Chương II. Các đại phân tử sinh học: Acid nucleic và Protein
1. Cấu trúc và chức năng của acid nucleic
2. Cấu trúc và chức năng của protein
SHPT ra đời trên cơ sở hội tụ của các ngành:
• Sinh học tế bào
– 1838 Mathias Jacob S. và Theodor Schawann đưa
ra thuyết tế bào
• Hóa sinh học:
– 1928 Griffith – Thí nghiệm chứng minh ADN chứa
thông tin di truyền
– 1953, Cấu trúc xoắn kép của ADN – Watson, Crick
• Di truyền học:
– Các định luật di truyền của Mendel (1822-1884)
1. Cấu trúc và chức năng của acid nucleic
i. Acid nucleic là vật chất mang thông tin di truyền
Acid nucleic (ADN, ARN) là vật chất mang thông tin di truyền
Thí nghiệm xác định DNA là vật chất di truyền
• 1928 Griffith – Thí nghiệm biến nạp
• 1952 Hershey & Chase – Thí nghiệm
trên thực khuẩn thể
1928, Thí nghiệm Griffith
Phế cầu khuẩn Streptococcus Pneumoniae Chủng S: Độc, tế bào có vỏ polysaccharide, khuẩn lạc trơn (smooth) Chủng R: chủng lành, tế bào không có vỏ polysaccharide, khuẩn lạc nhăn (Rough
Kết luận
• Griffith gọi quá trình này là sự biến nạp
(transformation)
• Thành phần chuyển từ chủng S sang chủng R
gọi là tác nhân biến nạp
1944, Avery, Macleod & McCarty
• Bằng kỹ thuật tinh sạch DNA thu từ chủng S,
Avery và cộng sự đã chứng minh tác nhân biến nạp là DNA
Avery
1952, thí nghiệm Harshey & Chase
Dùng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng
xạ 32P: Đánh dấu DNA 35S: Đánh dấu protein
Cho thực khuẩn thể đã được đánh dấu với 35S
và 32P xâm nhiễm vào tế bào E.coli
Li tâm thu cặn tế bào và xác định đồng vị
phóng xạ
Kết quả
• Phần cặn tế bào vi khuẩn thu được chứa
đồng vị phóng xạ 32P
• Như vậy, thực khuẩn thể chỉ chuyển DNA
vào tế bào E.coli trong quá trình xâm nhiễm.
1. Cấu trúc phân tử của acid nucleic
Thành phần cấu tạo
i. ii. Acid deoxyribonucleic -DNA iii. Acid ribonucleic – RNA
Acid deoxyribonucleic - DNA
3-
DNA là phân tử trùng phân, mạch thẳng được hình thành từ các đơn phân là nucleotide Nucleotide bao gồm 3 thành phần: Gốc phosphate: PO4 Đường (deoxyribose): C5H10O4 Bazơ nitơ (nitrogenous bases):
A (Adenine) G (Guamine)
T(Thymine), C (Cytosine)
Cấu trúc hóa học Nucleotide
Gốc phosphate
Bazơ nitơ
Đường (deoxyribose)
Liên kết photphodieste
Mô hình xoắn kép của Watson-Crick
- 2 mạch đơn xoắn quanh 1 trục
- Chiều xoắn: phải
ngược nhau
- Chiều 2 mạch đơn: 5’ – 3’,
- 1 chu kỳ xoắn gồm 10 cặp
- Đường kính vòng xoắn: 20 Ao
- Bộ khung của liên kết đường ribo
nucleotide, cao 34Ao
- Cấu trúc 2 mạch xoắn kép song
– gốc photphat
song tạo nên do liên kết hidro
giữa các nucleotide bổ xung
Liên kết bổ xung
Tại sao 1 purine lại liên kết với 1 pyrimidine?
Quy tắc Chargaff
•
Tổng số nucleotide của Purine (A và G) bằng tổng số nucleotide của Pyrimidine (C và T)
A + G = C + T
•
Số lượng A luôn bằng số lượng T; số lượng C luôn bằng số lượng G
A = T C = G
DNA mạch đơn, vòng
DNA kép không xoắn DNA xoắn kép mạch vòng
DNA mạch đơn, thẳng
DNA là vật chất mang thông tin di truyền chủ yếu dưới dạng mã bộ 3
Axit amin trong chuỗi polypeptit của protein
Đặc điểm DNA
- DNA nằm chủ yếu trong nhân tế bào (98 - 99%), ngoài ra còn nằm ở ty thể, lạp thể, virut, viroid gây bệnh - DNA của SV nhân thật có cấu tạo dạng thẳng, SV tiền nhân có cấu tạo dạng vòng (vi khuẩn, virus) cuộn chặt thành cấu trúc NST. - DNA thường có kích thước rất lớn (người: sợi DNA có thể dài 1mm) cuộn chặt với Histon nucleosome (100Ao) solenoid (300Ao) nhiễm sắc thể.
Tính chất DNA
- Đặc tính biến tính: sợi kép DNA trong điều kiện nhiệt độ cao gần điểm sôi có thể sẽ tách rời thành 2 sợi đơn, nếu nhiệt độ giảm xuống thì lại liên kết thành sợi kép ban đầu.
- DNA mang điện tích âm + protein histon mang điện tích dương NST trung hòa về điện.
Acid ribonucleic – RNA
3-
Gốc phosphate: PO4 Đường (ribose): C5H10O5 Bazơ nitơ (nitrogenous bases):
A (Adenine) G (Guamine)
U(Uracine) thay vì T ở DNA C (Cytosine)
RNA là phân tử trùng phân, mạch thẳng được hình thành từ các đơn phân là ribonucleotide RiboNucleotide bao gồm 3 thành phần: • • •
Có 3 loại RNA là: mRNA (RNA thông tin)
tRNA (RNA vận chuyển) rRNA (RNA Ribosome)
Cấu trúc hóa học RiboNucleotide
Cấu trúc không gian của RNA
Liên kết photphodieste
Quá trình phiên mã DNA
mRNA
Section 12-3
- Các mRNA có cấu trúc đa dạng thường ngắn hơn đoạn gen DNA mà nó được mã hóa, - mRNA sinh vật nhân thật: sau khi được phiên mã từ DNA được đính mũ 7 methyl-Gppp vào đầu 5’ và đuôi 3’ là polyA.
tRNA + Cấu trúc dưới dạng 3 chạc, ổn định nhờ 1 số đoạn có liên kết bổ sung. + Có 2 vị trí không có liên kết bổ sung, một là anticodon (bộ 3 nu bổ sung với bộ 3 nucleotit codon của mRNA), còn đầu kia có trình tự CCA nối cộng hóa trị với một axit amin tương ứng. + Tham gia vận chuyển axit Amin trong quá trình dịch mã tổng hợp protein
rRNA
+ Là thành phần chính của ribosome, giúp mRNA và tRNA kết gắn các amino axit tạo thành chuỗi protein. + Chiếm 80% tổng RNA của tế bào, nằm chủ yếu ở tế bào chất + Các rRNA kết hợp với các protein chuyên biệt tạo thành các ribosome. + Tùy theo hệ số lắng S, mà rRNA của sinh vật nhân thật chia thành nhiều loại: 28S, 18S, 5,8S và 5S. + rRNA của mọi tế bào đều gồm 1 tiều phần lớn và 1 tiểu phần nhỏ.
RIBOSOME
- Gồm 2 tiểu phần lớn và nhỏ: chỉ ghép lại với nhau khi tham gia dịch mã
- Ribosome tự do có mặt ở trong mọi tế bào, và còn ở trong ty thể và lục lạp ở trong tế bào eukaryote. Nhiều ribosome tự do có thể bám vào một mARN để tạo thành polyribosome (hay polysome).
- Chúng đảm nhiệm chức năng thực hiện quá trình sinh tổng hợp protein
của tế bào.
Protein
- Protein là phân tử trùng phân được hình thành từ các đơn vị là Axit amin
- Cấu tạo hóa học của 1 axit amin
- Có 20 loại Axit amin
Cấu trúc bậc 2
Cấu trúc bậc 3
Cấu trúc bậc 1
β
α
Cấu trúc bậc 4
Phân tử Hemoglobin - Gồm 2 chuỗi polypeptit α và β - Liên kết với nhân heme ở giữa
Cây tiến hóa của Hemoglobin
Bậc I
Chức năng protein
Bậc II
Bậc III
- Vận chuyển: protein vận chuyển các
- Cấu trúc:
Bậc IV
chất qua màng tế bào
Kết hợp nhiều loại polypeptit
- Di chuyển, vận động: myosine ở cơ
- Tín hiệu: phermon
Điều hòa
Tín hiệu
- Xúc tác: enzyme
Vận chuyển
Cấu trúc
- Điều hòa: hocmon
Chức năng
Di chuyển
Xúc tác
ENZYME
Enzyme là một dạng protein có khả năng xúc tác cho những phản ứng hoá sinh học có tính đặc thù cao, có nghĩa là chúng chỉ xúc tác cho một số phản ứng đặc hiệu.
- Hoạt tính xúc tác của enzyme phụ thuộc vào cấu trúc bậc 1, 2, 3, 4 và
trạng thái tự nhiên của phân tử protein enzyme đó.
- Một số enzyme khi xúc tác cần sự kết hợp với một số ion kim loại khác
như: Fe+ 2, Mg+2, Mn+2 hoặc nhóm hữu cơ gọi là (coenzyme). Phần protein của enzyme là apoenzyme.
- Cách gọi tên Enzyme: phần lớn các enzyme được gọi tên theo quy tắc lấy tên của cơ chất mà nó chịu trách nhiệm xúc tác cộng với tiếp vị ngữ ase
- Amylase - DNAase - Protease
ISOZYME
-
Isozyme là những trạng thái khác nhau của một enzyme, các isozyme đều xúc tác cho cùng một phản ứng
- Các Isozyme chỉ khác nhau ở một số tính chất như ở pH hoặc nồng độ cơ
chất tại đó chúng xúc tác tốt nhất.
-
Isozyme thường là những protein phức gồm nhiều tiểu phần polypeptide.
- Thí dụ enzyme dehydrogenase khử hydro của axit lactic, là enzyme có 4 cấu tử được tạo thành từ 2 tiểu phần polypeptide là a và b. Do vậy sẽ có 5 isozyme tồn tại là: aaaa, aaab, aabb, abbb, bbbb.
- Isozyme thường có điểm đẳng điện khác nhau bởi vậy chúng dễ dàng tách nhau ra được bằng phương pháp điện di đẳng điện.
B
A
Enzyme 3 Enzyme 1 Enzyme 2
Câu hỏi mở rộng
1. Tại sao mã di truyền lại là mã bộ 3
2. Tại sao thông tin di truyền chủ yếu lại là DNA mà không phải là RNA
3. Tại sao lại gọi là “thông tin” – genetic information
Webb Miller (left) and Stephen Schuster (right)
