14/04/2025
Đã có bao giờ bạn tự hỏi vì sao con cái thường có những đặc điểm giống cha mẹ về màu mắt, chiều cao và thậm chí là khả năng miễn dịch của chúng ta đều được “ghi chép” trong một hệ thống phức tạp được gọi là vật chất di truyền. Để hiểu rõ hơn về vật chất di truyền là gì? Chúng hoạt động ra sao và có vai trò như thế nào với sự sống mời các bạn cùng theo dõi bài viết sau đây.
Vật chất di truyền là gì?
Vật chất di truyền là các phân tử sinh học mang thông tin di truyền, có khả năng lưu trữ, sao chép và truyền lại thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Chúng được tồn tại dưới dạng các acid nucleic, ADN (Deoxyribonucleic Acid) và RNA (Ribonucleic Acid).
Vào thế kỷ 19, nhà khoa học Gregor Mendel (cha đẻ của ngành di truyền) đã bắt đầu nghiên cứu về vật chất di truyền và đã đưa ra những khái niệm cơ bản. Tuy nhiên mãi đến đầu thế kỷ 20 khi sự phát triển mạnh mẽ của máy móc các nhà khoa học mới xác định được DNA chính là vật chất di truyền.
Vật chất di truyền đóng vai trò trung tâm trong di truyền học và hình thành nên sự phát triển của sinh vật nó có các chức năng chính như:
- Lưu trữ thông tin di truyền: Mã hóa các đặc điểm di truyền của sinh vật.
- Truyền đạt thông tin di truyền: Đảm bảo thế hệ sau luôn được kế thừa những đặc điểm của thế hệ trước.
- Chỉ đạo tổng hợp protein: Thông qua quá trình phiên mã và dịch mã, vật chất di truyền sẽ quyết định sự hình thành protein (là yếu tố cốt lõi trong cấu trúc & chức năng của tế bào).
- Đột biến và tiến hóa: Sự đột biến trong vật chất di truyền có thể dẫn đến biến đổi di truyền, đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của loài.
Tìm hiểu các loại vật chất di truyền
Như chia sẻ ở trên, trong sinh học phân tử có hai loại vật chất di truyền chính đó là: ADN và ARN. Mỗi loại đều có vai trò và đặc điểm riêng chúng sẽ quyết định đến quá trình truyền thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.
ADN – Vật chất di truyền chính của sinh vật
ADN là dạng vật chất di truyền phổ biến nhất ở sinh vật nhân sơ và nhân thực.
Cấu trúc của ADN
ADN có cấu trúc dạng xoắn kép, gồm 2 mạch polynucleotide được liên kết với nhau bằng các cặp bazơ nitơ theo nguyên tắc bổ sung:
- Adenine (A) liên kết với Thymine (T)
- Cytosine (C) liên kết với Guanine (G)
Chuỗi ADN này sẽ tạo thành các gen – đơn vị cơ bản của di truyền, mã hóa thông tin cần thiết để tạo nên protein.
Chức năng của ADN
- Mã hóa các thông tin di truyền: ADN sẽ mã hóa về số lượng, thành phần, trình tự các nucleotide trên ADN.
- Bảo quản thông tin di truyền: Trong quá trình tổng hợp hay phân chia ADN nếu có xảy ra sai sót thì phân tử ADN gần như sẽ được hệ thống enzym sửa sai trong tế bào sửa lại.
- Bảo tồn thông tin di truyền: Nhờ vào quá trình nhân đôi ADN nên thông tin di truyền sẽ được truyền từ thế hệ trước sang thế hệ sau.
ARN – Vai trò trung gian trong di truyền
ARN (Ribonucleic acid – hay RNA) là một dạng vật chất di truyền quan trọng, đặc biệt đối với virus và quá trình tổng hợp protein.
Các loại ARN
Trong số nhiều loại ARN, có ba loại được biết đến nhiều và được nghiên cứu phổ biến nhất đó là:
- ARN thông tin (mARN)
- ARN vận chuyển (tARN)
- ARN ribosome (rARN)
Chức năng chính của RNA trong di truyền
- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch mã ADN thành protein
- Chức năng như một phân tử tiếp hợp trong quá trình tổng hợp protein
- Là chất di truyền giữa ADN và ribosome
- Chúng là vật mang thông tin di truyền trong mọi tế bào sống.
Cơ chế di truyền của vật chất di truyền
Vật chất di truyền không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ thông tin mà còn tham gia vào quá trình truyền đạt và biểu hiện thông tin di truyền. Có 3 cơ chế chính trong di truyền bao gồm: Nhân đôi ADN, phân mã và dịch mã.
Nhân đôi ADN
Quá trình nhân đôi DNA là cơ chế mà qua đó một phân tử DNA gốc được sao chép để tạo thành hai phân tử DNA giống hệt nhau. Đây là bước thiết yếu trong quá trình phân chia tế bào, nhằm đảm bảo thông tin di truyền được truyền lại đầy đủ từ tế bào mẹ sang tế bào con trong cả nguyên phân và giảm phân.
- Tháo xoắn ADN: Enzyme helicase phá vỡ sự liên kết hydrogen giữa hai mạch ADN.
- Tổng hợp mạch mới: Enzyme DNA polymerase thêm nucleotide bổ sung theo nguyên tắc bổ sung.
- Hiệu chỉnh và hoàn thiện: Các enzyme chuyên biệt sẽ kiểm tra và sửa lỗi trong quá trình sao chép, đảm bảo bộ gen mới chính xác và hoàn chỉnh.
Phiên mã ARN
ADN sẽ không trực tiếp tham gia vào quá trình tổng hợp protein mà cần một “trung gian” đó là ARN. Quá trình phiên mã giúp tạo ra ARN từ ADN, trong đó RNA thông tin (mARN) sẽ đóng vai trò chính:
Các bước phiên mã ARN bao gồm:
- Khởi đầu: Enzyme RNA polymerase nhận diện gắn vào vùng promoter trên ADN.
- Kéo dài chuỗi ARN: Enzyme RNA polymerase sẽ tổng hợp mARN theo nguyên tắc bổ sung.
- Kết thúc: mRNA hoàn chỉnh rời khỏi ADN và di chuyển ra ngoài tế bào chất.
Dịch mã – Tổng hợp protein
Dịch mã là quá trình chuyển đổi thông tin từ ARN thành chuỗi polypeptide (protein). Quá trình này sẽ được diễn ra tại ribosome trong tế bào.
Các bước dịch mã bao gồm:
- Khởi đầu: Ribosome sẽ được gắn vào mARN, bắt đầu dịch mã từ codon ở đầu.
- Kéo dài chuỗi Polypeptide: tARN sẽ mang axit amin vào ribosome, liên kết theo thứ tự mã hóa trên mARN.
- Kết thúc: Khi ribosome gặp codon kết thúc, quá trình dịch mã dừng lại và protein hoàn chỉnh sẽ được giải phóng.
Vai trò của vật chất di truyền trong đời sống
Việc nghiên cứu sâu rộng về vật chất di truyền đã mang đến nhiều tiến bộ vượt bậc đặc biệt trong lĩnh vực y học, nông nghiệp và công nghệ sinh học như:
- Trong y học: Nghiên cứu về vật chất di truyền có thể hỗ trợ trong việc chẩn đoán và điều trị các bệnh di truyền.
- Trong lĩnh vực nông nghiệp: Được ứng dụng trong việc lai tạo – cấy ghép cây trồng, vật nuôi có năng suất cao, chất lượng tốt hơn.
- Trong công nghệ sinh học: Ứng dụng để sản xuất các sản phẩm sinh học ứng trong đời sống thực tế.
Hy vọng thông qua bài viết trên đã phần nào giải đáp được cho các bạn về vật chất di truyền là gì cũng như các thông tin liên quan khác. Có thể thấy, việc nghiên cứu sâu về vật chất di truyền sẽ tiếp tục mang đến nhiều sự đột phá hơn nữa trong lĩnh vực y học, nông nghiệp và công nghệ sinh học nhằm góp phần thay đổi tương lai của nhân loại.
