NUCLEOPROTEIN & ACID NUCLEIC potx

Thành phần cấu tạo của acid nucleic Acid nucleic là chất trùng hợp từ những nucleotid, được gọi là  Nucleotid là những chất giữ vai trò quan trọng trong sự biến dưỡng trung gian, thí d

NUCLEOPROTEIN &

ACID NUCLEIC

ThS Nguyễn Thị Minh Thuận

ĐẠI CƯƠNG

+ nhóm ngoại (acid

nucleic)

 Tất cả mọi tế bào sống

đều chứa nucleoprotein

 Chất nhiễm sắc

(cromatin) cũng hoàn

toàn gồm nucleoprotein

Nucleoprotein

Protein đơn giản Acid nucleic (histon hoặc protamin) (Polynucleotic)

Ribonuclease

Desoxyribonuclease Mononucleotid

Mononucleotidase Nucleosid Acid phosphoric

Base ose (Đường) (Purin hoặc Pyrimidin) (Ribose hoặc Desoxyribose)

ACID NUCLEIC

 2 loại acid nucleic (theo thành phần cấu tạo của ose )

- Acid ribonucleic (ARN) nếu ose là ribose và

- Acid desoxyribonucleic (ADN) nếu ose là desoxyribose

 ADN chủ yếu ở nhân, ARN nhiều trong tế bào chất

 Vai trò sinh học: ADN mang tính chất di truyền ARN tham gia vào tổng hợp protein

 Trong tế bào, ở dạng kết hợp với protein

Thành phần cấu tạo của acid nucleic

 Acid nucleic là chất trùng hợp từ những nucleotid, được gọi là

 Nucleotid là những chất giữ vai trò quan trọng trong sự biến

dưỡng trung gian, thí dụ như tích trữ năng lượng (ATP) hay lànhững coenzym(NAD+, NADP+, FAD, Coenzym A)

 Trong ARN ose là -D-Ribose

 Trong ADN ose là -2-desoxy D-Ribose

 Các nguyên tử C xếp liên tục nên đđược đđánh số thứ

tự có dấu phẩy trên đầu: C1', C2' cho đến C5'.

2 D_Ribose D_Ribose

- - _deoxy

 Các phân tử đđường này có ba vị trí quan trọng chứa nhóm

- Nhóm -OH ở C3' tạo liên kết phosphodieste với nhóm

phosphat của một nucleotid khác để tạo chuỗi

Base có nitơ

 Thuộc loại hợp chất dị vòng pyrimidin và purin, trong đó một hay nhiều nguyên tử hydrogen được thay thế bởi những

gốc hydroxyl, amin hay metyl

 Purin và pyrimidin chứa các nguyên tử N nằm xen kẽ với các nguyên tử C đđánh số các vị trí không thêm dấu phẩy trên đđầu như trong trường hợp của đường pentose

N N

2

1

Base có nitơ có nhân pyrimidin

 Có 3 loại: cytosin, uracil và thymin

 Trong ARN có cytosin và uracil

 Trong ADN có cytosin và thymin

Cytosin

O

N NH

NH 2

2 _oxy _amino pyrimidin4

Uracyl

N NH

NH 2

2 _oxy _amino pyrimidin4

Uracyl

N NH

Base có nitơ có nhân purin

 Hai base trong ARN và ADN là: Adenin và Guanin

Adenin

NN

NNH

NH 2

Guanin

O

NN

_amino

6

Acid Phosphoric

 Là acid vơ cơ có chứa phospho (P), một nguyên tố đđóng vai trò quan trọng trong trao đđổi chất và năng lượng của

tế bào

 Chứa ba nhóm -OH nên có thể hình thành liên kết este

với các gốc đường tại vị trí C5' và C3' để tạo nên các

nucleotid và chuỗi polynucleotid

-Trong các nucleotid của DNA và RNA: nhóm phosphat

liên kết với các nucleosid tại C5'

-Trong trường hợp phân tử đđiều hòa AMP vòng (cyclic AMP = cAMP): nhóm phosphat tạo liên kết este với hai nhóm -OH ở C5' và C3' trong cùng một nucleotid

NUCLEOSID

 Gồm 2 thành phần: base

pentose

 Liên kết bằng nối N9 của

base purin (hoặc N1 của

base pyrimidin) với C1 của

pentose, vôùi sự loại ra 1

phân tử nước Liên kết

osidic dưới dạng  (

-N-glycosid)

Pentose dưới dạng furanose

 Nucleosid có nhân pyrimidin có tên tận cùng là idin.

 Nucleosid có nhân purin có tên tận cùng là osin

N N

 Mononucleotid là đơn vị cơ sở của acid nucleic

 Mononucleotid được tạo thành khi chức alcol của pentoseđược este hóa bởi acid phosphoric (H3PO4) este phosphat

 3 vị trí có thể phosphoryl hóa của

ribonucleosid (OH ở C2’, C3’, C5’)

 Desoxyribonucleosid chỉ có thể

phosphoryl hóa ở C3’ và C5’

 Mỗi nucleotid gồm ba thành phần:

-gốc đđường pentose nối với một

base nitơ tại C1’ bằng một liên kết

β-glycosid

-gốc đđường pentose nối với

nhóm phosphat tại C5’ bằng một

liên kết phosphomonoeste

NUCLEOTID

O

P O O

_

9

N N

N N

P O

O _

N N

N N

NH2

AMP

 Nucleotid vòng khi H3PO4

este hóa 2 nhóm OH của

pentose cùng 1 lúc (OH ở

2’ và 3’ hoặc ở 3’ và 5’)

 Quan trọng nhất là AMP

vòng (Adenosin 3'-5'-cyclic

monophosphat ) đóng vai

trò điều hòa, tải nạp tín

hiệu

NUCLEOTID

 Nhiều tổ chức động vật còn có các nucleosid di vàtriphosphat (C5’)

 Nhiều nhóm phosphat có thể nối nhau thành một dãybằng các liên kết phosphoanhydrid

 Những nucleosid di và triphosphat tham gia phần quantrọng trong chuyển hóa các chất ở cơ thể và quá trình traođổi năng lượng

NUCLEOTID

Adenin

O P

O O _

_

O P

O HO

O P

O O _

9

O

OH OH

N N

N N

NH2

CH2O

5 '_monophosphat

Adenosin _diphosphat5' (ADP)

_triphosphat Adenosin 5 ' (ATP)

Ribose

NUCLEOTID

Cấu trúc chi tiết của các nucleotid adenosin ở ba trạng

thái mono-, di- và triphosphat

Chức năng sinh học của Nucleotid

 Nucleotid tham gia vào nhiều phản ứng hay các quá trìnhsinh học như tổng hợp protein, tổng hợp acid nucleic, cơ chế

điều hòa và truyền thông tin

 Những chức năng sinh học khác nhau của nucleotid như: là

chất dự trữ và vận chuyển năng lượng, tham gia cấu tạocoenzym, là chất truyền thông tin thứ hai

 Các nucleotid đóng vai trò sinh học trong cơ thể như: ATP,GTP, UDP, CTP, AMPc, GMPc, adenosin 3’-phosphat-5’-phosphosulphat, S-adenosylmethionin, các coenzym là dẫnchất của adenosin monophosphat…

Chức năng sinh học của Nucleotid

 ATP: Đóng vai trò dự trữ và vận

chuyển năng lượng

ATP là nguồn năng lượng chủ yếu

cho phần lớn các phản ứng trong tế

bào

Sự thủy phân ATP và các nucleosid

triphosphat khác giải phóng năng

lượng nhờ cấu tạo hóa học của

triphosphat

 Thủy phân liên kết este (giữa ribose

và phosphat) giải phóng 14 kJ/mol

 Thủy phân liên kết anhydrid (giữa

các phosphat) giải phóng 30 kJ/mol

Chức năng sinh học của Nucleotid

GTP: là nguồn năng lượng cho quá trình tổng hợp protein

 UDP, UTP: Các hợp chất giàu năng lượng, có vai trò quantrọng trong chuyển hóa glucid Đặc biệt là trong các phản ứng

epime hóa, trong tổng hợp glycogen, tổng hợp galactose, tổnghợp oligosaccarid của glycoprotein và proteoglycan

UDP-glucuronic tham gia trong phản ứng liên hợp glucuronic

của bilirubin và một số thuốc như aspirin

Chức năng sinh học của Nucleotid

 CTP: Tham gia trong tổng hợp phosphoglycerid,

Chức năng sinh học của Nucleotid

 CTP: Tham gia trong tổng hợp phosphoglycerid,

Chức năng sinh học của Nucleotid

 Adenosin

3’-phosphat-5’phosphosulphat

Là chất chuyển gốc sulfat

trong tổng hợp proteoglycan,

trong phản ứng liên hợp sulfat

với thuốc

 Coenzym

Nhiều coenzym là dẫn chất

của adenosin monophosphat

được trình bày trong bảng sau

O O _ O

R" R'

9

N N

N N

NH2

CH2

O

O O n

Adenin

Chức năng sinh học của Nucleotid

2-1 NAD Dẫn chất của vitamin B H H 2

NADP Dẫn chất của vitamin B PO 3

FAD Dẫn chất của vitamin B H H 2

CoASH Dẫn chất của vitamin B H PO 32- 2

R

O P

O O _ O

R" R'

9

N N

N N

NH2

CH2

O

O O

n

Adenin

Chức năng sinh học của Nucleotid

Chức năng sinh học của Nucleotid

Chức năng sinh học của Nucleotid

Các chất tổng hợp có cấu tạo tương tự nucleotid được dùng trong hóa trị liệu

 Các chất tổng hợp 'tương tự’ giống nhân purin, nhân pyrimidin, nucleosid, nucleotid bằng cách thay đổi trên nhân dị vòng hay trên phần đường được dùng rất nhiều trong điều trị y học

 Tác dụng chủ yếu của nó là ức chế các enzym trong quá trình tổng hợp acid nucleic hay tham gia trực tiếp vào quá trình tổng hợp nucleic và làm phá vỡ cấu trúc DNA

 Trong điều trị ung thư, các chất ‘tương tự’ tham gia trực tiếpvào quá trình tổng hợp DNA khi tế bào phân chia như: 5-fluoro

6-mercaptopurin, 5- hay 6-azauridin, 5- hay 6-azacytidin, azaguanin … Azathioprin mà chất chuyển hóa của nó là 6-mercaptopurin được dùng như thuốc chống thải ghép trong ghép

8-cơ quan

Các chất tổng hợp có cấu tạo tương tự

nucleotid được dùng trong hóa trị liệu

O

O

HN NH

F

_Fluorouracil 5

N N

N N N

OH

Alloburinol

O N N

H 2 N

N N

N NH

SH

_Thioguanin 6

N

N

N NH

OH

CẤU TRÚC CỦA ACID NUCLEIC

Cấu trúc của ADN

 ADN tập trung chủ yếu ở các nhân tế bào, cấu tạo nên các

gen Sự hiểu biết đầy đủ về cấu trúc và tính chất của nó sẽgiúp hiểu rõ cơ chế của sự di truyền

 Về mặt cấu tạo hóa học, acid nucleic gồm rất nhiềumononucleotid trùng hợp với nhau tạo thành chuỗipolynucleotid

 ADN có phân tử lượng từ 4.000.000 tới 8x106 và gồmkhoảng từ 12.000 đến 25.000 mononucleotid khác nhau

9

N N

N N

O

O

P O HO

O

CH2

H

HN N

N N O

R1

P OHO

O

Adenin

Guanin

Thymin

Cấu trúc của ADN

Liên kết giữa các

mononucleotid trong phân tử

ADN là liên kết 3’-5’

phosphodiester

Một đơn vị ADN gồm 2 chuỗi

polynucleotid xoắn chung

quanh một trục chung theo 2

hướng ngược nhau

Chuỗi polynucleotid có tính

phân cực: đầu 5’ thường có

gốc phosphat tự do, đầu 3’

thường có OH tự do

Cấu trúc của ADN

P O HO

O O

CH3

O

P O HO

R1

O O O

P HO

H

O

N N

N N

N H

O

HN N

N N

N H H

O OH

Hai chuỗi polynucleotid nối với nhau bởi những liên kết

hydro tạo giữa 2 base theo nguyên tắc: A bổ sung cho T, G bổ sung cho C

 Tỷ lệ các base purin và pyrimidin (Chargaff và Bielozecki)

- base purin =  base pyrimidin

-  Adenin =  Thymin

-  Guanin =  Cytosin

-  Guanin + Cytosin =  Adenin + Thymin

 A+T > G+C  AND lọai AT Nếu A+T / G+C > 1 thực vật

 G+C > A+T  AND lọai GC Nếu A+T / G+C < 1 vi khuẩn

Cấu trúc của ADN

A + G = C + T

Caáu truùc cuûa ADN

Chuoãi xoaén keùp cuûa ADN

35Caáu truùc cuûa ADN

 ARN có cấu tạo tương tự ADN với 3 điểm khác biệt:

-Phân tử ARN là chuỗi đơn

-Đường pentose là Ribose

-Base Uracil thay thế Thymin

Cấu trúc của ARN

C G

C G A U

A U C U A U

C G C G

5 '

Cuộn

Tay

Cấu trúc của ARN

 ARN có phân tử lượng nhỏ hơn ADN khoảng 18.000

-35.000, có khi tới 1.500.000 - 2.000.000 gồm 4.000 - 6.000 mononucleotid

 Phân tử ARN gồm một sợi polynucleotid trong đó có những đoạn của sợi gần nhau có thể liên kết với nhau theo định

luật đôi base bổ sung: A - U và G - C để tạo ra cấu trúc

xoắn

 Mỗi tế bào sống, động vật, thực vật cũng như vi khuẩn đềuchứa 3 loại ARN: ARN ribosom (ARNr); ARN vận chuyển(ARNt) và ARN thông tin (ARNm)

Cấu trúc của ARN

ARNt (transfer RNA)

 ARNt có từ 74-95 nucleotid chiếm khoảng 10% tổng số ARN

 Vận chuyển các acid amin họat hóa đến ribosom để tổng hợpprotein từ các mARN tương ứng, do trình tự anticodon và OH3’ tận của bộ ba CCA-OH không tham gia xoắn kép thực hiện

 Có ít nhất 20 loại ARNt cho 20 lại acid amin

 Cấu tạo của các ARNt khác nhau ở trình tự đoạnpolynucleotid nhưng tất cả ARNt có cấu tạo chung là cấu trúcbậc I (trình tự đoạn polynucleotid) cho phép nó gập lại đượcvà tự kết hợp base nội phân tử tạo ra một cấu trúc bậc II códạng lá chẻ 3 Tất cả ARNt đều có 4 nhánh chính

 Nhánh tiếp nhận có đầu tận

cùng kết thúc bằng nhóm

CpCpAOH Nhóm –COOH

của acid amin gắn vào

nhóm 3’-OH của Adenin

 Nhánh đối mã có mang 3

nucleotid đối mã

 Nhánh D, T  C và nhánh

phụ giúp phân biệt các

ARNt

C

U A A

C U

C A

G G

G G G

U C

G

G C U

C

G A G

C A

G G

C

C C C

C

C U U U

G

G G G

G A

A

G D

5 '

3 '

Nhánh đối mã

Nhánh nhận acid amin



T C Nhánh

D Nhánh

ARNt

Cấu trúc của ARN

RNAr (Ribosomal RNA)

 Chiếm 80% tổng số ARN, có vai trò như nhà máy tổng hợp protein ARNr là một nucleoprotein có hai tiểu đơn

vị, tiểu đơn vị lớn là 60s và tiểu đơn vị nhỏ 40s Tiểu đơn

vị 60s có cấu tạo gồm ARNr 5S, ARNr 5.8S, ARNr 28S và khoảng 50 chuỗi polypeptid Tiểu đơn vị nhỏ cấu tạo gồm ARNr 18S và gần 30 chuỗi polypeptid

Cấu trúc của ARN

ARNm (Messenger RNA)

 Là ARN thông tin với vai trò chuyển thông tin từ gen và làmmẫu cho quá trình tổng hợp protein

 Là loại ARN đa dạng nhất về kích thước và tính bền Chiếmkhoảng 5% tổng số ARN

 ARNm ở tế bào có nhân có một số đặc điểm hóa học riêng.Đầu 5’ của ARNm có mang một phân tử 7-metylguanosintriphosphat và được gọi là mang “mũ” “mũ” là nơi nhậnbiết ARNm của bộ phận giải mã, ngoài ra mũ còn ảnhhưởng đến tính bền vững của ARNm do bảo vệ ARNm khỏisự tấn công của 5’-exonuclease

 Bộ máy tổng hợp protein bắt đầu từ đầu 5’ hay đầu có mũ

 Nhóm hydroxy của đầu 3’ còn lại gắn đoạn polyme của

adenin với chiều dài 20-250 nucleotid

 Chức năng của đuôi poly A này chưa được rõ, nhưng dường như nó bảo vệ cho ARNm khỏi sự tấn công của 3’-

exonuclease

 Có một số ARNm không có đuôi polyA Vì đuôi polyA có thể cặp đôi với đoạn oligodeoxythymidin nên đoạn polyme này được gắn vào một cơ chất như cellulose dùng để tách ARNm

ra khỏi các ARN khác