CHƯƠNG 3. CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
3.1. Protein và các kỹ thuật phân loại Protein
3.1.1. Thuyết trung tâm của sinh học phân tử
Nhiễm sắc thể (chromosomes) là các đại phân tử DNA chứa rất nhiều gene, các vật chất cơ bản và các đơn vị mang chức năng di truyền. Một gene là một chuỗi gồm nhiều nucleotide, gene mang thông tin quy định cấu
trúc củ ỉ có khoả
. ,
những chức
ứ . Khái niệm về phiên mã DNA thành RNA
và dịch mã thành Protein đƣợc phân tử.
Hình 3.1. Thuyết trung tâm của sinh học phân tử 3.1.1.1 DNA (DesoxyriboNucleic Acid)
Phân tử m hai mạch đơn, ạch
đơn là một chuỗi nucleotide. ,
(adenine - A, cytosine - C, guanine – G và thymine - T). Hai mạ
ữ ạch.
ạ ự ị . ạch
đơn của hai chuỗi xoắn kép là ngƣợc nhau, ạ
.
48
Hình 3.2. Cấu trúc DNA
3.1.1.2 RNA (RiboNucleic Acid)
Axít ribonucleic (viết tắt ARN hay RNA) là một trong hai loại axít nucleic, là cơ sở di truyền ở cấp độ phân tử. Ở một số loài mà không có ADN (nhƣ một số loại virút), thì ARN đóng vai trò là vật chất di truyền. Nó khác với ADN ở chỗ có dạng mạch đơn hoặc mạch vòng, chứa đường ribose thay vì deoxyribose và uracil thay cho thymine.
Về vai trò tham gia các quá trình phiên mã và dịch mã thông tin di truyền, ARN đƣợc chia làm ba loại chính:
ARN thông tin (kí hiệu: mARN, viết tắt từ messengerARN): gồm một sợi Polynucleotit dạng thẳng, có từ 600 đến 1500 đơn phân gọi là ribonucleotit (Rinu). Sao chép đúng mạch mẫu của gen quy đinh cấu trúc.
Có chức năng sao chép thông tin di truyền từ gen cấu trúc đem đến Riboxom là nơi tổng hợp protein.
ARN vận chuyển (kí hiệu: tARN, viết tắt từ transportARN): là một mạch Polynucleotit có từ 80 đến 100 ribonucleotit tự xoắn nhƣ hình chạc ba nên một số đoạn có nguyên tắc bổ sung A-U; G-X. Có những đoạn không
49
có nguyên tắc bổ sung, những đoạn này tạo thành các thùy tròn. Một trong các thùy tròn mang bộ ba đối mã. Một sợi mút của sợi ARN 3' gắn với một acid amin và đầu mút tự do 5'. Mỗi tARN chỉ vận chuyển một loại acid amin ứng với bộ ba đối mã mà mang. Các acid amin sẽ đƣợc vận chuyển đến riboxom để tổng hợp protein.
ARN riboxom (kí hiệu: rARN, viết tắt từ ribosomalARN): gồm một mạch dạng xoắn tương tự tARN.
Ngoài ra, một số ARN có vai trò điều khiển hoạt động gien hoặc có chức năng tham gia các quá trình phát triển, biệt hoá tế bào nhƣ RNAi (interfering RNA) hay microARN.
3.1.1.3 Protein
Protein là một hợp chất đại phân tử đƣợc tạo thành từ rất nhiều các đơn phân là các axit amin. Axit amin đƣợc cấu tạo bởi ba thành phần: một là nhóm amin (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính chất của axit amin. Người ta đã phát hiện ra được tất cả 20 axit amin trong thành phần của tất cả các loại protein khác nhau trong cơ thể sống.
Người ta phân biệt ra 4 bậc cấu trúc của protein.
Cấu trúc bậc một: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm carboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng nhƣ vai trò
50
của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.
Cấu trúc bậc hai: là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, đƣợc cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau. Các protein sợi nhƣ keratin, collagen... (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn.
Cấu trúc bậc ba: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trƣng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm -R của cysteine có khả năng tạo cầu disulfur (-S-S-), nhóm -R của proline cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử... Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu.
Cấu trúc bậc bốn: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu nhƣ liên kết hyđro.