Nhà hóa sinh học người Ðức là Albrecht Kochsen (1852-1927) đã nghiên cứu tỉ mỉ axit nucleic và vào năm 1882, ông đã tách được axit nucleic ra thành những hợp phần nhỏ có chứa axit phos[r]
(1)CHƯƠNG XIV : SINH HỌC PHÂN TỬ- AXIT NUCLEIC I VIRUT VÀ GEN
II VAI TRÒ CỦA ADN
III CẦU TRÚC CỦA AXIT NUCLEIC IV MẬT MÃ DI TRUYỀN
V NGUỒN GỐC CỦA SỰ SỐNG
Như người ta điều khiển protit nhiên phát điều hồn tồn bất ngờ lạ lùng: sở hóa học sống nói chung khơng phải phân tử protit mà phân tử khác Chỉ sau nghiên cứu chất virut lọt qua lọc người ta hiểu tầm quan trọng lớn lao khám phá
Bản chất virut điều bí ẩn hệ loài người Một người biết virut gây bệnh người ta nghiên cứu phương pháp chống lại chúng Nhưng dù tính chất vật lý virut điều chưa biết Việc phát minh máy lọc có lổ nhỏ đủ giữ lại phần tử virut đóng vai trị định việc xác định kích thước virut Virut nhỏ tế bào nhỏ biết chút, lại lớn nhiều so với phân tử protit lớn Chỉ có kính hiển vi điện tử cho phép phân biệt virut Kích thước chúng dao động giới hạn rộng, kể từ virut-chấm nhỏ nhất-đến cấu trúc tương đối lớn có dạng hình học xác với cấu tạo bên khác Xếp vào loại virut lớn thể thực khuẩn "săn" vi khuẩn nhỏ bé; số thực khuẩn có giống nịng nọc bé xíu Cịn loại lớn virut nhỏ vi khuẩn, gọi Ricketsia để ghi nhớ nhà bác học Riketsia Riketsia nói riêng, gây bệnh chàm vùng núi Skali, bệnh nhà vi sinh vật học nghiên cứu
Ðã vấn đề virút có phải thể sống hay không? Năm 1935 nhà hóa sinh học người Mỹ Uenđen Meredit Stenli ( sinh năm 1904) nghiên cứu chiết xuất virut bệnh đốm thuốc thu tinh thể hình kim Thì tinh thể có tính gây nhiễm trùng cao Nói cách khác, nhà bác học thu virut dạng tinh thể, tinh thể sống tượng khó mà giải thích
Mặt khác, lại cho học thuyết tế bào không xác, tế bào khơng phải đơn vị không chia cắt sống? Virut nhỏ tế bào nhiều trái với tế bào, virut tồn độc lập điều kiện Nhưng virut xâm nhập vào tế bào, virut sinh sản số biểu chủ yếu tỏ sinh vật
Phải có cấu tạo nội tế bào yếu tố tiền tế bào cấu trúc sở thật sự sống, cấu trúc điều khiển phần lại tế bào? Phải virut hợp
(2)phần tế bào mà xưa hay vào lúc tách khỏi tế bào, sẳn sàng trở lại tế bào, trở thành vị khách lạ với << chủ nhân >> thật nó?
Nếu điều vậy, hợp phần tiền tế bào phải nằm tế bào bình thường Ðúng phải cơng nhận thể nhiễm sắc kẻ ứng cử để thực nhiệm vụ Trong năm đầu kỷ 20í, người ta biết rõ ràng thể nhiễm sắc có mang nhân tố điều khiển di truyền tính chất vật lý Ðiều quy định cương vị đạo thể nhiễm sắc lại lớn virut nhiều lần
Song số lượng thể nhiễm sắc số lượng dấu hiệu di truyền nhiều Từ rút kết luận thể nhiễm sắc bao gồm từ hàng nghìn phân tử, phân tử điều khiển dấu hiệu riêng biệt Nhà thực vật học người Ðan mạch Vinhem Lutvic Johanxen ( 1857-1927), gọi phân tử Gen (từ Hy lạp: đem sống đến cho vật nào)
Nhưng 10 năm đầu kỷ XX người ta chưa thấy Gen riêng biệt virut riêng biệt, biểu quan sát thấy rõ ràng Nhà di truyền học người Mỹ Thomas Hant Morgan (1866-1945) sau dùng ruồi dấm ( Drosophila) làm đối tượng nghiên cứu sinh học, tìm chìa khóa nghiên cứu vấn đề Ruồi dấm côn trùng nhỏ, đơn giản sinh sản dễ dàng; tế bào ruồi có tất cặp thể nhiễm sắc làm cho công tác nghiên cứu dễ dàng
Khi nghiên cứu ruồi dấm từ hệ sang hệ khác Morgan phát số lượng lớn đột biến Ông chứng minh dấu hiệu khác có liên quan với nhau, có nghĩa chúng di truyền lại phức hệ Nghĩa Gen điều khiển dấu hiệu phải nằm thể nhiễm sắc di truyền thể thống Nhưng dấu hiệu liên kết với khơng mãi gắn với Có trường hợp dấu hiệu di truyền khơng có liên quan đến dấu hiệu khác Ðiều xãy cặp thể nhiễm sắc ngẫu nhiên trao đổi với đoạn ngắn (sự trao đổi chéo), tính tồn vẹn thể nhiễm sắc khơng tuyệt đối
(3)Khi vừa thu dạng tinh thể virut, xuất khả tiến hành nghiên cứu theo phương pháp nhiễu xạ tia Rơngen Dĩ nhiên, virut xếp vào protit biến dạng đặc biệt protit mang tên nucleoprotit Những thành tựu kỹ thuật nhuộm tiêu cho phép làm sáng tỏ chất hóa học cấu trúc riêng lẻ mức độ tế bào Ðã xác định thể nhiễm sắc (và Gen) thuộc loại nucleoprotit Phân tử nucleoprotit cấu tạo từ phân tử protit-liên kết với chất phospho gọi axit nucleic Lần nhà sinh học người Thuỵ sĩ Friedrich Miescher (1844-1895) phát thầy axit nucleic nhân tế bào Trong thời gian dài người ta coi axit nucleic hợp phân đặc trưng nhân Nhưng lẻ axit nucleic có mặt ngồi nhân tế bào việc đổi tên cho axit muộn Nhà hóa sinh học người Ðức Albrecht Kochsen (1852-1927) nghiên cứu tỉ mỉ axit nucleic vào năm 1882, ông tách axit nucleic thành hợp phần nhỏ có chứa axit phosphoric đường, ông xác định thành phần xác chất Ngịai ra, ông thấy axit nucleic hai hợp chất nhóm purin mà phân tử chúng hợp chất mạch vịng, có hai vịng chứa ngun tử nitơ Kochsen gọi nhóm chất Adenin Guanin (đôi ký hiệu đơn giản A G) Ơng tìm bazo pirimidin (những chất có vịng đơn chứa hai nguyên tử nitơ), gọi Xitozin, Timin Uranin (X, T U) Nhà hóa học người Mỹ Febut Aron Teodo Levin (1869-1940) nghiên cứu chất năm 20 30 chứng minh phân tử axit nucleic có phân tử axit phosphoric phân tử đường phân tử purin pirimidin tạo nên hợp chất gồm ba hợp phầnmà ông gọi nucleotit Phân tử axit nucleic cấu tạo chuỗi nhỏ nucleotit này, giống phân tữ protit-cấu tạo chuỗi axit amin Chuỗi nucleotit cấu tạo cho phân tử axit phosphoric nucleotic nối với nhóm đường nucleotic khác cạnh Ðó khung đường-phosphat, từ nảy nhánh purin pirimin riêng biệt
Tiếp theo, Levin chứng minh axit nucleic có hai loại đường: đường riboza chứa năm nguyên tư ícarbon thay cho nguyên tử carbon có đường người ta nghiên cứu kỹ lưỡng, đường Dezoxiriboza Riboza nguyên tử carbon Mỗi phân tử axit nucleic có chứa hai loại đường khơng lúc chứa hai loại đường Như ta phân biệt hai loại axit nucleic, axit ribonucleic (ARN) axit Dezoxiribonucleic (ADN) Mỗi loại axit nucleic có purin pirimidin thuộc bốn kiểu khác Trong ADN khơng có Uraxin, mà thành phần có A, G, X T, ARN lại khơng có Timin, mà có A, G, X, U Nhà hóa học người Scotland Alexander Totdơ (sinh năm 1907) sau tổng hợp
nucleotit khác vào năm 40, xác nhận dẫn liệu Levin
Thoạt tiên nhà hóa sinh học khơng thừa nhận ý nghĩa to lớn axit nucleic Tuy biết phân tử protit có gắn với chất phụ khác protit đường, lipit, kim loại hợp chất chứa vitamin v.v , song nhà hóa sinh học coi protit phần chủ yếu phân tử Thậm chí sau phát nucleoprotit thể nhiễm sắc virut, nhà hóa sinh học tin axit nucleic phần thứ yếu phân tử
Vào năm 90 kỷ 19, Kochsen tiến hành quan sát, mà sau người ta hiểu rỏ tất ý nghĩa quan sát
Tinh trùng cấu tạo từ thể nhiễm sắc nằm sát chứa chất hóa học mang đầy đủ thơng tin nhờ dấu hiệu di truyền đời cha di truyền cho đời Nhưng Kochsen phát protit tinh trùng đơn giản nhiều so với protit mơ khác, axit nucleic tinh trùng lại giống axit nucleic mô thể Từ suy thơng tin di truyền phải nằm phân tử không đổi axit nucleic tinh trùng nằm protit đơn giản
(4)Nhưng niềm tin vào phân tử protit chưa bị lung lay kết nghiên cứu năm 30 nói lên điều đơn giản mang thông tin di truyền cấu tạo axit nucleic phân tử nhỏ, gồm có nucleotit
Những nghiên cứu với nòi phế cầu khuẩn Pneumococcus (tác nhân gây bệnh viêm phổi), số nhà bác học thực lãnh đạo nhà vi khuẩn học người Mỹ Oxvandơ Teodo Everi (1877-1955) bước ngoặc đáng kể Nang bao chung quanh tế bào, số nòi vi khuẩn gây bệnh dạng trơn (nịi S), số khác dạng xù xì khơng có nang tế bào (nịi R)
Có lẻ nịi R khơng có khả tổng hợp nang bào Thêm dịch chiết nòi S vào nòi R, nòi biến thành nòi S; thân dịch chiết khơng thể tạo thành nang, có lẻ gây biến đổi nòi R, cho phép vi khuẩn đạt nhiệm vụ Dịch chiết mang thơng tin di truyền cần thiết biến đổi đặc tính vật lý học vi khuẩn Nhưng nhờ phân tích dịch chiết mà phần kỳ diệu thí nghiệm sáng tỏ, dung dịch bao gồm axit nucleic không lẫn với loại protit
Như vậy, trường hợp này, axit nucleic protit chất liệu mang thông tin di truyền Kể từ trở đi, vấn đề rõ axit nucleic sở sở mấu chốt sống Nhưng vào năm 1944 năm lần người ta thực phương pháp sắc ký giấy, giống năm 1859 xuất nguồn gốc lồicó thể gọi năm 1944 cách xác đáng năm kiện vĩ đại sinh học
Kể từ năm 1944, quan niệm axit nucleic thu nhiều lý lẽ có sở nhất, có nghiên cứu nhà virut học Người ta chứng minh virut có vỏ protit bao bọc bên ngồi bên phân tử axit nucleic Năm 1955, nhà hóa sinh học người Mỹ Franken Konrat (sinh năm 1910) tách virut làm hai phần sau nối hai phần lại Phần protit, thân nó, khơng có tính nhiễm trùng nào, phần chết Cịn phần chứa axit nucleic phần sống, gây nhiễm trùng, biểu hoạt tính cao có mặt hợp phần protit
Việc áp dụng chất đồng vị phóng xạ chứng tỏ thể thực khuẩn thâm nhập vào tế bào vi khuẩn phần cấu tạo axit nucleic cịn phần protit lại bên tế bào Axit nucleic thể thực khuẩn vào bên tế bào, tạo thành phân tử axit nucleic giống ( khơng giống axit nucleic tế bào) mà cịn tạo thành phân tử protit đặc trưng cho thể thực khuẩn không đặc trưng cho tế bào Không cịn nghi ngờ phân tử axit nucleic, protit, mang thông tin di truyền
Những phân tử virut mang ADN ARN đồng thời hai loại axit Nhưng tế bào, thấy ADN gen Bởi gen coi đơn vị di truyền, nên ta phải làm hoàn toàn sáng tỏ ý nghĩa ADN
Tiếp theo cơng trình Everi, việc nghiên cứu axit nucleic tiến hành mạnh mẽ Ấn tượng cho axit nucleic phân tử nhỏ hình thành phương pháp tách axit nucleic trước thô sơ, nên tách phân tử axit nucleic làm nhiều đoạn nhỏ Những phương pháp tinh vi chứng minh phân tử axit nucleic lớn phân tử protit lớn
Nhà hóa sinh học ngươiì Mỹ Ecuyn Chragaff (sinh năm 1905) tách phân tử axit nucleic thành nhiều đoạn phân tích phương pháp sắc ký giấy Ðến cuối năm 40, ông
(5)nêu rõ phân tử ADN có số nhóm purin số nhóm pirimidin Cịn nói cụ thể số nhóm adenin (purin) thường số nhóm timin (pirimidin), số nhóm guanin (purin) số nhóm xitoxin (pirimidin)
Ðiều biểu thị sau: A=T, G=X
Nhà vật lý học người Anh Maurix Hiu Frederic Uynkins (sinh năm 1916) áp dụng phương pháp nhiễu xạ tia Rơgen vào nghiên cứu ADN thời kỳ đầu năm 50 Những đồng nghiệp ông trường đại học Tổng hợp Cambridge nhà hóa sinh học Frensis Hari Captain Crick (sinh năm 1916) nhà hóa sinh học người Mỹ Jame Duc Watson (sinh năm 1928) cố gắng xây dựng cấu trúc phân tử cho cấu trúc phân tử giải thích tài liệu Uynkinxs Trước khơng lâu, Pauling đề giả thuyết cấu tạo hình xoắn ốc phân tử protit Crick Watson cho phân tử ADN có cấu tạo theo hình xoắn ốc phù hợp với tài liệu Uynkins
Tuy nhiên họ phải công nhận tồn mạch xoắn ốc kép để chứng minh tài liệu Chargaff Họ hình dung gồm hai khung đường-phosphat xoay quanh trục chung hình thành dạng phân tử hình trụ Các purin pirimidin chìa vào bên theo hướng tâm hình trụ để đảm bảo cho đường kính khơng đổi tồn chiều daiì hình trụ, phân tử purin lớn phải sát với phân tử pirimidin nhỏ, có nghĩa A gần T G gần X, giải thích số liệu Chargaff
Hơn xuất cách giải thích chấp nhận giai đoạn chủ yếu phân bào có tơ, tăng gấp đơi số thể nhiễm sắc, chế gần gũi với vấn đề sinh sản virut tế bào Mỗi phân tử ADN in giống với theo cách sau: hai khung đường,