A. Mục tiêu Kiến thức:
1.3. Cấu trúc không gian của ADN
Năm 1953 J. Watson và F. Crick đa ra mô hình ADN, dựa trên cơ sở phân tích các ảnh nhiễu xạ Rơn gen về cấu trúc tinh thể của phân tử ADN của R. Franklin. Hinh III.3. Cấu trúc đoạn
M. Wilkins và quy luật về thành phần và số lợng các Oligonuclêôtit bazơ nitric của E. Chargaf.
Kết quả nghiên cứu của F. Chargaf cho thấy số lợng các purin = các pirinmidin, đặc biệt là ΣA = ΣT và ΣG = ΣX. Nh vậy:
Σ(A+G) = Σ(T+X) nghĩa là:
Σ(A+G)/ Σ(T+X)=1
Mô hình cấu trúc ADN của Watson và F. Crick (hình III.4 và III.5) gồm những đặc điểm chính sau:
+Phân tử ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch polinucleotit xoắn đều đặn xung quanh một trục chung theo hớng đối xung quanh và theo chiều ngợc kim đồng từ trái
sang phải ( xoắn phải)
+ Các bazơ nitric purin và pirimidin xếp chồng khít lên nhau vuông góc với trục vòng xoắn, mặt phẳng của đờng ở gần phía phải của bazơ nitric.
+ Mỗi vòng xoắn có đờng kính 20Ao, chiều cao 34Ao, gồm 10 cặp nucleotit nghiêng với mặt phẳng vuông góc với trục của vòng xoắn một góc 36O.
+ Hai chuỗi polinucleotit liên kết với nhau bằng liên kết hiđro giữa các cặp bazơ nitric theo nguyên tắc bổ sung, đảm bảo khoảng cách đều đặn giữa hai mạch đơn, A liên kết với T bằng hai liên kết hiđro và G liên kết với X bằng ba liên kết hiđro (xem hình III.6).
Mô hình ADN do J Watson và F. Crick đa ra đã đánh dấu một bớc ngoặt trong lịch sử sinh học, là một trong những phát minh khoa học quan trọng nhất ở thế kỉ 20. Vì vậy , Watson, Crick và Wilkins đã nhận đợc giải thởng Nobel vào năm 1962.
Hình III.4. Cấu trúc xoắn kép của ADN Hình III.5. Mô hình lập thể của ADN
Hình III.6. Các cặp bazơ bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung
Đến nay, ngoài dạng ADN do J. Watson và F. Crick nêu ra đợc gọi là dạng B, ngời ta còn phát hiện ra một số dạng xoắn kép khác nh: A, C, Z. Nhng dạng B vẫn là dạng phổ biến trong điều kiện sinh lí tế bào. Một số đặc điểm của các dạng cấu trúc ADN đợc thể hiện ở bảng III.1 và hình III.7.
Tính chất đa dạng về mặt cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN liên quan với chức năng sinh học và những điều kiện nhất định. Dạng B thuận lợi cho quá trình tự nhân đôi của ADN, dạng A thuận lợi cho quá trình tổng hợp ARN. Dạng C thích hợp cho sự thu xếp cấu trúc ADN trong Cromatit. Dạng Z có mặt trong những đoạn ADN có liên tiếp nhiều cặp G - X, nó có vai trò điều hòa tác dụng của các gen.
Ngoài các dạng nêu trên, ADN còn có cấu trúc dạng vòng kép (ở vi rút, vi khuẩn , một số bào quan ở sinh vật nhân chuẩn), hay vòng đơn và dạng sợi thẳng đơn (ở vi rút).
Hình III.7. Mô hình các dạng ADN khác nhau
ADN có chiều dài gấp nhiều dài của protein, ví dụ ADN của virut SV 40 có chiều dài là 17.000Ao, gấp 5 lần chiều dài phân tử colagen là protein có chiều dài lớn nhất 3000AO. NST của ngời có chuỗi polinucleotit dài hơn 8cm. Nhìn chung chiều dài của ADN của bộ gen ở sinh vật nhân sơ (procaryote) và nhân chuẩn dài gấp hàng nghìn lần chiều dài của tế bào mang nó. Sở dĩ chiều dài ADN vẫn bó gọn trong nhân hay tế bào là nhờ những bậc cấu trúc bậc cao hơn của nó trong tổ hợp với protein liên quan với NSTsẽ đợc đề cập ở phần sau.
2. ARN.
ARN là hợp chất trùng hợp (polymer) của các ribonucleotit. Thành phần cấu tạo của ribonucleotit gồm: đờng ribozơ (C5H10O5) vì vậy đơn phân cấu tạo ARN đợc gọi ribonucleotit, axit photphỏic và một trong 4 loại bazơ nitơ uraxin: A, G, X và U (uraxin) thay cho timin (T) ở ADN.
ARN có cấu tạo là một chuỗi poliribonucleotit, trừ một số virut có cấu tạo 2 chuỗi. Cấu trúc phân tử ARN đợc đảm bảo do các mức cấu trúc bậc 1,2,3. ARN có cấu trúc một chuỗi poliribonucleotit, thờng cuộn lại thành vòng xoắn không lớn, các cặp bazơ nitơ hình thành theo nguyên tắc bổ sung A liên kết với U và G liên kết với X.