Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic

DNA và RNA là những hợp chất cao phân tử. Các đơn phân là các nucleotide.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleicDNA và RNA là những hợp chất caophân tử. Các đơn phân là các nucleotide.Mỗi nucleotide gồm ba thành phần- H3PO4- Đường desoxyribose (DNA ), ribose( RNA)- Nitrogenous baseDNA RNA+ Purin Adenin (A) Adenin (A) Guanin(G) Guanin (G)+ Pyrimidin Cytosin (C) Cytosin (C)Timin (T) Uracin (U)(b) (c)Hình 1.4 Thành phần đường và base củanucleotide(a) Base purin va pyrimidin(b) Đương ribose va deoxyribose(c) Sư khac nhau giưa Thymine va UracilTrong nucleotide, base purin sẽ gắn vớiC1 của đường ỏ N9. Nếu là pyrimidinthì sẽ gắn với C1 của đường ở N3. C5của đường gắn với nhóm phosphate.Trong mạch, 2 nucleotide nối với nhaunhờ mối liên kết giữa nhóm3’-OH của đường với nhóm -OH củaH3PO4, cùng nhau mất đi một phân tửnước.Nếu phân tử chỉ gồm đường vànitrogenous base gọi là nucleoside.1. DNA1.1. Cấu tạo hóa học của DNAHình 1.5 Sự bắt cặp bổ sung của cácbase của hai mạch đơnTrên cơ sở các nghiên cứu của mình,Chargaff (1951) đã đưa ra kết luận:+ Số lượng A = T, G = C+ Tỉ số (A +T)/(G + X) đặc trưng chomỗi loài sinh vật.Các base căn bản của acid nucleic bắtcặp bổ sungCũng trong thời gian này, Wilkins vàFranklin (người Anh) nghiên cứu, phântích tán xạ bằng tia rơnghen, kết luận:+ Các purin và pyrimidin có cấu trúcphẳng, mặt phẳng của chúng được xếpvuông góc với trục dài của mạchpolynucleotide cái này xếp chồng lên cáikia, khoảng cách trung tâm giữa hai mặtphẳng kề nhau là 3,4 Ao+ Mạch polynucleotide xoắn thành lò xoquanh trục giữa, mỗi bước xoắn là 34Ao(ứng với 10 nu)+ Việc so sánh nồng độ DNA đo đượcvới các số liệu tính toán trên cơ sở sắpkhông gian của các nguyên tử cho thấyDNA có nhiều hơn một mạchpolynucleotide.Năm 1951, J. Watson và F. Crick: tổnghợp các số liệu phân tích hóa học và tánxạ của tia X, để xây dựng nên mô hìnhcấu trúc phân tử DNA. Theo mô hìnhnày, phân tử DNA có những đặc trưngchủ yếu trong cấu trúc không gian nhưsau:Hình 1.6. Mối liên kết hydro giữa A-T vàG-C1. Phân tử DNA gồm hai chuỗipolynucleotide xoắn song song ngượcchiều quanh một trục chung.2. Các gốc base quay vào phía trong củavòng xoắn, còn các gốc H3PO4, pentosequay ra ngoài tạo phần mặt của hình trụ.Các mặt phẳng của phân tử đường nằmvề phía phải của các base. Còn các basethì xếp trên những mặt phẳng song songvới nhau và thẳng góc với trục phân tử.Khoảng cách giữa các cặp base là 3,4Ao. Chúng lệch nhau một góc 360 nêncứ 10 gốc (10 nucleotide) tạo nên mộtvòng quay.Hình 1.7 Chuỗi xoắn kép DNA3. Chiều cao của mỗi vòng xoắn là 34Ao, gồm 10 bậc thang do 10cặp base tạo nên. Đường kính của vòngxoắn là 20 Ao.4. Hai chuỗi polynucleotide gắn với nhauqua liên kết hydro được hình thành giữacác cặp base đứng đối diện nhau theonguyên tắc bổ sung cặp đôi nghiêmngặt: A luôn luôn liên kết với T bằng 2mối liên kết hydro,G liên kết với X bằng 3 mối liên kếthydro. Do đó trong phân tử DNA tổngsố base loại pirimidin luôn bằng tổng sốcác base loại purin (quy luật Chargaff).+ Khoảng cách giữa hai mạchpolynucleotide luôn xác định, không thayđổi. Khoảng cách này bằng kích thướccủa một base loại purin cộng với kíchthước của một base loại pirimidin.+ A luôn luôn đi với T là vì giữa 2 basenày chỉ có khả năng hình thành nên hailiên kết hydrro ở các vị trí N6 - O6 và N1- N1.G luôn luôn đi với X vì giữa 2 base nàycó thể tạo ra 3 liên kết hydro ở các vị tríN6 - O6, N1 -N1 và N2 - O2.Vì vậy mà A chỉ liên kết với T và G chỉliên kết với C.5. Tính chất bổ sung giữa các cặp basedẫn đến tính chất bổ sung giữa haichuỗi polynucleotide của DNA. Do đóbiết thành phần, trật tự sắp xếp của cácnucleotide trên chuỗi này sẽ suy ra thànhphần, trật tự sắp xếp của các nucleotidetrên chuỗi kia. Đặc điểm quan trọngnhất của mô hình là đối song song(antiparallel). Để các bazơ tương ứngđối diện nhau, hai mạch cần phải bố trí:đầu của sợi này đối diện với đuôi củasợi kia. Mô hình Watson-Crick ra đời từnăm 1953 và trong vòng 25 năm tiếp theonó được công nhận và sử dụng rộng rãi.Mãi đến những năm 70, nhờ dùng cácphân tích chính xác nhiều dạng DNA đãđược phát hiện, dạng thường gặp làdạng B theo mô hình của Watson-Crick,đây là cấu trúc phổ biến cho hầu hếtsinh vật. Mỗi dạng DNA là một dòng họcác phân tử có kích thước dao độngquanh các trị số trung bìnhHai chỉ số được dùng để đánh giá DNA- Chỉ số h: là chiều cao giữa hai nu kềnhau.- Chỉ số n: số nucleotide của một vòngxoắnNgoài DNA dạng B, còn nhiều dạngxoắn phải khác (A, C, D ...) chúng phânbiệt với DNA dạng B về khoảng cáchgiữa các base cũng như độ nghiêng củachúng so với trục và sự phân bố trênchuỗi kép.Gần đây, người ta còn phát hiện ra mộtdạng DNA có bộ khung zigzag và đóngxoắn theo chiều trái, gọi là DNA xoắntrái hay DNA Z, trên mỗi vòng xoắn cótới 12 cặp base. Giải thích sự tồn tạicủa DNA Z có nhiều quan niệm khácnhau: Theo Watson, chỉ trong những điềukiện đặc biệt, như nồng độ muối cao thìcác vùng chứa trình tự ...GCGCGC...chuyển sang cấu hình Z, ngược lại ởnồng độ muối thấp chúng quay trở lạidạng B. Điều đó chứng tỏ DNA Z cóthể đóng vai trò giảm sức căng cục bộtrong phân tử DNA siêu xoắn hoặc cóthể tương tác đặc thù với các proteinđiều hòa. Tuy nhiên A. Rich cho rằngDNA Z xảy ra trong tự nhiên mà bằngchứng là có mặt trong ruồi giấm bìnhthường. Có thể là vùng DNA Z nằm xenkẻ với vùn ...