NUCLEIC ppt _ HÓA HỮU CƠ

 Các nucleotid nối với nhau bằng liên kết phosphodieste: nhóm -OH ở C3’ và C5’ liên kết với nhau thông qua phân tử H3PO4  Nucleotid có thể thủy phân thành 3 cấu tử: base dị vòng có ni

ĐẠI CƯƠNG

 Nucleoprotein =

protein + nhóm

ngoại (acid nucleic)

 Tất cả mọi tế bào

sống đều chứa

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 polynucleotid.

 Các nucleotid nối với nhau bằng liên kết

phosphodieste: nhóm -OH ở C3’ và C5’ liên kết với nhau thông qua phân tử H3PO4

 Nucleotid có thể thủy phân thành 3 cấu tử: base

dị vòng có nitơ, pentose và acid phosphoric

 Nucleotid là những chất giữ vai trò quan trọng trong sự biến dưỡng trung gian, thí dụ như tích trữ năng lượng (ATP) hay là những 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

 Các phân tử đđường này có ba vị trí quan trọng chứa nhóm -OH tự do:

-Nhóm -OH ở C1' tạo liên kết N-glycosid với gốc -NH của các base để tạo thành các nucleosid

-Nhóm -OH ở C5' tạo liên kết ester với nhóm phosphat để tạo thành các nucleotid

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

phosphat của một nucleotid khác để tạo chuỗi polynucleotid.

 Tính phân cực (polarity) trong gốc đđường đđược thể hiện ở hai

vị trí C 5' và C 3 ‘  quyết đđịnh tính phân cực của các chuỗi polynucleotid

Pentose

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

NN

NNH

2

Base có nitơ có nhân pyrimidin

 Có 3 loại: cytosin, uracil và thymin

 Trong ARN có cytosin va ø uracil

 Trong ADN có cytosin va ø thymin

Cytosin

O

N NH

NH 2

2

Uracyl

N NH

O

N NH

NH 2

2

Uracyl

N NH

Base có nitơ có nhân purin

 Hai base trong ARN và ADN là: Adenin

và Guanin

Adenin

N N

N NH

NH 2

Guanin

O

N N

N NH

H 2 N

_oxy

2 _amino 6 purin purin

_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

 Gồm 2 thành phần: base

purin hay pyrimidin và

pentose.

 Liên kết bằng nối N9

của base purin (hoặc N1

của base pyrimidin) với

C 1 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

pentose được este hóa bởi acid phosphoric

(H 3 PO 4 ) este phosphat của các nucleosid

 Mononucleotid thủy giải bởi H+ yếu cho Base +

Pentose – Phosphat

 Mononucleotid thủy giải bởi OH- yếu cho Base –

Pentose (Nucleosid) + Phosphat

NUCLEOTID

 3 vị trí có thể phosphoryl hóa

của ribonucleosid (OH ở C 2’ , C 3’ ,

C 5’).

 Desoxyribonucleosid chỉ có thể

phosphoryl hóa ở C 3’ và C 5’

 Mỗi nucleotid gồm ba thành phần:

-gốc đđường pentose nối với một

base nitơ tại C 1’ bằng một liên kết

β-glycosid

-gốc đđường pentose nối với nhóm

phosphat tại C 5’ bằng một liên kết

phosphomonoeste

NUCLEOTID

O

P O O

_

9

N N

N N

P

O

O _

NN

NN

NH2

AMP

 Nucleotid vòng khi H 3 PO 4

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 và triphosphat (C5’)

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

 Những nucleosid di và triphosphat tham gia phần quan trọng trong chuyển hóa các chất ở cơ thể và quá trình trao đổi năng lượng.

NUCLEOTID

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 (AMP)Adenosin _diphosphat5' (ADP)

_triphosphat Adenosin 5' (ATP)

Ribose

NUCLEOTID

Chức năng sinh học của

Nucleotid

 Nucleotid tham gia vào nhiều phản ứng hay các quá trình sinh 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 tạo coenzym, 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 phosphat-5’-phosphosulphat, S-adenosylmethionin,

3’-các coenzym là dẫn chất 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

14 kJ/mol

 Thủy phân liên kết anhydrid

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 quan trọng trong chuyển hóa glucid Đặc biệt

là trong các phản ứng epime hóa, trong tổng

hợp glycogen, tổng hợp galactose, tổng hợp 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,

sphingomyelin, sphingosin.

 AMPc, GMPc

 AMPc là chất truyền thông tin thứ hai, được tổng hợp từ ATP và chỉ có ở tế bào động vật và vi khuẩn

 Trong quá trình giãn cơ trơn, GMPc là chất truyền thông tin thứ hai đáp ứng lại NO

 S-adenosylmethionin

 Là chất vận chuyển gốc methyl trong phản

Chức năng sinh học của Nucleotid

 CTP: Tham gia trong tổng hợp phosphoglycerid,

sphingomyelin, sphingosin.

 AMPc, GMPc

 AMPc là chất truyền thông tin thứ hai, được tổng hợp từ ATP và chỉ có ở tế bào động vật và vi khuẩn

 Trong quá trình giãn cơ trơn, GMPc là chất truyền thông tin thứ hai đáp ứng lại NO

 S-adenosylmethionin

 Là chất vận chuyển gốc methyl trong phản ứng methyl hóa (ví dụ trong chuyển hóa lipid)

Chức năng sinh học của

Nucleotid

3’-phosphat-5’phosphosulphat

 Là chất chuyển gốc

sulfat trong tổng hợp

proteoglycan , trong phản

ứng liên hợp sulfat với

thuốc.

 Nhiều coenzym là dẫn

chất của adenosin

O O _ O

9

N N

N N

NH2

CH2O n

Adenin

Chức năng sinh học của

Nucleotid

NAD Dẫn chất của vitamin B H H 2

NADP Dẫn chất của vitamin B PO32- H 2

FAD Dẫn chất của vitamin B H H 2

CoASH Dẫn chất của vitamin B H PO32- 2

R

O P

O O _ O

R"

9

NN

NN

NH2

CH2

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 tiếp vào quá trình tổng hợp DNA khi tế bào phân chia như: 5-fluoro hay 5-iodouracil, 3-deoxyuridin, 6- thioguanin, 6-mercaptopurin, 5- hay 6-azauridin, 5- hay 6- azacytidin, 8-azaguanin … Azathioprin mà chất chuyển hóa của nó là 6-mercaptopurin được dùng như thuốc

chống thải ghép trong ghép 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

O

N N

N NH

SH

N

N

N NH

OH

CẤU TRÚC CỦA ACID

NUCLEIC

 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 sẽ giúp hiểu rõ cơ

chế của sự di truyền

 Về mặt cấu tạo hóa học, acid nucleic gồm rất

nhiều mononucleotid trùng hợp với nhau tạo thành

chuỗi polynucleotid

 ADN có phân tử lượng từ 4.000.000 tới 8x10 6 và gồm khoảng 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 O HO

Cấu trúc của ADN

Liên kết giữa các

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,

Cấu trúc của ADN

P O HO

O

CH2O

R1

O O O

P HO

N

N

N N

H H

CH2O

CH2O

O

P O

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

Caáu 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

'

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 đều chứa 3 loại ARN: ARN ribosom (ARN r ); ARN vận chuyển (ARN t ) và ARN thông

Cấu trúc của ARN

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

 Vận chuyển các acid amin họat hóa đến ribosom để tổng hợp protein từ các mARN tương ứng, do trình tự anticodon và OH 3’ 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 đoạn polynucleotid nhưng tất cả ARNt có cấu tạo chung là cấu trúc bậc I (trình tự đoạn polynucleotid) cho phép nó gập lại được và tự kết hợp base nội phân tử tạo ra một cấu trúc bậc II có dạng 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 G

G A G

C A

G G

C

C C C C U U

U

G G G

G A

A

C C G

G D

5 '

3 '

Nhánh đối mã

Nhánh nhận acid amin



T C Nhánh

D Nhánh

Cấu trúc của ARN

 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

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

 Là loại ARN đa dạng nhất về kích thước và tính bền Chiếm khoảng 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-metylguanosin triphosphat và được gọi là mang

“mũ” “mũ” là nơi nhận biết ARNm của bộ phận giải mã, ngoài ra mũ còn ảnh hưởng đến tính bền vững của ARNm do bảo vệ ARNm khỏi sự 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