Axit nucleic

Axit nucleotit là đại phân tử hữu cơ có chức năng chứa đựng và bảo quản thông tin di truyền của tế bào, axit nucleotit gồm hai loại là ADN và ARN. Cấu tạo của ADN và ARN thích nghi với chức năng lưu giữ bào bảo quản thông tin di truyền như thế nào ? Chúng ta cùng tìm hiểu bài viết sau để trả lời câu hỏi đó

I. ADN

1. Cấu tạo hóa học của ADN  

ADN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các nucleotit. Mỗi nucleotit cấu tạo gồm 3 thành phần : 

• 1 gốc bazơ nitơ (A, T, G, X) . 
•  1 gốc đường đêoxiribôzơ ((C_5H_{10}O_{4}))
•  1 gốc Axit photphoric ((H_{3}PO_{4}))

Các loại nucleotit chỉ khác nhau ở bazo nito nên người ta đặt tên các loại nucleotit theo tên của bazo nito. 

Nucleotit liền nhau liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị (phospho dieste) để tạo nên chuỗi polinucleotit.

Liên kết hóa trị là liên kết giữa gốc đường đêoxiribôzơ ((C_5H_{10}O_{4})) của nucleotit này với gốc axit photphoric ((H_{3}PO_{4})) của nucleotit khác .

Hình 1 : Cấu tạo của một chuỗi polinucleotit

2. Cấu trúc không gian của phân tử ADN

Mỗi phân tử ADN gồm có hai chuỗi polinucleotit  song song ngược chiều nhau( chiều 3'( ightarrow)5' và chiều 5'( ightarrow)3') . Các nucleotit của hai mạch liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung.

    - A – T liên kết với nhau bằng 2 liên kết H

    - G -  X liên kết với nhau bằng 3 liên kết H

Từ hệ quả của nguyên tắc bổ sung thì ta có thể suy ra được số lượng nucleotit và thành phần của nucleotit ở mạch còn lại.

           

 Hình 2 :Cấu tạo hóa học và cấu trúc không gian của phân tử ADN 

Khoảng cách giữa hai cặp bazo là 3,4A⁰

Một chu kì vòng xoắn có 10 cặp nucleotit ( 20 nucleotit)

Đường kính của vòng xoắn là 20 A⁰

3. Chức năng của phân tử ADN 

ADN có chức năng  lưu giữ truyền đạt và bảo quản thông tin di truyền giữa các thế hệ.

I. ARN

1. Cấu tạo hóa học của ARN 

Tương tự như phân tử AND thì ARN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các ribonucleotit.

Mỗi đơn phân (ribonucleotit) gồm 3 thành phần : 

• 1 gốc bazơ nitơ (A, U, G, X)  khác ở phân tử ADN  là không có T   
•  1 gốc đường  ribolozo ((C_{5}H_{12}O_5) ), ở ADN có gốc đường  đêoxiribôz((C_{5}H_{10}O_4) )
•  1 gốc axit photphoric ((H_{3}PO_{4})).

ARN có cấu trúc gồm một  chuỗi  poliribonucleotit . Số ribonucleotit trong ARN bằng một nửa nucleotit trong phân tử ADN tổng hợp ra nó.

Các ribonucleotit liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị giữa gốc((H_{3}PO_{4}))của ribonucleotit này với gốc đường ribolozo của ribonucleotit kia tạo thành  chuỗi poliribonucleotit. 

2.Các loại ARN và chức năng 

Có 3 loại ARN là mARN, tARN và rARN  thực hiện các chức năng khác nhau.

Hình 3: Cấu trúc của các phân tử ARN.

mARN cấu tạo từ một chuỗi polinuclêôtit dưới dạng mạch thẳng, mARN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền tử mạch gốc trên ADN đến chuỗi polipepetit. Để thực hiện chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ ADN đến protein thì ARN có 

• Trình tự nucleotit đặc hiệu giúp cho riboxom nhận và liên kết vào ARN 
• Mã mở đầu : tín hiệu khởi đầu phiên mã 
• Các codon mã hóa axit amin:  
• Mã kết thúc , mang thông tin kết thúc quá trình dịch mã 

tARN có cấu trúc với 3 thuỳ, trong đó có một thuỳ mang bộ ba đối mã có trình tự bổ sung với 1 bộ ba mã hóa axit amin trên phân tử mARN , tARN có chức năng vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên chuỗi polipetit .

rARN có cấu trúc mạch đơn nhưng nhiều vùng các nuclêôtit liên kết bổ sung với nhau tạo các vùng xoắn kép cục bộ. rARN liên kết với các protein tạo nên các riboxom. r ARN là loại ARN có cấu trúc có nhiếu liên kết hidro trong phân tử nhất và chiếm số lượng lớn nhất trong tế bào. 

III. CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN ĐẾN CẤU TẠO CỦA  ADN.

Tính số lượng các loại nucleotit trong phân tử ADN.

 Theo nguyên tắc boror sung ta có : A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro và G liên kết với X bằng 3 liên kết H 

=> A = T; G = X  

=>  %A = %T; %G = %X.

=> %A+%G = %T+%X=50%.

=> N = A + T + G + X = 2A + 2G = 2 T + 2 X

Tính chiều dài gen: 

     L = (frac{N imes 3.4}{2}) => N = (frac{2L}{3,4})  

Tính số chu kì xoắn: C = (frac{N}{20}) => N = C x 20

Tính số liên kết hiđrô của gen: H = 2A + 3G ( lk)

Tính khối lượng phân tử ADN (gen): M_ADN = N × 300 => N = (frac{M}{300})

Tính số liên kết phôtphođieste .

Trong phân tử ADN : liên kết  PHOTPHODIESTE gồm có liên kết giữa các gốc đường và gốc axit của cùng một nucleotit và liên kết cộng hóa trị giữa hai nucleotit.

+ Số lượng liên kết HÓA TRỊ  giữa các nucleotit: HT = N - 2.

+ Số lượng liên kết  giữa các gốc đường và gốc axit trong mỗi nucleotit = N

=> Tổng số liên kết PHOTPHODIESTEcủa ADN:   N + (N - 2) = 2N - 2

 Ví dụ 1 : Một gen có chiều dài là 5100 A⁰, số nuclêôtit loại Adenin chiếm 20%. Hãy xác định:

 1. Số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

 2. Số liên kết hydro của gen

 3. Số chu kỳ xoắn của gen.

4. Số liên kết photphodieste trên mỗi mạch và trên phân tử ADN.

 Hướng dẫn giải bài tập.

1.Số nuclêôtit của gen (N) N =  (frac{L}{3,4})×2 = ( (frac{5100}{3,4}) )×2 = 3000 (nu)

  Số nuclêôtit từng loại (A, T, G, X)

 Theo NTBS

%A = %T = 20% => A = T = 3000×20% = 600 (nu)

 % G = %X = 50% - 20% = 30%

 → G = X = %G × N = 3000 × 30% = 900 (nu)

2. Số liên kết hyđrô trên gen

   H = 2A + 3G = (2A + 2 G) + G = Nu  + G = 3000 + 600 = 3600

 3. Số chu kỳ xoắn = (frac{N}{20}) = (frac{3000}{2}) = 1500.

4. Số liên kết photphodieste

Trên mỗi mạch = N - 1 = 2999.

Trên phân tử ADN = 2N-2 = 5998.

Bài tập tự giải

Bài 1. Một gen có chiều dài là 4080 A⁰, số nuclêôtit loại Adenin chiếm 20%.

1. Xác định số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

2. Xác định số liên kết hydro của gen

3. Xác định số ribonucleotit trên mARN do gen phiên mã

4. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

5. Xác định số liên kết photphodieste trên mỗi mạch và trên phân tử ADN.

ĐA :

1 . A = T = 480 ; G = X = 720

2. 3120 liên kết H 

3. 1200 ribonucleotit

4. 120 chu kì xoắn 

Bài 2. Một gen có 3120 liên kết hiđrô và có 480 Adenin.

1. Tính số lượng và tỷ lệ nuclêôtit của mỗi loại của gen.

2. Xác định chiều dài gen.

3. Xác định số liên kết hóa  trị giữa các nucleotit .

ĐA :

1. G = X = 720; 30% và A = T = 480 ; 20% .

2. L : 4080 A⁰

3. 2398 liên kết 

IV.CÁC CÔNG THỨC LIÊN QUAN ĐẾN CẤU TẠO CỦA ARN.

Gọi số nu từng loại của ARN là rA, rU, rX, rG thì   

- Theo NTBS:

rA = Tmạch gốc. →% rA = % Tmạch gốc

rU = Amạch gốc → . % rU = % Amạch gốc.

rX = Gmạch gốc→ % rX = % Gmạch gốc

rG = Xmạch gốc → % rG = % Xmạch gốc

Vì Amạch gốc + Tmạch gốc = Agen = Tgen

 rA + rU = Agen = Tgen

rG + rX = Ggen = Tgen

 rN = rA + r U +  r G + r X = (frac{N}{2}) => N = rN x 2 

Chiều dài phân tử ARN: L =  rN x 3,4 (A⁰ )=> rN = (frac{L}{3,4}) 

Số liên kết hoá trị (HT):

+ Giữa các ribonucleotit với nhau : rN -  1 

+ Trong ribonucleotit : rN 

=> Tổng số liên kết cộng hóa trị trong gen là : 2 rN – 1

Khối lượng phân tử ARN : M = 300 x rN => r N = (frac{M}{300})

Tính số bộ ba mã hóa trên phân tử ARN là :

Trong phân tử ARN  cứ 3 nucleotit liên kề nhau thì mã hóa cho 1 axit amin

• Số bộ ba trên  phân tử mARN : rN : 3 = N : ( 2 ×3 )
• Số bộ ba mã hóa aa trên phân tử mARN là : (rN : 3) – 1 ( bộ ba kết thúc không mã hóa axit amin)

•  Số aa có trong chuỗi polipeptit được tổng hợp từ phân tử mARN là :(r N : 3) – 1 – 1

            ( khi kết thức quá trình dịch mã aa mở đầu bị cắt bỏ khỏi chuỗi vừa được tổng hợp) 

Bài toán 1. Trong quá trình dịch mã, để tổng hợp 1 chuỗi pôlipeptit cần môi trường cung cấp 249 axitamin.

1. Xác định số nuclêôtit trên gen.

2. Xác định số nuclêôtit trên mARN do gen phiên mã.

3. Xác định số chu kỳ xoắn của gen.

4. Xác định chiều dài mARN 

5. Tính số liên kết peptit trên chuỗi pôlipeptit.

Hướng dẫn giải bài tập

1. Số nuclêôtit trên gen = (249+1) x 6 = 1500.

2. Số nuclêôtit trên mARN do gen phiên mã = 1500: 2=750

3. Số chu kỳ xoắn của gen =1500: 20 =  75.

4. Chiều dài của gen  = (1500 : 2 )×3.4 = 2550A⁰.

5. Số liên kết peptit trên chuỗi pôlipeptit = 249-1 =248. 

Ví dụ 2 . Chuỗi pôlipeptit hoàn chỉnh có 248 axitamin.

1. Xác định bộ ba trên mARN

2. Xác định số nuclêôtit trên mARN do gen phiên mã.

3. Xác định chiều dài gen.

4. Số liên kết peptit được hình thành để tạo ra chuỗi pôlipeptit.

Hướng dẫn giải bài tập

1. Xác định bộ ba trên mARN = 248+2=250

2. Số nuclêôtit trên mARN do gen phiên mã =250 x 3 =750

3. Lgen = LmARN=750 x3,4 = 2550A⁰.

4. Số liên kết peptit được hình thành để tạo ra chuỗi pôlipeptit = 248.