Chương 3 Cấu trúc và Đặc điểm của DNA

Sự khám phá ra cấu trúc phân tử DNA bởi James Watson vàFrancis Crick năm 1953 với những hệ quả sinh học của nó làmộttrong những sự kiện khoa học to lớn nhất của thế kỷ XX. Nếu nhưsự ra đời của tác phẩm "Nguồn gốc các loài" (1859) củaR.Ch.Darwin đã tạo nên một cuộc cách mạng to lớn trong tư tưởngnhân loại, thì khám phá này thực sự làm biến đổi hiểu biết củachúng ta về sự sống....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 3 Cấu trúc và Đặc điểm của DNA 33Chương 3 Cấu trúc và Đặc điểm của DNA DNA - phân tử quý giá nhất trong tất cả các phân tử (James D. Watson) Sự khám phá ra cấu trúc phân tử DNA bởi James Watson vàFrancis Crick năm 1953 với những hệ quả sinh học của nó làmộttrong những sự kiện khoa học to lớn nhất của thế kỷ XX. Nếu nhưsự ra đời của tác phẩm Nguồn gốc các loài (1859) củaR.Ch.Darwin đã tạo nên một cuộc cách mạng to lớn trong tư tưởngnhân loại, thì khám phá này thực sự làm biến đổi hiểu biết củachúng ta về sự sống. Toàn bộ câu chuyện về việc phát minhra phân tử kỳ diệu này đã được thiên tài Watson miêu tả hết sứcsinh động trong cuốn hồi ký nhan đề Chuỗi xoắn kép (1968). Trong chương này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu thành phầnhoá học và cấu trúc của DNA cũng như các đặc tính hoá lý của nó.Từ đó bí ẩn của sự sống dần dần hé mở những lời giải đáp thú vị,với biết bao thành tựu to lớn tác động lên mọi mặt của đời sống- xã hội trong suốt hơn 50 năm qua.I. Thành phần hóa học của DNA Năm 1944, Oswald T. Avery và các đồng sự của mình chứngminh DNA là vật chất mang thông tin di t ruyền, chứ không phảiprotein. Đến năm 1949, Erwin Chargaff áp dụng phương pháp sắcký giấy vào việc phân tích thành phần hóa học của DNA các loàikhác nhau (Bảng 3.1) đã khám phá ra rằng: Bảng 3.1 Thành phần base của DNA ở một số loài A+G A+T T +C G+C Sinh vật A% T% G% C% Phage lambda 21,3 22,9 28,6 27,2 1,00 0,79 Phage T7 26,0 26,0 24,0 24,0 1,00 1,08 Mycobacterium 15,1 14,6 34,9 35,4 1,00 0,42 tuberculosis Escherichia coli 24,7 23,6 26,0 25,7 1,03 0,93 Aspergillus niger (nấm mốc) 25,0 24,9 25,1 25,0 1,00 1,00 31,3 32,9 18,7 17,1 1,00 1,79 Saccharomyces cerevisiae Triticum (lúa mỳ) 27,3 27,1 22,7 22,8 1,00 1,19Zea mays (ngô) 26,8 27,2 22,8 23,2 0,98 1,17Salmo salar (cá hồi) 29,7 29,1 20,8 20,4 1,02 1,43Gallus domestica (gà nhà) 29,5 27,7 22,4 20,4 1,08 1,34Homo sapiens (người) 30,9 29,4 19,9 19,8 1,01 1,52 (i) Số lượng bốn loại base trong DNA là không bằng nhau; (ii) Tỷ lệ tương đối của các base là không ngẫu nhiên; và trongtất cả các mẫu DNA nghiên cứu tồn tại mối tương quan về hàmlượng (%) giữa các base như sau: A ≈ T và G ≈ C, nghĩa là tỷsố (A+G)/ T+C) ≈ 1; và (iii) Mỗi loài có một tỷ lệ (A+T)/(G+C) đặc thù.II. Cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA Vào năm 1951-52, việc nghiên cứu cấu trúc ba chiều của DNAbằng phân tích nhiễu xạ tia X được bắt đầu bởi Maurice Wilkins vàRosalind Franklin. Các bức ảnh chụp được 1952 (hình 3.1) gợi ýrằng DNA có cấu trúc xoắn gồm hai hoặc ba chuỗi. Lúc này ở Anhcòn có một số nghiên cứu khác nhằm phát triển lý thuyết nhiễu xạcủa Linus Pauling để tìm hiểu cấu trúc DNA. Tuy nhiên, g iải phápđúng đắn nhất là chuỗi xoắn kép bổ sung do Watson và Crick đưara năm 1953 (Hình 3.2 và 3.3). Mô hình này hoàn hoàn toàn phùhợp với các số liệu của Wilkins và Franklin cũng như của Chargaff.Sự kiện này mở ra một bước ngoặt mới cho cho sự ra đời và pháttriển với tốc độ nhanh chóng của di truyền học phân tử. (a) (b) Hình 3.1 (a) R.Franklin (trái) và M.Wilkins; và (b) Ảnh chụp cấu trúc DNA tinh thể bằng tia X của Franklin.(a) (b) Hình 3.2 (a) J.Watson (trái) và F.Crick; và (b) Mô hình cấu trúc tinh thể DNA. Hình 3.3 Các mô hình cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA.1. Mô hình Watson-Crick Mô hình Watson-Crick (DNA dạng B; Hình 3.3) có các đặcđiểm sau: (1) DNA gồm hai chuỗi đối song song (antiparallel) cùnguốn quanh một trục trung tâm theo chiều xoắn phải, với đườngkính o -1020A (1Angstrom = 10 m), gồm nhiều vòng xoắn lặp lại một cách ođều đặn và chiều cao mỗi vòng xoắn là 34 A , ứng với 10 cặpbase (base pair, viết tắt là bp). (2) Các bộ khung đường-phosphate phân bố ở mặt ngoài chuỗixoắn và các base nằm ở bên trong; chúng xếp trên những mặtphẳng song song với nhau và thẳng góc với trục phân tử, với okhoảng cách trung bình 3,4 A . (3) Hai sợi đơn gắn bó với nhau bằng các mối liên kếthydro (vốn là lực hóa học yếu) được hình thành giữa các cặp baseđối diện theo nguyên tắc bổ sung một purine - một pyrimidine. Cụthể là, trong DNA chỉ tồn tại hai kiểu kết cặp base đặc thù là A-T(với hai liên kết hydro) và G-C ...