Biochemistry - Thuyết trình hóa sinh Đại cương ADN

thuyết trình hóa sinh về ADN

NUCLEIC ACIDS

CAN THO UNIVERSITY MEDICINE AND PHARMACY

M E D I C I N E F A C U L T Y

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T

Team 3, YQ

Trình bày được đặc điểm chung, phân loại và cấu tạo chung của acid nucleic.

Mô tả được cấu tạo nucleoside, nucleotide và acid nucleic.

Trình bày được tính chất của acid nucleic.

Phân tích được vai trò và ứng dụng của acid nucleic.

MỤC TIÊU BÀI HỌC:

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 3

ĐẠI CƯƠNG

▲ James D Watson (1928 - ?) bên trái cùng Francis H C Crick (1916 - 2004) bên phải đang bàn luận và mô tả cấu tạo không gian ba chiều của DNA năm 1953

Năm 1869, Friedrich Miescher - một bác sĩ người Thụy Sĩ

đầu tiên tìm thấy “nuclein” từ nhân tế bào của tế bào bạch cầu

khi xử lí HCl vào nhân tế bào

Năm 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod, Maclyn McCarty

đã xác định DNA là phân tử mang thông tin di truyền dựa trên

thí nghiệm biến nạp của Griffith

Năm 1953, James D Watson và Francis H C Crick đưa ra

mô hình không gian ba chiều của ADN mạch kép

ĐẠI CƯƠNG

ADN (acid deoxyribonucleic) và ARN (acid ribonucleic) là

các đại phân tử hữu cơ có chuỗi dài, gọi chung là acid nucleic,

được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân hình thành từ các đơn vị

cấu tạo cơ bản là nucleoside và nucleotide

Acid nucleic mang các thông tin di truyền có thể truyền đạt

từ thế hệ này sang thế hệ tiếp theo Tế bào động vật, thực vật

Vi khuẩn

Virus

▲ Qua kính hiển vi điện tử: ADN dạng vòng ở vi khuẩn bên trái

và ADN dạng thẳng ở tế bào nhân thực bên phải

▲ Acid nucleic có trong nhân tế bào và có trong các ti lạp thể của tế bào động vật, thực vật; bào tương của vi khuẩn và trong lõi nucleocapside của các loại virus

Nhân

tế bào

Ti lạp thể

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 5

ĐẠI CƯƠNG

Trong thực tế, acid nucleic được coi là một biopolymer bởi

sự hiện diện phổ biến của nó trong nhân tế bào hoặc vùng nhân

của các tế bào sống và còn có ở cả virus

Các acid nucleic thường liên kết với các protein khác nhau

tạo thành dạng nucleoprotein Điều này giúp acid nucleic được

bảo quản tốt hơn, thực hiện được chức năng di truyền của nó

ĐẠI CƯƠNG

Acid nucleic được cấu tạo gồm ba thành phần cơ bản:

+ Acid phosphoric

+ Pentose

+ Base có nitơ

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 7

ĐẠI CƯƠNG

Acid phosphoric là một loại acid vô cơ tạo ra tính chất acid

của acid nucleic, có công thức cấu tạo là H3PO4

Thành phần này giống nhau ở cả ADN và ARN

ĐẠI CƯƠNG

Có hai loại pentose (5 carbon) cấu tạo nên acid nucleic:

+ Ribose (β-D-ribofuranose) cấu tạo ARN.

+ Deoxyribose (2-deoxy-β-D-ribofuranose) cấu tạo ADN

Trong acid nucleic, hai loại pentose đều ở dạng β-furanose

(có kiểu cấu tạo vòng 5 cạnh gồm 4 đỉnh carbon và 1 đỉnh oxy)

Đây là dạng cấu trúc ổn định được tìm thấy trong nucleotide và

polynucleotide

Khi pentose được liên kết với base có nitơ trong nucleotide

và nucleoside, các nguyên tử carbon của nó được đánh số kèm

theo dấu phẩy (’): C1’, C2’, C3’, C4’ và C5’ nhằm phân biệt với

các nguyên tử được đánh số trên base có nitơ

Ribose

(β-D-ribofuranose)

Deoxyribose

(2-deoxy-β-D -ribofuranose)

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 9

ĐẠI CƯƠNG

Base có nitơ được tìm thấy trong nucleoside và nucleotide

của acid nucleic là các dẫn xuất của base pyrimidine hoặc purin

Cả base pyrimidine và base purin đều là các phân tử hữu cơ có

nhân thơm dị vòng chứa nitơ, đều có trạng thái không bão hòa,

có liên kết đôi liên hợp

Pyrimidine cấu tạo là một vòng đơn 6 cạnh gồm 4 đỉnh

carbon và 2 đỉnh nitơ

Purine cấu tạo gồm một vòng pyrimidine kết hợp một vòng

imidazole 5 cạnh gồm 3 đỉnh carbon và 2 đỉnh nitơ

Base pyrimidine

Base purin

ĐẠI CƯƠNG

Có ba loại pyrimidine khác nhau chủ yếu tham gia cấu tạo

nên nucleoside và nucleotide của acid nucleic

+ Uracil (2,4-dioxopyrimidine) kí hiệu là U

+ Thymine (2,4-dioxo-5-methylpyrimidine) kí hiệu là T

+ Cytosine (2-oxo-4-aminopyrimidine) kí hiệu là C

Uracil

(2,4-dioxopyrimidine)

Thymine

(2,4-dioxo-5-methylpyrimidine)

Cytosine

(2-oxo-4-aminopyrimidine)

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 11

ĐẠI CƯƠNG

Có hai loại purine khác nhau chủ yếu tham gia cấu tạo nên

nucleoside và nucleotide của acid nucleic

+ Adenine (6-aminopurine) kí hiệu là A

+ Guanine (2-amino-6-oxopurine) kí hiệu là G

Adenine

(6-aminopurine)

Guanine

(2-amino-6-oxopurine)

ĐẠI CƯƠNG

Tính chất tạo liên kết hydro: Tất cả các base

có nitơ trong acid nucleic thông thường đều có thể

tham gia tạo thành liên kết hydro

Trong ADN mạch kép:

+ Adenine và Thymine có thể tạo 2 liên kết

+ Guanine và Cytosine có thể tạo 3 liên kết

Sự tạo thành liên kết của base uracil trong ARN

cũng tương tự sự tạo thành liên kết của base thymine

trong ADN

Khả năng tạo liên kết hydro của các base có nitơ

quan trọng trong việc tạo thành cấu trúc không gian

của acid nucleic

(deoxy)adenine (deoxy)cytosine

(deoxy)guanine (deoxy)thymine

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 13

ĐẠI CƯƠNG

Tính chất đồng phân: Các loại base có nitơ đều có các dạng

đồng phân hỗ biến (tautomer) tương ứng, tạo thành do hiện tượng

thay đổi vị trí của proton trong phản ứng tautomer hóa

Trong acid nucleic, mỗi loại base có nitơ thường sẽ có ít nhất

hai dạng đồng phân hỗ biến:

- Dạng keto - dạng enol: guanine, thymine và uracil

- Dạng amino - dạng imino: adenine và cytosine

Trong điều kiện sinh lí, dạng keto (lactam) và dạng amino

bền hơn và vì thế trong hầu hết các tế bào, hai dạng này chiếm

đa số Trong các điều kiện rối loạn nhất định, dạng enol (lactim)

và dạng imino chiếm ưu thế và có khả năng gây rối loạn trong

quá trình nhân lên, dẫn đến sai sót trong nhân đôi

ĐẠI CƯƠNG

Dạng chủ yếu

Adenine

Cytosine

Dạng amino Dạng imino

Guanine

Thymine

Uracil

Dạng keto (lactam)

Dạng enol (lactim)

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 15

ĐẠI CƯƠNG

Tính chất hòa tan: các base có nitơ là các base yếu và ít tan

trong nước ở điều kiện sinh lí Trong tế bào, hầu hết pyrimidine

và purine có tính tan cao hơn

Tính chất hấp thu ánh sáng: các base pyrimidine và purine

hấp thu ánh sáng vùng tử ngoại và các acid nucleic có độ hấp thu

cực đại ở bước sóng khoảng 260 nm

ĐẠI CƯƠNG

Base purine Adenine (A)

Guanine (G)

Adenine (A) Guanine (G) Base pyrimidine Cytosine (C)

Thymine (T) (*)

Cytosine (C) Uracil (U) (*) Đường pentose Deoxyribose (*) Ribose (*)

Acid phosphoric H3PO4 H3PO4

▲ Bảng so sánh thành phần hóa học giữa ADN và ARN * Mặc dù ADN và ARN có hai đặc điểm khác biệt

trong cấu tạo: đường pentose và thành phần base pyrimidine (base thymine ở ADN còn base uracil ở ARN)

nhưng chính đường pentose mới quyết định đó là ADN hay ARN Nếu acid nucleic chứa đường deoxyribose

nhưng trong thành phần base có uracil thì đó vẫn là ADN.

NUCLEIC ACIDS

B I O C H E M I S T R Y D E P A R T M E N T 17

ĐẠI CƯƠNG

Ngoài các loại base có nitơ chủ yếu kể trên, acid nucleic còn

có thể chứa các base hiếm với tỉ lệ thấp hơn và đa số là dẫn xuất

của các base có nitơ chính nhờ sự methyl hóa, sự acetyl hóa hoặc

sự hydroxymethyl hóa

5-methylcytosine N 6 -methyladenine N 2 -methylguanine 7-methylguanine 5-hydroxymethylcytosine

pseudouridine

▲ Các loại base có nitơ hiếm có trong tế bào 5-methylcytosine, N 6 -methyladenine, N 2 -methylguanine và 5-hydroxymethylcytosine

là các base có nitơ hiếm xuất hiện trong ADN; 7-methylguanine và pseudouridine là các base có nitơ hiếm xuất hiện trong ARN.

Thank You for listening