Các RNA
Axit ribonucleic (RNA) cũng là một axit nucleic. Hai đặc điểm cơ bản về cấu tạo, phân biệt giữa axit ribonucleic và axit deoxyribonucleic là cấu tử đường và bazơ nitơ. Trong phân tử RNA có chứa đường ribose, còn trong DNA có chứa đường ...
Axit ribonucleic (RNA) cũng là một axit nucleic. Hai đặc điểm cơ bản về cấu tạo, phân biệt giữa axit ribonucleic và axit deoxyribonucleic là cấu tử đường và bazơ nitơ. Trong phân tử RNA có chứa đường ribose, còn trong DNA có chứa đường deoxyribose. Thành phần các bazơ pyrimidine trong RNA và DNA cũng khác nhau. DNA chứa cytosine và thymine, không bao giờ có uracil, ngược lại, RNA chứa cytosine và uracil, không khi nào có thymine. Ngoài ra, trong RNA có nhiều bazơ thứ yếu (các bazơ nitơ ít gặp) hơn trong DNA.
Đơn vị cơ bản xây dựng nên RNA cũng là các nucleotide. Các nucleotide liên kết với nhau cũng bằng liên kết 3'-5'-phosphodiester để tạo thành phân tử polynucleotide như DNA. Về cấu trúc phân tử, RNA có cấu trúc mạch đơn chứ không phải là mạch kép như DNA. Cấu trúc bậc I của RNA xác định trật tự sắp xếp các gốc nucleotide trong chuỗi polynucleotide.
Mô hình biểu diễn khả năng tạo thành cấu trúc xoắn đôi ở những đoạn RNA có các trình tự bazơ bổ sung
Cấu trúc bậc II của RNA cũng là xoắn nhưng khác với DNA, phân tử RNA là một chuỗi polynucleotide liên tục nên cấu tạo xoắn chỉ thực hiện trong phạm vi một phân tử. Khi đó, chuỗi polynucleotide tạo cấu trúc xoắn bằng cách tạo nên các liên kết hydro giữa adenine và uracil (A−U) và giữa guanine và cytosine (G−C). Trong cấu trúc bậc II của RNA, chỉ có khoảng 50% chuỗi polynucleotide của phân tử RNA được xoắn, còn các phần khác thì không. Hơn nữa, cấu hình của các đoạn xoắn cũng chưa hoàn thiện như ở DNA. Do không có sự tương ứng hoàn toàn trong trật tự của các bazơ bổ sung nên một số mắt xích nucleotide riêng lẻ có dạng vòm lồi.
RNA nằm trong bào tương, trong ribosome và cả trong nhân tế bào, nhưng tập trung chủ yếu trong bào tương.
RNA thông tin (mRNA)
RNA thông tin (messenger RNA) được tổng hợp trong nhân tế bào trên khuôn của DNA nên chúng chứa một lượng lớn thông tin cần thiết cho sự tổng hợp các protein đặc hiệu khác nhau. Độ lớn của mRNA phụ thuộc vào độ lớn của protein cần tổng hợp, như vậy, các phân tử mRNA của một tế bào có kích thước rất khác nhau và trình tự nucleotide của các RNA thông tin cũng rất khác nhau. Sau khi được tổng hợp ở nhân tế bào, mRNA sẽ chuyển từ nhân đến ribosome, mang những thông tin cần thiết cho quá trình tổng hợp protein.
Sơ đồ cấu trúc chung của các phân tử mRNA có thể chia làm ba đoạn: ở đầu 5’ có đoạn dẫn đầu, tiếp sau là đoạn mã hóa protein và đoạn theo sau, đoạn dẫn đầu và đoạn theo sau không mang mã cho các axit amin.
Sơ đồ cấu trúc chung của phân tử mRNA
RNA vận chuyển (tRNA)
tRNA (transfer RNA) làm nhiệm vụ vận chuyển các axit amin đã được hoạt hóa đến ribosome là nơi tổng hợp nên phân tử protein. tRNA chiếm khoảng từ 10% đến 20% tổng lượng RNA của tế bào, và có trọng lượng phân tử không lớn lắm, nó chỉ chứa khoảng từ 75 đến 90 nucleotide. Ngày nay, người ta đã xác định được thành phần và trật tự sắp xếp của hơn 100 tRNA.
Mỗi axit amin trong 20 axit amin, có thể kết hợp với một hoặc một số dạng tRNA. Điểm khác trong cấu tạo của tRNA là, ngoài bốn bazơ nitơ thông thường là A, G, C và U, nó còn chứa một lượng nhỏ các bazơ bổ sung phụ như 6-methylaminadenine, dimethylguanine, inosine, ...
Mô hình cấu tạo RNA vận chuyển alanine của nấm men
Có thể tóm tắt một số điểm chính về cấu tạo của phân tử tRNA như
- Ở đầu 3’ của phân tử luôn kết thúc bằng bộ ba CCA, còn ở đầu 5’-(nhóm monophosphat) thường kết thúc bằng gốc axit guanilic (G). Ở mỗi phân tử thường có bốn đoạn có chứa các liên kết hydro giữa các bazơ bổ sung và 4 vùng lồi, ở đó, giữa các nucleotide không có liên kết hydro vì các bazơ không có cặp bổ sung.
- Đầu 3’ kết thúc bằng 3 nucleotide CCA−OH. Phân tử aminoaxit luôn luôn gắn ở đầu 3’ ở bazơ A cuối.
Sự hình thành liên kết hydro giữa nucleotide thứ 3 trong codon với bazơ ngoại lai và bazơ không nằm theo quy luật (A−U, G−C) trong anticodon của phân tử tRNA
- Vùng lồi nằm gần kề đầu 3’ chứa 7 bazơ không sắp xếp theo quy luật bổ sung, nên giữa các bazơ không có các liên kết hydro. Hiện nay, người ta cho rằng, RNA vận chuyển gắn với bề mặt của ribosome nhờ vùng lồi này.
- Vùng lồi kế tiếp (tính từ đầu 3’) với độ lớn rất thất thường, gọi là vùng lồi phụ (extra loop).
- Vùng lồi thứ ba chứa 7 bazơ không có liên kết hydro (không bổ sung), trong đó có 3 bazơ chủ yếu kề nhau - anticodon là bộ ba đối mã, bộ ba này sẽ bổ sung cho bộ ba mã hóa (codon) trên RNA thông tin. Nhờ vậy, các axit amin được đưa đến đúng vị trí trong quá trình tổng hợp protein. tRNA vận chuyển alanine ở nấm men ở vị trí thứ ba của bộ đối mã (anticodon) là bazơ inosine (I) là dẫn xuất của purine, inosine có thể tạo liên kết bổ sung với cả ba loại bazơ là A, U và C.
- Vùng lồi tiếp theo (thứ tư) chứa 8 đến 12 bazơ không bổ sung, gọi là vùng lồi D (D-loop).
RNA ribosome (rRNA)
Ribosome được cấu tạo từ hai tiểu đơn vị, gồm một tiểu đơn vị lớn và một tiểu đơn vị nhỏ. Mỗi tiểu đơn vị được xây dựng từ ba thành phần chính là protein, lipit và rRNA.
Có ba loại phân tử rRNA thường gặp trong tế bào vi khuẩn, đó là
- rRNA có độ dài 1542 nucleotide (16S) trong tiểu đơn vị nhỏ của ribosome,
- rRNA có độ dài 2904 nucleotide trong tiểu đơn vị lớn (23S),
- rRNA rất nhỏ, có độ dài 120 nucleotide (5S) cũng nằm trong tiểu đơn vị lớn.
- Trong tế bào sinh vật eucaryote, tiểu đơn vị nhỏ của ribosome chứa sợi rRNA 18S, còn tiểu đơn vị lớn chứa hai sợi rRNA là 28S và 5,8S.
Trong cả ba loại rRNA đều có số lượng các bazơ bổ sung không bằng nhau (G≠C và A≠U).
Nhiễm sắc thể
Nhiễm sắc thể có thể quan sát rõ dưới kính hiển vi ở kỳ giữa của phân bào nguyên nhiễm. Nhiễm sắc thể có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là nhiễm sắc thể của các vi sinh vật nhân chuẩn (eucaryote).
Trong một nhiễm sắc thể có một phân tử DNA sợi kép cuộn xoắn, liên kết với protein histon. Mỗi nhiễm sắc thể có hình dạng đặc trưng riêng, hình dạng đó có thể quan sát rõ trong thời kỳ phân bào.
Tế bào sinh vật đơn bội có một bộ nhiễm sắc thể (n NST), ví dụ như ở vi khuẩn có một nhiễm sắc thể. Sinh vật lưỡng bội như con người và động vật, tế bào có hai bộ nhiễm sắc thể (2n NST). Sinh vật lưỡng bội thường sinh sản hữu tính nên trong cơ thể, ngoài tế bào dinh dưỡng (tế bào soma) còn có tế bào giới tính. tế bào dinh dưỡng luôn có 2n nhiễm sắc thể, còn tế bào giới tính chỉ có n nhiễm sắc thể. Ở các tế bào lưỡng bội (2n NST), mỗi nhiễm sắc thể có một cặp giống nhau, gọi là nhiễm sắc thể tương đồng.
Số lượng nhiễm sắc thể trong tất cả các tế bào dinh dưỡng của một cơ thể sống đều giống nhau, cho dù chức năng hoạt động của các cơ quan trong cơ thể sống khác nhau.
Số lượng nhiễm sắc thể là đặc trưng cho từng loài, ví dụ
- Người : 2n = 46 nhiễm sắc thể,
- Ruồi dấm: 2n = 8 nhiễm sắc thể,
- Vịt: 2n = 80 nhiễm sắc thể,
- Ngựa: 2n = 64 nhiễm sắc thể.
Số lượng nhiễm sắc thể không mang ý nghĩa cho sự tiến hóa. Nhiễm sắc thể nhìn rõ nhất dưới kính hiển vi vào kỳ giữa của nguyên phân, khi các mạch đã xoắn và co ngắn một cách cực đại.
Mỗi nhiễm sắc thể có một điểm thắt eo gọi là tâm động (centromere). Tâm động chia nhiễm sắc thể làm hai phần với chiều dài khác nhau. Dựa vào vị trí tâm động có thể phân biệt ba kiểu hình thái của nhiễm sắc thể:
- Nhiễm sắc thể cân tâm: Tâm động nằm ở giữa nhiễm sắc thể.
- Nhiễm sắc thể lệch tâm: Tâm động chia nhiễm sắc thể làm hai phần không đều nhau, một bên dài và một bên ngắn.
- Nhiễm sắc thể mút tâm: Tâm động nằm ở gần cuối của một đầu, chia nhiễm sắc thể làm hai phần rất không đều nhau, một bên rất dài và một bên rất ngắn.
Bằng phương pháp nhuộm màu và quan sát dưới kính hiển vi quang học ở giai đoạn không phân bào, người ta nhận thấy trên nhiễm sắc thể có vùng nhuộm màu đậm và có vùng nhuộm màu rất ít. Vùng bắt màu đậm gọi là chất dị nhiễm sắc (heterochromatine) và vùng ít bắt màu thuốc nhuộm gọi là chất nguyên nhiễm sắc (euchromatine).
Ngày nay, bằng những thiết bị nghiên cứu hiện đại, người ta đã chứng minh rằng, ở trạng thái cuộn xắn cao của phân tử DNA và protein, nhiễm sắc thể sẽ bắt màu tốt với thuốc nhuộm, còn ở trạng thái giãn xoắn thì sự bắt màu kém hơn. Như vậy, chất dị nhiễm sắc là trạng thái cuộn xoắn, không phiên mã được của DNA, còn chất nguyên nhiễm sắc là trạng thái DNA đang hoạt động và giãn xoắn.
