1 BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC PHẦN I – SINH HĨA HỌC TĨNH Chương IV- NUCLEIC ACID TP.HỒ CHÍ MINH-2008 PGS,TS.NGUYỄN PHƯỚC NHUẬN Chương IV- NUCLEIC ACID 1. Đại cương 2. Cấu tạo - Mononucleotide - Polynucleotide - Cấu trúc sơ cấp của nucleic acid 3. Phân loại - DNA : cấu tạo - đặc tính – vai trò - RNA : cấu tạo và vai trò của mRNA, tRNA, rRNA & snRNA MỤC TIÊU 1. Phân bit đc cu to ca nucleoside, nucleotide và nucleic acid . 2. Vit đc cơng thc ca ribose, deoxyribose, các base purine, pyrimidine vi các dng enol (lactim) và ketone (lactam) ca chúng. 3. Vit đc cu to và vai trò ca mt s nucleotide t do nh cAMP, ATP … 4. Trình bày đc cu trúc ca DNA và RNA và nhng đim khác bit v cu trúc ca 2 loi phân t này. Nm đc quy lut b sung các đơi base. 5. Nêu đc vai trò sinh hc ca DNA và tng loi RNA. 6. Các kiểu liên kết trong phân tử nucleic acid : LK glycosidic, LK este, LK phosphodiester, LH hydrogen. 1. ĐẠI CƯƠNG • Nucleus = nhân ; nucleic acid : acid lần đầu tiên được tìm thấy trong nhân tế bào → →→ → acid nhân • NUCLEIC ACID là các phân tử sinh học chứa thơng tin di truyền, chúng được hình thành từ các nucleotide polymers, hiện diện trong mọi tế bào, ở dạng tự do hay kết hợp với protein → →→ → nucleoprotein 2 Chức năng • Bảo tồn mật mã thông tin di truyền; • Tham gia qúa trình sinh tổng hợp protein. NUCLEOPROTEIN PROTEIN ĐƠN GIẢN (Histone) NUCLEIC ACID (Polynucleotide) MONONUCLEOTIDE CÁC BASE : - Purine : Adenine (A) Guanine (G) - Pyrimidine : Uracil (U) Cytosine (C) Thymine (T) PENTOSE : Ribose Deoxyribose H 3 PO 4 Nucleoside 2. CẤU TẠO 2.1. MONONUCLEOTIDE  Thành phần nucleotide Base – pentose – acid phosphoric  Base – pentose → →→ → nucleoside Danh pháp nucleoside (B.4.1, T.78)  Nucleoside + phosphate → →→ → nucleotide Danh pháp nucleotide (nucleoside monophosphate) (B.4.2, T.79) 3 N N 1 2 4 9 N H 7 N NH 2 H 2 N O Guanine - dạng ketone (2-amino 6-oxy purine) 5 6 8 PURINE N N 2 N H N 6 N HN 2 N H N 6 Adenine (A) (6-amino purine) H 2 N O H Guanine (G)- dạng enol (2-amino 6-oxy purine) N N 2 N H N 6 3 1 N N 3 2 4 5 6 PYRIMIDINE N H N 2 4 O NH 2 N H HN 2 4 O CH 3 5 O N H HN 2 4 O 5 O Cytosine (C) (2 oxy- 4 amino pyrimidine) Thymine (T) (2,4 dioxy-5 methyl pyrimindine) Uracil (U) (2,4 dioxy pyrimindine) β ββ β-D-Deoxyribose HOCH 2 OH OH H 1’ 5’ 2’ 3 4 H β ββ β-D-Ribose HOCH 2 OH OH H 1’ 5’ 2’ 3’ 4’ OH OH O = P – OH OH Acid phosphoric THÀNH LẬP NUCLEOSIDE và NUCLEOTIDE  N9 PURINE (A, G) – C1’ PENTOSE (β ββ β-D- Ribose β ββ β-D-deoxyribose)  N1 PYRIMIDINE (U, C, T) – C1’ PENTOSE (β ββ β-D- Ribose β ββ β-D-deoxyribose) → →→ → p/ứng khử nước tạo liên kết β ββ β-glycosidic của NUCLEOSIDE  C5’ nucleoside + gốc (P) → →→ → NUCLEOTIDE → →→ → p/ứng khử nước tạo liên kết ester NH 2 N 2 N N 6 N 2 4 O NH 2 HOCH 2 H OH H 1’ 5’ 2’ 3’ 4’ OH HOCH 2 H OH H 1’ 5’ 2’ 3’ 4’ H 9 N 1 1 3 N 1 N 7 6 2 5 4 8 NUCLEOSIDE Adenosine (Adenine ribonucleoside) Deoxycytidine (Cytosine deoxyribonucleoside) 5 6 3 LK β ββ β -glycosidic 4 Deoxyadenosine Deoxyguanosine Deoxyuridine Deoxycytidine Deoxythymidine Adenosine Guanosine Uridine Cytidine Thymine ribonucleoside hay Ribothymidine (hieám) Adenine Guanine Uracil Cytosine Thymine DeoxyribonucleosideRibonucleosideBase DANH PHÁP NUCLEOSIDE (B.4.1, T.78) NUCLEOTIDES Nitrogenous base Sugar: pentose Phosphate group NUCLEOTIDE NH 2 N 2 N N 6 HO-P- O- CH 2 H OH H 1’ 5’ 2’ 3’ 4’ OH 9 1 3 N 1 N 7 6 2 5 4 8 NH 2 N 2 N N 6 O CH 2 H O=P H 1’ 5’ 2’ 3’ 4’ OH 9 1 3 N 1 N 7 6 2 5 4 8 OH OH Adenosine-5’-monophosphate (AMP) (acid adenilic) Adenosine-5’3’- monophosphate cyclic (cAMP3’5’) O OH LK ester • NUCLEOSIDE : Gốc base – pentose LK glycosidic • NUCLEOTIDE : Gốc base – pentose – H 2 PO 3 LK glycosidic LK ester • NUCLEIC ACID : polynucleotides LK phosphodiester 5 NH 2 N 2 N N 6 HO- P ∼ ∼∼ ∼ O- P ∼ ∼∼ ∼ O - P- O- CH 2 H OH H 1’ 5’ 2’ 3’ 4’ OH 9 1 3 N 1 N 7 6 2 5 4 8 O OH Adenosine-5’- Triphosphate (ATP) Adenosine-5’- Diphosphate (ADP) Adenosine-5’- Monophosphate (AMP) OO OH OH NUCLEOSIDE TRIPHOSPHATE DANH PHÁP NUCLEOTIDE (B.4.2, T.79) Deoxythymidine 5’-monophosphate = dTMP Thymine ribonucleoside 5’-monophosphate (hieám) Thymine Deoxycytidine 5’-monophosphate = dCMP Cytidine 5’-monophosphate = CMP Cytosine Deoxyuridine 5’-monophosphate = dUMP Uridine 5’-monophosphate = UMP Uracil Deoxyguanosine 5’-monophosphate = dGMP Guanosine 5’-monophosphate = GMP Guanine Deoxyadenosine 5’-monophosphate = dAMP Adenosine 5’-monophosphate = AMP Adenine Deoxyribonucleoside 5’-monophosphate Ribonucleoside 5’-monophosphate Base 2.2. CẤU TRÚC SƠ CẤP CỦA NUCLEIC ACID Cấu trúc chuỗi polynucleotide : • Các mononucleotide nối với nhau bởi liên kết phosphodiester 3’ – 5’ → →→ → tạo thành chuỗi polynucleotide. • Khung polynucleotide : các đường pentose và gốc (P) nối với nhau tạo thành xương sống của polynucleotide, các gốc base phân bố quanh khung này. Tính đặc trưng sinh học của phân tử acid nucleic do trật tự các gốc base trong chuỗi polynucleotide (trong cấu trúc sơ cấp) quyết định. 20 Dinucleotide  Lieân keát phosphodiester 3’ → 5’ OH O=P-OH O CH 2 5’P 3’OH A C 3’ 5’ 6 Cấu trúc của polydeoxyribonucleotide LK phosphodiester nối hai monophosphate nucleotides với nhau. LK phosphodiester rất linh hoạt → →→ → cho phép poly(deoxy)ribonucleotide quay tự do một góc nhất định. Polynucleotides có 2 đầu xác định : - Đầu 5 ’-P mang một hoặc nhiều hơn các gốc phosphate, - Đầu 3 ’-OH. Đầu 5’-P Phosphodiester bond Phosphodiester bond Đầu 3’-OH 3. PHÂN LOẠI T/g TH proteinBảo tồn MM TTDTChức năng 10 4 – 10 6 dalton10 6 – 10 8 daltonPtt TBC (90%)Nhân (gần 100%)Khu trú Chuỗi đơnChuỗi képCấu tạo U G C AT G C ACác base β ββ β -D-Ribose β ββ β -D-deoxyribose Đường RNA (Ribo Nucleic Acid DNA (Deoxyribo Nucleic Acid 7 3.1. DNA  CẤU TẠO Mô hình Crick-Watson (1953) : 3 đặc tính quan trọng . Xoắn kép : Hai chuỗi polynucleotide xoắn kép, . Đối song : một sợi hướng 5’ → →→ → 3’ (trên xuống ) sợi kia 3’ → →→ → 5’ (dưới lên) . Bổ sung : Purine (G) ……… Pyrimidine (c) Pyrimidine (T) …. Purine (A) Watson and Crick, 1953 Discovery of the DNA molecule structure DNA = nucleotide polymers Four types of nucleotides: A, T, C and G Deoxyribo Nucleic Acid 4 NUCLEOTIDES CỦA DNA Các mẫu tự thật sự có ý nghĩa như sau : A = nucleotide với adenine T = nucleotide với thymine C = nucleotide với cytosine G = nucleotide với guanine 8 Z-DNA (xoắn trái) B-DNA (Xoắn phải)  Xoắn kép  Đối song Quy tắc bổ sung các gốc base trong cấu trúc xoắn kép của DNA : C G : 3 liên kết H T A : 2 liên k ế t H 1 bước xoắn có 10 cặp base, 1 cặp dày 3,4A 0 → →→ → 1 bước xoắn dày 34 A 0 Hai sợi xoắn bổ sung → →→ → bảo vệ TTDT, cấu trúc bền 9 CÁC DẠNG CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ DNA  Xoắn kép mở (double strand – ds) : phổ biến ở người, động vật, thực vật → eukaryotic cells  Xoắn kép vòng : đặc trưng cho vi sinh vật → prokaryotic cells.  Một chuỗi đơn (single strand – ss) : Cá biệt ở thực khuẩn thể X174 DNA  Plasmid : DNA vòng nhỏ, chứa một ít gene, liên hệ tới một vài đặc tính của VSV (nằm ngoài chuỗi DNA chính). DNA DẠNG VÒNG TRONG TY THỂ Mã hóa các t RNA, r RNA, các enzyme của chuỗi oxid hóa-phosphoryl hóa thành lập ATP DNA DẠNG VÒNG SIÊU XOẮN CỦA VI KHUẨN Plasmid : DNA vòng nằm ngồi NST của vi khuẩn, mang các gene kháng thuốc TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG CỦA DNA  DNA có khả năng tự tách đơi và tái bản nhân đơi theo ngun tắc bán bảo thủ → →→ → bo tồn đy đ TTDT khi t bào phân chia.  DNA có khả năng sao mã, tổng hợp nên các p/t mRNA tương tự chúng (theo ngun tắc bổ sung, thay T trên DNA bằng U trên mRNA) → →→ → TTDT đc sao chép chính xác từ DNA sang khn thứ cấp mRNA, mRNA trực tiếp làm khn mẫu t/h protein ở ribosome → →→ → TTDT mã hố trong nhân được biểu thị thành các tính trạng của sinh vật. 10 Sự tái bản DNA ở eukaryote Sao chép mRNA theo nguyên tắc bổ sung các gốc base  CHỨC NĂNG CỦA DNA Di truyền học đã xác định trong hầu hết các sinh vật DNA giữ vai trò bảo tồn và truyền đạt TTDT từ thế hệ này sang thế hệ khác (trong phân bào đẳng nhiễm và phân bào giảm nhiễm). Chỉ ở một số lồi virus chức năng này được đảm nhận bởi RNA. TTDT từ DNA → →→ → enzyme → →→ → E kiểm sốt các đặc điểm cơ bản của q trình TĐC → →→ → biểu hiện các tính trạng của sinh vật.  Mỗi bộ ba nucleotide (triplet-codon) mã hóa một AA. 4 loại gốc base → →→ → 64 codon (3 codon vơ nghĩa : UAG, UAA & UGA) CÁC KHÁI NIỆM CẦN LƯU Ý • Nucleosome? • Chromosome? • Chromatine? • Gene? • Genetic code? • Chromatide? [...]... messenger RiboNucleic Acid , là s n ph m c a s chép gene, chúng mang thơng tin d ch ra protein sao - tRNA = transfer RiboNucleic Acid, v n chuy n amino acid ư c ho t hóa t ng h p protein ã - rRNA = ribosomic RiboNucleic Acid, là m t h p ph n c a c u trúc ribosomes ; - snRNA (small nuclear RiboNucleic Acid) 13 DNA Pre-mRNA (1) (2) snRNA mRNA (3) rRNA tRNA PROTEIN Lý thuyết trung tâm của sinh học phân tử... Thơng tin mã hóa = Mã di truy n Matrix strand Double strand DNA S i sense Bases complementarity Mã (Code) = t o ra s tương ng c a m t nhóm tính tr ng hay something else Messenger RNA Translation Genetic code Protein Folding Protein 12 The genetic code (gi i mã gi a 1960 và 19 64) BẢNG MÃ DI TRUYỀN Có 64 t h p (triplets = codons) mã hóa cho 20 amino acids Code dư th a (thối hóa) : t t c các amino acid ngo... tryptophan ư c mã hóa hơn m t codon Ba triplets khơng mã hóa, ch m d t t ng h p protein : « STOP codon » (UAA, UAG & UGA) Codon AUG (mã hóa Met) : « INITIATION codon » Dictinctive codons of human mitochondria Codon Mitochondria l code UGA Standard code Stop UGG Trp Trp AUA Ile Met AUG Met Arg Stop AGG Arg D a theo ch c năng, ribonucleic acids ư c phân thành : Met AGA 3.2 RIBONUCLEIC ACID (RNA) Stop Trp... Drosophila melanogaster (Fruit Fly) Saccharomyces cerevisiae (Yeast) Zea mays (Corn) 4 180,000,000 ~18,000 16 14, 000,000 ~6,000 10 2 ,40 0,000,000 ??? ch a thơng tin di truy n c n thi t cho s t ng h p m t p/t ribonucleic acid ho c m t p/t protein Như v y : - M t gene có th mã hóa cho s t ng h p m t protein - M t gene cũng có th mã hóa cho s t ng h p m t rRNA hay tRNA (có hàng ngàn gene t n t i trong genome)... p/tử) Eukaryote : R80S = R40S (1 rRNA 18S + 33 protein) R60S (3 rRNA : 5S, 5.8 S và 28S + 45 protein) 15 Ribosome - R40S (R30S) : gắn với mRNA - R60S (R50S) : Aminoacyl site (A site) : tiếp nhận AA Peptidyl site (P site) : chứa chuỗi peptide CÁC TRƯ NG H P C BI T VIRUS • Vài virus ch a DNA s i ơn : macrophage φX1 74 (virus nhi m vào E.coli) • Vài virus ch a RNA là v t li u di truy n : virus kh m thu c... protein) R50S (2 rRNA : 5S và 23S + 34 protein) Anticodon I/U,C,A codon • mRNA-Gly • GGU • GGC • GGA • GGG • • tRNA-Gly CCI • I = Inosine (Hypoxanthine-ribose) Hữu nhũ : 22 tRNA ty thể 32 tRNA tề bào chất (S = Svedberg : ơn v ot c l ng, 1S = 10 -13 giây HS lắng tỷ lệ với tốc độ lắng của p/t trong trường ly tâm và tỷ lệ với kích thước và hình dạng của p/tử) Eukaryote : R80S = R40S (1 rRNA 18S + 33 protein)... eukaryote : vài ngày - M i b n mRNA có th ư c c nhi u l n 14 T-RNA (t = transfer - v n chuy n) Gi ng nhau t t c các t RNA • Phân t có kích thư c trung bình kho ng 100 nucleotide • C u trúc là m t chu i polynucleotide cu n g p b sung, b t c p, t o hình lá ch ba Nh ng vùng khơng b t c p t o thành các nút l i (loop) v i các ch c năng khác nhau • Có 61 codon mã hóa 20 lo i AA, nhưng khơng c n t i 61 tRNA, ó là... (khoảng 200 bp) được đóng gói lại bằng cách quấn quanh lõi các histone Sợi NST giống như một chuỗi các nucleosome Chromosomes T cha T m M i t bào ngư i (ngo i tr t bào m m) ch a b ơi c a 23 chromosomes → 46 chromosomes /t bào Nhiễm sắc th (Chromosome) Trong m i c p chromosome, m t cái t ngư i cha và m t cái t ngư i m 11 C U TRÚC GENE Genome Comparison M t gene bao g m trình t nucleotides c a DNA ORGANISM...T bào ngư i ch a 46 phân t DNA M i phân t DNA qu n quanh các phân t (histones) và t o ra m t chromosome DNA proteins M t chromosome = m t phân t DNA liên k t v i các proteins Histones Tồn b chromosomes t o thành chromatine... Hãy tìm hi u về virus cúm gà (avian influenza virus) H5N1: • - Cấu trúc của influenza virion? • - Influenza virus nằm trong nhóm nào của bảng phân loại virus? • - Genome của influenza virus? • - Cách sinh sản? • - Con đường truyền lây? • - Các biện pháp hạn chế thiệt hại khi dòch bùng nổ? 16 17 . nước tạo liên kết ester NH 2 N 2 N N 6 N 2 4 O NH 2 HOCH 2 H OH H 1 5’ 2’ 3’ 4 OH HOCH 2 H OH H 1 5’ 2’ 3’ 4 H 9 N 1 1 3 N 1 N 7 6 2 5 4 8 NUCLEOSIDE Adenosine (Adenine ribonucleoside) Deoxycytidine (Cytosine. tử nucleic acid : LK glycosidic, LK este, LK phosphodiester, LH hydrogen. 1. ĐẠI CƯƠNG • Nucleus = nhân ; nucleic acid : acid lần đầu tiên được tìm thấy trong nhân tế bào → →→ → acid nhân • NUCLEIC. 6 3 1 N N 3 2 4 5 6 PYRIMIDINE N H N 2 4 O NH 2 N H HN 2 4 O CH 3 5 O N H HN 2 4 O 5 O Cytosine (C) (2 oxy- 4 amino pyrimidine) Thymine (T) (2 ,4 dioxy-5 methyl pyrimindine) Uracil (U) (2,4