Một gốc tự do từ ngoài xâm nhập và tương tác với ‘cặp cơ sở’ c g trong chuỗi ADN xoắn kép nghiên cứu ESR

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC................................................................................................................................................................ 1

Mở đầu
Trong những năm gần đây, gốc tự do và các dạng hoạt động của chúng đang là mối
quan tâm lớn của con người, đặc biệt là Y- Dược học hiện đại do sự liên quan của
chúng đến nhiều cơ chế bệnh lý nghiêm trọng ở người. Gốc tự do và các dạng hoạt
động xủa chúng có khả năng oxy hóa cao, phát sinh những phản ứng dây chuyền làm
tổn hại đến tế bào, tổ chức, gây ra nhiều loại bệnh như: Tim mạch, ung thư,tiểu
đường… và làm tăng quá trình lão hóa ở người đặc biệt là tác động lên và gây tổn
thương các tế bào, trong đó tổn thương ở mức độ phân tử được quan tâm nhất là
ADN –phân tử vật chất di chuyền của tế bào. Do đó việc nghiên cứu tác động của
gốc tự do lên cấu trúc ADN để góp phần hữu ích vào việc phòng và điều trị nhiều loại
bệnh tật giúp bảo vệ sức khỏe, kéo dài tuổi thọ cho con người. Nên em chọn đề tài
nghiên cứu : “Một gốc tự do từ ngoài xâm nhập và tương tác với ‘cặp cơ sở’ C-G
trong chuỗi ADN xoắn kép . Nghiên cứu ESR” với hai mục tiêu:
1. Trình bày được tổng quan về cấu trúc ADN và sự hình thành và tác hại của gốc
tự do.
2. Trình bày được sự tương tác của gốc tự do với cặp cơ sở C-G trong chuỗi ADN
xoắn kép, phân tích phổ ESR và ứng dụng.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ADN VÀ GỐC TỰ DO
1. Cấu trúc ADN
ADN (DNA - Deoxyribonucleic acid) là chất hoá học góp phần chính tạo nên
nhiễm sắc thể. Một phần nhất định của nhiễm sắc thể quy định cho một tính trạng
được gọi là một gen.
Về mặt cấu trúc ADN là một chuỗi xoắn kép bao gồm hai sợi đơn xoắn quanh
nhau.

Mô hình cấu trúc tinh thể ADN
Mỗi sợi chứa một trình tự các base (còn được gọi là nucleotide). Có bốn loại base
là Adenin, Guanin, Cytosine và Thymin.

Các base trong ADN


Hai sợi ADN liên kết với nhau qua từng base. Mỗi base chỉ liên kết với một base
nhất định khác: Adenin (A) chỉ liên kết với Thymine (T) còn Guanin (G) chỉ liên
kết với Cytosine (C).
4 nguyên tử N trong
cặp cơ sở C-G

3 nguyên tử N trong
cặp cơ sở A-T

Liên kết C-G và A-T trong ADN
Giả sử có một sợi đơn như sau:
A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G
Sợi liên kết với nó sẽ có trình tự:
T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C
Sợi kép ADN sẽ là:
T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C
A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G
Trình tự ADN được đọc theo một chiều cố định, từ phía đầu (gọi là đầu 5’) tới
phía cuối (gọi là đầu 3’). Trong một chuỗi kép hai sợi đơn có chiều ngược nhau .
5' T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C 3'
3' A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G 5'
Trong bất kỳ phân tử DNA, nồng độ của adenine (A) bằng thymine (T) và nồng

độ của cytidine (C) bằng guanine (G). Điều này có nghĩa là sẽ chỉ có cặp base với
T, C với G. Theo mô hình này, được biết đến như Watson-Crick kết nối base, cơ sở
cặp gồm G và C có chứa ba lên kết H, trong khi giữa A và T có chứa hai liên kết
H. Điều này làm cho cặp G-C ổn định hơn so với các cặp A-T.


Cấu trúc của ADN và các cặp base
2. Gốc tự do sự hình thành và tác hại
Gốc tự do (Free Radical) là các nguyên tử, phân tử hoặc ion mang một điện tử lẻ
ở vòng ngoài nên mang điện tích âm, vì thế không ổn định, có khả năng oxy hóa
các nguyên tử, phân tử và tế bào khác.

Quá trình hình thành gốc tự do
Các gốc tự do được tạo ra bởi sự tương tác của một số phân tử nhất định với oxi
trong một quá trình được biết đến với tên gọi là oxi hóa quá trình dị hóa. Gốc tự do
là những nguyên tử không ổn định có thể phá hủy các tế bào khác bằng cách lấy đi


các điện tử ổn định của tế bào. Các tế bào bị hủy hoại lại trở thành những chất oxi
hóa, dẫn đến một chuỗi phản ứng hóa học phá hủy.

Tác hại của gốc tự do
Gốc tự do tấn công vào những phân tử sinh học quan trọng, vật chất di truyền,
màng tế bào và các tế bào miễn dịch, là nguyên nhân của các quá trình bệnh lý, ung
thư, lão hóa và rối loạn sự chết theo chương trình.
Gốc tự do hình thành do tác động của môi trường sống nếu bị ô nhiễm kim loại
nặng, hóa chất, thuốc trừ sâu, độc tố gây ung thư, các tia bức xạ Tác động của bức
xạ ion hóa cũng tương tự như tác động của những chất độc sinh ra trong hô hấp tế
bào, chỉ khác là trong hô hấp tế bào các gốc tự do sinh ra mang tính cục bộ nên tác
hại thường tập trung ở ADN và enzym ở ty thể. Ngược lại, với bức xạ ion hóa các

gốc tự do sinh ra ở khắp nơi, trong nội bào cũng như ngoại bào, do vậy hậu quả sẽ
nặng nề hơn, gây đột biến gen, hoặc làm cho quá trình phân chia tế bào không
được kiểm soát, do đó phát sinh ung thư.
Tất cả cấc phân tử sinh học đều có thể bị gốc tự do tấn công, nhưng phân tử lipid
là dễ nhất. Màng tế bào rất giàu các acid béo chưa no, là những phân tử dễ bị các
gốc có tính oxy hoá tấn công. Sự huỷ hoại cấu trúc của các acid béo chưa no chính
là quá trình peroxyd hoá lipid (POL), sinh ra các gốc mới: L‘, LOO' ...Bản thân các
gốc LOO’ có thể chuyển dịch điện tử tạo ra các peroxid nội và phân huỷ thành
những mảnh có số nguyên tử cacbon ngắn hơn, ở dạng andehyd độc hại như:
hydroxynonenal, malonyldiandehyd, hoặc etan, pentan...Quá trình phân huỷ này
gây tiêu huỷ màng tế bào, tạo ra các sản phẩm aldehyd độc hại. Đây là một kiểu


gây tổn thương, viêm hoại tử đặc biệt của phản ứng gốc tự do. Quá trình này gắn
liền với tổn thương mô ở các bệnh (như tổn thương gan do CC1 4, xơ vữa động
mạch, tổn thương ở các khối u ác tính...)
Các ADN cũng bị các gốc có tính oxy hoá mạnh tấn công, khi gốc này hình
thành ở gần sát phân tử ADN. Những nucleobase tìm thấy ở trong nước tiểu của
người là bằng chứng có sự tấn công liên tục của các gốc tự do và phân tủ ADN. Dù
được sửa chữa với hiệu quả rất cao, một số tổn thương này vẫn có thể được tích tụ
lại, sau một thời gian lượng tích tụ lại đủ để dẫn tới đột biến và từ đó mà sinh ra
ung thư.


CHƯƠNG 2
TƯƠNG TÁC GIỮA GỐC TỰ DO VÀ CẶP CƠ SỞ C-G TRONG CHUỖI
ADN XOẮN KÉP
1. Sơ đồ hàm sóng electron của một gốc tự do từ ngoài giao phủ và tương tác

tương đương với 4 spin hạt nhân N

Hàm sóng electron của gốc tự do
giao phủ tương đương lên 4 hạt
nhân N và giao pủ tương đương lên
3 hạt nhân H

Spin (N3+):

S(N3+) = 0

N(2S2P3) 
Spin hạt nhân N: I(N) = 1 (100%)
Spin (H+):

S=0

H(1S) 
Spin hạt nhân H: I(H+) = ½ (~100%)

CTSTT tương đương các spin electron ( gốc tự do ) với 4 spin hạt nhân N
và với 3 spin hạt nhân H


2. Tương tác của spin electron với riêng một spin hạt nhân N

- Toán tử Hamilton : Ĥs = ɡβHŜz + ANŜzÎz
- Phương trình trị riêng: W= ɡβHms + ANmsmIN
Ms = +1/2, -1/2 ( gốc tự do)
H(1S) 
MIN = +1, 0, -1

∆ms = +1, -1
∆mI = 0

Tương tác STT của spin elctron ( gốc tự do) với 1 hạt nhân N, phổ ESR
Kết luận: Tương tác STT của spin elctron ( gốc tự do) với 1 hạt nhân N cho 3 vạch
CTSTT cách đều nhau với khoảng cách siêu tinh tế aN và cường độ như nhau.


3. Tương tác của spin electron với 4 spin hạt nhân N

Electron
TTSTT với proton N
TTSTT với proton N’
TTSTT với proton N’’
TTSTT với proton N’’’
Cường độ vạch tương đối

Sơ đồ tách vạch và phổ ESR thu được trong tương tác của spin electron với
4 spin hạt nhân N
Kết luận: Tương tác của spin electron với 4 spin hạt nhân N( 4 proton tương
đương) làm xuất hiện 5 vạch (1,4,6,4,1) có cường độ tương đối như trên hình vẽ.


KẾT LUẬN
Thông qua việc nghiên cứu phổ ESR cho phép xác định vị trí của gốc tự do
trong ADN dựa trên cơ sở cường độ vạch phổ tương ứng với số spin hạt nhân N
của cặp cơ sở, do cặp A-T chỉ có 3 nguyên tử N còn cặp C-G có tới 4 nguyên tử N
nên nếu gốc tự do nằm ở vị trí cặp A-T thì chỉ cho 4 vạch phổ còn nếu ở tại vị trí
của cặp C-G sẽ cho 5 vạch phổ, do đó nhờ quy tắc sơ đồ tách vạch và phổ ESR cho
biết gốc tự do ở vị trí của cặp C-G hay A-T qua đó sẽ giúp cho quá trình dò tìm và

phát hiện ra ung thư sớm để tác động làm hạn chế tác hại của gốc tự do hoặc ngăn
chặn sự phát triển của các tế bào ung thư.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS.TSKH Nguyễn Văn Trị. Bài giảng Điện tử học lượng tử ứng dụng. ĐH
Bách khoa Hà Nội
[2] GS. TSKH Nguyễn Văn Trị. Báo cáo khoa học “ Khả năng của GACAVIT cạnh
tranh chống hoạt tính gây ung thư của Dioxin nghiên cứu ESR”. ĐH Bách khoa Hà
Nội