizômeraza.

• Bộ gen nhân sơ: Nhiễm sắc thể vòng của E. coli (Genome Packaging in Prokaryotes: the Circular Chromosome of E. coli) //www.nature.com/scitable/topicpage/genome-packaging-in-prokaryotes-the-circular-chromosome-9113/
• Sơ lược về nhiễm sắc thể nhân sơ (The Precarious Prokaryotic Chromosome) //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4011006/

1. ^ “Prokaryotic Chromosome”.
2. ^ Ananya Mandal. “Chromosomes in Prokaryotes”.
3. ^ a b c d Phạm Thành Hổ: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.
4. ^ a b c d Đỗ Lê Thăng: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2005.
5. ^ Nguyễn Lân Dũng và cộng sự: "Vi sinh vật học" - Nhà xuất bản Giáo dục.
6. ^ “Thể nhân”. Bản gốc lưu trữ ngày 30 tháng 9 năm 2019.
7. ^ a b c "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2019.
8. ^ “Circular prokaryote chromosome”.
9. ^ Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
10. ^ Jon M. Kaguni DnaA: Controlling the Initiation of Bacterial DNA Replication and More. Annu. Rev. Microbiol. 2006. 60:351–71
11. ^ Carr KM, Kaguni JM. 2001. Stoichiometry of DnaA and DnaB protein in initiation at the Escherichia coli chromosomal origin. J. Biol. Chem. 276:44919–25
12. ^ Tougu K, Marians KJ. 1996. The interaction between helicase and primase sets the replication fork clock. J. Biol. Chem. 271:21398–405

• Cấu trúc của DNA-NST (tiếng Anh) ở //www.visiblebody.com/learn/biology/dna-chromosomes/prokaryotic-chromosomes#:~:text=Prokaryotic%20chromosomes%20are%20found%20in,the%20cytoplasm%20called%20the%20nucleoid.
• Nhân đôi của DNA-NST (tiếng Anh) ở //cshperspectives.cshlp.org/content/5/7/a010108.full