Bài giảng Tổng quan về di truyền học - Bài 1: Cấu trúc Acid nucleic

• CẤU TRÚC ACID NUCLEIC • 1. Cấu trúc cấp 1 • 2. Xoắn kép DNA • 3. Khác biệt giữa RNA và DNA • 4. Khác biệt giữa các DNA • 5. Sự nén chặt DNA chân hạch • 6. So sánh cấu trúc DNA và protein Thành phần hữu cơ trong tế bào ° Các nhóm chức • ° Phân tử hữu cơ = hợp chất chứa carbon, được tạo bởi tế bào hay nhân tạo • ° Phân tử sinh học = sinh hóa chất = phân tử hữu cơ do tế bào tạo ra • ° Phân loại các phân tử sinh học • - Polymer: polysacarid, protein, acid nucleic, lipid • - Momomer: ose, acid amin, nucleotid • - Chất trung gian biến dưỡng • A  B  C  D  Z • - Các chất khác: vitamin, hormon, ATP, cAMP... ° Sự tạo cầu nối (hóa học) • Nguyên tắc: • Nguyên tử có lớp ngoài cùng chưa đầy dễ tương tác với nguyên tử khác (dễ tạo cầu nối). • Định nghĩa: • Cầu nối hóa học = lực hút giữa các nguyên tử cạnh nhau. H dễ phản ứng, vì có 1 e- ở lớp ngoài cùng (có thể chứa 2e-) C dễ phản ứng, vì có 4e- ở lớp ngoài cùng (có thể chứa 8e-) N dễ phản ứng, vì có 5e- ở lớp ngoài cùng O dễ phản ứng, vì có 6 e- ở lớp ngoài cùng Helium (He) trơ về mặt hóa học, vì có một lớp duy nhất đầy 2 e- • (1) Cầu nối cộng hóa trị: 2 nguyên tử góp chung 1 hay nhiều cặp e- (của lớp ngoài) (2) Cầu nối ion: có sự cho và nhận e- •(3) Cầu nối hydrogen •giữa H với O hay N • 1. Cấu trúc cấp một • DNA và RNA được tạo bởi các đơn vị nucleotide = pentose + phosphate + base •  Nucleoside = base + với pentose  Nucleotide = nucleoside monophosphate •  Các base là dẫn xuất của purine (G, A) hay pyrimidine (C, U, T). •  Các base có tính chuyên biệt [pentose & phosphate chỉ có vai trò cấu trúc] Các base pyrimidine và purine thường ở trạng thái cân bằng giữa 2 dạng ceto (thường gặp ở pH sinh lý) và enol. 5’ dính phosphate 1’ dính base (ở 9 của purine, 1 của pyrimidine) 3’ dính hydroxyl  Cầu nối ester giữa 2 nucleotide = cầu nối phosphodiester [phosphate nối 2 pentose nhờ 2 cầu nối ester].  Chuỗi nhiều ngàn nucleotide luôn luôn có 1 nhóm 5’P tự do và 1 nhóm 3’OH tự do.  Qui ước: đọc chuỗi acid nucleic theo hướng 5’P tới 3’OH (5’ 3’).  Acid phosphoric có 3 chức acid -1 chức tạo nối ester để tạo nucleotide -1 chức tạo nối ester giữa 2 nucleotide để tạo chuỗi - 1 chức tự do tạo tính acid cho phân tử. 2. Xoắn kép DNA • Levene (1920) • Phân tích sai [4 kiểu nucleotide DNA có lượng gần bằng nhau]  suy luận sai: DNA do 4 nucleotide lặp lại theo kiểu • GCAT...GCAT...GCAT...GCAT • Kết quả của Chargaff (sau Thế Chiến II) • Quy tắc Chargaff: •[A]=[T], [G]=[C]  Purine [A]+[G] = Pyrymidine [T]+[C]  Franklin (1953) phân tích ảnh nhiễu xạ tia-X: phân tử DNA dạng xoắn ốc, đường kính 2nm, vòng xoắn 3,4nm. •  Watson và Crick (1953) đề nghị cấu trúc bậc hai của DNA dựa vào: • - Quy tắc Chargaff • - Ảnh nhiễu xạ tia X (của Franklin & Wilkins) • - 2 chuỗi polydeoxyribonucleotide nối nhau nhờ các cầu nối hydrogen • 3 đặc tính quan trọng của xoắn kép DNA •  Đối song (hướng 5’3’ trên mỗi sợi ngược nhau ) •  Bổ sung: A đối T (2 cầu H); C đối G (3 cầu H) • Do 2 sự kiện: • (1) Kích thước của các base • Xoắn kép có cấu trúc đều đặn  purine 2-vòng phải cặp với pyrimidine 1-vòng (2) Cầu nối hydrogen (phù hợp giữa A và T, C và G) •  Xoắn ốc • 2 chuỗi (sợi) DNA quấn quanh trục tưởng tượng, (giống cầu thang xoắn ốc) sườn deoxyribose- phosphate như tay vịn; các cặp-base bổ sung như các bậc thang. • 3. Sự khác biệt RNA & DNA •  Khác biệt về cấu trúc • - Pentose: deoxyribose / ribose • - Base: A, G, C, T / A, G, C, U • - Xoắn kép (2 sợi) / 1 sợi •  Tại sao deoxyribose trong DNA? • Giữ bền DNA (bảo tồn thông tin): 2’deoxyribose (ribose có OH ở 2’ và 3’). •  Tại sao T trong DNA, U trong RNA? • Giữ bền DNA: tổng hợp T cần nhiều năng lượng hơn U (cho sự methyl hóa). •  Tại sao có hai chuỗi trong DNA? • Bảo vệ thông tin di truyền: khi có xáo trộn trong 1 chuỗi, thông tin được bảo tồn trong chuỗi kia. • 4. Sự khác biệt giữa các DNA •  Vị trí trong tế bào: tế bào chất / nhân •  Số phân tử trong tế bào: 1 / nhiều •  Hình dạng phân tử: vòng / thẳng (với 5’P, 3’OH tự do) •  Chiều dài phân tử • DNA E. coli  4 triệu cặp nucleotide • Người:  3 tỉ cặp tạo nên 46 nhiễm sắc thể • Chú ý: không có sự tương quan giữa lượng DNA và tính phức tạp về tổ chức (ếch, nhái / vài thực vật có DNA/tế bào 30 lần lớn hơn so với người!) •  Trình tự base đặc trưng (quan trọng nhất) 5. Sự nén chặt DNA chân hạch Mỗi phân tử DNA là một polymer rất dài, thẳng, không phân nhánh, được nén chặt trong mỗi nhiễm sắc thể.  Cách nén chặt? Quấn quanh lõi histone (protein chỉ có ở sinh vật chân hạch) và tiếp tục tự quấn. •  Vì sao phải nén chặt? • - Tích lũy một lượng lớn thông tin trong nhân • - Không bị các lực cơ học phá vỡ • - Giúp sự phân ly nhiễm sắc thể (sau sự tái bản DNA) trong sự phân chia tế bào • - Có vai trò kiểm soát sự biểu hiện gene: có sự nới lỏng hơn trong các vùng sao chép. 6. So sánh cấu trúc DNA và protein