UBND TỈNH LÂM ĐỒNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐÀ LẠT
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN: SINH HỌC PHÂN TỬ
NGÀNH/: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-... ngày ………tháng.... năm……
...........……… của …………………………………..
Lâm Đồng, năm 2018
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản
hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị
nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình SINH HỌC PHÂN TỬ được biên soạn cho trình độ cao đẳng Công nghệ sinh học hiện
đang được đào tạo tại Khoa Nông nghiệp và sinh học ứng dụng Trường Cao đẳng Đà Lạt
Giáo trình được biên soạn căn cứ trên chương trình khung mô đun công nghệ sau thu hoạch trong
Công nghệ sinh học.
Nguồn tài liệu tham khảo dựa trên nhiều tác giả và các biên soạn giáo trình của đồng nghiệp tại
Khoa
Lâm Đồng ngày 10 tháng 10 năm 2018
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Nguyễn Lâm Thiên Thanh
Chương 1
Các đại phân tử sinh học
I. Nucleic acid
Nucleic acid, vật chất mang thông tin di truyền của các hệ thống sống, là một
polymer hình thành từ các monomer là nucleotide. Mỗi nucleotide gồm ba thành
phần: nhóm phosphate, đường pentose (đường 5 carbon) và một nitrogen base.
Các nitrogen base thuộc hai nhóm: các purine gồm adenine (A) và guanine (G),
các pyrimidine gồm thymine (T), cytosine (C) và uracil (U). Các nucleotide được
nối với nhau bằng liên kết phosphodiester tạo thành chuỗi dài.
Nucleic acid gồm hai loại phân tử có cấu tạo rất giống nhau là
deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).
1. Deoxyribonucleic acid
Phân tử DNA là một chuỗi xoắn kép gồm hai sợi đơn. Mỗi sợi đơn là một
chuỗi nucleotide (Hình 1.1). Mỗi nucleotide gồm ba thành phần: nhóm phosphate,
đường deoxyribose và một trong bốn base (A, C, G và T) (Hình 1.2). Hai sợi đơn
kết hợp với nhau nhờ các liên kết hydrogen hình thành giữa các base bổ sung nằm
trên hai sợi: A bổ sung cho T và C bổ sung cho G. Mỗi sợi đơn có một trình tự
định hướng với một đầu 5’phosphate tự do, đầu kia là 3’ hydroxyl tự do (quy ước
là 5’3’). Hướng của hai sợi đơn trong chuỗi xoắn kép ngược nhau, nên được gọi
là hai sợi đối song.
Những phân tích cấu trúc hiện đại đã cho thấy cấu trúc của DNA không phải
luôn luôn tương ứng với dạng được gọi là B mà Watson và Crick đã đưa ra. Do sự
tác động của các hợp chất có khối lượng nhỏ hoặc protein, dạng B có thể chuyển
sang dạng A (nén nhiều hơn) hoặc là dạng Z (xoắn trái). Chúng có thể tự gấp lại
hoặc xoắn mạnh, ví dụ một sợi đôi DNA có độ dài là 20 cm được nén trong một
chromosome có kích thước là 5 m.
Hình 1.1. Chuỗi xoắn kép của DNA
Phân tử DNA trong nhiễm sắc thể của sinh vật eukaryote ở dạng mạch thẳng,
còn ở phần lớn tế bào prokaryote (vi khuẩn) phân tử DNA lại có dạng mạch vòng.
Tuy nhiên, dù ở dạng nào thì các phân tử DNA này đều tồn tại theo kiểu cuộn
chặt. Trong tế bào eukaryote, DNA kết hợp chặt chẽ với các protein là histone.
DNA eukaryote có kích thước rất lớn (Ví dụ: DNA ở người có thể dài đến 1
m) nên vấn đề đặt ra là phân tử này phải được nén như thế nào trong một thể tích
rất hạn chế của nhân. Việc nén được thực hiện ở nhiều mức độ, mức độ thấp nhất
là nucleosome và mức độ cao nhất là cấu trúc nhiễm sắc chất. Thật vậy, đường
kính của chuỗi xoắn DNA chỉ là
20
, trong khi sợi nhiễm sắc chất quan sát dưới kính hiển vi điện tử có đường kính
100
, đôi khi đạt 300 . Điều này chứng tỏ phân tử DNA tham gia hình thành
những cấu trúc phức tạp hơn (Hình 1.3).
Sợi nhiễm sắc chất có đường kính 100 là một chuỗi chứa nhiều
nucleosome. Đó là những cấu trúc hình thành từ một sợi DNA quấn quanh một lõi
gồm 8 phân tử histone (mức độ tổ chức cao nhất của DNA). Sợi có đường kính
100 này có cấu trúc phức tạp hơn sợi có đường kính 300 . Trong nhân tế bào,
các sợi vừa kể trên kết hợp chặt chẽ với nhiều protein khác nhau và cả với các
RNA tạo thành nhiễm sắc chất, mức độ tổ chức cao nhất của DNA.