IV. SỰ PHÂN LOẠI SINH GIỚ
1. thành phần hoá học của tế bào
6.3. Phân loại axit nucleic
6.3.1. Axit đezoxiribonucleic (ADN)
ADN là poliđezoxiribonucleozit monophotphat, đơn vị
cấu tạo cơ sở của ADN là đezoxiribonucleozit monophotphat đ (NMP). Cấu tử pentoz của ADN là đezoxiriboz. ADN có chứa 4 loại baz nitơ : A, T, G, X (không có U). Sacgap đã phát hiện đ−ợc đặc điểm về số l−ợng của các loại baz nitơ trong phân tử ADN là : tổng số các gốc A bằng tổng số các gốc T (ΣA = ΣT) và tổng số các gốc G bằng tổng số các gốc X (ΣG = ΣX).
Từ đó có thể thấy : tổng số baz purin (A+G) = tổng số baz pirimiđin (T+X). Nh− vậy sự sai khác về thành phần nucleotit giữa các ADN khác nhau là tỉ lệ Σ(A+T) / Σ(G+X), th−ờng kí hiệu A+T / G+X hoặc A/G.
Cấu trúc xoắn kép của ADN. Oatxơn (James Watxon, ng−ời Mỹ) và Cric (Francis Crick, ng−ời Anh) đã nghiên cứu, phân tích các ảnh nhiễu xạ rơnghen do Franclin (Rosalind Franklin) và Uynkin
(Maurice Wilkins) thu đ−ợc khi nghiên cứu tinh thể ADN, và dựa vào các kết quả khác nh− thành phần baz nitơ của ADN v.v., năm 1953 đã đề ra mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN. Thành tựu này mở ra một b−ớc ngoặt mới trong lịch sử sinh học, dẫn đến những hiểu biết về cơ chế phân tử hoạt động biểu hiện gen. Oatxơn
và Cric đã đ−ợc nhận giải th−ởng Nobel vào năm 1962. Theo mô hình này, cấu trúc xoắn kép của ADN có những đặc điểm chính sau:
- Hai chuỗi polinucleotit với cực trái ng−ợc nhau xoắn gần nh− song song xung quanh một trục chung t−ơng tự một cầu thang xoắn ốc.
- Các gốc baz quay vào phía trong của xoắn còn các gốc photphat và đezoxiriboz quay ra ngoàị Các mặt phẳng của các gốc baz (đ−ợc hình dung nh− các bậc cầu thang) vuông góc với trục xoắn, các mặt phẳng của các gốc đ−ờng gần nh− ở bên phải của các gốc baz.
- Chiều cao của mỗi vòng xoắn là 34Å, gồm 10 bậc thang nghĩa là mỗi vòng xoắn bao gồm 10 nucleotit trên mỗi chuỗị Hai gốc baz kề nhau trên 1 chuỗi, cách nhau 3,4Å trên trục xoắn và lệch nhau 1 góc 36°. Đ−ờng kính của xoắn (chiều ngang bậc thang) khoảng 20Å.
- Hai chuỗi polinucleotit của ADN gắn với nhau qua các liên kết hiđro hình thành giữa các cặp baz ở vị trí đối diện nhau theo nguyên tắc bổ xung cặp đôi nghiêm ngặt : A luôn luôn liên kết với T, G luôn luôn liên kết với X. Số liên kết hiđro hình thành giữa A và T là 2, còn giữa G và X là 3.
Các baz của 2 chuỗi ở vị trí đối diện nhau luôn thoả mãn điều kiện để tạo thành liên kết hiđro đã nêu : A ở vị trí đối diện với T, G đối diện với X. Do đó, biết đ−ợc trật tự sắp xếp của các nucleotit (các baz) trên 1 chuỗi có thể thiết lập chính xác trật tự sắp xếp của các nucleotit trên chuỗi kiạ Trật tự chính xác của các baz (các nucleotit) trên chuỗi polinucleotit là yếu tố mang thông tin di truyền.
Cơ chế tái bản ADN theo Okazaki
Quá trình tự nhân đôi của ADN diễn ra trong nhân tế bào, tại các NST, ở kỳ trung gian giữa 2 lần phân bào, lúc NST còn ở dạng sợi ch−a xoắn.
- Hệ enzym tái bản ADN.
* ADN - polimerase I: Có chức năng sửa chữa ADN.
* ADN - polimerase II: loại enzym này có chức năng xác định sự bắt đầu tổng hợp một phân đoạn mới ADN và kết thúc sự tổng hợp ADN.
* ADN - polimerase III: lắp giáp các nucleotit để tao thành sợi mới theo nguyên tắc bổ xung với sợi ADN khuôn.
* ADN helicase: bẻ gẫy liên kết hiđro và giải phóng các mạch đơn tạo thành các chạc chữ Ỵ
* Enzym nối: ADN ligase, nối các đoạn ADN ngắn để tạo thành các sợi ADN hoàn chỉnh.
* ADN gyrase: tham gia vào chức năng nới lỏng xoắn thứ cấp của đoạn ADN. *ARN polimerase: tổng hợp mồị
* Protein ADN – B: nhận biết điểm khởi đầu sao chép.
* ProteinADN – SSB: bám trên các sợi đơn để giữ sợi đơn luôn ở tình trạng duỗi xoắn khi quá trình tổng hợp ch−a bắt đầụ
- Diễn biến:
Quá trình tái bản ADN bắt đầu khi proteinADN B nhận ra điểm khởi đầu sao chép, tiếp đó enzyme ADN – gyrase bám vào ADN ở vị trí khởi đầu sao chép và làm tháo xoắn ở hai phía của Protein ADN – B trong khi hai phân tử ADN - gyrase chuyển động ng−ợc chiều nhau thì hai phân tử ADN helicase bám vào và làm đứt gẫy các liên kết hiđro giải phóng các chuỗi đôi tạo thành chạc chữ Y (chạc tái bản)
* Giai đoạn khởi đầu tái bản bằng ARN mồi:
Quá trình tái bản ADN chỉ diễn ra khi có các yếu tố mồi, các yếu tố mồi này có chức năng khởi động sự sao chép ADN.
ở Ẹ coli yếu tố mồi đó chính là 1 dạng ARN do ARN- ase điều khiển tổng hợp, đoạn ARN này dài khoảng 10 ribonuclotit và trình tự các ribonu ở đoạn mồi bổ xung với trình tự các nucleotit ở đầu 3’ của sợi khuôn.
* Giai đoạn kéo dài
Sau khi đoạn mồi đ−ợc tổng hợp, enzyme ADN-aseIII tổng hợp mạch bổ xung từ đầu 3’OH tự do của mồị
Sự lắp giap các nucleotit của mạch mới theo nguyên tắc bổ xung với các nucleotit mạch khuôn do sự tổng hợp mạch mới bao giờ cũng diễn ra theo chiều từ 5’ đến 3’ do vậy các mạch mới đ−ợc tổng hợp không giống nhaụ
Cụ thể: một mạch đ−ợc tổng hợp liên tục cùng chiều với trạc chữ Ỵ Một mạch mới đ−ợc tổng hợp không liên tục ng−ợc chiều với trạc chữ Ỵ
* Giai đoạn loại bỏ đoạn mồi và hoàn chỉnh
Sợi tổng hợp liên tục gọi là sợi dẫn đầu, sợi tổng hợp không liên tục gọi là sợi theo saụ
Sau khi sợi theo sau đ−ợc hoàn thành, đoạn mồi đ−ợc loại bỏ bởi ADN-ase, giữa hai phân đoạn okazaki gần nhau tồn tại những khe hở, khe hở này đ−ợc lấp kín bởi enzyme ADN ligasẹ
Vai trò của ADN:
- ADN là cấu trúc mang thông tin di truyền đặc tr−ng cho mỗi loàị Các thông tin này quy định cấu trúc của các loại protein trong tế bào và do đó quy định tính trạng và đặc tính của cơ thể.
- Nhờ khả năng tự sao, ADN truyền đạt các thông tin di truyền từ tế bào này sang tế khác, từ thế hệ này sang thế hệ khác.
- Mỗi đoạn của phân tử ADN mang thông tin quy định cấu trúc của một loại protein đ−ợc gọi là gen cấu trúc.
- ADN có tính đặc tr−ng, nh−ng cũng rất đa dạng. Điều đó giải thích đ−ợc sự t−ơng đối ổn định của sinh giới và giả thích đ−ợc tính đa dạng của vốn gen trong tự nhiên.
- ADN có khả năng sao mã nên nó có khả năng điều chỉnh quá trình tổng hợp protein.
- ADN có thể bị thay đổi cấu trúc, làm phát sinh đột biến gen, tạo nguồn nguyên liệu trong quá trình tiến hóa và chọn giống.