Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 28 - TS. Trần Hoàng Phương

Bài giảng Hoá học hữu cơ 2 - Chương 28: Phân tử sinh học acid nucleic, cung cấp cho người học những kiến thức như: Nucleotide và acid nucleic; sự ghép cặp base trong dna: mô hình watson – crick; sự nhân đôi DNA; sự phiên mã của dna; dịch mã RNA: sinh tổng hợp protein; xác định trình tự chuỗi DNA;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hoá học hữu cơ 2: Chương 28 - TS. Trần Hoàng Phương Trường Đại Học Khoa học Tự nhiênKhoa Hóa Học – Bộ môn Hóa Học Hữu cơ HÓA HỌC HỮU CƠ 2 12PHÂN TỬ SINH HỌC: ACID NUCLEIC 3Chương 28 – PHÂN TỬ SINH HỌC: ACID NUCLEICØ Các acid nucleic như acid deoxyribonucleic (DNA) và acid ribonucleic (RNA) là các hợp chất mang thông tin di truyền của tế bào.Ø Được mã hóa trong DNA của tế bào là các thông tin xác định bản chất của tế bào, điều khiển sự phát triển và phân chia tế bào, hướng đến quá trình sinh tổng hợp các enzyme và protein cần thiết cho những chức năng của tế bào.Ø Bên cạnh các acid nucleic, các dẫn xuất của acid nucleic như ATP được xem như là tác nhân phosphoryl hóa trong nhiều con đường sinh tổng hợp. Một số các coenzyme quan trọng như NAD+, FAD và coenzyme 4A có thành phần là các acid nucleic.28.1 NUCLEOTIDE VÀ ACID NUCLEIC :Ø Cũng giống như protein là polymer sinh học được tạo nên từ các amino acid, các acid nucleic cũng là polymer sinh học được tạo nên từ các nucleotide kết hợp với nhau tạo thành một chuỗi.Ø Mỗi nucleotide bao gồm một nucleoside gắn với một nhóm phosphate, và mỗi nucleoside bao gồm một đường aldopentose liên kết thông qua carbon anomer và một nguyên tử nitrogen của dị vòng purine hoặc của base pyrimidine. 5Ø Đường trong RNA là đường ribose và đường trong DNA là đường 2’-deoxy-ribose. (Tiếp đầu ngữ 2’-deoxy chỉ rằng mất oxygen ở vị trí 2’ của đường ribose).Ø DNA chứa bốn base amine khác nhau, hai nhóm thế purine (adenine và guanine) và hai nhóm thế pyrimidine (cytosine và thymine).Ø Adenine, guanine và cytosine cũng xuất hiện trong RNA, tuy nhiên thymine trong RNA được thay thế bằng base pyrimidine có tên gọi là uracil. 678Ø Cấu trúc của bốn deoxyribonucleotide và bốn ribonucleotide được trình bày trong hình 28.1.Ø Chú ý rằng, trong cách đặt tên và đánh số các nucleotide, những vị trí của đường được thêm dấu phẩy để phân biệt với vị trí nhóm amine. Như vị trí số 3 là của amine, trong khi vị trí 3’ là của đường.Ø Mặc dù giống nhau về mặt hóa học, DNA và RNA rất khác biệt về kích cỡ.Ø Các phân tử DNA rất lớn, chứa khoảng 245 triệu nucleotide và có khối lượng phân tử lên đến 75 tỉ.Ø Ngược lại, các phân tử RNA nhỏ hơn rất nhiều, chỉ chứa khoảng 21 nucleotide và có khối lượng phân tử thấp khoảng 7000. 910Hình 28.1: Cấu trúc của bốn deoxyribonucleotide và bốn ribonucleotide 11Ø Các nucleotide trong DNA và RNA được liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester [RO-(PO2-)-OR’] giữa nhóm phosphate, nhóm 5’- hydroxyl của một nucleoside và nhóm 3’-hydroxyl của một nucleoside khác.Ø Tại điểm cuối cùng của polymer acid nucleic có một nhóm hydroxyl tự do tại C3’ và điểm cuối khác có một nhóm phosphate ở C5’.Ø Trình tự các nucleotide trong chuỗi được tính bắt đầu từ điểm 5’ và xác định các base theo trình tự xuất hiện, sử dụng những chữ viết tắt G, C, A, T (hay đối với RNA là U). Vì vậy, một trình tự DNA điển hình được viết như sau TAGGCT. 121328.2 SỰ GHÉP CẶP BASE TRONG DNA: MÔ HÌNH WATSON – CRICKØ Những mẫu DNA phân lập từ các mô khác nhau của cùng một loài có cùng tỉ lệ các base dị vòng, trong khi đó các mẫu của các loài khác nhau sẽ có tỉ lệ các base rất khác nhau.Ø Ví dụ, DNA của người chứa khoảng 30% mỗi loại adenine và thymine, 20% mỗi loại guanine và cytosine. Trong khi đó, vi khuẩn Clostridium perfringens chứa 37 % adenine và thymine, chỉ 13% guanine và cytosine.Ø Cần chú ý rằng trong cả hai loài trên, các base xuất hiện thành từng cặp. Adenine và thymine có số lượng bằng nhau, tương tự như guanine và cytosine. 14Ø Vào năm 1953, James Watson và Francis Crick đã đưa ra đề nghị cho cấu trúc thứ cấp của DNA.Ø Theo mô hình Watson-Crick, trong điều kiện sinh lý, DNA bao gồm 2 sợi polynucleotide chạy ngược chiều nhau, xoắn cuộn lên nhau trong một chuỗi xoắn kép như tay vịn ở cầu thang xoắn ốc.Ø Hai sợi này bổ sung cho nhau chứ không giống hệt nhau và được liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen giữa những cặp base cụ thể như A liên kết với T, C liên kết với G.Ø Nghĩa là khi A xuất hiện ở bất kì đâu trên một sợi, thì T sẽ xuất hiện ở vị trí đối diện với A trên sợi còn lại, cũng như khi C xuất hiện ở một sợi thì G sẽ xuất hiện trên 15 sợi còn lại (Hình 28.2).Ø Sự ghép cặp bổ sung của các base này giải thích tại sao A và T luôn được tìm thấy với số lượng bằng nhau, cũng như C và G. 16 Hình 28.2 Liên kết hydrogen giữa các cặp base trong chuỗi xoắn képØ Một chu kì đầy đủ của DNA xoắn kép được trình bày trên Hình 28.3. Chiều rộng xoắn là 20 Å và có 10 cặp base cho mỗi chu kì, mỗi chu kì dài 34 Å.Ø Chú ý trên Hình 28.3, hai cuộn xoắn kép cuộn theo cách như của “hai loại rãnh” (grooves), rãnh lớn (major groove) rộng 12 Å, rãnh nhỏ (minor groove) rộng 6 Å. Rãnh chính hơi sâu hơn rãnh nhỏ và cả hai rãnh được nối bởi liên kết hydrogen cho nhận.Ø Chính vì vậy mà các phân tử thơm đa vòng, phẳng có thể trượt theo chiều ngang hoặc xen giữa những base xếp chồng lên nhau. Nhiều loại tác nhân gây ung thư và chống ung thư tương tác với DNA theo cách này 17Hình 28.3: Một vòng trong chuỗi xoắn kép của ADN 18Ø Thông tin di truyền của sinh vật được lưu giữ ...