Bài giảng Hóa Sinh - Chương VI: Axit nucleic

6.1.Thành phần cấu tạo axit nucleic 6.2. Cấu tạo ADN 6.3. Cấu tạo ARN6.4. Vai trò sinh học của ADN và ARN CHƯƠNG VIAXIT NUCLEIC Gen là gì ?Thế nào là thông tin di truyền ?Các mức độ cấu trúc BỘ NST CỦA NGƯỜINhiễm sắc thể Chrom. Genes Bases 1 2968 245,203,898 2 2288 243,315,0283 2032 199,411,731 4 1297 191,610,5235 1643 180,967,2956 1963 170,740,5417 1443 158,431,2998 1127 145,908,7389 1299 134,505,81910 1440 135,480,87411 2093 134,978,78412 1652 133,464,43413 748 114,151,65614 1098 105,311,21615 1122 100,114,05516 1098 89,995,99917 1576 81,691,216NST rất dài, chứa sợi ADN, gồm nhiều gen, chứa các nucleotit. Chrom. Genes Bases 18 766 77,753,51019 1454 63,790,86020 927 63,644,86821 303 46,976,53722 288 49,476,972X 1184 152,634,166Y 231 50,961,097ố lượng NST ở các loàiSpecies# of chromosomesRuồi quả (Fruit Fly)8Người (Human)46Lúa mạch Rye (Roggen)14Vượn người (Ape)48Lợn Guinea (Guinea Pig)16Cừu (Sheep)54Chim bồ câu Dove (Taube)16Ngựa (Horse )64Ốc sên edible snail24Gà (Chicken)78Giun đất (Earthworm)32Cá chép Carp (Karpfen)104Lợn (Pig)40Con bướm (Butterflies)~380Cây lúa mỳ (Wheat)42Cây dương xỉ Fern (Farn)~1200Axit nucleic thực hiện các chức năng quan trọng: lưu giữ và truyền thông tin di truyền thông qua con đường kiểm tra quá trình tổng hợp protit. Axit nucleic là những polyme cao phân tử, được tạo thành từ một lượng lớn các nucleotit. Axit nucleic tham gia cấu tạo enzym và quyết định hoạt tính của chúng, ngoài ra còn tham gia quá trình tích luỹ, vận chuyển và biến đổi năng lượng ( ATP và ADP ). 6.1. THÀNH PHẦN CẤU TẠO AXIT NUCLEICMỗi nucleotit tham gia trong thành phần cấu tạo axit nucleic bao gồm 3 hợp chất : bazơ nitơ, đường đơn pentoza và gốc axit photphoric. Có 2 loại đường pentoza tham gia cấu tạo axit nucleic là riboza và đezoxyriboza. Tuỳ vào loại đường tham gia cấu tạo mà axit nucleic gồm 2 loại : axit đezoxyribonucleic ( ADN) và axit ribonucleic ( ARN). Do có sự khác biệt trong cấu trúc mà vai trò sinh học của ADN và ARN cũng khác nhau về cơ bản.CẤU TẠO NUCLEOTICBAZO NITOĐƯỜNG RIBOZANHÓM PHOTPHAT1’2’3’4’5’Trong thành phần nucleotit có 5 loại bazơ nitơ . Hai trong số đó là adenin và guanin- tham gia cấu tạo trong tất cả các axit nucleic và là dẫn xuất của chất dị vòng purin, do vậy chúng được gọi là bazơ purin.Ba loại bazơ nitơ : uraxin, timin và xitozin- có thể được xem như dẫn xuất của pirimidin là chất dị vòng có chứa 2 nguyên tử nitơ trong vòng cacbon.Tất cả các bazơ nitơ này được gọi là bazơ pirimidinCác loại bazơ nitơXitozin có ở cả ADN và ARN, timin chỉ có ở ADN, còn Uraxin chỉ có ở ARN. Trong phân tử axit nucleic có một số các bazơ purin và bazơ pirimidin khác. Chúng có mặt nhiều trong các ARN vận chuyển.Khi bazơ purin và bazơ pirimidin liên kết với đường riboza hoặc đezoxyriboza sẽ tạo ra nucleozit. Kết quả của quá trình liên kết gốc axit photphoric với gốc hydroxyl của đường pentoza sẽ tạo thành nucleotit. Nucleotit có thể xem như nucleozit bị photphorin hoá.Nucleozit = Basơ + ĐườngNucleotid = Basơ + Đường + Photphat 6.2. CẤU TẠO ADNCấu trúc bậc nhất của ADN là chuỗi các nucleotit liên kết với nhau. Liên kết giữa chúng được thực hiện qua gốc axit photphoric.Tỷ lệ xác định giữa các nucleotit tham gia vào cấu tạo sẽ xác định đặc thù của ADN. Trong phân tử ADN số lượng các nucleotit pirimidin bằng số lượng các nucleotit purin. Theo đó lượng A=T và G=X. Phân tử ADN có lượng nucleotit rất lớn (2.109). Mỗi loại ADN đều có thành phần nucleotit đặc trưng. Tất cả các tế bào xoma của cơ thể đều có thành phần nucleotit ổn định qua các giai đoạn phát triển khác nhau. CẤU TẠO ADNCẤU TẠO ADN CẤU TẠO ADNChuỗi xoắn kép ADNBA DẠNG XOẮN CỦA ADNMô hình cấu trúc của phân tử ADN được Oatson và Cric đưa ra năm 1953. Theo mô hình này, phân tử ADN gồm 2 mạch đơn polynucleotit xoắn quanh một trục. Các bazơ nitơ nằm ở phía trong của chuỗi xoắn, còn phân tử đường và axit photphoric nằm ở phía ngoài. Các bazơ nitơ được sắp xếp theo từng cặp và giữa chúng có các liên kết hydro, nhờ số lượng các liên kết hydro khá lớn nên cấu trúc của phân tử ADN tương đối bền vững.Các bazơ nitơ của 2 mạch đơn được sắp xếp theo nguyên tắc bổ sung : Adenin liên kết với Timin còn Guanin liên kết với Xitozin. Watson & Crick đã phát hiện ra mô hình xoắn kép của ADN năm 1953Trong tế bào, ADN còn có cấu trúc bậc 3, nhờ đó phân tử ADN được co lại nằm trong cấu trúc điển hình gọi là các nhiễm sắc thể. Hầu như lượng ADN của tế bào đều tập trung ở nhân. ADN có trọng lượng phân tử lớn ( 107- 1010). Cấu trúc ChromosomeFigure 3.14 6.2. CẤU TẠO ARNCấu trúc bậc nhất của ARN cũng là mạch nucleotit (ribonucleotit) liên kết với nhau qua gốc axit photphoric. Tham gia vào thành phần cấu tạo ARN là đường riboza. Các dạng khác nhau của ARN được phân biệt bởi bộ nucleotit, số lượng và trật tự sắp xếp chúng trong phân tử. Cấu trúc bậc 2 của ARN thuộc vào dạng ARN và trạng thái chức năng của tế bào. Phân tử ARN có cấu trúc mạch đơn với các đoạn xoắn và đoạn gấp nếp nhờ các liên kết hydro bên trong mạch. Một số loại ARN có hình dạng nhất định như ARN vận chuyển, ARN ribosom. Hàm lượng ARN trong tế bào không giống nhau, phụ thuộc vào cường độ tổng hợp protit, song không nhỏ hơn 5-10% khối lượng chung của tế bào.Phân tử ARN không có thành phần cấu tạo ổn định, trong tế bào có các ARN thực hiện chức năng riêng biệt. Có 3 loại ARN chính : ARN thông tin, ARN vận chuyển và ARN ribosom. Các ARN khác nhau bởi thành phần các nucleotit, trọng lượng phân tử và chức năng.ARN thông tin có dạng sợi dài, thường gặp trong nhân và bào tương.ARN vận chuyển có hình dạng khác nhau, song đều giống hình lá thông.ARN ribosom chiếm khối lượng lớn nhất ( 80-90% ), chúng tham gia vào quá trình tổng hợp protit. RibosomCấu trúc Ribosom ARN vận chuyển 6.2. VAI TRÒ SINH HỌC CỦA ADN VÀ ARNADN giữ vai trò sinh học nền tảng trong cơ thể sống. Tất cả các thông tin di truyền của tế bào và cơ thể dưới dạng mã hoá đều tập trung trong các gen của nhiễm sắc thể nằm trong tế bào. Thông tin di truyền được truyền đi dưới dạng mã hoá mà nền tảng của nó là bộ 3 nucleotit. Các đoạn ADN riêng biệt mã hoá tính chất của protit có thành phần và chức năng khác nhau. Vì vậy, thành phần, số lượng của nó tương đối ổn định trong các tế bào khác nhau của cơ thể.Hoạt động chức năng của ARN liên quan đến ADN, vai trò của ARN trong tế bào là kiểm soát quá trình tổng hợp protit theo chương trình đã được sắp đặt trong ADN. Mỗi một dạng ARN thực hiện một chức năng riêng biệt trong quá trình tổng hợp protit. ARN thông tin được tạo thành trên khuôn mẫu của ADN, quy định trình tự sắp xếp các axit amin. ARN vận chuyển có nhiệm vụ vận chuyển các axit amin đến ARN thông tin, ARN ribosom là nơi diễn ra quá trình tổng hợp chuỗi polypeptit. Từ gen đến Protein	ADNmRNAProteinGenAND-ARN-ProtitChromosomes: interphase versus metaphaseChromosome PackagingTự nhân đôi AND và gián phân (Nhân đôi thành 4n(Phân chia cho các tế bào con là 2n)Tự nhân đôi AND và giảm phân Normal Body Cell (2n Chromosomes)Replicate the DNA (4n Chromosomes)Split the DNA into two Daughter Cells (2n Chromosomes in each cell)Looks like Mitosis so far. Immediately split the cells (and the DNA) again into two sets of Daughter Cells (1n Chromosomes in each cell) Quá trình giảm phân