Acid nucleic và một số chất khác có cấu trúc tương tự có ý nghĩa to lớn trong đời sống, được cấu tạo từ các nucleosid và nucleotid, là dẫn suất của base purin và pyrimidin có nhân thơm dị vòng.Các acid nucleic bao gồm ADN (deoxỷibonucleic) và ARN (acid ribonucleic), tồn tại dưới dạng nucleoprotein.
Trang 1HỌ TÊN: CHÂU BÁ HUY
LỚP: YHCT K33
MSSV: 1933080021
HÓA HỌC NUCLEIC
I ĐẠI CƯƠNG
Acid nucleic và một số chất khác có cấu trúc tương tự có ý nghĩa to lớn trong đời sống, được cấu tạo từ các nucleosid và nucleotid, là dẫn suất của base purin và pyrimidin có nhân thơm
dị vòng
Các acid nucleic bao gồm ADN (deoxỷibonucleic) và ARN (acid ribonucleic), tồn tại dưới dạng nucleoprotein
1.1 Đặc điểm chung
Acid nucleic là một đại phân tử sinh học có phân tử lướng được cấu tạo từ các chuỗi nucletid với vai trò truyền tải thông tin di truyền Acid nucleic có mặt ở hầu hết các tế bào sống và virus
Chúng có mặt ở trong nhân tế bào và bào tương và chiếm 5-15% trọng lượng khô của tế bào
1.2 Phân loại
H3PO4 + đường 5C -> nuclesid + base N -> nucleotid -> acid nucleic
- H3PO4 + đường ribose -> ribonuclesid + base N -> ribonucleotid -> ARN
- H3PO4 + đường deoxyribose -> nuclesid + base N -> nucleotid -> ADN
1.3 Cấu tạo chung
Các yếu tố cấu thành acid nucleic bao gồm: acid
phosphoric, đường pentose và base nitơ
1.3.1 Acid phosphoric
Nucletid có chứ H3PO4 là acid vô cơ, yếu tố này tạo nên tính toan cho các acid nucleic
1.3.2 Đường pentose
Đường pentose 5 C có hai loại là deoxyribose và ribose
(một trong những đặc điểm phân biệt DNA và RNA)
Trang 21.4 Base nitơ
Các base nitơ đều là dẫn xuất của base purin hoặc
pyrimidin
2 Cấu tạo
2.1 Nucleosid
Nucleosid là sản phẩm thuỷ phân không hoàn toàn của acid nucleic, gồm hai thành phần: đường pentose và base nitơ Nối với nhau bằng liên kết β N-glycosid
Liên kết này được hình thành do: C1 của pentose với
N9 của base purin, hoặc C1 của pentose với N1 của base pyrimidin.
Ba
se Ribonucleo sid Deoxyribon ucleosid
n
n
2.2 Nucleotid
Mononucleotid chính là đơn vị cấu tạo của acid nucleic Acid phosphoric nối với đường 5C bằng liên kết este
Ba se
Ribonucleo sid
5’-monophosph
Deoxyribonucl eosid
5’-monophosph
Trang 3at at
A monophosphatAdenosin
(AMP)
Deoxyadenosinmonop
hosphat (dAMP)
G monophosphatGuanosin
(GMP)
Deoxyguanosinmonop
hosphat (dGMP)
(CMP)
Deoxycytidinmonopho
sphat (dCMP)
(UMP)
(dTMP)
2.2.2 Nuclesid diphosphat và triphosphat (NDP và NTP)
Tương tự NMP, tùy theo loại base nitơ và đường 5C mà ta
có các NDP và NTP tương ứng, chỉ khác ở chỗ gắn thêm tương ứng
2 và 3 gốc phosphat
2.3 Dinucleotid
Gồm 2 phân tử nucleotid liên kết với nhau bằng phân tử đường pentose của nucletid trước với gốc phosphat của nucletid sau
2.4 Oligonucletid
Gồm một số các nucleotid liên kết với nhau, là sản phẩm thủy phân dở dang của acid nucleic
2.5 Polunucleotid
Gồm nhiều nucleotid tạo thành chuỗi polynucleotid bằng liên kết cơ bản 3’ 5’ phosphodieste, liên kết này nối OH ở C3’ của nucleotid đứng trước với OH của phosphat ở C5’ của nuleotid kế tiếp
Trang 4Đường 5C và nhóm phosphat là xương sống của chuỗi polynucleotid, còn base nitơ là nhánh bên
2.6 ADN
Là căn bản hóa học của sự di truyền, chứa gen, là đơn vị cơ bản của thông tin di truyền
ADN bao gồm 2 chuỗi polynucleotid xoắn đôi song song ngược chiều nhau quanh 1 trục Mỗi vòng xoắn gồm 10 đôi base, dài 3,4nm Đường kính xoắn là 2nm, 2 sợi xoắn đôi song song tạo nên 2 rãnh ở phía ngoài là rãnh lớn và rãnh bé Trong rãnh là nơi tương tác đặc hiệu của protein điều hòa với nucleotid bằng liên kết hydro
Các base liên kết theo nguyên tắc bổ sung hay quy luật đôi base là A liên kết với T bằng 2 liên kết hyđro, C với G bằng 3 liên kết hydro
Trình tự nucleotid trên một sợi chứa thông tin di truyền được gọi là sợi khuôn, sợi còn lại là sợi mã hóa, nó có trình tự nucleotid tương ứng phù hợp với bản sao là ARN, đây là thông tin
mã hóa cho protein
2.6.1 Những loại cấu trúc xoắn đôi của ADN
xoắn
Số đuôi base trong mỗi vòng xoắn
Khoảng cách giữa đôi base
Khoảng cách lớn nhất giữa hai sợi
Loại B là loại pjổ biến nhất trong điều kiện sinh lý
2.6.2 Các dạng cấu trúc của phân tử ADN
- Dạng xoắn đơn: gặp ở 1 số virus
- Dạng xoắn đôi: Phổ biến nhất
- Dạng xoắn đơn vòng: dạng nhân đôi của ADN virus
- Dạng siêu xoắn: xuất hiện khi vọng kín bị xoắn quanh trục của nó
Trang 52.7 ARN
ARN bao gồm một chuỗi đơn polynucleotid chứa 4 loại đơn vị cấu tạo: AMP, GMP, CMP, UMP ARN còn chứa các base hiếm, đặc biệt ARN vận chuyển (tARN)
Bảng so sánh sự khác nhau giữa ADN và ARN
Số chuỗi trong
G=C
A không nhất thiết =T
G không nhất thiết
=C
Có 3 loại RNA chính, có các chức năng khác nhau:
2.7.1 mARN: là ARN thông tin
2.7.2 tRNA: là ARN vận chuyển
2.7.3 rRNA: là ribosom
2.7.4 snRNA: chứa khoảng 150 nucleotid, tham gia vào việc ghep nối
các exon
3 TÍNH CHẤT
3.1 Base có nhân purin và pyrimidin
Tính đồng phân: có 2 dạng là enol (hay lactim) và ceton (hay lactam)
Tính hòa tan: ở Ph trung hòa, Guanin ít hòa tan nhất
3.2 Nucleosid
Trang 6Trong tế bào, nucleosid ở dạng tự do chiếm tỷ lệ rất thấp.
3.3 Acid nucleic
3.3.1 Acid nucleic bị thủy phân dưới tác dụng của nulease
Enzym này cắt đứt các liên kết phosphodieste.
3.3.1.1 theo vị trí hoạt động
Endonuclease: cắt liên kết bên trong chuỗi polynucleotid Exonuclease: cách liên kết photphoeste đầu chuỗi
Endonuclease hạn chế: thể thực khuẩn, là một số endonuclease có khả năng hạn chế sự phát triển của một số virus
3.3.1.2 Theo liên kết bị tác dụng
Loại A hay loại 3’: cắt liên kết 3’ phosphodieste
Loại B hay loại 5’: cắt liên kết 5’ phosphodieste
3.3.1.3 Theo cơ chất
Khi cơ chất là ADN thì enzim thủy phân là deoxyribonucleic (Dn ase)
oligodeoxyribonuclease-5’ monophosphat
oligodeoxyribonuclease-3’ monophosphat
Khi cơ chất là ARN thì enzim thủy phân là ribonuclease (Rnase)
3.3.2 ADN
3.3.2.1 Sự cân bằng base
Để đảm bảo tính đặc hiệu thông tin di truyền từng loài, thành phần base của ADN khác nhau giữa các loài nhưng đặc điểm của từng loại được duy trì không thay đổi theo tuổi, trạng thái dinh dưỡng và các biến đổi của môi trường
3.3.2.2 Sự biến tính của ADN
3.3.3 ARN
- mARN: chiếm 5% ARN Phân tử lượng 3.105 – 4.106, hệ số
Trang 7lắng 6-12s mARN có đặc điểm hóa học riêng.
- tARN: Chiếm 10-15% ARN, phân tử lượng khoảng 23.000-30.000, hệ số lắng 4S
- rARN chiếm 80% ARN
- snARN: là ARN nhỏ trong nhân, có mặt ở tế bào nhân thật
4 VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG
4.1 Vai trò
4.1.1 Vai trò của ADN
- Lưu trữ thông tin di truyền
- Tái bản: thông tin vào các phân tử ADN con
- Chuyển mã: chuyển thông tin di truyền sang ARN trong quá trình tổng hợp protein
4.1.2 Vai trò sinh học của ARN
- mARN: khuôn của quá trình tổng hợp protein, đưa thông tin
từ ADN đến ribosome
- tARN: vận chuyển axit amin đến ribosome để tổng hợp
protein
- rARN: cấu thành ribôxôm
- snARN: xử lý tiền thông tin di truyền trong nhân SnARN tham gia phân cắt mARN và sự điều hòa gen
4.2 ỨNG DỤNG
4.2.1 Những nucleotid tự nhiên và ứng dụng trong chuyển hóa
- Những nucleotid tự nhiên không tham gia cấu tạo nên axit
nucleic -> gọi là tự do
- Các nucleotid tự nhiên có nhiều chức năng sinh học quan
trọng: chất dự trữ và vận chuyển năng lượng sinh học, coenzym hoặc chất truyền thông tin nội bào
4.2.1.1 Dẫn xuất của adenosin
Trang 8ADP và ATP điều đóng vai trò là cơ chất và sản phẩm của sự photphoryl oxy hóa, có ý nghĩa quan trọng trong sự tích trữ và vận chuyển năng lượng
ATP là nguồn cung cấp năng lượng cho đa số các phản ứng nội bào
AMP vòng: AMP vòng chính là Adenosin 3’, 5’-monophosphat, cAMP
S-adenosylmethionin: là dạng hoạt động của methionine, có khả năng cung cấp methyl
Adenylyl cylase cAMP phosphodiestes
ATP cAMP 5’-AMP
Một số enzym có cấu trúc là dinucleotid: NAD+, NADP+,
FED+
4.2.1.2 Dẫn xuất của guanosin
Guanosin dophosphat (GDP) và guanosin triphosphat (GTP): cung cấp năng lượng cho một số hệ thống các phản ứng chuyển hóa như tổng hợp protein ở polyribosome GTP còn có vai trò khác như hoạt hóa adenylyl cyclase
GMP vòng: Guanosin 3’, 5’-monophosphat, cGMP, một tín hiệu nội bào, chất truyền tin thứ 2
Guanylyl cylase cGMP phosphodiestes
GTP cGMP 5’-GMP
4.2.1.3 Dẫn xuất hypoxanthin
IMP là tiền chất của purin ribonucleotid, hình thành từ sự khử amin của AMP IMP được khử phosphoryl tạo thành nucleosid
inosin, đây là chất trung gian trong quá trình chuyển hóa purin
4.2.1.4 Dẫn xuất của uracil
Trang 9Là những coenzym quan trọng trong quá trình chuyển hóa glucid, còn là chất tham gia tổng hợp ARN
4.2.1.5 Dẫn xuất của Cytosin
là tiền chất cho sự tổng hợp axit nucleotid, cần thiết cho sự tổng hợp phosphoglycerid ở mô động vật
4.2.2 Ứng dụng trong y học
4.2.2.1 Một số base purin thực vật có dược tính, có chứa góc methyl
Cà phê chứa cafein
Trà chứa theophylin
Cacao chứa theobromin
4.2.2.2 Những sản phẩm tổng hợp tương tự nucleotid
- Vai trò là ức chế tổng hợp axit nucleic và tác dụng lên sự kết
hợp của cặp nucleotid
- 4-hydroxypyrazolopyrimidin (Allopurinol) được sử dụng điều trị tăng axit uric máu do ức chế tổng hợp purin và hoạt động của xanthin oxidase
- Những nucleosid có chứa arabinose được sử dụng điều trị ung thư và nhiễm siêu vi
- 5-iodo-2’-deoxyuridin được dùng để điều trị viêm giác mạc
do herpes
- 5-fluorouracil được dùng để điều trị ung thư