Đang tải... (xem toàn văn)
Sinh học phân tử
Chơng II CC I PHN T SINH HC liên kết hóa học yếu Các đại phân tử Nội dung nhiệm vụ - Nghiên cứu cấu trúc, đặc tính chức đại phân tử sinh học DNA, RNA, protein, đường, tinh bột, chất béo, chất thơm thành phần thiếu thể sống - Đặc điểm chung đại phân tử chúng thường hình thành từ phân tử nhỏ loại (monomer) liên kết với liên kết cộng hóa tr nh protein, axit nucleic, polysacharide - Mỗi phân tử có chức định s tng tỏc phân tử sinh học với quy định vai trị thành phÇn tỉng thể thống nhất, hài hòa mét thể sống Những phân tử tế bào chia thành nhóm: - Kích thước phân tử nhỏ đường đơn, axit amin, axit béo, có khoảng 750 loại phân tử nhỏ khác tìm thấy tế bào sinh vật - Nhóm đại phân tử axit nucleic, chÊt mang thông tin di truyền protein, sản phẩm đợc hình thành từ thông tin di truyền cú vai trũ quan trọng Hiện nhà khoa học phán đoán tồn 200 loại đại phân tử Nhờ phản ứng sinh hóa xúc tác enzyme có thể: - Cắt nhỏ đại phân tử thành tiểu phân tử tách rời, sau lắp ghép lại để tạo thành đại phân tử - Q trình phản ứng giải phóng lượng tạo phân tử có lượng cao nhiều - Tổng hợp lên khối phân tử nhỏ thành phần đại phân tử tế bào - Lắp ghép khối phân tử đơn thành đại phân tử mong muốn theo nhu cầu giai đoạn phát triển mơ Axit nucleic a §iĨm lại nghiên cứu phát gen DNA tríc Watson vµ Crick - Theo Mendel, gen lµ nhân tố di truyền quy định tính trạng đặc thù, nhng chất nh cha rõ Tơng tự nh vậy, đột biến làm thay đổi chức gen nhng xác chế không rõ - Thuyết gen-một protein đà mô hình hoá việc gen quy định cấu trúc protein - Gen đợc phát nằm nhiễm sắc thể - Nhiễm sắc thể chứa DNA protein (các histon) - Hàng loạt công trình nghiên cứu vào năm 1920, chứng minh DNA vật chất mang thông tin di truyền - Thí nghiệm phát hiện tợng biến nạp (transformation) phế cầu khuẩn Streptococcus pneumoniae gây bệnh viêm phổi ngời làm cho cho chuét chÕt Frederick Griffith, ngêi Anh, tiÕn hành vào năm 1928 Có thể tóm tắt nh sau: phế cầu khuẩn có dạng S R, dạng S có vỏ bao tế bào polysaccharit nên cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào vi khuẩn, nên gây chuột chết, dạng R vỏ bao nên bị bạch cầu tiêu diệt nên không gây bệnh Dạng S đợc nuôi cấy cho khuẩn lạc nhẵn, dạng R cho khuẩn lạc ráp Thí nghiệm tiến hành nh sau: + Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột chuột chết + Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh chuột sống + Tiêm vi khuẩn S bị đun chết cho chuột chuột sống + Tiêm hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết với R sống cho chuột chuột chết Trong xác chuột chết tìm thấy có vi khuẩn S R Kết chứng tỏ DNA S đà truyền sang R nhờ protein sống R hoạt hoá gen tạo thể vi khuẩn S gây bệnh làm chuột chết - Năm 1944, Oswald Avery đồng nghiệp khác Colin MacLeod Maclyn McCarty đà xác định tác nhân gây biến nạp DNA sau xử lí vi khn S sèng b»ng protease, enzym ph©n hủ protein, RNase, enzyme phân huỷ RNA khả biến nạp Nhng xử lí DNase, enzyme phân huỷ DNA hoạt tính biến nạp không còn, chứng tỏ DNA nhân tố gây biến nạp - Thí nghiệm nghiên cứu xâm nhiễm DNA virut vào tế bào vi khuẩn thông qua phơng pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ S35 P32 Alfred Hershey Martha Chase tiến hành vào năm 1952 chứng minh thực khuẩn xâm nhập vào tế bào vi khuẩn có DNA đợc đa vào tế bào protein thực khuẩn thẻ nằm bên tế bào vi khuẩn Ngày ngời ta đà khẳng định đâu có DNA, trờng hợp RNA(virut) chứa gen mang thông tin di truyền qui định tạo lên tính trạng b Cấu trúc DNA Đặc tính vËt chÊt di trun Tríc ph¸t hiƯn cÊu trúc DNA, đà có nhiều tranh cÃi vật chất di truyền gi, protein, acid nhân hay chất khác Cuối thống vật chất di truyền cần phải có đặc tính sau: - Mọi tế bào soma thể sinh vật cần phải có cấu trúc di truyền, vật chất di truyền phải đợc tái cách xác qua lần phân chia tế bào - Vật chất di truyền phải tàng chứa thông tin di truyền quy định việc tạo protein có chức xúc tác cho trình hình thành tính trạng - Phải có khả đột biến di truyền lại để làm sở cho tiến hoá sinh vật DNA có đủ đặc tính có tiềm tự sửa sai để bảo toàn tính nguyên vẹn Cấu trúc DNA theo Watson Crick - Thành phần hoá học DNA phân tử trùng phân, mạch thẳng không phân nhánh, bao gồm mạch đơn, mạch hình thành liên kết trùng phân nucleotide tạo nên chuỗi phân tử dài hàng trăm, ngàn chí hàng triệu nucleotide Các đồng phân Purine Cấu tạo hoá học Purine Cấu tạo hoá học Pyrimidine Mi nucleotide bao gồm: + Đường 2’ deoxyribose, đường pentose chứa ngun tử cacbon vµ cacbon ë vi trí số 2’ chøa nhóm H thay nhóm OH cđa ®êng ribose RNA + Bazơ nitơ có loại A, T, C G, chia thành nhóm bazơ purine (bazơ to, có vịng thơm) gồm Adenine Guanine, cịn nhóm pyrimidine (bazơ nhỏ chứa vịng thơm) gồm Thymine Cytosine) Liên kết gi÷a cacbon số đường pentose với nitro số bazơ nhóm pyrimidine nitơ số bazơ purine tạo thành nucleoside + Nucleoside gm ng liên kết với bazơ nitơ, thêm gốc phosphate thành nucleotide Trong tế bào chứa loại dNMP, dNDP dNTP dNTP sử dụng để tổng hợp DNA Tên đầy đủ dNTP là: 2’-deoxyadenosine 5’-triphosphate, 2’-deoxycytidine 5’triphosphate, 2’-deoxyguanosine 5’-triphosphate, 2’-deoxythymidine 5’triphosphate + Nhóm phosphate gồm 1, gốc phosphate gắn vào vị trí cacbon số đường, theo thứ tự α, β γ + Chuỗi polynucleotide tạo thành nucleotide liên kết với liên kết phosphodiester nhóm OH bazơ trước với gốc phosphate vị trí cacbon số nucleotide tạo thành, trình liên quan đến việc loại bỏ gốc phosphate bªn ngồi (β γ) nucleotide tới Hai đầu chuỗi polynucleotide có cấu tạo hố học xác định, đầu 5’ chứa hc gốc phosphate (5’-P terminus) khơng hoạt động, cịn đầu 3’ (cacbon số 3) chứa nhóm OH Điều có nghĩa phân tử DNA có hướng hố học 5’→3’ 3’→5’, hướng tổng hợp tất DNA polymerase theo chiều 5’→3’ Hình 1.2 Cấu trúc hóa học chuỗi xoắn kép phõn t DNA - Quy tắc Chargaff thành phần nucleotide phân tử DNA +Tổng số phân tử pyrimidine (T + C) b»ng tỉng sè ph©n tư purine (A + G) + Số phân tử nu T luôn số phân tử nu A số phân tử nu C luôn số phân tử nu G Nhng tổng số nu A + T không cần thiết phải C + G Tỷ số biến động theo loài sinh vật nhng giống mô khác cïng mét c¬ thĨ sinh vËt - Chuỗi soắn kộp DNA + DNA l mt đại phõn t gm chuỗi polynucleotide đơn xoắn vào (dsDNA) Watson Crick năm 1953 phát minh cấu trúc Mỗi mạch có cặp bazơ đối xứng theo quy luật A liên kết với T liên kết hydro, cịn C ln liên kết với G liên kết hydro Các nucleotit mạch ln ln đối xứng Một đặc tính chuỗi xoắn kép DNA tương tác liên kết hyđro cặp bazơ lân cận làm cho phân tử DNA trạng thái xoắn kép bền vững Hướng xoắn mạch đơn ngược chiều nên gọi chúng hai mạch đối xứng song song Mỗi mạch đơn (ssDNA) mang trình tự bazơ khác nhau, mạch mang thông tin di truyền khác so với mạch Hai mạch đơn liên kt vi bi liên kết hydro bzơ b sung mạch, vy quỏ trỡnh tự chép tuân thủ theo nguyên tắc bán bo th + Khi viết trình tự phân tử DNA, ngời ta thờng viết trình tự sợi đơn hớng 5' 3', đầu 5' bên trái đầu 3' bên phải + Chiều dài phân tử DNA đợc đo số cặp bazơ (bp, Kb Mb) Đặc tính DNA + c tớnh bin tính khả sợi kép DNA điều kiện nhiệt độ cao gần điểm sôi pH