acid nucleic chuyển hoá năng lượng

Nucleotide, yếu tố cơ bản của nucleic acid ➢ Vai trò của nucleotide ➢ năng lượng cơ bản trong các quá trình trao đổi chất ➢ những liên kết hóa học cần thiết trong phản ứng của tế bàođến

Chương 5 Acid nucleic

Nội dung

5.1 Những vấn đề cơ bản của acid nucleic

5.2 DNA

5.3 Các RNA

5.1 Những vấn đề cơ bản của nucleic acid 5.1.1 Nucleotide, yếu tố cơ bản của nucleic acid

5.1.2 Cấu trúc của nucleic acid

➢ Nucleotide là gì?

5.1.1 Nucleotide, yếu tố cơ bản của nucleic acid

➢ Vai trò của nucleotide

➢ năng lượng cơ bản trong các quá trình trao đổi chất

➢ những liên kết hóa học cần thiết trong phản ứng của tế bàođến hormone và các kích thích ngoại bào khác

➢ là thành phần cấu trúc của một loạt các cofactor enzymecùng các chất trao đổi chất trung gian

➢ là thành phần của các acid nucleic

➢ Trình tự amino acid của mọi protein trong tế bào và trình

tự nucleotide của mọi RNA là đặc hiệu bởi trình tự

nucleotide trong DNA của tế bào

➢ Gen là một đoạn phân tử DNA có chứa thông tin di truyền quy định sự tổng hợp nên sản phẩm chức năng sinh học, dù

là protein hay RNA.

➢ RNA bao gồm các loại:

➢ RNA ribosome (rRNA) là thành phần của ribosome

➢ RNA thông tin (mRNA) là phân tử trung gian, mang thông tin di truyền của một hoặc một số gen đến ribosome

➢ RNA vận chuyển (tRNA) là phân tử nhận để dịch thông tin trong mRNA vào trình tự cụ thể của các amino acid

5.1.1 Nucleotide, yếu tố cơ bản của nucleic acid

Luận thuyết trung tâm (central dogma) của di truyền phân tử

5.1.2 Cấu trúc của nucleic acid

Hình 5.1 Cấu trúc thành phần của các nucleotide phổ biến

5.1.2 Cấu trúc của nucleic acid

5.2.1 Cấu trúc phân tử của DNA – Mô hình xoắn kép DNA củaWatson - Crick

5.2 DNA

5.2.2 Tính chất của DNA

5.2.3 DNA trong tế bào

5.2.4 Sự sao mã DNA

5.2.1 Cấu trúc phân tử của DNA – Mô hình xoắn kép DNA củaWatson - Crick

Hình 5.4 Cấu

trúc của DNA

5.2.1 Cấu trúc phân tử của DNA – Mô hình xoắn kép DNA củaWatson - Crick

➢ Các loại DNA

➢ mỗi dạng DNA là một dòng họ các phân tử có kích thướcdao động quanh các trị số trung bình

➢ Hai chỉ số được dùng để đánh giá là:

➢ h – chiều cao giữa hai nucleotide liền kề nhau

➢ n – số cặp nucleotide trong một vòng xoắn

5.2.1 Cấu trúc phân tử của DNA – Mô hình xoắn kép DNA củaWatson - Crick

Kiểu xoắn ốc Số cặp base

của 1 vòng xoắn (n)

5.2.1 Cấu trúc phân tử của DNA – Mô hình xoắn kép DNA củaWatson - Crick

Hình 5.5 DNA dạng B và dạng Z

5.2.2 Tính chất của DNA

➢ Biến tính (denaturation) và hồi tính (renaturation)

➢ Khi đun nóng phân tử DNA vượt quá nhiệt độ sinh lý(thường khoảng 80-950C) thì các liên kết hydro giữa hai

mạch bị đứt và chúng tách rời nhau Đó là hiện tượng biến tính của DNA

➢ Nhiệt độ làm hai mạch DNA tách rời nhau ra được gọi là

điểm chảy (melting point) của DNA

➢ Đặc trưng cho mỗi DNA, phụ thuộc vào số lượng cácliên kết hydro

➢ Chất formamide có khả năng hạ thấp điểm chảy, dùng

trong lai phân tử

5.2.2 Tính chất của DNA

➢ Biến tính (denaturation) và hồi tính (renaturation)

➢ Nếu DNA đã biến tính được hạ nhiệt độ từ từ trở lại bìnhthường, chúng có thể gắn lại với nhau thành mạch kép Hiện

tượng này gọi là hồi tính (renaturation)

➢ DNA mạch kép hay mạch đơn được đo bằng mật độ quang(OD – Optical Density) ở bước sóng 260nm dựa trên hiện

tượng hiệu ứng siêu tốc

5.2.2 Tính chất của DNA

Hình 5.6 Hiện tượng biến tính và hồi tính ở DNA

5.2.2 Tính chất của DNA

➢ Lai nucleic acid

➢ có thể lai DNA với DNA, DNA với RNA và RNA với RNA

➢ nguyên tắc: Lấy DNA loại A làm biến tính để thành mạchđơn, trộn lẫn với DNA loại B cũng bị biến tính chỉ có mạchđơn Dung dịch được hạ nhiệt độ từ từ để xảy ra hồi tính Đây

là kiểu lai lỏng hay lai trong dung dịch

➢ hai loại DNA phải có những đoạn có trình tự bổ sung cho

nhau, tức là tương đồng

➢ Lai nghiêm ngặt và lai ít nghiêm ngặt

5.2.2 Tính chất của DNA

➢ Lai nucleic acid

➢ Lai trên pha rắn

➢ Phương pháp thấm Southern (Southern blot), do ông E.Southern tìm ra, dùng cho DNA

➢ Phương pháp thấm Northern (Northern blot) dùng cho RNA.

➢ Phương pháp dot (điểm) và slot (khe) dùng cho DNA và RNA

➢ Lai tại chỗ là một kiểu lai phân tử trong đó, trình tự

nucleotide cần tìm (trình tự đích) nằm ngay trong tế bào haytrong mô

➢Dùng phương pháp lai DNA có thể xác định mối quan hệ họ hàng giữa các loại

5.2.2 Tính chất của DNA

Hình 5.8 Phương pháp Southern blot

5.2.3 DNA trong tế bào

➢ DNA trong sinh giới

➢ Cấu trúc xoắn kép

➢ chiều dài DNA của bộ gen hơn gấp 1000 lần chiều dài của tế bào

(số cặp base) Virus

E.coli

Nấm men Caenorabditis elegans

Drosophila Động vật có xương sống

Người Thực vật

5.2.3 DNA trong tế bào

➢ Bộ gen của prokaryotae

➢ Bộ gen (genome) của vi khuẩn E.coli và đa số các sinh vật

tiền nhân là một phân tử DNA có dạng vòng tròn và khônggắn protein để tạo phức hợp như nhiễm sắc thể củaEukaryotae

➢ DNA có 3 dạng cấu trúc tô-pô

➢ Dạng thứ nhất: siêu xoắn, khi mạch kép vặn xoắn hình số 8 Đây là dạng tự nhiên (native) trong tế bào vi khuẩn.

➢ Dạng thứ hai: vòng tròn, khi sợi DNA căng tròn Dạng này có được do sợi DNA siêu xoắn bị cắt đứt một trong hai mạch kép.

➢ Dạng thứ ba: thẳng, khi DNA bị đứt cả hai mạch

5.2.3 DNA trong tế bào

Eukaryotae

thành nhiều NST trongnhân

✓ NST gồm DNA và nhiềuprotein gắn vào

• Histon giữ vai trò cốtlõi trong việc cuộn lại

và điều hòa hoạt tínhDNA

5.2.4 Sư sao mã DNA

➢ Sao chép trên khuôn

➢ Tính chất căn bản của DNA là khả năng tự sao chép (saomã)

➢ Nếu biết trình tự các nucleotide trên một mạch sẽ xác địnhchính xác trình tự đặc hiệu các nucleotide trên mạch bổ sungvới nó

➢ Hai mạch cũ của phân tử DNA ban đầu được tách ra, mỗicái làm khuôn để tổng hợp mạch mới

➢ Kiểu sao chép này gọi là bán bảo tồn (semi-conservative)

5.2.4 Sư sao mã DNA

M.Meselson và Stahl chứngminh DNA sao chép theophương thức bán bảo tồn

5.2.4 Sư sao mã DNA

➢ Điều kiện và cơ chế chung của quá trình sao chép DNA

➢ Các liên kết hydro phải bị phá vỡ để tách rời hai mạch

➢ Phải có đoạn mồi (primer) tức đoạn DNA hay RNA mạchđơn ngắn bắt cặp với mạch đơn khuôn

➢ Đủ 4 loại nucleoside triphosphate (dATP, dGTP, dTTP vàdCTP) bắt cặp bổ sung với nucleotide mạch khuôn

➢ Mạch mới tổng hợp theo hướng 5’P → 3’OH

➢ Các nucleotide mới được nối lại với nhau bằng liên kếtcộng hóa trị để tạo mạch mới

➢ Có các enzyme đặc hiệu tham gia điều khiển quá trình

5.2.4 Sư sao mã DNA

Hình 5.10 Sao chép DNA ở vi khuẩn E.coli

5.3 Các RNA

5.3.1 Đặc điểm chung của RNA

➢ mạch polynucleotide đơn,

➢ đường pentose (5C) là ribose

➢ ngoài A, G, C thì uracil (U) thay cho thymin

➢ RNA gồm có các loại như sau:

✓ mRNA (messenger RNA) - RNA thông tin

✓rRNA (ribosomal RNA) - RNA ribosome

✓ tRNA (transfer RNA) - RNA vận chuyển

✓ - pre - rRNA (tiền rRNA ribosome) là RNA được tổng hợp từ DNA, sau splicing trở thành rRNA.

✓ - pre - tRNA (tiền rRNA vận chuyển) là RNA được tổng hợp từ DNA, sau splicing trở thành tRNA.

✓ - hn RNA (heterogenous nuclear RNA) là RNA không đồng nhất

ở nhân tế bào.

✓ - sn RNA (small nuclear RNA) - RNA nhỏ ở nhân

✓ - sc RNA (small cytoplasmic RNAs) - RNA nhỏ tế bào chất

5.3.2 Các loại RNA

➢ rRNA ribosome

✓rRNA chiếm tỉ lệ cao (75% tổng số RNA)

✓ Các ribosome của Eukaryotae có hệ số lắng là 70S, gồmhai tiểu phần 50S và 30S

✓ Các ribosome của Eukaryotae có hệ số lắng là 80S, gồmhai tiểu phần 60S và 40S

➢ tRNA (RNA vận chuyển)

✓ mỗi loại tRNA đặc hiệu cho 1 loại amino acid

✓ chiều dài khoảng 73 đến 93 nucleotide

✓ cấu trúc gồm một mạch cuộn lại như hình lá chẻ ba nhờ bắtcặp bên trong phân tử, và đầu mút 3’ có trình tự kết thúc CCA

✓ Amino acid luôn luôn gắn vào đầu CCA

5.3.2 Các loại RNA

Hình 5.12 Phân tử tRNA

5.3.2 Các loại RNA

➢mRNA (RNA thông tin)

➢ RNA quan trọng nhất được dùng làm khuôn trực tiếp choquá trình tổng hợp các chuỗi polypeptide trong tế bào chất

Hình 5.13. Cấu trúc của mRNA của Eukaryotae