Giáo trình Hóa Sinh học - Chương 4 Nucleic acid

c thể của sinh vật eukaryote ở dạng 
thẳng, còn ở phần lớn tế bào prokaryote (vi khuẩn) phân tử DNA có dạng vòng. 
Dù ở dạng nào thì các phân tử DNA đều tồn tại dưới dạng cuộn chặt. Trong tế 
bào eukaryote, DNA kết hợp chặt chẽ với các protein là histone. 
 86 
Các baseTrục đường-phosphate
. 
Thymine (T)
Adenine (A) 
Cytosine (C) 
 DNA nucleotide 
Phosphate
Đường (deoxyribose)
Guanine (G)
Hình 4.9. Cấu trúc của các nucleotide điển hình. 
DNA của eukaryote có kích thước rất lớn (ví dụ DNA ở người có thể 
dài đến 1 m) nên câu hỏi đặt ra là phân tử này phải được nén như thế nào 
vào thể tích rất hạn chế của nhân. Việc nén được thực hiện ở nhiều mức 
độ, mức độ thấp nhất là nucleosome và mức độ cao nhất là cấu trúc nhiễm 
sắc chất. Thật vậy, đường kính của chuỗi xoắn DNA chỉ là 20
o
, trong khi 
sợi nhiễm sắc chất quan sát dưới kính hiển vi điện tử có đường kính 
100
o
A , đôi khi đạt 300
o
. Điều này chứng tỏ phân tử DNA tham gia hình 
thành những cấu trúc phức tạp hơn (Hình 4.10). Sợi có đường kính 100
o
là một chuỗi nhiều nucleosome. Đó là những cấu trúc hình thành từ một 
A
A
A
 87 
chuỗi DNA quấn quanh một lõi gồm 8 phân tử histon. Sợi 100 này 
được tổ chức thành cấu trúc phức tạp hơn là sợi có đường kính 300
o
. 
Trong nhân tế bào, các sợi vừa kể trên kết hợp chặt chẽ với nhiều protein 
khác nhau và cả với các RNA tạo hành nhiễm sắc chất, mức độ tổ chức 
cao nhất của DNA 
o
A
A
Chuỗi xoắn kép DNA 
Dạng xâu chuỗi của 
nhiễm sắc thể 
Sợi nhiễm sắc chất 
đường kính 30 nm gồm 
các nucleosome được 
đóng gói 
Vùng nhiễm sắc thể 
ở dạng lỏng lẽo 
Vùng nén chặt của 
nhiễm sắc thể ở trung kỳ 
Nhiễm sắc thể ở trung kỳ 
2 nm 
11 nm 
30 nm 
 300 nm 
 700 nm 
 1400 nm 
Hình 4.10. Cấu trúc nucleosome và nhiễm sắc thể. 
Phân tử DNA được sắp xếp trên nhiễm sắc thể làm cho chiều dài 
ngắn lại hơn 50.000 lần. 
Các DNA ở eukaryote có đặc điểm khác với DNA prokaryote. Toàn 
bộ phân tử DNA prokaryote đều mang thông tin mã hóa cho các protein 
trong khi đó DNA eukaryote bao gồm những trình tự mã hoá (các exon) 
 88 
xen kẽ với những trình tự không mã hoá (intron). Các trình tự mã hoá ở 
eukaryote chìm ngập trong một khối lớn DNA mà cho đến nay vẫn chưa 
rõ tác dụng. Tùy theo mức độ hiện diện của chúng trong nhân, các trình tự 
DNA được chia làm ba loại: 
- Các trình tự lặp lại nhiều lần. Ví dụ: ở động vật có vú các trình tự 
này chiếm 10-15% genome (hệ gen). Đó là những trình tự DNA ngắn (10-
200 kb), không mã hoá, thường tập trung ở những vùng chuyên biệt trên 
nhiễm sắc thể như ở vùng tâm động (trình tự CEN) hay ở đầu các nhiễm 
sắc thể (trình tự TEL). Chức năng của các trình tự này chưa rõ, có thể 
chúng tham gia vào quá trình di chuyển DNA trên thoi vô sắc (trình tự 
CEN) hoặc vào quá trình sao chép toàn vẹn của phần DNA nằm ở đầu mút 
nhiễm sắc thể (trình tự TEL). 
- Các trình tự có số lần lặp lại trung bình. Ví dụ: ở genome người 
các trình tự này chiếm 25-40 %. Chúng đa dạng hơn và có kích thước lớn 
hơn (100-1.000 kb) các trình tự lặp lại nhiều lần. Các trình tự này phân bố 
trên toàn bộ bộ gen. Chúng có thể là những trình tự không mã hóa mà 
cũng có thể là những trình tự mã hóa cho rRNA, tRNA và RNA 5S. 
- Các trình tự duy nhất: là các gen mã hóa cho các protein, có trình 
tự đặc trưng cho từng gen. 
Một đặc điểm của phân tử DNA có ý nghĩa rất quan trọng được sử 
dụng vào phương pháp lai phân tử. Đó là khả năng biến tính và hồi tính. 
Biến tính là hiện tượng hai sợi đơn của phân tử DNA tách rời nhau khi các 
liên kết hydrogen giữa các base bổ sung nằm trên hai sợi bị đứt do các tác 
nhân hóa học (dung dịch kiềm, formamide, urea) hay do tác nhân vật lý 
(nhiệt). Sau đó, nếu điều chỉnh nhiệt độ và nồng độ muối thích hợp, các 
sợi đơn có thể bắt cặp trở lại theo nguyên tắc bổ sung, để hình thành phân 
tử DNA ban đầu, đó là sự hồi tính. 
4.2.2 RNA (Ribonucleic acid ) 
Phân tử RNA có cấu tạo tương tự DNA với ba điểm khác biệt sau: 
- Phân tử RNA là chuỗi đơn. 
- Đường pentose của phân tử DNA là deoxyribose được thay bằng ribose. 
- Thymine, một trong bốn loại base hình thành nên phân tử DNA, 
được thay thế bằng uracil trong phân tử RNA. 
Cấu trúc và chức năng của RNA có sự biến đổi rõ rệt. Về cơ bản 
RNA chỉ là chất mang thông tin di truyền ở virus, sau đó người ta chứng 
minh rằng nó không những đóng vai trò cơ bản ở việc chuyển thông tin di 
truyền mà còn có vai trò cấu trúc khi tạo nên phức hệ RNA-protein. 
 89 
Theo một lý thuyết tiến hóa mà đại diện là Manfred Eigen, RNA là 
chất mang thông tin di truyền, thành viên trung gian của sự biểu hiện gen, 
thành phần cấu tạo và là chất xúc tác. Nhóm OH rượu ở vị trí thứ hai của 
ribose cần thiết cho đa chức năng làm nhiễu loạn sự tạo thành chuỗi kép, 
qua đó làm tăng độ không bền vững của liên kết photphodieste. 
Trong tế bào có ba loại RNA chính, có các chức năng khác nhau: 
- Các RNA thông tin (mRNA) 
mRNA là bản sao của những trình tự nhất định trên phân tử DNA, 
có vai trò trung tâm là chuyển thông tin mã hóa trên phân tử DNA đến bộ 
máy giải mã thành phân tử protein tương ứng. Các RNA có cấu trúc đa dạng, 
kích thước nhỏ hơn so với DNA vì chỉ chứa thông tin mã hóa cho một hoặc vài 
protein và chỉ chiếm khoảng 2-5% tổng số RNA trong tế bào. 
Quá trình chuyển thông tin được thể hiện như sau: 
 Phiên mã Dịch mã 
DNA RNA Protein 
Ở Escherichia coli, kích thước trung bình của một phân tử mRNA 
khoảng 1,2 kb. 
- RNA vận chuyển (tRNA) 
tRNA làm nhiệm vụ vận chuyển các amino acid hoạt hóa đến 
ribosome để tổng hợp protein từ các mRNA tương ứng. Có ít nhất một loại 
tRNA cho một loại amino acid. tRNA vận chuyển chứa khoảng 75 
nucleotide (có trọng lượng khoảng 25 kDa), là phân tử RNA nhỏ nhất. Các 
tRNA có cấu trúc dạng cỏ ba lá (Hình 7). Cấu trúc này được ổn định nhờ 
các liên kết bổ sung hiện diện ở nhiều vùng của phân tử tRNA. Hai vị trí 
không có liên kết bổ sung đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với chức 
năng của tRNA: 
- Trình tự anticodon gồm ba nucleotide. 
- Trình tự CCA, có khả năng liên kết cộng hóa trị với một amino 
acid đặc trưng. 
- RNA ribosome (rRNA) 
 rRNA là thành phần cơ bản của ribosome, vừa đóng vai trò xúc tác 
và cấu trúc trong sự tổng hợp protein. 
 Tùy theo hệ số lắng rRNA được chia thành nhiều loại: ở eukaryote 
có rRNA 28S, 18S, 5,8S và 5S, còn các rRNA ở E. coli có ba loại: 23S, 
 90 
16S và 5S. rRNA chiếm nhiều nhất trong ba loại RNA (80% tổng số RNA 
tế bào), tiếp đến là tRNA và mRNA chỉ chiếm 5%. 
 Ribosome của mọi tế bào đều gồm một tiểu đơn vị nhỏ và một tiểu 
đơn vị lớn. Mỗi tiểu đơn vị có mang nhiều protein và rRNA có kích thước 
khác nhau. 
.
Amino acid
anticodon
Hình 4.11. Mô hình cấu trúc của một tRNA 
- Một số loại RNA khác. 
Tế bào sinh vật nhân chuẩn còn chứa một số loại RNA khác, chúng 
đều có vai trò nhất định trong bộ máy tổng hợp protein như: 
+ snRNA (small nuclear) là những phân tử RNA nhỏ tham gia vào 
việc ghép nối các exon. 
+ hn RNA( heterogenous nuclear) là những RNA không đồng nhất ở 
nhân tế bào. 
+ scRNA (small cytoplasmic) là những RNA nhỏ của tế bào chất. 
 91 
Bảng 4.1. Các phân tử RNA trong E. coli 
Loại Tổng số tương 
đối (%) 
Hệ số 
lắng (S) 
Khối lượng phân 
tử (kDa) 
Số lượng 
nucleotide 
rRNA 
tRNA 
mRNA 
80 
15 
5 
23 
16 
5 
4 
1,2 × 103 
0,55 × 103 
3,6 × 101 
2,5 × 101 
Không đồng nhất 
3700 
1700 
120 
75 
Nhìn chung tất cả RNA trong tế bào đều được tổng hợp nhờ enzyme 
RNA polymerase. Enzyme này đòi hỏi những thành phần sau đây: 
a) Một khuôn mẫu, thường là DNA chuỗi đôi. 
b) Tiền chất hoạt hóa: Bốn ribonucleoside triphosphate: ATP, GTP, 
UTP và CTP. 
Sinh tổng hợp RNA giống DNA ở một số điểm, thứ nhất hướng tổng 
hợp là 5’ → 3’, thứ hai là cơ chế kéo dài giống nhau: nhóm 3’-OH ở đầu 
cuối của chuỗi tổng hợp là vị trí gắn kết của nucleoside triphosphate tiếp 
theo. Thứ ba, sự tổng hợp xảy ra do thủy phân pyrophosphate. 
Tuy nhiên, khác với DNA là RNA không đòi hỏi mồi (primer). 
Ngoài ra RNA polymerase không có hoạt tính nuclease để sửa chữa khi 
các nucleotide bị gắn nhầm. 
Cả ba loại RNA trong tế bào được tổng hợp trong E. coli nhờ một 
loại RNA polymerase. Ở động vật có vú các RNA khác nhau được tổng 
hợp bằng các loại RNA polymerase khác nhau. 
4.3. Một số tính chất của nucleic acid 
Dung dịch nucleic acid có độ nhớt cao, có hoạt tính quang học (làm 
quay mặt phẳng ánh sang phân cực). 
Nucleic acid hấp thụ mạnh ở vùng ánh sáng tử ngoại có bước sóng 
250-280 nm, cực đại hấp thụ ở 260 nm. Tính chất này được sử dụng để 
dịnh lượng nucleic acid và xác định độ sạch của nucleic acid. 
Khi đun nóng dung dịch nucleic acid ở nhiệt độ cao, thêm acd hoặc 
kiềm để ion hoá các base của nó, nucleic acid bị biến tính. Phân tử DNA 
xoắn kép bị tháo rời, độ hấp thụ ở bước song 260 nm tăng lên. Sự tăng độ 
hấp thụ này gọi là hiện tượng tăng sắc tố (hyperchromism). Nhiệt độ làm 
mất một nửa cấu trúc xoắn kép cuả phân tử DNA được gọi là nhiệt độ 
 92 
nóng chảy (melting temperature) viết tắt là Tm. Các DNA giàu các base G 
và C có nhiệt độ nóng chảy cao. 
DNA phản ứng với thuốc thử fucsin tạo thành màu đỏ (phản ứng 
Feulgen), phản ứng này thường sử dụng trong hoá tế bào. 
Để phân biệt DNA và RNA người ta dùng các phản ứng đặc trưng 
với thuốc thử orcine tạo thành màu xanh lục bền, desoxyribose của DNA 
phản ứng với diphenylamine tạo thành màu xanh da trời bền. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tài liệu tiếng Việt 
1. Trần Thị Ân, Đái Duy Ban, Nguyễn Hữu Chấn, Đỗ Đình Hồ, Lê Đức 
Trình. 1980. Hoá sinh học. NXB Y học, Hà Nội 
2. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 1999. Hoá sinh học. NXB Giáo 
dục, Hà Nội. 
3. Hồ Huỳnh Thuỳ Dương. 1998. Sinh học phân tử. NXB Giáo dục, Hà 
Nội. 
4. Phạm Thành Hổ. 2001. Di truyền học, (tái bản lần thứ 3) NXB Giáo 
dục, Hà Nội. 
Tài liệu tiếng Anh 
1. Lehninger A.L. , 2004. Principle of Biochemistry , 4th Ed., E-Book 
2. Lodish H., 2003. Molecular Cell Biology. 5th Ed. E-book