Một gốc tự do từ ngoài xâm nhập và tương tác với ‘cặp cơ sở’ c g trong chuỗi ADN xoắn kép nghiên cứu ESR

Sơ đồ hàm sóng electron của một gốc tự do từ ngoài giao phủ và tương tác tương đương với 4 spin hạt nhân N………8 2... Gốc tự do và các dạng hoạt động xủa chúng có khả năng oxy hóa cao, ph

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU ………2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ADN VÀ GỐC TỰ DO ……… 3

1 Cấu trúc ADN ……… 3

2 Gốc tự do sự hình thành và tác hại ……… 5

CHƯƠNG 2 TƯƠNG TÁC GIỮA GỐC TỰ DO VÀ CẶP CƠ SỞ C-G TRONG CHUỖI ADN XOẮN KÉP……… 8

1 Sơ đồ hàm sóng electron của một gốc tự do từ ngoài giao phủ và tương tác tương đương với 4 spin hạt nhân N………8

2 Tương tác của spin electron với riêng một spin hạt nhân N………9

KẾT LUẬN……… 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO………11

Mở đầu

Trong những năm gần đây, gốc tự do và các dạng hoạt động của chúng đang là mối quan tâm lớn của con người, đặc biệt là Y- Dược học hiện đại do sự liên quan của chúng đến nhiều cơ chế bệnh lý nghiêm trọng ở người Gốc tự do và các dạng hoạt động xủa chúng có khả năng oxy hóa cao, phát sinh những phản ứng dây chuyền làm tổn hại đến tế bào, tổ chức, gây ra nhiều loại bệnh như: Tim mạch, ung thư,tiểu

đường… và làm tăng quá trình lão hóa ở người đặc biệt là tác động lên và gây tổn thương các tế bào, trong đó tổn thương ở mức độ phân tử được quan tâm nhất là ADN –phân tử vật chất di chuyền của tế bào Do đó việc nghiên cứu tác động của gốc tự do lên cấu trúc ADN để góp phần hữu ích vào việc phòng và điều trị nhiều loại bệnh tật giúp bảo vệ sức khỏe, kéo dài tuổi thọ cho con người Nên em chọn đề tài

nghiên cứu : “Một gốc tự do từ ngoài xâm nhập và tương tác với ‘cặp cơ sở’ C-G trong chuỗi ADN xoắn kép Nghiên cứu ESR” với hai mục tiêu:

1 Trình bày được tổng quan về cấu trúc ADN và sự hình thành và tác hại của gốc

tự do

2 Trình bày được sự tương tác của gốc tự do với cặp cơ sở C-G trong chuỗi ADN xoắn kép, phân tích phổ ESR và ứng dụng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ADN VÀ GỐC TỰ DO

1 Cấu trúc ADN

ADN (DNA - Deoxyribonucleic acid) là chất hoá học góp phần chính tạo nên nhiễm sắc thể Một phần nhất định của nhiễm sắc thể quy định cho một tính trạng được gọi là một gen

Về mặt cấu trúc ADN là một chuỗi xoắn kép bao gồm hai sợi đơn xoắn quanh nhau

Mô hình cấu trúc tinh thể ADN

Mỗi sợi chứa một trình tự các base (còn được gọi là nucleotide) Có bốn loại base

là Adenin, Guanin, Cytosine và Thymin

Các base trong ADN

Hai sợi ADN liên kết với nhau qua từng base Mỗi base chỉ liên kết với một base

nhất định khác: Adenin (A) chỉ liên kết với Thymine (T) còn Guanin (G) chỉ liên

kết với Cytosine (C)

Liên kết C-G và A-T trong ADN

Giả sử có một sợi đơn như sau:

A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G

Sợi liên kết với nó sẽ có trình tự:

T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C

Sợi kép ADN sẽ là:

T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G

Trình tự ADN được đọc theo một chiều cố định, từ phía đầu (gọi là đầu 5’) tới

phía cuối (gọi là đầu 3’) Trong một chuỗi kép hai sợi đơn có chiều ngược nhau

5' T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C 3' 3' A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G 5'

Trong bất kỳ phân tử DNA, nồng độ của adenine (A) bằng thymine (T) và nồng

độ của cytidine (C) bằng guanine (G) Điều này có nghĩa là sẽ chỉ có cặp base với

T, C với G Theo mô hình này, được biết đến như Watson-Crick kết nối base, cơ sở

cặp gồm G và C có chứa ba lên kết H, trong khi giữa A và T có chứa hai liên kết

H Điều này làm cho cặp G-C ổn định hơn so với các cặp A-T

4 nguyên tử N trong cặp cơ sở C-G

3 nguyên tử N trong cặp cơ sở A-T

Cấu trúc của ADN và các cặp base

2 Gốc tự do sự hình thành và tác hại

Gốc tự do (Free Radical) là các nguyên tử, phân tử hoặc ion mang một điện tử lẻ

ở vòng ngoài nên mang điện tích âm, vì thế không ổn định, có khả năng oxy hóa các nguyên tử, phân tử và tế bào khác

Quá trình hình thành gốc tự do

Các gốc tự do được tạo ra bởi sự tương tác của một số phân tử nhất định với oxi trong một quá trình được biết đến với tên gọi là oxi hóa quá trình dị hóa Gốc tự do

là những nguyên tử không ổn định có thể phá hủy các tế bào khác bằng cách lấy đi

các điện tử ổn định của tế bào Các tế bào bị hủy hoại lại trở thành những chất oxi hóa, dẫn đến một chuỗi phản ứng hóa học phá hủy

Tác hại của gốc tự do

Gốc tự do tấn công vào những phân tử sinh học quan trọng, vật chất di truyền, màng tế bào và các tế bào miễn dịch, là nguyên nhân của các quá trình bệnh lý, ung thư, lão hóa và rối loạn sự chết theo chương trình

Gốc tự do hình thành do tác động của môi trường sống nếu bị ô nhiễm kim loại nặng, hóa chất, thuốc trừ sâu, độc tố gây ung thư, các tia bức xạ Tác động của bức

xạ ion hóa cũng tương tự như tác động của những chất độc sinh ra trong hô hấp tế bào, chỉ khác là trong hô hấp tế bào các gốc tự do sinh ra mang tính cục bộ nên tác hại thường tập trung ở ADN và enzym ở ty thể Ngược lại, với bức xạ ion hóa các gốc tự do sinh ra ở khắp nơi, trong nội bào cũng như ngoại bào, do vậy hậu quả sẽ nặng nề hơn, gây đột biến gen, hoặc làm cho quá trình phân chia tế bào không được kiểm soát, do đó phát sinh ung thư

Tất cả cấc phân tử sinh học đều có thể bị gốc tự do tấn công, nhưng phân tử lipid

là dễ nhất Màng tế bào rất giàu các acid béo chưa no, là những phân tử dễ bị các gốc có tính oxy hoá tấn công Sự huỷ hoại cấu trúc của các acid béo chưa no chính

là quá trình peroxyd hoá lipid (POL), sinh ra các gốc mới: L‘, LOO' Bản thân các gốc LOO’ có thể chuyển dịch điện tử tạo ra các peroxid nội và phân huỷ thành những mảnh có số nguyên tử cacbon ngắn hơn, ở dạng andehyd độc hại như: hydroxynonenal, malonyldiandehyd, hoặc etan, pentan Quá trình phân huỷ này gây tiêu huỷ màng tế bào, tạo ra các sản phẩm aldehyd độc hại Đây là một kiểu

gây tổn thương, viêm hoại tử đặc biệt của phản ứng gốc tự do Quá trình này gắn liền với tổn thương mô ở các bệnh (như tổn thương gan do CC14, xơ vữa động mạch, tổn thương ở các khối u ác tính )

Các ADN cũng bị các gốc có tính oxy hoá mạnh tấn công, khi gốc này hình thành ở gần sát phân tử ADN Những nucleobase tìm thấy ở trong nước tiểu của người là bằng chứng có sự tấn công liên tục của các gốc tự do và phân tủ ADN Dù được sửa chữa với hiệu quả rất cao, một số tổn thương này vẫn có thể được tích tụ lại, sau một thời gian lượng tích tụ lại đủ để dẫn tới đột biến và từ đó mà sinh ra ung thư

CHƯƠNG 2 TƯƠNG TÁC GIỮA GỐC TỰ DO VÀ CẶP CƠ SỞ C-G TRONG CHUỖI

ADN XOẮN KÉP

1.Sơ đồ hàm sóng electron của một gốc tự do từ ngoài giao phủ và tương tác tương đương với 4 spin hạt nhân N

CTSTT tương đương các spin electron ( gốc tự do ) với 4 spin hạt nhân N

và với 3 spin hạt nhân H

Hàm sóng electron của gốc tự

do giao phủ tương đương lên 4 hạt nhân N và giao pủ tương đương lên 3 hạt nhân H

Spin (N3+): S(N3+) = 0 N(2S2P3) 

Spin hạt nhân N: I(N) = 1 (100%)

Spin (H+): S = 0 H(1S) 

Spin hạt nhân H: I(H+) = ½ (~100%)

2.Tương tác của spin electron với riêng một spin hạt nhân N

- Toán tử Hamilton : Ĥs = ɡβHŜβHŜHŜz + ANŜzÎz

- Phương trình trị riêng: W= ɡβHŜβHŜHms + ANmsmIN

Tương tác STT của spin elctron ( gốc tự do) với 1 hạt nhân N, phổ ESR

Kết luận: Tương tác STT của spin elctron ( gốc tự do) với 1 hạt nhân N cho 3 vạch CTSTT cách đều nhau với khoảng cách siêu tinh tế aN và cường độ như nhau

Ms = +1/2, -1/2 ( gốc tự do) H(1S) 

MIN = +1, 0, -1

∆ms = +1, -1

∆mI = 0

3.Tương tác của spin electron với 4 spin hạt nhân N

Sơ đồ tách vạch và phổ ESR thu được trong tương tác của spin electron với

4 spin hạt nhân N

Kết luận: Tương tác của spin electron với 4 spin hạt nhân N( 4 proton tương đương) làm xuất hiện 5 vạch (1,4,6,4,1) có cường độ tương đối như trên hình vẽ

Electron TTSTT với proton N TTSTT với proton N’

TTSTT với proton N’’

TTSTT với proton N’’’

Cường độ vạch tương đối

KẾT LUẬN

Thông qua việc nghiên cứu phổ ESR cho phép xác định vị trí của gốc tự do trong ADN dựa trên cơ sở cường độ vạch phổ tương ứng với số spin hạt nhân N của cặp cơ sở, do cặp A-T chỉ có 3 nguyên tử N còn cặp C-G có tới 4 nguyên tử N nên nếu gốc tự do nằm ở vị trí cặp A-T thì chỉ cho 4 vạch phổ còn nếu ở tại vị trí của cặp C-G sẽ cho 5 vạch phổ, do đó nhờ quy tắc sơ đồ tách vạch và phổ ESR cho biết gốc tự do ở vị trí của cặp C-G hay A-T qua đó sẽ giúp cho quá trình dò tìm và phát hiện ra ung thư sớm để tác động làm hạn chế tác hại của gốc tự do hoặc ngăn chặn sự phát triển của các tế bào ung thư

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TSKH Nguyễn Văn Trị Bài giảng Điện tử học lượng tử ứng dụng ĐH Bách khoa Hà Nội

[2] GS TSKH Nguyễn Văn Trị Báo cáo khoa học “ Khả năng của GACAVIT cạnh tranh chống hoạt tính gây ung thư của Dioxin nghiên cứu ESR” ĐH Bách khoa Hà Nội