1 AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT A. MỞ ĐẦU. I. Đặt vấn đề. Trong tất cả các phân tử có trong tự nhiên, các acid nucleic là “độc nhất, vô nhị” về khả năng tự sao chép (tái bản) từ các đơn phân thành phần. Trong thực tế, đặc điểm con cái giống bố, mẹ là kết quả của quá trình sao chép chính xác DNA và sự di truyền của nó qua các thế hệ. Thông tin di truyền được mã hóa bằng ngôn ngữ hóa học của DNA và được tái bản ở mọi tế bào trong cơ thể của mỗi chúng ta. Chính ngôn ngữ lập trình của DNA đã điều khiển quá trình phát triển các tính trạng về hóa sinh, giải phẩu, sinh lý và ở một mức độ nhất định là tập tính ở mỗi cơ thể sinh vật. Vì vậy với vai trò to lớn như vậy của acid nucleic (DNA) trong truyền đạt thông tin di truyền nên tôi chọ đề tài: AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT II. Phạm vi nghiên cứu. Chỉ tập trung nghiên cứu chứng minh DNA là vật chất di truyền. III. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệu được lấy từ các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet. Dựa vào sự phân tích, tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài. B. NỘI DUNG I. Thành phần cấu tạo hóa học của axit nucleic Axit nucleic được F. Miescher phát hiện năm 1869.Nucleic acid, vật chất mang thông tin di truyền của các hệ thống sống, là một polymer hình thành từ các monomer là nucleotide.Có hai loại axitnucleic là axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA). Axit deoxyribonucleic (DNA) là polyme có phân tử lượng lớn, có mặttrong tất cả tế bào sống.DNA tập trung chủ yếu ở các nhiễm sắc thể trongnhân tế bào, ngoài ra còn có một số lượng nhỏ nằm ở ty thể và lục lạp - là cácDNA ngoài nhân.Số lượng DNA là không thay đổi trong nhân của các tế bàocùng loài. Axit ribonucleic có mặt cả trong nhân tế bào và trong nguyên sinhchất 2 1.1. Thành phần nguyên tố Trong cấu tạo của axit nucleic có 5 nguyên tố hóa học là carbon (C),hydro (H), oxy (O), nitơ (N) và phospho (P). Trong đó, thành phần nitơthường chiếm khoảng từ 8-10% và phospho là 15-16%. 1.2. Thành phần cấu tạo hóa học Phân tử axit nucleic được cấu tạo từ 3 thành phần chính là các bazơnitơ, đường pentose và axit phosphoric. Hình 1.1.Cấu trúc các nucleotide điển hình Khi thuỷ phân hoàn toàn axit nucleic bằng enzyme hoặc bằng axit thìthu được ba thành phần chính là bazơ nitơ, đường pentose và axit phosphoric. Nếu thuỷ phân từng bước bằng các enzyme thì đầu tiên, enzym ribonuclease cắt liên kết phosphoester, giải phóng các nucleotide - là đơn vịcấu tạo cơ bản của phân tử axit nucleic. Các nucleotide sẽ tiếp tục bị thuỷphân dưới tác dụng của các enzyme nucleotidase và nucleosidase để giảiphóng axit phosphoric, đường pentose và bazơ nitơ (Hình 1.2) 3 Nucleotidase Axit nucleic (DNA và RNA) Nucleotide - Deoxyribonulease - Ribonuclease Nucleoside Axit phosphoric Đường pentose - Deoxyribose - Ribose Nucleosidase Bazơ nitơ - Purine - Pyrimidine Hình 1-1: Sơ đồ thuỷ phân từng bước của axit nucleic 1,-Các bazơ nitơ: Có 2 nhóm bazơ nitơ là purine và pyrimidine (Hình 1.3): - Bazơ purine là hợp chất nitơ dị vòng. Vòng purine được nhà hoá học ĐứcE. Fischer gọi lần đầu tiên, trong đó, bao gồm một vòng pyrimidine và mộtvòng imidazol ghép lại.Các bazơ có nhân purine là adenine (A) và guanine(G).Mỗi bazơ đều có 2 dạng đồng phân.Một dẫn xuất quan trọng của bazơadenine là hypoxanthine. Hypoxanthine được tạo thành khi nhóm −NH2 của Adenine được thay bằng nhóm −OH.Hypoxanthine có ý nghĩa quan trọngtrong quá trình trao đổi chất của tế bào sống. - Bazơ pyrimidine là một vòng 6 cạnh có chứa hai nguyên tử nitơ. Cácbazơ có nhân pyrimidine là cytosine (C) và thymine (T). Trong điều kiện sinh lý, guanine và thymine thường tồn tại ở dạng ceton. Đôi khi, bazơ cytosine còn gặp dưới dạng 5-methyl cytosine, cònadenine và cytosine thường tồn tại dưới dạng amin. N HN N N NH N N 2 N NH N 6 5 7 1 2 3 4 9 8 Adenine (A) (6-aminopurine) N NH HN HN O N N NH HN N OH N N NH Guanine (G) (2-amino 6-oxypurine) NH HN N NH 2 O NH O NH N 4 5 Cytozine (C) 3 2 1 N 6 O CH 3 (2-oxy-4-aminopyrimidine) OH CH 3 HN O NH O N NH Thymine (T) (2,4 dioxy-5 methylpyrimidine) O HN N OH O NH O NH Uracil (U) (2,4 dioxypyrimidine) Hình 1-2: Công thức cấu tạo của các bazơ nitơ. 2,-Đường pentose: Trong DNA có chứa gốc đường deoxyribose, trong RNA chứa gốcđường ribose nằm dưới dạng vòng, có công thức cấu tạo là: C 2 H 5 OH Pentose HOH 2 C H H H OH H HO-H 2 C H H H OH H OH H OH OH Deoxyribose 1.3. Nucleoside và nucleotide 1,-Nucleoside: NH 2 N N N N 9 Liên kết glycoside Ribose HN O O N 1 HOH C H H O H 1’ H HOH C H H O H 1’ H OH R R = OH hoặc H OH R Hình 1-3: Liên kết glycoside giữa bazơ nitơ vàđường pentose Khi một bazơ nitơ liên kết với phân tử đường pentose bằng liên kếtβ,N-glycoside sẽ tạo thành một nucleoside. Liên kết β,N-glycoside này hìnhthành giữa nguyên tử carbon thứ nhất (C 1 ) của đường pentose với nguyên tửthứ 9 (N 9 ) của bazơ purine hoặc với nguyên tử thứ nhất (N 1 ) của bazơpyrimidine. - Nucleoside của bazơ pyrimidine với đường ribose mang tên của bazơ vàcó đuôi là “-idine” (thymidine, uridine, cytidine). - Nucleoside của bazơ purin với đường ribose mang tên của bazơ và cóđuôi là “-osine” (adenosine, guanosine). - Khi bazơ nitơ liên kết với đường deoxyribose thì có thêm tiếp đầu ngữ“deoxy-“ (deoxyadenosine, deoxyguanosine, deoxycytisine). Riêng bazơmthymine chỉ có mặt trong DNA nên gốc đường trong nucleoside luôn làdeoxyribose, trong trường hợp này, nhiều khi người ta không cần gọi thêm tiếp đầu ngữ “deoxy-“, mà chỉ gọi một cách đơn giản là thymidine. 2,-Nucleotide: O N NH 2 N N N O HN O O N HO P O OH CH 2 H H O H H HO P O OH CH 2 H H O H H OH OH Adenosine 5’-monophosphat (Adenosine monophosphat) (AMP) Hình 1-4: Sơđồ AMP và UMP OH OH Uridine 5’-monophosphat (Uridine monophosphat) (UMP) Nucleotide là ester phosphat của nucleoside.Axit phosphoric tạo liênkết ester với một nguyên tử carbon nào đó của đường (thường là ở C 5 ), tạothành nucleotide (Hình 1-4). Các nucleotide là đơn vị cấu tạo của axit nucleic, phân tử DNA đượccấu tạo nên từ 4 loại nucleotide: dAMP, dGMP, dCMP và dTMP. Nucleotide đóng vai trò sinh học quan trọng.Ngoài chức năng cấu tạonên vật chất di truyền, chúng còn có mặt trong các coenzyme, xúc tác nhiềuphản ứng hóa học trong tế bào như các coenzyme NAD, FAD, FMN vàcoenzyme A. Bảng 1-1: Tên gọi và chữ viết tắt của một số nucleotide Tên gọi Ký Adenozine 5’-monophosphat (axit adenylic) Guanosine 5’-monophosphat (axit guanylic) Cytidine 5’-monophosphat (axit cytidytic) Uridine 5’-monophosphat (axit thymidylic) Deoxyadenosine 5’-monophosphat (axit deoxyadenylic) Deoxyguanosine 5’-monophosphat (axit deoxyadenylic) Deoxycytidine 5’-monophosphat (axit deoxycytidylic) Deoxythymidine 5’-monophosphat (axit deoxythymidylic) II. Cấu trúc phân tử DNA 2.1- Đặcđiểm cấu tạo hiệu AMP GMP CMP UMP dAMP dGMP dCMP dTMP Axit deoxyribonucleic (DNA) là phân tử mang thông tin di truyền củatế bào sống mà trong đó, gen là đơn vị di truyền cơ bản. DNA được xây dựng từ 4 loại nucleotide: dAMP, dGMP, dCMP vàdTMP. Gốc đường trong các nucleotide này là deoxyribose. DNA là mộtpolynucleotide, các nucleotide nối với nhau bằng liên kết 3',5' phosphodiester. Hai liên kết ester được hình thành giữa gốc phosphat với carbon thứ 3 củanucleotide này và carbon thứ 5 của nucleotide nằm kề nó (Hình 1-5). Phân tử DNA bao gồm hai sợi polynucleotide ngược chiều nhau, bazơpurine của sợi polynucleotide này nằm đối diện với bazơ pyrimidine của sợipolynucleotide kia theo quy luật bổ sung nghiêm ngặt: adenine đứng đối diệnvới thymine (A−T) và guanine đứng đối diện với cytosine (G-C). Hai sợipolynucleotide được giữ vững và ổn định nhờ các liên kết hydro giữa cácbazơ nitơ của hai mạch (Hình 1-5). H N N 6 H 5 7 N H N N H N H H N N N A 1 2 H N N 3 N 4 H 9 N R 8 H N N N H N R H H N N O N R 3 4 5 C O 2 1N R 6 O N R O N R Dạng amin Dạng imin ít gặp (2 dạng quay) G T H H N H H O N N O 6 N O 4 N R N N R CH 3 H N H O N N N O N O N R O H H N N R CH 3 CH 3 H N H O H N H N N O N O N R O N N R CH 3 CH 3 Dạng ceton o H N R H O N R Dạng enol ít gặp (2 dạng quay) Hình 1-5: Vị trí có thể hình thành liên kết hydro của các dạng bazơ nitơ Hướng chuyển dịchđiện tử trong liên kết hydro Quy luật liên kết bổ sung giữa hai loại bazơ nitơ do E. Chargaft pháthiện. Khi nghiên cứu thành phần các bazơ nitơ trong phân tử axit nucleic, ôngthấy rằng: Số bazơ adenine luôn bằng thymine và số bazơ guanine luôn bằng cytosine. Quy tắc này được gọi là quy tắc Chargaft: A = T và G = C hay Về sau, các nhà nghiên cứu thấy rằng: số lượng các cặp bazơ A−T vàG−C rất khác nhau ở mỗi loài nên quy tắc này được bổ sung nội dung sau: Tỷ lệ (A+T)/(G+C) là tuỳ theo loài Một đặc điểm rất quan trọng của các bazơ nitơ như đã nêu ở phần trênlà chúng có các dạng đồng phân. Nếu xét về góc độ hoá học thuần tuý, dựavào khả năng cho và nhận điện tử của các nguyên tử trong các loại bazơ nitơ(Hình 1-5), thì khi thay đổi dạng đồng phân, bazơ adenine có thể tạo liên kếthydro với cả bazơ thymine (A−T) và cytosine (A−C), tương tự như vậy, bazơguanine cũng có thể tạo liên kết với cytosine (G−C) và thymine (G−T). Trong điều kiện sinh lý của tế bào, người ta thấy, bazơ adenine vàcytosine thường nằm dưới dạng amino, nghĩa là, nguyên tử nitơ gắn với vòngpurine và pyrimidine luôn có hai nguyên tử nitơ (−NH2), rất ít khi gặp ở dạngimin (−NH). Tương tự như vậy, ở bazơ guanine và thymine, nguyên tử oxygắn ở carbon thứ 6 của vòng purine và pyrimidine luôn nằm dưới dạng ceton(C=O) và rất ít khi gặp ở dạng enol (C−OH) (Hình 1-5). Như vậy, vị trí củanguyên tử hydro ở các nhóm thế trên là hết sức quan trọng. Nếu nguyên tửhydro không cố định vị trí thì sẽ dẫn đến sự bắt cặp nhầm giữa A−C và G−T, làm thay đổi trình tự sắp xếp và thành phần các bazơ nitơ trên các sợi polynucleotide. Nếu trường hợp này xảy ra thì bộ máy di truyền sẽ bị biếnđộng, phân tử DNA của thế hệ này sẽ khác thế hệ trước. Tuy nhiên, tế bào cơthể sống luôn có cách kiểm soát thích hợp để đảm bảo bộ máy di truyền ổnđịnh từ thế hệ này qua thế hệ khác. [...]... đầu của thế kỷ XX Sau khi phát hiệnra axit nucleic (1869) và nhà hóa học Đức R Feulgen tìm ra phương phápnhuộm màu đặc hiệu với axit nucleic (1914), thì rất nhiều kết quả nghiên cứuvề axit nucleic đã làm sáng tỏ rằng, DNA mới là vật chất di truyền chứ khôngphải là protein Những phát hiện sau đây gián tiếp cho thấy DNA là vật chất di truyền: - DNA có mặt trong tất cả các tế bào sống, từ vi sinh vật, ... LIỆU THAM KHẢO - Campbell tập III Di truyền học - Hoàng Trọng Phán (2005) Di truyền học,NXB Đại học Huế - Hoàng Trọng Phán (2011) Di truyền học phân tử , NXB Đại học Huế - Hoàng Trọng Phán (2008) Nucleic acid , NXB Đại học Huế - Lê Đức Trình (2001) Sinh học phân tử của tế bào, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội - Đỗ Quý Hải (2008) Giáo trinh Hóa sinh, NXB Đại học Huế - Nguyễn Bá Lộc (1994) Hóa sinh, NXB Đại... ngừng tạo nên các nguồn biến dị di truyeenfsow cấp và thứ cấp cho sự chọn lọc và tiến hóa của sinh giới Các chức năng và cơ chế truyền đạt thông tin di truyền chính yếu của DNA được mô tả tóm tắt ở “ Luận điểm trung tâm của sinh học phân tử” V Các thí nghiệm chứng minh DNA là vật chất di truyền 5.1 Các chứng minh gián tiếp Trước đây, người ta cho rằng, protein là vật chất di truyền, quan niệmnày vẫn còn... protein củavỏ phage nằm ngoài tế bào vi khuẩn Ngược lại, phần bên trong tế bào vi khuẩn có chứa nhiều P32(70%), nhưng ít S35, chứng tỏ rằng, DNA được bơm vào tế bào vi khuẩn để sinh sản ra một thế hệ phage mới Từ các kết quả thí nghiệm đi đến kết luận: Vật chất di truyền của phageT2 là DNA 5.4 Các bằng chứng khác chứng minh DNA là vật chất di truyền - Các bằng chứng khác chứng minh DNA là vật chất di truyền. .. hạn trong DNA của người tỉ lệ của 4 loại base nitrogen được xác định là: A = T = 30,3%, G = 19,5%, và C = 19,9% Sự cân bằng về số lượng base A với T cũng như giữa G với C còn được gọi là luật Chargaff C KẾT LUẬN ADN thỏa mãn các yêu cầu đối với vật chất di truyền vì: 1 Chứa và truyền đạt thông tin di truyền Đòi hỏi trước tiên đối với vật chất di truyền là có khả năng chứa thông tin di truyền Phân tử... sung của chúng và làm phục hồi chuỗi xoắn kép như lúc đầu IV Chức năng của DNA DNA hay bộ gen của tất cả các sinh vật nói chung có chức năng chính là mang đầy đủ toàn bộ thông tin di truyền đặc trưng cho từng loài Thông tin di truyền này được ghi lại dưới dạng mật mã, gọi là mã di truyền, và chứa đựng trong các gen cấu trúc cũng như các yếu tố kiểm soát di truyền nhằm điều khiển mọi hoạt động sinh. .. bào sống, từ vi sinh vật, thực vật cho đếncác động vật bậc cao - DNA là thành phần chủ yếu của các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào - Hàm lượng DNA trong tất cả các tế bào dinh dưỡng (tế bào soma) củamột loại sinh vật bất kỳ nào đều giống nhau, không phụ thuộc vào trạng tháihay chức năng của chúng Ngược lại, hàm lượng RNA và protein lại thay đổitùy theo trạng thái sinh lý - Khi gây đột biến bằng tia tử... virus hay dạng xoắn đôi của DNA vi khuẩn III Tính chất của DNA Dung dịch DNA có tính keo do phân tử lớn và có tính axit do có chứagốc axit phosphoric Dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt hay các chất hóa học(formamide, urê), hai sợi đơn của phân tử DNA bị tách rời do các liên kếthydro giữa các bazơ bổ sung bị phá vỡ - hiện tượng này gọi là sự biến tínhcủa DNA Giá trị trung bình của khoảng nhiệt độ... chức năng của tế bào 2 Tự sao chép chính xác Chuỗi xoắn kép ADN gồm hai mạch bổ sung cho nhau theo nguyên tắc bổ sung nên quá trình sao chép ADN di n ra chính xác, đảm bảo cho vật chất di truyền được giữ ổn định qua các thế hệ 3 Có khả năng phát sinh biến dị di truyền Có thể bị đột biến về cấu trúc, số lượng, đột biến gen 4 Có tiềm năng tự sửa sai ADN có khả năng tự sửa sai những sai hỏng di truyền Do... sở của tế bào Nhờ đó mà con cái sinh ra thường giống với cha mẹ, mỗi loài duy trì sự ổn định tương đối bộ gen của mình và nói rộng ra là, nhờ đó mà sự sống được duy trì một cách liên tục kể từ khi sự sống bắt đầu hình thành trên trái đất cách đây chừng ba tỷ rưỡi năm Mặt khác, DNA hay vật chất di truyền nói chung có khr năng phát sinh các biến đổi trong quá trình phát triển cá thể và sinh sản của sinh . nucleic (DNA) trong truyền đạt thông tin di truyền nên tôi chọ đề tài: AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT II. Phạm vi nghiên cứu. Chỉ tập trung nghiên cứu chứng minh DNA là vật. 1 AXIT NUCLEIC - VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA MỌI SINH VẬT A. MỞ ĐẦU. I. Đặt vấn đề. Trong tất cả các phân tử có trong tự nhiên, các acid nucleic là “độc nhất, vô nhị”. 5’-monophosphat (axit adenylic) Guanosine 5’-monophosphat (axit guanylic) Cytidine 5’-monophosphat (axit cytidytic) Uridine 5’-monophosphat (axit thymidylic) Deoxyadenosine 5’-monophosphat (axit