ẨỊ% _ _ Bộ YTẾ a S IN H HQC Đ A I CUOĨVG (DÙNG CHO ĐÀO TẠO Dược SỸ ĐẠI Chủ biên: PGS TS CAO VĂN THU NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT HỌC) BỘ Y TẾ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG D Ù N G C H O ĐÀO TẠO Dược SỶ ĐẠ I H Ọ C M ã số: Đ X (T i b ả n lầ n th ứ h a i) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM C hỉ đao biên so an: CỤC KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ ĐÀO TẠO - BỘ Y TẾ Chủ biên: PGS.TS CAO VĂN THƯ Những người biên soanể ThS TRẦN TRỊNH CÔNG ThS ĐỖ NGỌC QUANG PGS.TS CAO VĂN THU Thư k ý biên so an: PGS.TS PHAN THỊ HOAN Tham gia tơ chức bân thào: ThS PHÍ VĂN THÂM TS NGUYỄN MANH PHA (ỊÌỔ Ỉ thiều Thực m ột số điều Luật Giáo dục, Bộ Giáo dục & Đào tạo Bộ Y tế ban hành chương trình khung đào tạo Dươc sỹ đai hoc Bộ Y tế tổ chức biên soạn tài liệu dạy —học môn sở chuyên môn theo chương trình nhằm bước xây dựng sách đạt chuẩn chuyên môn công tác đào tạo nhân lực y tế Sách Sinh hoc đai cương biên soạn dựa vào chương trĩnh giáo dục Trường Đại học Dược Hà Nội sở chương trình khung phê duyệt Sách tập thể nhà giáo giàu kinh nghiệm Trường Đại học Dược Hà Nội biên soạn theo phương châm: kiến thức bản, hệ thống; nội dung xác, khoa học; cập nhật tiến khoa học, kỹ thuật đại thưc tiễn Việt Nam Sách Sinh hoc đai cương Hội chuyên môn thẩm định sách tài liệu dạy - học chuyên ngành DƯỢC SỸ ĐẠI HỌC Bộ Y tế thẩm định năm 2007 Bộ Y tế định ban hành tài liệu dạy —học đạt chuẩn chuyên môn ngành giai đoạn Trong thời gian từ đến năm, sách phải chỉnh lý, bổ sung cập nhật Bộ Y tế chân thành cảm ơn tác giả dành nhiều tâm huyết để hoàn thàiih sách; cảm ơn GS TS Nguyễn Văn Thanh, PGS TS Lê Hồng Hinh đọc phản biện để sách sớm hoàn thành, kịp thời phuc vu cho công tác đào tạo nhân lực y tế Lần đầu xuất bản, mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp, bạn sinh viên độc giả để lần xuất sau sách hoàn thiện CỤC KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ ĐÀO TẠO - BỘ Y TẾ ỉ n ó i đẩu Tài liệu S in h hoc đ a i cư n g bao gồm nội dung giảng cho lớp sinh viên dược tập hợp số năm giảng dạy Công nghệ sinh học ngày (thời kỳ hậu giải mã genom người) thay đổi mạnh mẽ, nên bên cạnh kiến thức cần thiết cho sinh viên ngành khoa học Dược tác giả cô" gắng cập nhật kiến thức khoa học liên quan tới Sinh học phân tử, Công nghệ sinh học Dược Tài liệu biên soạn cho sinh viên, học viên năm thứ Đại học Dược Nội dung bao gồm: - Cấu trúc tê bào tiền nhân tế bào nhân chuẩn, vận chuyên vật chất qua màng - Quá trình trao đổi chất tê bào, enzym, trình hơ hấp, q trình quang hợp - Vật chất di truyền, trình chép ADN, di truyền nhiễm sắc thể nhiễm sắc thể, biến dị - Hệ thống phân loại giới Whittaker Với thời lượng đơn vị học trình, có vấn đê nêu lên khái niệm Về cấu trúc, tài liệu chia làm chương chính: Chương 1: Tế bào Chương 2: Sự trao đối chất lượng Chương 3: Di truyền biến dị Chương 4: Nguồn gôc sông đa dạng sinh học Tài liệu tiếp thu cách dễ dàng người học nắm vững th u ật ngữ, giới hạn vấn đề, biết so sánh khái niệm trình tham khảo trước tích cực tham gia vào giảng Vói tinh th ầ n cầu thị n h ất quán, hy vọng kiến thức trình bày tài liệu S in h học đ a i cư n g góp phần tạo nên tảng kiến thức tương đối vững lĩnh vực sinh học cho dược sỹ tương lai Mặc dù cơ" gắng, thời gian có giới hạn nên khơng trán h khỏi khiếm khuyết thiếu sót Các tác giả rấ t mong nhận ý kiến đóng góp đê tài liệu hồn thiện lần tái sau Mọi ý kiến xin gửi vê Công ty Cô phần sách Đại học —Dạy nghề, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 25 Hàn Thuyên Hà Nội CÁC TÁC GIẢ DANH MỤC CHỬ VIỄT TÁT A ADN, DNA Adenin Acid 2’-deoxyribonucleic *‘/ 1 ARN, RNA t i l / u jH t Acid ribonucleic c Cytosin dATP 2’-deoxyadenosintnphosphat dCTP 2’-deoxycytidintriphosphat dGTP 2’-deoxygxianosintriphosphat dTTP 2’-deoxythvmidintriphosphat EST Đầu trình tự biểu (expressed sequence tags) G Guanin GI Gap G2 Gap M Nguyên phân (mitosis) NST Nhiễm sắc thê PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp (polymerase chain reaction) s Tông hợp (synthesis) SSB Protem liên kêt sợi đơn (single strand binding protein) T Thymin TMV Virus khảm thuôc (tobaco mosaic virus) TTHĐ Trung tâm hoạt động MỤC LỤC Trang CHƯƠNG l ằ TẺ BẢO Học thuyết tế b o Cấu trúc tê bào Prokaryota 10 Cấu trúc tê bào Eukaryota 14 Sự vận chuyên chất qua m àng .41 Câu hoi lượng g i 50 CHƯƠNG S ự TRAO Đ ổ i CHAT VÀ NĂNG LƯỢNG Xăng lượng sinh học 51 Sự trao đối chất tế bào 55 Enzym 56 Hô hấp tê bào .65 Quang h ợ p 74 Câu hòi lượng g i 90 CHƯƠNG 3ệ DI TRUYỂN VÀ BIÊN DỊ Cơ sở phân tu chất liệu di truyền 91 Cấu trúc nhiễm sắc thê Prokarvota Eukaryota 98 ằẳ Sao chóp ADX Prokarvota E ukaryota 109 Chu trình tê b o 118 Các kiốu phân bào 123 Di truyền nhiễm sác thê di truyền nhân .129 Đột biến biến d ị 153 Câu hỏi lượng g i 166 CHƯƠNG NGUỒN Gốc s ự SỐNG VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC Nguồn gốc sông 167 Đa dạng sinh học - 171 Câu hỏi lượng g i .209 Tài liệu tham khảo 210 Chương TẾ BÀO MỤC TIÊU Trình bày đặc điểm, cấu tạo chức thành phần có tê bào Prokaryota: thành tê bào, màng sinh chát, ribosom, thê nhân, lông, roi, bao nhày Trình bày đặc điểm, cấu tạo chức thành phần có tê' bào Eukaryota: màng sinh chất, lưới nội chất, thể Golgi, lysosom, peroxysom, nhăn, ribosom, ty thể, lục lạp, khung tẽ bào, trung tử, lơng, roi Trình bày mơ hình phân tử phospholipid, qua giải thích hình thành lớp màng kép Trinh bày cấu tạo màng sinh chất theo mơ hình khảm động Giải thích màng sinh chất có tính linh hoạt Trình bày tính chất chế vận chuyển vật chất qua màng theo phương thức có tiêu p hí lượng khơng tiêu p h í lượng HỌC THUYẾT T Ế BÀO Từ thòi nguyên thủy, người biết quan sát tìm hiểu thê giới sinh vật bao quanh Dấu tích quan sát cịn lưu lại đến ngày qua vẽ cổ xưa người tiền sử Cho đến thê kỷ XVII, kiện quan trọng giúp trìn h tìm tịi bước sang tra n g Đó vào năm 1665, lần Rober Hook quan sát thê giới sinh vật kính hiển vi tự tạo có độ phóng đại 30 lần Ồng quan sát mô bần thực vật thấy rằn g cấu trúc chúng có dạng xoang rỗng có th n h bao quanh đặt tên Cella (theo tiêng Latin, Cella có nghĩa xoang rỗng tê bào) Những quan sát Rober Hook đặt móng cho mọt mon khoa học mơi, Tê bào học Tiếp đến năm 1674, Antoni Van Leeuwenhoek với kính hiến vi có độ phóng đại 270 lần tiên hành quan sát mô tá loại tê bào đọng vạt (te bao mau, t i n h t r ù n g V.V ) v x c đ ị n h r n g t ê b o k h ô n g đ n g i n c c x o a n g r ô n g n h Rober Hook quan sát trước mà có cấu trúc phức tạp Cho đến ký XIX, nhờ hoàn thiện kỹ thuật hiển vi, với tông kết từ cơng trình nghiên cứu lĩnh vực thực vật, động vật, vi khuân nhiêu nhà khoa học khác nhau, học thuyêt tế^bàơ đời Nội dung bán học thuyết bao gồm hai ý sau: - Sinh vật có tính đa dạng cao song có cấu tạo từ tê bào - Mọi tế bào sông đêu có cấu trúc chức tương tự Theo F.Engel (1870), học thuyết tế bào ba phát kiến vĩ đại khoa học tự nhiên ký XIX (cùng VỚI học thuyết tiến hoá học thuyết chuyên hoá lượng) Tê bào học trớ thành khoa học thật độc lập phát triển nhanh chóng nghiên cứu cấu trúc chức Theo thời gian, cấu trúc tế bào ngày nghiên cứu chi tiết Từ quan niệm “xoang rỗng”, vê sau tê bào mô tả gồm phần khối tê bào chất (Purkinje, 1838 Pholmon, 1844), giới hạn bới màng tê bào bên có chứa nhân (R.Brawn, 1831) Hàng loạt bào quan tế bào chất phát sau trung tứ (Van Beneden Boverie phát vào năm 1876), ty thể (Altman Benda, 1894), phức hệ Golgi (Golgi, 1898), Việc nghiên cứu cấu trúc củng cho thấy tính đa dạng tế bào Củng giống sinh vật, nhóm tế bào có phân hóa biến đổi thích nghi với vai trị định Ví dụ, ỏ người có tới 200 loại tế bào khác Dựa vào đặc điểm nhân, ngưòi ta chia tế bào thành hai nhóm lởn tế bào Prokaryota tế bào Eukaryota Hai nhóm tế bào đơn vị tô chức tất sống vê phương diện cấu trúc chức CẤU T R Ú C T Ế BÀO PR O K A R Y O T A Tg bao I rokaiyota (hay gọi la te bào nhân ngun th) có kích thước nhị dương kinh khoăng 0,2 —2,0p.m, chicu d3.1 khoansj 2,0 —8,0|.im E)âv dang tê bào dơn gian, bên tế bào chất khơng có bào quan (hình 1.1) Vi khuẩn nhóm sinh vật có cấu trúc từ loại tế bào 10 Hình 4.17 Sán gan Fasciola hepatica Đâu san 200|im Hình 4.18 San dày lợn Taenia solium 2.6.2 N g n h g i u n t r ò n ( N e m a t h e l m i n t h e s ) Ngành có khoảng 12.000 lồi, giun trịn sống mơi trường nước hay đất; nhiều lồi sông ký sinh thê động vật, thực vật (ớ người khoang oO lồi) Giun trịn có xoang thể ngun sinh; ơng tiêu hố hồn chinh, chưa có quan tuần hồn hơ hấp Khác vói lồi giun dẹp, thể giun trịn thường kéo dài có dạng hình đũa, có xoang thể nguyên sinh hay thể xoang giả (Pseudocoelome) Thành thê gồm lớp: cuticun (là lốp vỏ nhẵn, không mang tiêm mao), bao bọc toàn mặt thê; lớp biểu bì (Epidermis), cấu tạo kiêu hợp bào; lớp (được phân thành dải dọc), ống tiêu hố có cấu tạo đơn giản, có ruột sau hậu mơn Các lồi giun sơng tự có thê thu nhận thức ăn dạng lỏng rắn; đó, lồi ký sinh thường hấp thụ chất dinh dưỡng qua bê mặt thê tiết men đê tiêu hố mơ vật chủ Một sơ lồi giun khơng có quan tiết; sô khác, phát triển dạng tuyến ông tiết Hệ th ầ n kinh gồm vòng hầu (bao quanh phần trước thực quản) ống dây th ần kinh chạy dọc thể, dây lớn nằm gờ lưng gò bụng lớp biểu bì Các giác quan giun trịn phát triển Tuyến sinh dục có dạng hình sợi dài mảnh; sản phẩm sinh dục thải qua lỗ sinh dụcử Các lồi ký sinh thường có sinh sản lớn (Ascaris có thê đẻ tói 20 triệu trứng) Chưa có quan tuần hồn hơ hấp chun trách Hầu hết giun trịn phân tính, thụ tinh trong, đẻ trứng có sinh sản hữu tính; sơ lồi đẻ (giun chỉ) Trong chu trình sơng sơ lồi giun ký sinh (giun chí, giun xoắn), ấu trùng phát triển qua vật chủ trung gian; số loài khác (giun đũa, giun kim) lây nhiễm trực tiếp (không thông qua vật chủ khác) Tuoi thọ trung binh cua cac lồi giun sơng tụ thường ngắn' giun đũa ký sinh ỏ người sống đến năm, hay 17 năm giun Ngành giun phân th àn h lốp (R otatoria, G artrotricha, N em atoda Nematomorpha, Kinorhyncha Acanthocephala), lớp giun trịn (.Nematoda) chiếm hầu hết số lượng lồi ngành (trên 10.000 lồi), củng lóp có nhiêu loài ký sinh động vật người Đại diện giun đũa (A scaris lumbricoides) (hình 4.19), giun kim (Enterobius verm icularis) (hình 4.20) giun chí (Wuchereria bancrofti, Brugia m alayi) gây bệnh chân voi (Elephantiasis) (hình 4.21) 200 Hình 4.19 Giun đũa Ascarís lumbricoides 2mm 1mm Per Darben Giun kim (Enterobius vermicularis) Hình 4.20 Giun kim đực 201 Hinh 4.21 Bệnh chân voi giun (Wuchereia brancrofti) gảy 2.6.3 N g n h c h â n khớ p (A rth r o p o d a ) Đây ngành có số lượng loài lớn giới động vật (hơn triệu lồi, khoảng 850.000 lồi trùng) Động vật chân khốp tìm thấy ỏ nơi nhóm động vật đa dạng vê cấu tạo, phong phú lôi sông, biếu phân hố thích nghi cao mơi trường M ặt khác, xêp nhóm động vật phân đốt (Articulata) nhiều dấu hiệu cho thấy chân khớp có quan hệ nguồn gốc vói giun đốt Nét nơi bật động vật chân khớp hoàn thiện vê mặt tơ chức thể: phân đốt dị hình (Heteronom) với hình thành nhóm đốt để tạo nên phận khác thê (thông thường chia làm phần: đầu, ngực bụng) Trên đôt thể chủ yêu ỏ phần đầu ngực có mang đơi phần phụ phân đơt (có nguồn gơc từ chi bên giun đơt) Các phần phụ biên đối phù hợp với chức khác nhau: thành phận miệng đẻ thu n h ận thức ăn, phần phụ quan sinh dục, chân đê vận động (bò nhay, bơi); nhiều lồi (cơn trùng) cịn phát triển thêm (1 đơi) cánh đê bay Bọc ngồi lớp vó cuticun cịn gọi xương ngồi (vừa có tác dụng báo vệ vừa nơi bám cho bên trong) Trong trình phát triền lồi chân khớp có tượng lột xác (thay bàng lớp vó mới) đè tãng kích thước thê 202 Hệ phát triển phân hoá: hình thành bó riêng biệt để đảm bảo hoạt động đa dạng linh hoạt: Xoang thê động vật chân khớp hỗn hợp xoang nguyên sinh (xoang giả) xoang thứ sinh (xoang thật), thê gọi thê xoang hỗn hợp (mixocoelome) hay xoang huyết (haemocoelome, có chứa máu) trớ thành phận hệ tuần hồn Vì vậy, khác với giun đốt, hệ tuần hoàn ỏ chân khớp hệ tuần hoàn hờ Tham gia vào hệ tuần hồn cịn có tim lưng (được phân hố từ mạch lưng giun đốt) hệ mạch tới quan Chức chủ yếu cua hệ tuần hoàn vận chuyên chất dinh dưỡng tới mô chất thải đến quan tiết Việc cung cấp oxv quan hô hấp đảm nhiệm Phần lớn loài ỏ nước phát triển mang (một số hơ hấp qua da); lồi ỏ cạn trao đổi khí qua hệ thống khí quản (côn trùng, nhiều chân) qua túi phôi (nhện, bọ cạp) Ngồi phận ơng tiêu hố (miệng, hầu, thực quản, ruột, hậu môn) tuyến tiêu hoá phát triển: tuyến ruột (ở giáp xác), tuyến nước bọt (ở nhện côn trùng) Động vật chân khớp có thê sử dụng thức ãn rắn (từ động thực vật) theo cách hút dịch Tuỳ theo cách thu nhận thức ăn khác mà phần phụ miệng biến đôi phù hợp Chức tiết tuyến thực hiện: tuyến râu tuyến hàm ỏ giáp xác, tuyến háng ỏ sam, tuyến Malpigi nhện trùng Hai phận hệ thần kinh não dây thần kinh bụng Ớ nhiều lồi não phân hố thành não trước, não não sau Các lồi chân khớp có đời sống xã hội (ong kiến, môi) não trưốe nấm phát triển (là trung khu năng) Hầu hết loài chân khớp động vật đơn tính sinh sản cách đẻ trứng Sự phát triển hậu phơi nhiều lồi q trình biến thái phức tạp (trải qua dạng ấu trùng với nhiêu lần lột xác giai đoạn nhộng) Là nhóm động vật có sơ' lượng lồi phong phú giới động vật ngành chân khớp gồm ngành phụ: trùng ba thuỳ (ngành phụ Trilobitom orpha), có kìm (ngành phụ Chelicerata), có mang (ngành phụ Branchiata) có khí qn (ngành phụ Tracheata) 2.6.3.1 Một sơ lớp đại diện thường gặp • Lớp hình nhện (Ạrachnida): gồm động vật chân khớp sông cạn thê phân thành đầu, ngực phần thân sau, có đơi chân Đại diện nhện nhà (Heteropoda pressula), bọ cạp (.Pandinus dictador) • Lốp giáp xác (Crustacea): gồm động vật chân khớp sống biên nước ngọt, có đơi râu, hầu hêt có mấu phụ Đại diện tôm sông (M acrobrachium nipponense), cua đồng (,Somamathelphusa sinensis) 203 • Lớp chân mơi (Chilopoda): thân dài, có nhiều chân bị Cá thê truơng đơt mang chân có cặp chân Đại diện rêt (Scolopendraj • Lớp chân kép (Diplopoda): gồm động vật chân khớp có than dai, co nhiều chân đê di chuyển Cơ trương thành đốt mang chân có cạp chan Đại diện cn chiếu (Polydesmus) • Lốp trùng (insecta = Hexapoda): gồm lồi chân khớp sơng nươc cạn, có đơi râu Cơ thê phân hóa thành đâu, ngực bụng, co đoi chân Gồm phân lớp: + Phân lớp không cánh (Apterygota) gồm côn ^pỊụig không cánh Đại diẹn bọ đuôi bật (bọ bật) Lepisma + Phân lốp có cánh (Pterygota) Phân lớp chia th n h nhóm nhóm biến thái khơng hồn tồn (Cánh ngồi- Exopterygota), vịng đời không qua giai đoạn nhộng, giai đoạn sâu non giông với trưởng th àn h , cánh phát triển phía bên ngồi; đại diện chuồn chuồn (A n a x) Nhóm biên thái hồn tồn (Cánh trong-Endopterygota), vịng đời qua giai đoạn nhộng, giai đoạn sâu non không giông vối trưởng thành, cánh phát triển bên Đại diện lồi bướm (Pieris) Lớp trùng có khoảng 850.000 lồi, thuộc 30 khác 2.6.3.2 Ý nghĩa y học kinh tế ngành chân khớp Nhiều lồi có lợi (cho sán phàm mật ong, tơ tằm), khơng lồi có hại phá hoại trồng, đặc biệt vai trò vật trung gian truyền bệnh (vector) cho người động vật khác Điển hình bệnh sốt rét (malaria) muỗi Anopheles gây (hình 4.22), bệnh Lyme, bệnh sốt chấm núi Rocky ve gây Hình 4.22 Muỗi Anopheles sọ 20 2.6.4 N g n h th n m ềm (M ollusca) Với gần 130.000 lồi (trong khoảng 35.000 lồi hoá thạch), than me ngành lớn thứ hai giới động vật (sau chân khớp) Than mem so g • nước, đa dạng tổ chức thể củng cấu tạo quan ° nghĩa kinh tế thực tiễn: nguồn cung cấp thực phẩm (trai, ôc, mực, so, ệ^, C ^ề liệu quý (xà cừ, ngọc trai), Tuy nhiên, sô chúng gay hại, pha ại y trồng vật truyền bệnh (ốc tai, sên trần) Ngành có lớp chính: - Lớp song kinh (Amphineura)-, - Lỏp chân bụng (Gastropoda) có đại diện là: ôc nhồi (Piỉa polita), bao ngư (.Haliotis diversicolor), ốc sên (Ạchatina fulica) - Lớp mảnh vỏ (Bivalvia) với đại diện là: trai sông (Sinanodonta jourdyi), so huyết (Area granosa), hến (Corbicula lamarkiana), trai ngọc (Pteria martensi), - Lốp chân đầu (Cephalopoda) có đại diện là: mực (Sepia, Loligo); bạch tuộc (Octopus), duốc biên ( Architeuthis); ốc anh vủ (Nautilus pompilius) 2.6.5 Ngành da g (E ch in o d erm a ta ) Với khoảng 6.000 lồi cịn sơng (tất đểu biển) 20.000 lồi hố thạch, động vật da gai (gồm lớp huệ biên, biên, đuôi rắn, cầu gai hải sâm) thuộc nhóm động vật có miệng thứ sinh (Deuteros-tomia) Tơ chức cấu tạo thê đa dạng Một sơ' lồi khai thác làm thực phấm (hài sâm, cầu gai) Ngành có lớp chính: lớp cầu gai (Echinoidea); lớp biển {Asteroidea); lớp hái sâm (.Holothuroidea)\ lớp đuôi rắn (Ophiuroidea) lớp huệ biển (Crinoidea) 2.6.6 Sgành động vật có dây sống (C hordata) Phán ngành có xương sống (Vertebrata) Động vặt dây sống, ngành động vật cuối cùa giới động vật bao gồm nhang loài gần gũi quen thuộc vói chúng ta: cá ếch nhái, bị sát ch™ thú (ca người thuộc ngành động vật này) Đa dạng cấu tạo, phong phú cách sông, hdn 40.000 loài thuộc ngành dộng vật chù nhân khàô lục địa đại dương p tt nhăNS ‘, r l S! f c “ h'ệ" ố vài ngỄmh V* khác (co thể L trưng t ĩ ‘cho f nL ' vật“ a"gnhư miệng đặc nhóm tđộng sau- thứ “ W