Di truyền phân tử ( phần 26 ) Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic docx

Di truyền phân tử ( phần 26 )
Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic
DNA và RNA là những hợp chất cao phân tử. Các đơn phân là các
nucleotide. Mỗi nucleotide gồm ba thành phần



- H3PO4

- Đường desoxyribose (DNA ), ribose ( RNA)

- Nitrogenous base

DNA RNA

+ Purin Adenin (A) Adenin (A) Guanin (G) Guanin (G)

+ Pyrimidin Cytosin (C) Cytosin (C) Timin (T) Uracin (U)

(b) (c)



Hình 1.4 Thành phần đường và base của nucleotide

(a) Base purin va pyrimidin

(b) Đương ribose va deoxyribose

(c) Sư khac nhau giưa Thymine va Uracil

Trong nucleotide, base purin sẽ gắn với C1 của đường ỏ N9. Nếu là
pyrimidin thì sẽ gắn với C1 của đường ở N3. C5 của đường gắn với nhóm
phosphate.

Trong mạch, 2 nucleotide nối với nhau nhờ mối liên kết giữa nhóm

3’-OH của đường với nhóm -OH của H3PO4, cùng nhau mất đi một phân
tử nước.

Nếu phân tử chỉ gồm đường và nitrogenous base gọi là nucleoside.

1. DNA

1.1. Cấu tạo hóa học của DNA



Hình 1.5 Sự bắt cặp bổ sung của các base của hai mạch đơn

Trên cơ sở các nghiên cứu của mình, Chargaff (1951) đã đưa ra kết luận:

+ Số lượng A = T, G = C

+ Tỉ số (A +T)/(G + X) đặc trưng cho mỗi loài sinh vật.

Các base căn bản của acid nucleic bắt cặp bổ sung

Cũng trong thời gian này, Wilkins và Franklin (người Anh) nghiên cứu,
phân tích tán xạ bằng tia rơnghen, kết luận:

+ Các purin và pyrimidin có cấu trúc phẳng, mặt phẳng của chúng được
xếp vuông góc với trục dài của mạch polynucleotide cái này xếp chồng
lên cái kia, khoảng cách trung tâm giữa hai mặt phẳng kề nhau là 3,4 Ao

+ Mạch polynucleotide xoắn thành lò xo quanh trục giữa, mỗi bước xoắn
là 34Ao (ứng với 10 nu)

+ Việc so sánh nồng độ DNA đo được với các số liệu tính toán trên cơ sở
sắp không gian của các nguyên tử cho thấy DNA có nhiều hơn một mạch
polynucleotide.

Năm 1951, J. Watson và F. Crick: tổng hợp các số liệu phân tích hóa học
và tán xạ của tia X, để xây dựng nên mô hình cấu trúc phân tử DNA.
Theo mô hình này, phân tử DNA có những đặc trưng chủ yếu trong cấu
trúc không gian như sau:



Hình 1.6. Mối liên kết hydro giữa A-T và G-C

1. Phân tử DNA gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn song song ngược
chiều quanh một trục chung.

2. Các gốc base quay vào phía trong của vòng xoắn, còn các gốc H3PO4,
pentose quay ra ngoài tạo phần mặt của hình trụ. Các mặt phẳng của phân
tử đường nằm về phía phải của các base. Còn các base thì xếp trên những
mặt phẳng song song với nhau và thẳng góc với trục phân tử. Khoảng
cách giữa các cặp base là 3,4 Ao. Chúng lệch nhau một góc 360 nên cứ
10 gốc (10 nucleotide) tạo nên một vòng quay.

Hình 1.7 Chuỗi xoắn kép DNA

3. Chiều cao của mỗi vòng xoắn là 34 Ao, gồm 10 bậc thang do 10

cặp base tạo nên. Đường kính của vòng xoắn là 20 Ao.

4. Hai chuỗi polynucleotide gắn với nhau qua liên kết hydro được hình
thành giữa các cặp base đứng đối diện nhau theo nguyên tắc bổ sung cặp
đôi nghiêm ngặt: A luôn luôn liên kết với T bằng 2 mối liên kết hydro,

G liên kết với X bằng 3 mối liên kết hydro. Do đó trong phân tử DNA
tổng

số base loại pirimidin luôn bằng tổng số các base loại purin (quy luật
Chargaff).

+ Khoảng cách giữa hai mạch polynucleotide luôn xác định, không thay
đổi. Khoảng cách này bằng kích thước của một base loại purin cộng với
kích thước của một base loại pirimidin.

+ A luôn luôn đi với T là vì giữa 2 base này chỉ có khả năng hình thành
nên hai liên kết hydrro ở các vị trí N6 - O6 và N1 - N1.

G luôn luôn đi với X vì giữa 2 base này có thể tạo ra 3 liên kết hydro ở
các vị trí N6 - O6, N1 -N1 và N2 - O2.

Vì vậy mà A chỉ liên kết với T và G chỉ liên kết với C.

5. Tính chất bổ sung giữa các cặp base dẫn đến tính chất bổ sung giữa hai
chuỗi polynucleotide của DNA. Do đó biết thành phần, trật tự sắp xếp của
các nucleotide trên chuỗi này sẽ suy ra thành phần, trật tự sắp xếp của các
nucleotide trên chuỗi kia. Đặc điểm quan trọng nhất của mô hình là đối
song song (antiparallel). Để các bazơ tương ứng đối diện nhau, hai mạch
cần phải bố trí: đầu của sợi này đối diện với đuôi của sợi kia. Mô hình
Watson-Crick ra đời từ năm 1953 và trong vòng 25 năm tiếp theo nó
được công nhận và sử dụng rộng rãi.

Mãi đến những năm 70, nhờ dùng các phân tích chính xác nhiều dạng
DNA đã được phát hiện, dạng thường gặp là dạng B theo mô hình của
Watson-Crick, đây là cấu trúc phổ biến cho hầu hết sinh vật. Mỗi dạng
DNA là một dòng họ các phân tử có kích thước dao động quanh các trị số
trung bình

Hai chỉ số được dùng để đánh giá DNA

- Chỉ số h: là chiều cao giữa hai nu kề nhau.

- Chỉ số n: số nucleotide của một vòng xoắn

Ngoài DNA dạng B, còn nhiều dạng xoắn phải khác (A, C, D ) chúng
phân biệt với DNA dạng B về khoảng cách giữa các base cũng như độ
nghiêng của chúng so với trục và sự phân bố trên chuỗi kép.

Gần đây, người ta còn phát hiện ra một dạng DNA có bộ khung zigzag và
đóng xoắn theo chiều trái, gọi là DNA xoắn trái hay DNA Z, trên mỗi
vòng xoắn có tới 12 cặp base. Giải thích sự tồn tại của DNA Z có nhiều
quan niệm khác nhau: Theo Watson, chỉ trong những điều kiện đặc biệt,
như nồng độ muối cao thì các vùng chứa trình tự GCGCGC chuyển

sang cấu hình Z, ngược lại ở nồng độ muối thấp chúng quay trở lại dạng
B. Điều đó chứng tỏ DNA Z có thể đóng vai trò giảm sức căng cục bộ
trong phân tử DNA siêu xoắn hoặc có thể tương tác đặc thù với các
protein điều hòa. Tuy nhiên A. Rich cho rằng DNA Z xảy ra trong tự
nhiên mà bằng chứng là có mặt trong ruồi giấm bình thường. Có thể là
vùng DNA Z nằm xen kẻ với vùng DNA B và chúng có thể xoay hình
dáng thành dạng B khi xảy ra các biến đổi hóa học nào đó làm cho DNA
Z trở nên không ổn định. Rich còn gợi ý rằng những gen nằm ở các vùng
bị xoay như thế thì có thể tháo xoắn sau đó và bắt đầu phiên mã. Nhờ vậy
mà protein có thể được tổng hợp. Mặc

dù đây mới chỉ là giả thiết song khám phá này đã cung cấp một công cụ
tiềm năng cho nghiên cứu về hoạt động của các gen và DNA.Việc phát
hiện các dạng DNA cho thấy DNA trong tế bào không đơn điệu. tùy trạng
thái sinh lý mà DNA ở dạng này hoặc dạng khác.



Hình 1.8 DNA dạng xoắn kép Z

a. Mô hình dạng B của Watson-Crick, là dạng xoắn phải với trục đều

b. Mô hình dạng Z, là dạng xoắn trái với trục không đều