V. AXIT NUCLấIC 1 Phõn loại axit nucleic
56 Erwin Chargaff phỏt hiện ra nguyờn tắc bụ̉ sung đầu tiờn vào năm 1950 Khi thủy phõn ADN, Chargaff đó luụn nhận được hàm lượng purine bằng hàm lượng pyrimidine; núi cỏch khỏc, luụn
2.2. Cấu trỳc khụng gian của ARN
a. mARN
Phõn tử mARN cú cấu trỳc một mạch đơn là bản phiờn mó trỡnh tự của gen (thực tế cú trỡnh tự giống với mạch mang nghĩa trờn phõn tử ADN mó húa cho chuỗi polypeptide tương ứng). Loại ARN này chiếm khoảng 2 - 5 % tổng lượng ARN của tế bào.
Ở sinh vật nhõn sơ, phần lớn mARN là bản sao nguyờn vẹn trỡnh tự nucleotide được hỡnh thành sau quỏ trỡnh phiờn mó từ phõn tử ADN, đồng thời được sử dụng ngay làm khuụn để dịch mó tổng hợp protein.
Ở sinh vật nhõn thật, hầu hết cỏc phõn tử mARN được hỡnh thành sau phiờn mó cũn phải trải qua một giai đoạn hoàn thiện (cũn gọi là sự chế biến ARN) trong nhõn tế bào. Quỏ trỡnh hoàn thiện mARN gồm 3 sự kiện cơ bản:
+ Lắp “mũ” 7mG (7-methylguanidine triphosphate) vào đầu 5’ tận cựng của phõn tử mARN tiền thõn (tiền-mARN);
+ Cắt bỏ cỏc đoạn trỡnh tự khụng mó hoỏ (intron) và ghộp nối cỏc đoạn trỡnh tự mó hoỏ (exon) với nhau;
+ Lắp ghộp vào phần đuụi phõn tử mARN bằng trỡnh tự polyA (trỡnh tự chứa từ vài chục đến hàng trăm adenine liờn tiếp).
Sản phẩm hỡnh thành sau quỏ trỡnh hoàn thiện này là phõn tử mARN hoàn chỉnh, sẵn sàng cho quỏ trỡnh dịch mó (tổng hợp protein) diễn ra ở tế bào chất. Kớch thước của sợi mARN thường dài từ 900 đến 1200 ribonucleotide, khối lượng trung bỡnh khoảng từ 3x105 đến 4x106Dal với hệ số lắng dao động trong khoảng từ 6S đến 25S.
Ở sinh vật nhõn thật, phần lớn cỏc phõn tử mARN được tổng hợp từ trong nhõn tế bào, chỉ trừ một số ớt được tổng hợp từ cỏc gen trong ti thể và lạp thể. (Hỡnh 42 a)
b. tARN :
Hàm lượng ARN vận chuyển (tARN) trong tế bào chiếm khoảng 10 - 15% tổng lượng ARN. Phõn tử tARN thường là một mạch polynucleotide ngắn, chứa từ 75 đến 95 ribonucleotide, khối lượng phõn tử khoảng 23 - 30 kDa58, hệ số lắng là 4S.
Cấu trỳc tARN điển hỡnh gồm 1 mạch polynucleotide cuộn xoắn dạng lỏ phõn thựy (Hỡnh 42b), trong đú cú một vài đoạn xoắn kộp do cỏc ribonuclotide liờn kết bổ sung theo nguyờn tắc Chargaff. Trong cấu trỳc này, tARN cú một thuỳ tiếp nhận axit amin cú đầu tận cựng luụn là trỡnh tự CCA. Thuỳ đối mó mang bộ ba đối mó phự hợp với mó bộ ba trờn phõn tử mARN làm mạch khuụn trong quỏ trỡnh dịch mó. Ngoài ra cũn cú 1 hoặc 2 thuỳ phụ tựy vào từng loại tARN. Tuy đến nay vai trũ của cỏc thuỳ phụ chưa rừ, nhưng dường như chỳng cú vai trũ làm tăng tớnh ổn định của cỏc phõn tử tARN.
Mỗi loại tARN cú vai trũ vận chuyển một loại axit amin duy nhất. Nhưng một axit amin cú thể được vận chuyển bởi nhiều loại tARN khỏc nhau. Đến nay, đó cú trờn 300 loại phõn tử tARN khỏc nhau được xỏc định giữ vai trũ vận chuyển 20 loại axit amin cơ bản. Mặc dự cỏc phõn tử tARN cú thể khỏc nhau đụi chỳt về số lượng cỏc ribonucleotide, nhưng chỳng cú một số đặc điểm cấu hỡnh chung. Theo đú, cỏc phõn tử tARN đều là cỏc chuỗi polynucleotide mạch đơn, tự cuộn xoắn bởi cỏc liờn kết hydro hỡnh thành giữa cỏc nuleotide bờn trong sợi kể từ đầu 5’, đồng thời cú một số đặc điểm:
+ Cú một nhúm monophosphate ở đầu 5’;
+ Một cấu trỳc thựy DHU (cũn gọi tắt là thựy DHU) mang bazơ nitơ hiếm gặp dihydrouridin (DHU);
+ Một cấu trỳc thựy mang bộ ba đối mó, giỳp “dịch” mó bộ ba trờn mARN được gọi là “thựy đối mó”;
+Một cấu trỳc thựy bất định, thường cú số nucleotide rất khỏc nhau (từ 3 đến 21 nucleotide) ở cỏc loại phõn tử tARN khỏc nhau;
+Cấu trỳc thựy TΨC mang bazơ nitơ hiếm gặp pseudouridin (kớ hiệu Ψ, hoặc ΨU);
+ Phần thõn của thựy nhận axit amin thường gồm 7 cặp bazơ nitơ liờn kết bổ sung, trong đú cú thể cú một cặp liờn kết bất thường giữa G và U;
+ Một trỡnh tự gồm 3 nucleotide tận cựng đầu 3’ luụn là CCA tỡm thấy ở tất cả cỏc loại tARN, trong đú nhúm –OH của A tại đầu 3’ tận cựng chớnh là vị trớ gắn axit amin nhờ hoạt động xỳc tỏc của enzym aminoacyl-tARN synthetase. Enzym này giỳp lắp ghộp chớnh xỏc từng loại axit amin vào phõn tử tARN tương ứng vận chuyển nú. Phức hợp tARN sau khi lắp ghộp với axit amin được gọi là aminoacyl-tARN (viết tắt là AA-tARN).
c. rARN:
ARN ribosome (Hỡnh 42c) chiếm khoảng 80% tổng lượng ARN trong tế bào. rARN thường cú cấu trỳc dạng mạch đơn polyribonuleotide với nhiều khỳc cuộn, chứa từ dưới 100 đến 1500 ribonucleotide. Cỏc rARN kết hợp với một số phõn tử protein đặc biệt tạo thành cỏc ribosome. Ribosome cú cấu tạo gồm hai tiểu phần, gọi là tiểu phần nhỏ và tiểu phần lớn. Trong quỏ trỡnh dịch mó hai tiểu phần của ribụxụm kết hợp với nhau tạo thành phức hệ ribosome hoàn chỉnh cú hoạt tớnh dịch mó. Khi kết thỳc dịch mó, hai tiểu phần lại tỏch nhau ra và tồn tại riờng rẽ, lỳc này chỳng khụng cú hoạt tớnh dịch mó. Ở sinh vật nhõn thật, ribosome ở tế bào chất cú hệ số lắng là 80S(59). Trong đú, tiểu phần nhỏ cú hệ số lắng là 40S được cấu tạo từ một phõn tử rARN 18S và khoảng 35 phõn tử protein cấu trỳc; cũn tiểu phần lớn cú hệ số lắng là 60S được cấu tạo từ 3 phõn tử rARN với hệ số lắng là 5S, 5,8S và 28S kết hợp với khoảng 50 phõn tử protein cấu trỳc. Như vậy, sinh vật nhõn thật cú 4 loại rARN. ở sinh vật nhõn sơ, ribosome cú hệ số lắng là 70S, cũng gồm hai tiểu phần. Tiểu phần nhỏ cú hệ số lắng là 30S được cấu tạo từ một phõn tử rARN 16S và 21 phõn tử protein cấu trỳc; tiểu phần lớn cú hệ số lắng là 50S gồm hai phõn tử rARN cú hệ số lắng là 5S và 23S kết hợp với 31 phõn tử protein cấu trỳc. Như vậy, sinh vật nhõn sơ cú 3 loại rARN.
d) Cỏc loại ARN khỏc
59 S – hằng số lắng đọng Svedberg. S được dựng để kớ hiệu cho tố độ lắng của cỏc vật thể nhỏ trong dịch nghiền khi ly tõm siờu tốc.Tốc độ quay của mỏy ly tõm siờu tốc quay hàng nghỡn vũng /giõy,mạnh hơn sức nghiền khi ly tõm siờu tốc.Tốc độ quay của mỏy ly tõm siờu tốc quay hàng nghỡn vũng /giõy,mạnh hơn sức hỳt hàng trăm nghỡn lần sức hỳt của trỏi đất, do đú cỏc vi bào quan lơ lửng trong dịch dựng của ống li tõm sẽ bị lắng xuống đỏy ống.Tốc độ lắng sẽ phụ thuộc vào hệ số lắng của cỏc bào quan. 1 S= 10-13 giõy
Trong tế bào sinh vật nhõn thật, cũn cú một số ARN cú kớch thước nhỏ chỉ chứa khoảng 90 - 300 ribonucleotide được gọi là cỏc snARN (small nuclear RNA). Cỏc phõn tử snARN khụng tham gia vào quỏ trỡnh phiờn mó, mà thay vào đú, nú kết hợp với một số protein đặc thự để tạo nờn phức hợp tham gia vào việc cắt cỏc intron và nối cỏc exon trong quỏ trỡnh hoàn thiện phõn tử mARN, phức hợp này được gọi là phức hệ cắt intron (spliceosome).
Ngoài snARN, một số loại ARN kớch thước nhỏ cú hoạt tớnh giống enzym gọi là ribozyme. Ribozyme thực chất là cỏc phõn tử ARN kớch thước nhỏ (thường chỉ chứa khoảng 40 - 50 ribonucleotide), cú trỡnh tự đặc hiệu và cú khả năng xỳc tỏc việc cắt cỏc phõn tử ARN ở một số vị trớ nhất định. Ngoài ra, trong tế bào cũn cú một số loại ARN khỏc như SRP ARN (signal recognition particle RNA, cũn gọi là ARN nhận biết tớn hiệu), snoARN (small nucleolar RNA, cũn gọi là ARN hạch nhõn), cỏc ARN tham gia điều hũa hoạt động của gen (siARN và miARN).
Hỡnh 42a: mARN Hỡnh 42b: tARN
Hỡnh 42c. rARN (riboxom)
Hỡnh 42. Mụ hỡnh cấu trỳc cỏc loại ARN
3. Tớnh chất đặc trưng của axit nucleic
3.1. ADN
* Số lượng, thành phần và trỡnh tự nucleotit deoxy riboza trờn mỗi mạch đơn. * Tỷ lệ A+T/ G+X. (đặc trưng cho sự bền vững với nhiệt của ADN, hai phõn tử ADN cú chiều dài bằng nhau, nếu phõn tử nào cú tỷ số trờn lớn thỡ phõn từ đú cú số liờn kết hidro ớt hơn và kộm bền với nhiệt hơn)
* Sự phõn bố gen và cỏch mó hoỏ thụng tin di truyền trờn phõn tử ADN (lượng TTDT)
* Số lượng, thành phần và trỡnh tự ribụnucleotit trong cấu trỳc phõn tử * Cấu trỳc khụng gian của nú