Bài giảng Nucleotide và acid nucleic

NUCLEOTIDE và ACID NUCLEIC BSNT Nguyễn Thị Thanh Hải Bộ môn Hóa sinh, Trường Đại học Y Hà Nội 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 phần: • Base nitơ • Đường pentose • A. phosphoric (C) Cấu trúc nucleotid Bazơ nitơ: gồm 2 loại - Bazơ pyrimidine : vòng pyrimidine là một vòng 6 cạnh chứa 2 nguyên tử nitơ. Các base nitơ quan trọng: cytocine , thymine và uracil - Bazơ purine: chứa một vòng purine (vòng pyrimidine và một vòng imidazol ghép lại). Các bazơ purine quan trọng: adenine và guanine Cấu trúc nucleotid Cấu trúc nucleotid • Các dẫn xuất chứa oxy của pyrimidine và purine chúng có khả năng hỗ biến. • Dạng ceto C=O (lactam) • Dạng enol C – OH (lactim) Cấu trúc nucleotid Đường pentose: là một đường 5 cacbon. Gồm 2 loại • Ribose ( D – ribose ): có trong ARN • Deoxyribose (2’ – Deoxy – D – ribose):là một ribose trong đó thiếu một OH ở cacbon số 2’ Cấu trúc nucleotid Acid phosphoric: là một triacid – Có chứa ba nhóm OH nên acid 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 bazơ: là một liên kết N- glycoside ( loại đi một H2O giữa OH của đường pentose và H của pyrimidine ở N1 hoặc purin ở N9) Sự kết hợp giữa ba thành phần của một nucleotide - Liên kết giữa H3PO4 và đường pentose : Là liên kết este (loại đi H2O giữa OH của acid và H ở C5 của đường ) Cấu trúc nucleosid • Nucleoside: Là phân tử kết hợp giữa một bazơ purine ở N9 hoặc pyrimidine ở N1 với C1 của đường. Cấu trúc nucleotid • Nucleotide: Là những este của acid phosphoric với nucleoside ở vị trí C5 của đường Danh pháp nucleosid và nucleotid • Danh pháp của nucleoside: Bắt nguồn từ các bazơ tương ứng - Nucleoside là dẫn xuất của purine thì có đuôi là – osine VD: adenin  adenosine - Nucleoside là dẫn xuất của pyrimidine thì có đuôi là – idine VD: thymine  thymidine Basơ Nucleosid Nucleotid Acid Nucleic Adenin Adenosin Adenylat ARN Deoxyadenosin Deoxyadenylat ADN Guanin Guanosin Guanylat ARN Deoxyguanosin Deoxyguaninlat ADN Cytosin Cytidin Cytidylat ARN Deoxycytidin Deoxycytidylat ADN Thymin Thymidin Thymidylat Deoxythymidin Deoxythymidylat ADN Uracil Uridin Uridylat ARN Danh pháp nucleosid và nucleotid Chức năng nucleotid • Nucleotide là đơn vị cấu tạo của acid nucleic • Nucleotide cấu tạo nên coenzym, xúc tác nhiều phản ứng hóa học trong tế bào VD: NAD, FAD, CoA • Vận chuyển năng lượng hóa học tế bào trong (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 VD: methylcytosin (tuyến ức), 5- hidromethylcytosin (VK,virus) N6 methyladenin (VK) • ADN loại AT • ADN loại GC Liên kết chính trong ADN • 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 giữa OH của acid và H ở C3 của đường Liên kết chính trong ADN Quy ước trong ADN • Chiều chuỗi đơn ADN kéo dài từ 5’ – 3’ VD: p A – C – G – T OH • Polyme ngắn dưới 50 nt gọi là oligonucleotid, dài trên 50nt là polynucleotid • Polynucleotid của cùng 1 loại basơ ví dụ adenin gọi là polyA Cấu trúc ADN (Watson-Crick) • Phân tử ADN 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 3,6nm, chứa 10,5 cặp base Cấu trúc ADN • Mỗi base của chuỗi này liên kết với basơ của chuỗi kia trên cùng một mặt phẳng nhờ liên kết hidro theo quy luật Chargaff • Liên kết bổ sung: A=T, G Ξ C Cấu trúc ADN Thứ tự thành phần từ trong ra ngoài: • Base sát với trục xoắn • Đường deoxyribonucleotid • Acid phosphoric 2 nm 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 hidro: 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 ADN • 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) Các dạng cấu trúc khác nhau của ADN Một số sự sắp xếp ít gặp • Đoạn cong: chứa >4 adenin, cứ 6 Adenin tạo độ cong 18º. 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 ADN: là đoạn polypyrimidin / polypurin Một số sự sắp xếp ít gặp Một số sự sắp xếp ít gặp • Palindrome Một số sự sắp xếp ít gặp Đoạn cong ADN: chứa >4 adenin, cứ 6 Adenin tạo độ cong 18º Đoạn H - ADN Các kiểu ADN • ADN ở các loài khác nhau có kích thước rất khác nhau • ADN sợi đơn ở virus Ø X174 • ADN dạng vòng xoắn kép ở bacteriophage • ADN ở dạng xoắn kép ở các tế bào eukariote, thường liên kết với protein gọi là nucleoprotein Tính chất ADN • 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 ADN có thể bị biến đổi hóa học ADN tham gia cấu tạo trong cấu tạo chromosome Nucleosome - Thể histon: 8 phân tử histon 2H2A , 2H2B , 2H3 , 2H4 - ADN: 146 cặp base quấn quanh histon + 54 cặp base nối các nucleosome ADN tham gia cấu tạo trong cấu tạo chromosome • 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: ARN giống trong DNA là các ribonucleotid với mỗi liên kết phosphodieste - Cấu trúc bậc 2: xoắn kép dạng kẹp tóc - Cấu trúc bậc 3: ARN tồn tại nhiều liên kết hidro Các loại ARN • ARN vận chuyển (tARN): 15% • ARN ribosom (rARN): 80% • ARN thông tin (mARN): 5% • Small nuclease ARN (ARNsn): 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 mARN ARNt - Hoạt hóa aa, vận chuyển đến polyribosom - Nhận biết mã trên ARNm ARNm - 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 ARNr 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 lương, tham gia cấu tạo nhiều coenzym. Cấu tạo nhờ 3 thành phần đường, acid và base nitơ • ADN gồm 2 chuỗi nucleic liên kết bổ sung • ARN sợi đơn gồm ARNm, ARNt, ARNr