04 nucleotide và acid nucleic

04 nucleotide và acid nucleic

MỤC TIÊU

• Nắm được khái niệm nucleotid, nucleosid và acid nucleic

• Cấu tạo và vai trò của nucleotid và acid nucleic

Đại cương

• Acid nucleic chia làm 2 loại: acid deoxyribonucleic và acid ribonucleic là vật liệu chứa thông tin di truyền

• Nucleotid là đơn vị tạo nên acid nucleic, tham gia vào quá trình chuyển hóa trong tế bào, dẫn truyền tín hiệu, cấu tạo của coenzym và những chất trung gian chuyển hóa

Cấu trúc Nucleotid

Thành phần cấu tạo của nucleotide gồm có 3 chất:

• Base nitơ

• Pentose

• Acid phosphoric

* Base nitơ: gồm 2 loại

- Base pyrimidin: nhân pyrimidin là một vòng 6 cạnh chứa 2 nguyên tử nitơ.

Các base nitơ quan trọng: cytosine , thymine và uracil

- Base purin: chứa nhân purin (nhân pyrimidin và nhân imidazol ghép lại).

Các base purin quan trọng: adenin và guanin

+ Các dẫn xuất chứa oxy của pyrimidine và purine có khả năng hỗ biến:

• Dạng ceto C=O (lactam)

• Dạng enol C – OH (lactim)

* Pentose: là đường 5 carbon. Gồm 2 loại

• Ribose ( D – ribose ): có trong phân tử RNA

• Deoxyribose (2’ – Deoxy – D – ribose): hình thành từ ribose mất đi nguyên tử oxy ở vị trí carbon số 2’. Có trong phân tử DNA

* Acid phosphoric:

– Chứa ba nhóm OH nên có thể hình thành liên kết este với gốc đường tại C5 và C3 để tạo nucleotide và polynucleotide

* Sự kết hợp giữa ba thành phần của một nucleotide

- Liên kết pentose với base: là liên kết N-glycoside (loại phân tử H2O gồm OH của đường pentose và H của pyrimidine ở N1 hoặc purin ở N9)

- Liên kết giữa H3PO4 và pentose: Là liên kết este (loại đi H2O giữa H của acid và OH ở C5 của pentose)

* Cấu trúc nucleosid

Là phân tử kết hợp giữa một bazơ purine ở N9 hoặc pyrimidine ở N1 với C1 của pentose.

* Cấu trúc nucleotid

Là những este của acid phosphoric với nucleosid ở vị trí C5 của pentose

* Danh pháp nucleosid và nucleotid

Danh pháp của nucleosid: Bắt nguồn từ các base tương ứng

- Nucleosid là dẫn xuất của base purin thì đuôi là – osin

VD: adenin => adenosin

- Nucleosid là dẫn xuất của base pyrimidin thì đuôi là – idin

VD: thymin => thymidin

Base	Nucleosid	Nucleotid	Acid Nucleic
Adenin	Adenosin	Adenylat	RNA
	Deoxyadenosin	Deoxyadenylat	DNA
Guanin	Guanosin	Guanylat	RNA
	Deoxyguanosin	Deoxyguanylat	DNA
Cytosin	Cytidin	Cytidylat	RNA
	Deoxycytidin	Deoxycytidylat	DNA
Thymin	Thymidin	Thymidylat
	Deoxythymidin	Deoxythymidylat	DNA
Uracil	Uridin	Uridylat	RNA

* Chức năng nucleotid

• Nucleotid là đơn vị cấu tạo của acid nucleic

• Nucleotid cấu tạo coenzym của các enzym xúc tác nhiều phản ứng hóa học

VD: NAD, FAD…

• Vận chuyển năng lượng hóa học trong tế bào (ATP, UTP, GTP, CTP)

• Chất trung gian truyền tin trong tế bào (AMPv, GMPv, ppGpp)

* acid nucleic

• Acid nucleic là polyme của các nucleotid

• Gồm 2 loại: Acid ribonucleic và acid deoxyribonucleic

• Chức năng: chứa thông tin di truyền

* Acid deoxyribonucleic

• Thành phần: Các deoxyribonucleotid (A,T,G,C) và các dẫn xuất của chúng

Ví dụ:

methylcytosin (tuyến ức),

5- hidromethylcytosin (vi khuẩn, virus)

N6 methyladenin (vi khuẩn)

• DNA loại AT

• DNA loại GC

* Liên kết chính trong DNA

• Là liên kết phosphodieste nối các nucleotid thành polynucleotid ở vị trí 5’ -hydoxyl của nucleotid này được liên kết với 3’ hydroxyl của nucleotid khác thông qua phân tử acid phosphoric

• Cơ chế: tách H2O từ H của acid và OH ở C3 của pentose

* Quy ước trong DNA

• Chiều chuỗi đơn DNA kéo dài từ 5’ – 3’

VD: p A – C – G – T OH

• Polyme ngắn dưới 50 nucleotid gọi là oligonucleotid, dài trên 50 nucleotid gọi là polynucleotid

• Polynucleotid của cùng 1 loại base ví dụ adenin gọi là polyA

* Cấu trúc DNA (Watson-Crick)

• Phân tử DNA gồm 2 chuỗi polynucleotid có chiều ngược nhau xoắn quanh trục từ trái sang phải tạo một rãnh rộng và một rãnh hẹp

• Chu kỳ dài 3,4nm, chứa 10,5 cặp base

• Mỗi base của chuỗi này liên kết với base của chuỗi kia trên cùng một mặt phẳng nhờ liên kết hydro theo quy luật Chargaff

• Liên kết bổ sung: A=T, G Ξ C

Thứ tự thành phần từ trong ra ngoài:

• Base sát với trục xoắn

• Deoxyribose

• Acid phosphoric

* yếu tố làm bền vững phân tử DNA

• Liên kết kỵ nước: đóng vai trò quyết định

• Liên kết ion: tương tác tĩnh điện của các gốc phosphat mang điện. Tm tỷ lệ thuận với nồng độ cation

• Liên kết hydro: có vai trò quan trọng quyết định sự cặp đôi, nhưng không có tác dụng làm bền vững phân tử

• Liên kết phosphodieste

• Enzym topoisomerase: điều hòa cấu trúc siêu xoắn của DNA vòng

* Các dạng cấu trúc khác nhau của DNA

• Dạng B: mô hình Watson – Crick

• Dạng A: giống dạng B với chu kỳ xoắn ngắn hơn 2,3nm, gồm 11 cặp base, đường kính mỗi xoắn lớn hơn

• Dạng Z: xoắn phải sang trái, chu kỳ dài 3,7nm chứa 12 cặp base, cách nhau 0,38nm, thường gặp ở gen điều hòa (12 – 24 nucleotid)

Một số sự sắp xếp ít gặp

_ Đoạn cong DNA: chứa >4 adenin, cứ 6 Adenin tạo độ cong 18 độ. Vai trò kết hợp với protein

_ Đoạn ngược xuôi giống nhau (palindrome): tạo cấu trúc kẹp tóc hoặc hình chữ thập

_ Đoạn đối xứng gương: chứa hàng ngàn base

_ Đoạn H - DNA: là đoạn polypyrimidin / polypurin

* Các kiểu DNA

• DNA ở các loài khác nhau có kích thước rất khác nhau

• DNA sợi đơn ở virus Ø X 174

• DNA dạng vòng xoắn kép ở bacteriophage

• DNA ở dạng xoắn kép ở các tế bào eukaryote, thường liên kết với protein gọi là nucleoprotein

* Tính chất DNA

• Tính chất biến tính thuận nghịch với pH và nhiệt độ cao (80 – 90ºC)

• Tính chất lai

• Các nucleotid và base có nitơ trong thành phần DNA có thể bị biến đổi hóa học

* DNA tham gia cấu tạo chromosome

Nucleosome

- Thể histon: 8 phân tử histon 2H2A , 2H2B , 2H3 , 2H4

- DNA: 146 cặp base quấn quanh histon + 54 cặp base nối các nucleosome

• Chuỗi hạt nucleosome cuộn lại thành từng vòng xoắn

• Giữa các vùng có những vùng đặc biệt không có histon

* Acid ribonucleic

• Thành phần: acid ribonucleic là polyribonucleotid gồm 4 loại Nu chính Adenin, guanin, cytosin và uracil và một số dẫn xuất của purin và pirimidin

• Cấu trúc: 1 sợi đơn

- Cấu trúc bậc 1: RNA giống trong DNA là các ribonucleotid với mỗi liên kết phosphodieste

- Cấu trúc bậc 2: xoắn kép dạng kẹp tóc

- Cấu trúc bậc 3: RNA tồn tại nhiều liên kết hydro

* Các loại RNA

• RNA vận chuyển (t RNA): 15%

• RNA ribosom (r RNA): 80%

• RNA thông tin (m RNA): 5%

• Small nuclease RNA (sn RNA): gồm 5 loại (U1, U2, U4, U5, U6) có nhiều trong nhân tế bào tham gia cắt bỏ đoạn intron trong quá trình hoàn thiện mRNA

* tRNA

- Hoạt hóa aa, vận chuyển đến polyribosom

- Nhận biết mã trên mRNA

* mRNA

- Mũ: 7 methylguanosin

- Đoạn không mã hóa

- Đoạn mã hóa: bắt đầu bởi AUG, kết thúc bởi UAA, UAG, UGA

- Đoạn không mã hóa

- PolyA

* rRNA

Tốc độ lắng	Số nucleotid
5S	120
5,8S	160
16S	1540
18S	1900
23S	3200
28S	4700

* Tổng kết

• Nucleotid là đơn vị cấu tạo nên acid nucleic, vận chuyển năng lượng, tham gia cấu tạo nhiều coenzym. Cấu tạo gồm 3 thành phần: pentose, acid phosphoric và base nitơ

• DNA gồm 2 chuỗi polynucleotid liên kết bổ sung

• RNA gồm 1 chuỗi polynucleotid, có 3 loại: mRNA, tRNA, rRNA