Tài liệu: Cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA

Cấu trúc chuỗi xoắn kép DNAVào năm 1951-52, việc nghiên cứu cấu trúc ba chiều của DNA bằng phân tích nhiễu xạ tia X được bắt đầu bởi Maurice Wilkins và Rosalind Franklin. Các bức ảnh chụp được 1952 (hình 1) gợi ý rằng DNA có cấu trúc xoắn gồm hai hoặc ba chuỗi. Lúc này ở Anh còn có một số nghiên cứu khác nhằm phát triển lý thuyết nhiễu xạ của Linus Pauling để tìm hiểu cấu trúc DNA. Tuy nhiên, giải pháp đúng đắn nhất là chuỗi xoắn kép bổ sung do Watson và Crick đưa ra...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA Cấu trúc chuỗi xoắn kép DNAVào năm 1951-52, việc nghiên cứu cấu trúc ba chiều của DNA bằng phântích nhiễu xạ tia X được bắt đầu bởi Maurice Wilkins và Rosalind Franklin.Các bức ảnh chụp được 1952 (hình 1) gợi ý rằng DNA có cấu trúc xoắn gồmhai hoặc ba chuỗi. Lúc này ở Anh còn có một số nghiên cứu khác nhằm pháttriển lý thuyết nhiễu xạ của Linus Pauling để tìm hiểu cấu trúc DNA. Tuynhiên, giải pháp đúng đắn nhất là chuỗi xoắn kép bổ sung do Watson vàCrick đưa ra năm 1953 (Hình 2 và 3). Mô hình này hoàn hoàn toàn phù hợpvới các số liệu của Wilkins và Franklin cũng như của Chargaff. Sự kiện nàymở ra một bước ngoặt mới cho cho sự ra đời và phát triển với tốc độ nhanhchóng của di truyền học phân tử. b)Hình 1 R.Franklin (trái) và M.Wilkins; và (b) Ảnh chụp cấu trúc DNA tinhthể bằng tia X của Franklin.(a) (b)Hình 2 (a) J.Watson (trái) và F.Crick; và (b) Mô hình cấu trúc tinh thể DNA.Hình 3 Các mô hình cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA.1. Mô hình Watson-CrickMô hình Watson-Crick (DNA dạng B; Hình 3) có các đặc điểm sau:(1) DNA gồm hai chuỗi đối song song (antiparallel) cùng uốn quanh một trụctrung tâm theo chiều xoắn phải, với đường kính 20Ao (1Angstrom = 10-10m),gồm nhiều vòng xoắn lặp lại một cách đều đặn và chiều cao mỗi vòng xoắn là34 Ao, ứng với 10 cặp base (base pair, viết tắt là bp).(2) Các bộ khung đường-phosphate phân bố ở mặt ngoài chuỗi xoắn và cácbase nằm ở bên trong; chúng xếp trên những mặt phẳng song song với nhauvà thẳng góc với trục phân tử, với khoảng cách trung bình 3,4 Ao.(3) Hai sợi đơn gắn bó với nhau bằng các mối liên kết hydro (vốn là lực hóahọc yếu) được hình thành giữa các cặp base đối diện theo nguyên tắc bổ sungmột purine - một pyrimidine. Cụ thể là, trong DNA chỉ tồn tại hai kiểu kếtcặp base đặc thù là A-T (với hai liên kết hydro) và G-C (với ba liên kếthydro) (Hình 3 và 4).(4) Tính chất bổ sung theo cặp base dẫn đến sự bổ sung về trình tự các basegiữa hai sợi đơn của mỗi chuỗi xoắn kép. Vì vậy, trong bất kỳ một phân tửDNA sợi kép nào hoặc một đoạn của nó bao giờ cũng có: A = T và G = C;nghĩa là: [A + G] = [T + C] hay (đây là tỷ số giữa các base purine vàcác base pyrimidine), còn tỷ lệ là đặc thù cho từng loài (thực chất đây làtỷ lệ giữa hai base không bổ sung cho nhau hoặc giữa hai base cùng nhóm, vídụ A/G hoặc T/C).Như vậy, mô hình cấu trúc chuỗi xoắn kép của Watson-Crick (1953) hoàntoàn thoả mãn và cho phép lý giải một cách thoả đáng các kết quả nghiên cứucủa Chargaff (1949). Vì vậy người ta gọi các biểu thức A = T và G = C là cácquy luật hay quy tắc Chargaff (Chargaffs rules).Theo nguyên tắc bổ sung của các cặp base, ta có thể xác định trình tự base ởsợi bổ sung khi biết được trình tự base của một sợi đơn. Ví dụ:Sợi cho trước: 5- AATTCTTAAATTC -3Sợi bổ sung: 3- TTAAGAATTTAAG -5Hình 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: ---).Các nguyên tử C1 đại diện cho vị trí của đường và phosphate ở mỗi cặpnucleotide.Tóm lại, hai đặc điểm quan trọng nhất trong cấu trúc DNA là sự phân cựcngược chiều của hai sợi đơn (5→3 và 3→5) và nguyên tắc bổ sung của cáccặp base (A-T và G-C). Đây là hai nguyên lý căn bản chi phối các cơ chế ditruyền ở cấp độ phân tử (tái bản, phiên mã và dịch mã), mà ta có thể hìnhdung tổng quát dưới dạng các kênh truyền thông tin di truyền trong tế bào(được gọi là Giáo lý hay Lý thuyết trung tâm, Central Dogma, của Sinh họcphân tử; Hình 5) sau đây:Hình 5 Lý thuyết trung tâm của Sinh học phân tử* Về tầm vóc vĩ đại của phát minh cấu trúc phân tử DNA, Lawrence Bragg -Giám đốc Phòng thí nghiệm Cavendish (England) - đánh giá rằng: Sự phátminh ra cấu trúc DNA với tất cả các hệ quả sinh học của nó là một trong cácsự kiện khoa học to lớn nhất của thế kỷ chúng ta... (Watson 1968, bản Việtdịch của Lê Đình Lương và Thái Doãn Tĩnh, Nxb KH-KT tr.9). Nhờ phátminh vĩ đại đó, Watson và Crick cùng chia xẻ với Wilkins giải thưởng Nobelnăm 1962.Thật vậy, nhìn lại ta thấy rằng Watson và Crick đã công bố phác thảo về môhình cấu trúc DNA trong bài báo nhan đề A Structure for DeoxyriboseNucleic Acid trên tạp chí Nature Vol. 171, trang 737 ngày 25-4-1953 (Chttp://www.nature.com/). Đây là một bài báo khoa học kinh điển rất ấn tượngvà không bình thường tý nào! Một cách chính xác, bài báo này chỉ dài 900chữ với vỏn vẹn 128 dòng, nhưng đằng sau mỗi dòng là cả một lịch sử khoahọc kỳ diệu, một câu chuyện thú vị. Bài báo này được công bố rất nhanh,chưa đầy một tháng kể từ sau ngày gởi đăng.Trên thực tế, Crick muốn làm sáng tỏ các hàm ý sinh học của mô hình này,nhưng Watson thì chẳng hài lòng với cách làm như vậy. Hai ông đã thoảthuận trong một câu mà nó đã trở thành một trong những câu nói giản lược vĩđại trong t ...