Bài 38. Nucleic acid và gene

I. Khái niệm nucleic acid

- Là những phân tử sinh học cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P, chúng có cấu trúc đa phân và được tìm thấy trong tế bào của cơ thể sinh vật, trong virus.

- Có hai loại: deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).

II. Deoxyribonucleic acid (DNA)

1. Cấu trúc của phân tử DNA

- DNA là đại phân tử cấu trúc từ các đơn phân adenine (A), thymine (T), cytosine (C), guanine (G).

- Mỗi DNA dài tới hàng trăm micromet, khối lượng đạt tới hàng triệu hoặc chục triệu amu.

- DNA có cấu trúc xoắn kép, gồm hai mạch song song, ngược chiều, xoắn quanh một trục từ trái sang phải. Trên mỗi mạch, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị, tạo thành chuỗi polynucleotide theo chiều từ 5' tới 3'. Giữa hai mạch đơn, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T, G liên kết với C.

- Phân tử DNA có đường kính 20 Å, với nhiều chu kì xoắn, mỗi chu kì xoắn dài 34 Å tương ứng với 10 cặp nucleotide.

2. Chức năng của phân tử DNA

- DNA là nơi lưu giữ, bảo quản thông tin di truyền.

- Trình tự các nucleotide trên DNA là thông tin di truyền chỉ dẫn cho tế bào tổng hợp phân tử protein để từ đó tạo ra những phân tử hữu cơ cần thiết, tham gia vào cấu trúc và hoạt động của tế bào, cơ thể.

- Liên kết cộng hoá trị giữa các nucleotide đảm bảo cấu trúc của phân tử DNA được duy trì ổn định.

- Phân tử DNA có khả năng tự nhân đôi, nhờ đó thông tin di truyền được truyền đạt qua các thế hệ tế bào và cơ thể, đảm bảo đặc tính của loài được duy trì, ổn định.

3. Khái niệm gene

- Ở cơ thể sinh vật, mỗi phân tử DNA có chứa vài trăm đến hàng nghìn gene. Mỗi gene quy định một sản phẩm xác định là phân tử RNA hoặc chuỗi polypeptide.

- Ví dụ: vi khuẩn E.coli có khoảng 4400 gene.

- Những hiểu biết về gene là cơ sở của những ứng dụng trong chọn giống, y học và kĩ thuật di truyền, mở ra những triển vọng mới trong tương lai.

4. Tính đa dạng và đặc trưng của phân tử DNA

- Bốn loại nucleotide liên kết theo chiều dọc và sắp xếp theo nhiều cách đã tạo nên tính đa dạng và đặc trưng cho phân tử DNA.

- Trong hệ  gene, các phân tử DNA khác nhau bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nucleotide. Trình tự sắp xếp các nucleotide trong phân tử DNA đặc trưng cho từng loài, thậm chí từng cá thể.

II. Ribonucleic acid (RNA)

1. Cấu trúc của phân tử RNA

- RNA có cấu tạo đa phân, đơn phân là bốn loại nucleotide: A, U, G, C. Mỗi phân tử RNA gồm hàng trăm hoặc hàng nghìn đơn phân.

- Các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị tạo thành mạch RNA.

- Phân tử RNA có cấu trúc 1 mạch, được tổng hợp ở nhân hoặc vùng nhân nhưng hầu hết RNA thực hiện chức năng ở tế bào chất.

2. Các loại RNA trong tế bào

- Phân tử mRNA là chuỗi polynucleotide dạng thẳng, có chức năng truyền đạt thông tin di truyền vì nó trực tiếp làm khuôn cho quá tình tổng hợp chuỗi polypeptide.

- tRNA và rRNA là chuỗi polynucleotide có một số vùng tự bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotide trong một mạch theo kiểu A liên kết với U, G liên kết với C và ngược lại, tạo cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng và phù hợp với chức năng của mỗi loại RNA.

• tRNA có chức năng vận chuyển amino acid đến nơi tổng hợp protein.
• rRNA là thành phần chủ yếu cấu tạo nên ribosome - nới tổng hợp protein.