Giáo trình Nucleic Acid part 3

(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 trong tất cả các mẫu DNA nghiên cứu tồn tại mối tương quan về hàm lượng (%) giữa các base như sau: A ≈ T và G ≈ C, nghĩa là tỷ số (A+G)/ T+C) ≈ 1; và (iii) Mỗi loài có một tỷ lệ (A+T)/(G+C) đặc thù.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Nucleic Acid part 3 34Zea 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 tỷ số(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, giải 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. 35(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 đặc điểmsau: (1) DNA gồm hai chuỗi đối song song (antiparallel) cùng uốnquanh một trục trung tâm theo chiều xoắn phải, với đường kính20Ao (1Angstrom = 10-10m), gồm nhiều vòng xoắn lặp lại một cáchđều đặn và chiều cao mỗi vòng xoắn là 34 Ao, ứng với 10 cặp base(base pair, viết tắt là bp). 36 (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, vớikhoảng cách trung bình 3,4 Ao. (3) Hai sợi đơn gắn bó với nhau bằng các mối liên kết hydro(vốn là lực hóa học yếu) được hình thành giữa các cặp base đốidiện theo nguyên tắc bổ sung một purine - một pyrimidine. Cụ thểlà, trong DNA chỉ tồn tại hai kiểu kết cặp base đặc thù là A-T (vớihai liên kết hydro) và G-C (với ba liên kết hydro) (Hình 3.3 và 3.4). (4) Tính chất bổ sung theo cặp base dẫn đến sự bổ sung vềtrình tự các base giữa hai sợi đơn của mỗi chuỗi xoắn kép. Vì vậy,trong bất kỳ một phân tử DNA sợi kép nào hoặc một đoạn của nóbao giờ cũng có: A = T và G = C; nghĩa là: [A + G] = [T + C] hay A+G = 1 (đây là tỷ số giữa các base purine và các base pyrimidine), T +C A+Tcòn tỷ lệ là đặc thù cho từng loài (thực chất đây là tỷ lệ giữa G+Chai base không bổ sung cho nhau hoặc giữa hai base cùng nhóm,ví dụ A/G hoặc T/C). Như vậy, mô hình cấu trúc chuỗi xoắn kép của Watson-Crick(1953) hoàn toàn thoả mãn và cho phép lý giải một cách thoả đángcác kết quả nghiên cứu của Chargaff (1949). Vì vậy người ta gọicác biểu thức A = T và G = C là các quy luật hay quy tắc Chargaff(Chargaffs rules). Theo nguyên tắc bổ sung của các cặp base, ta có thể xác địnhtrình tự base ở sợi bổ sung khi biết được trình tự base của một sợiđơn. Ví dụ: Sợi cho trước: 5- AATTCTTAAATTC -3 Sợi bổ sung: 3- TTAAGAATTTAAG -5 37Hình 3.4 Hai kiểu kết cặp base của DNA. Cặp AT nối với nhau bằng hai liênkết hydro và cặp GC - ba liên kết hydro (biểu thị bằng các đường chấm: ---). Cácnguyên tử C1 đại diện cho vị trí của đường và phosphate ở mỗi cặp nucleotide. Tóm lại, hai đặc điểm quan trọng nhất trong cấu trúc DNA là sựphân cực ngược chiều của hai sợi đơn (5→3 và 3→5) và nguyêntắc bổ sung của các cặp base (A-T và G-C). Đây là hai nguyên lýcăn bản chi phối các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử (tái bản,phiên mã và dịch mã), mà ta có thể hình dung tổng quát dưới dạngcác kênh truyền thông tin di truyền trong tế bào (được gọi là Giáo lýhay Lý thuyết trung tâm, Central Dogma, của Sinh học phân tử;Hình 3.5) sau đây: 38 Hình 3.5 Lý thuyết trung tâm của Sinh học phân tử Về tầm vóc vĩ đại của phát minh cấu trúc phân ...