Di truyền phân tử ( phần 2 ) Phân loại acid nucleic 1. Cơ sở phân loại acid nucleic Dựa vào sự có mặt của đường ribose và desoxyribose mà người ta chia acid nucleic ra làm hai lớp. - Acid ribonucleic (ARN) - Acid desoxyribonucleic (ADN) Khi nghiên cứu về hai lớp ARN và ADN người ta thấy chúng có một số điểm khác biệt như sau: ARN ADN - Chủ yếu ở tế bào chất - Chủ yếu ở nhân tế bào - Trọng lượng phân tử 2 - 3.104 - 6 - Trọng lượng phân tử: 1 - 2.106 8 - cấu tạo Chuỗi kép - cấu tạo Chuỗi đơn - Chứa các gốc kiềm - Chứa các gốc kiềm Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Uracin (U) - Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Thi min (T) - Đường: Ribose - Đường Desoxyribose - Chức năng sinh học: trực tiếp tham gia quá trình tổng hợp protein - Chức năng sinh học: mang bản mật mã di truyền. 2. Tên gọs ARN, ADN và liên kết hoá học Thành phần hoá học của ARN và ADN Acid nucleic là chất trùng hợp của mononucleotid. Phân tử chứa từ 250 - 350 nucleotid, có loại chứa tới hàng chục vạn mononucleotid. Các mononucleotid nối với nhau qua mạch liên kết este giữa hydroxyl của carbon thứ 3 của đường pentose với acid phosphoric của mononuleotid bên cạnh. Acid nucleic đóng vai trò trong di truyền của động và thực vật, nó đóng vai trò chủ chốt trong việc sinh tổng hợp protein. Sau đây chúng ta sẽ đi sâu nghiên cứu từng loại acid nucleic 3. Acid desoxyribonucleic (ADN) Dựa vào số liệu nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ tia Rơn-ghen và những số liệu hoá lý khác người ta đi đến kết luận rằng ARN chỉ có cấu trúc chuỗi đơn, còn ADN có cấu trúc chuỗi kép (tức là do hai chuỗi polynuleotid kết hợp với nhau theo kiểu xoắn thừng). 3.1. Quy luật bổ sung gốc kiềm (qui luật Chagaff) Khi phân tích định tính và định lượng ADN, Chagaff và các cộng sự của ông đã rút ra được kết luận sau: - Hàm lượng tính theo một của Adenin bằng Thi min và Guanin bằng Cytosin. - Từ nhận xét (l) và (2) rút ra: tổng số gốc kiềm purin bằng tổng số gốc kiềm pyrimidin. A + G =T+C Về mặt hoá học: hàm lượng nhóm 6 - quan bằng hàm lượng nhóm 6 - xe ton. Từ ba kết luận trên đây Chagaff đã rút ra được qui luật bổ sung gốc kiềm như sau: Trong điều kiện sinh lý bình thường, hai chuỗi nucleotid khi tạo ra xoắn kép sẽ lược ổn định quanh nhau bằng các lực liên kết thông qua các bazơ. - Trong quá trình liên kết các bazơ của hai chuỗi đối diện thì một chuỗi sẽ góp bazơ phun, chuỗi kia sẽ góp bazơ pyrimidin, các bazơ liên kết với nhau bằng liên kết pydrogen, xuất hiện giữa một số vị trí nhất định ở hai bazơ đối xứng, đó là vị trí: Nl của phần với Nl của pyrimidin C2 của phần với C2 của pyrimidin C6 của phần với C6 của pyriưúdin - Liên kết hydrogen muốn xuất hiện phải thoả mãn hai điều kiện: + Có một nguyên tử hydro mang điện tích (+) nằm giữa hai nguyên tử mang điện tích (-). + Khoảng cách giữa các nguyên tử mang điện tích (-) nằm trong khoảng 2 - 4 A0. Tức là liên kết hydrogen chỉ có thể xuất hiện giữa các cặp bazơ chọn lọc đối xứng: Adenin với Thi min ; Guanin với Cvtosin 3.2. Mô hình xoắn ADN Dựa trên các kết quả nghiên cứu cho phép Crick và Watson đề ra cấu tạo mô hình xoắn ADN vào năm 1953. Mô hình này đã được kiểm tra lại trên cơ sở những thí nghiệm về tia Rơn- ghen tinh vi hơn bởi Willkins và cộng sự của ông. Chính vì có những đóng góp đó nên Crick, Watson và Wilkins đã được giải thưởng Nobel 1962. Theo Crick và Watson thì ADN gồm hai dây polynucleotid với cực trái dấu nhau cuộn xoắn với nhau xung quanh cùng một trục và tạo thành vòng xoắn đôi. Các bazơ nằm trong vòng xoắn thành từng cặp: pyrimidin trên một dây và phần trên dây đối xứng và ngược lại. Chỉ một số cặp bazơ nhất định phù hợp: A đi với T; G đi với C (liên kết hydrogen). - Mỗi vòng xoắn dài 34 A0 chứa 10 cặp gốc kiềm - Độ dài một cặp gốc kiềm là 3,4 A 0 . - Bán kính vòng xoắn 10A 0 - Khoảng cách giữa hai gốc kiềm đối xứng là 3A 0 3.3. Vai trò sinh học của ADN Ngày nay trong sinh học, đặc biệt là trong sinh hoá học và vi sinh học, người ta đã thu được nhiều tài liệu chứng tỏ rằng ADN là cơ sở cấu trúc của nhiễm sắc thể mang tính thông tin di truyền. Người ta thấy ADN trong tế bào thân lớn gấp đôi ADN tế bào mầm. Thứ tự sắp xếp của 4 gốc kiềm trên polynucleotid có tác dụng như mật mã di truyền. Khi cần tái tạo, một dây nucleotid, dây xoắn đôi tách ra, liên kết hydro bị đứt, mỗi dây nguyên thuỷ được dùng như một khuôn mẫu để tổng hợp dây mới theo qui luật bổ sung gốc kiềm 4. Acid ribonucleic (ARN) ARN được coi là chất tham gia trực tiếp vào các phản ứng tổng hợp protein. Loại này thường tập trung ở tế bào chất (chủ yếu ở bào tương) một số ở nhân. Chúng thường ở dạng chuỗi búi chỉ rối. ARN trong tế bào chia làm 3 loại: 4.1. ARN thông tin: Ký hiệu m - ARN im - messenger - người đưa tin) Trọng lượng phân tử của loại này từ 0,5 - 1,106, chiếm 3 - 4% tổng số ARN, chúng được tổng hợp ở nhân tế bào trên khuôn của phân tử ADN đây là khuôn thứ cấp. Nhiệm vụ của m - ARN mang bản mật mã di truyền hình thành ở nhân sẽ chui qua màng nhân ra tế bào chất và tiến tới vị trí tổng hợp protein ở ribosom, ở đó nó sẽ làm khuôn mẫu để tổng hợp nên protein. 4.2. ARN vận chuyển: Ký hiệu t - ARN (t - transfer - vận chuyển) t - ARN thường ở trạng thái hoà tan trong tế bào, chiếm khoảng 15% tổng số ARN. Trọng lượng phân tử thấp khoảng 2 - 3 vạn, gồm khoảng 60 - 100 nucleotit, giữ chức năng vận chuyển acid amin hoạt hoá từ tế bào chất đến các ribosom. Một t - ARN chỉ vận chuyển đặc hiệu một acid amin tương ứng với nó. Cấu tạo: gồm một chuỗi polynucleotit gấp khúc lại giống như hình lá cỏ ba thùy, có những đoạn xoắn kép theo qui tắc bổ sung gốc kiềm: A-U; G- X. ở một đầu chuỗi có 3 gốc kiềm tự do, các acid amin sẽ được gắn vào 3 gốc kiềm đó để được chở vào vị trí tổng hợp protein ở ribosom. Có 20 loại t - ARN tương ứng với 20 acid amin. Các acid amin sẽ kết hợp với t- ARN tương ứng của luôm, tạo thành từng luồng đi vào vị trí tổng hợp protein mà thứ tự sắp xếp của các acid amin trong mạch peptid thì đã được m - ARN qui định trước. 4.3. ARN ribosom: Ký hiệu r .ARN Trọng lượng phân tử loại này rất cao 1 - 2 triệu, chiếm trên 80% tổng số ARN. Một ribosom là một hạt nucleoproteid mà phần acid nucleic là ARN. Đường kính của ribosom khoảng 200A 0 . Sự tập hợp của chừng vài chục ngàn đại phân tử đó sẽ tạo thành một nhà máy vi mô vững chắc, có tổ chức hoàn hảo, có đủ khả năng đọc bản mật mã di truyền trong mạch mARN và thực hiện thông tin đó ở dạng một phân tử protein đã chuẩn bị sẵn và có cấu trúc đặc hiệu. . Di truyền phân tử ( phần 2 ) Phân loại acid nucleic 1. Cơ sở phân loại acid nucleic Dựa vào sự có mặt của đường ribose và desoxyribose mà người ta chia acid nucleic ra làm hai lớp. - Acid. lượng phân tử 2 - 3.104 - 6 - Trọng lượng phân tử: 1 - 2. 106 8 - cấu tạo Chuỗi kép - cấu tạo Chuỗi đơn - Chứa các gốc kiềm - Chứa các gốc kiềm Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Uracin (U) -. Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Thi min (T) - Đường: Ribose - Đường Desoxyribose - Chức năng sinh học: trực tiếp tham gia quá trình tổng hợp protein - Chức năng sinh học: mang bản mật mã di