ĐIỀN TỪ VÀO CHỖ CHẤM - NUCLEIC ACID

Cho tới giữa thế kỉ XIX, các nhà khoa học trên thế giới vẫn nhầm tưởng rằng dạng vật chất quan trọng nhất và chứa đựng mật mã sự sống chính là protein bởi vai trò to lớn của protein. Ngày nay, khi sinh học phân tử phát triển, mọi người đã hiểu rằng vai trò đó được chuyển cho nucleic acid (có thể viết là acid nucleic) vì đây mới là phân tử mang mật mã di truyền và chứa đựng thông tin để tổng hợp nên protein. Nucleic acid gồm có hai loại là DNA (có thể viết là ADN deoxyribonucleic acid) và RNA (có thể viết là ARN ribonucleic acid) đơn phân cấu tạo nên nucleic acid chính là các nucleotide.

DNA - cấu trúc mang mật mã sự sống
Chiều dài, kích thước và khối lượng của DNA rất đa dạng nhưng có thể tổng quát lại DNA là một đại phân tử có kích thước lớn và khối lượng lớn. DNA còn là một đa phân tử được cấu tạo từ nhiều đơn phân, gọi là nucleotide. Cấu tạo một nucleotide (có khối lượng 300 đvC) gồm có ba phần: acid phosphoric (H3PO4); đường pentose (C5H10O4) và base nitric. Với bốn loại base nitric là Adenine, Thymine, Guanine và Cytosine đã tạo ra bốn loại nucleotide có tên gọi giống với tên gọi của các base nitric. Chính vì vậy, DNA có tính đa dạng và đặc thù bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các nucleotide.
Liên kết giữa các đơn phân là liên kết phosphodieste nối các phân tử đường pentose và acid phosphoric để tạo thành chuỗi polynucleotide. Liên kết ester được tạo ra từ nhóm C3’-OH của nucleotide trước với nhóm OH còn lại của H3PO4 ở đầu 5’ của nucleotide sau. Hai nhóm OH loại một phân tử nước và nối lại với nhau bằng liên kết ester. Như vậy, phân tử H3PO4 đã tạo ra một liên kết ester trong nucleotide và một liên kết ester nối hai nucleotide lại với nhau, do đó gọi là liên kết phosphodiester. Chuỗi polynucleotide mang tính phân cực, đầu luôn có nhóm P là đầu 5’, đầu luôn có nhóm OH tự do tại C3 nên gọi là đầu 3’. Chuỗi polynucleotide chỉ nối dài theo chiều 5’→ 3’, tức là nucleotide mới vào liên kết để kéo dài chuỗi chỉ được nối thêm vào đầu 3’.
Năm 1953, kết hợp nhiều công trình nghiên cứu về DNA, đặc biệt là nghiên cứu của Sachgaff cùng những nghiên cứu của mình, Watson và Crick đã công bố mô hình cấu trúc không gian của DNA. Mặc dù đến nay người ta đã phát hiện thêm nhiều dạng cấu trúc khác của DNA (dạng A, C, D, E, Z) cũng như xác định được cấu trúc thực của DNA có khác so với mô hình lí thuyết của Watson - Crick, nhưng sự ra đời mô hình của Watson - Crick đã trở thành bước ngoặt trong sinh học, đánh dấu sự ra đời của sinh học phân tử.
Theo mô hình mà Watson và Crick đã công bố (mô hình dạng B) thì DNA giống như một chiếc thang dây xoắn gồm có hai mạch (ngày nay đã phát hiện DNA ở một số virus chỉ có một mạch), xoắn theo chiều từ trái sang phải, ngược chiều kim đồng hồ, gọi là chiều xoắn phải.
Tay thang là các phân tử đường và acid phosphoric xếp xen kẽ nhau và liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester. Bậc thang là các phân tử base nitric liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (base-pairing rule): A chỉ liên kết với T bằng hai liên kết hydrogen và G chỉ liên kết với C bằng ba liên kết hydrogen và ngược lại. Hay nói cách khác, một purin có kích thước lớn đi kèm một pyrimidin có kích thước bé.
DNA xoắn theo chu kì mà mỗi chu kì xoắn bao gồm 10 cặp nucleotide, có chiều dài là 34Å. Bằng thực nghiệm ngày nay, người ta thấy mỗi chu kì xoắn gồm 10,5 cặp nucleotide với chiều dài là 36Å.
Với đường kính của DNA khoảng 20Å và chiều dài rất lớn nhưng nó được gói gọn trong nhân tại các nhiễm sắc thể (NST) nhờ khả năng cuộn xoắn được tạo ra do các liên kết tĩnh điện với các phân tử protein. Nhờ liên kết phosphodiester, liên kết hydrogen và khả năng cuộn xoắn mà DNA vừa có tính bền vững vừa có tính linh động, đảm bảo cho nó có thể thực hiện chức năng lưu giữ và truyền đạt thông tin di truyền.

Các loại RNA
Chiều dài, kích thước và khối lượng của RNA nhỏ hơn rất nhiều so với DNA nhưng RNA cũng có các đặc điểm cấu tạo giống như cấu trúc hóa học của DNA.
Có nhiều loại RNA với cấu tạo và chức năng khác nhau, RNA thông tin (mRNA), RNA vận chuyển (tRNA), RNA ribosome (rRNA), tiền RNA (proRNA), RNA phân tử nhỏ của nhân, RNA mồi (primer DNA), ...
mRNA (RNA thông tin): mRNA được tổng hợp ở trong dịch nhân từ DNA. mRNA có đời sống rất ngắn (ở sinh vật nhân sơ, mRNA chỉ tồn tại trong vài phút sau khi thực hiện xong quá trình dịch mã, còn ở sinh vật nhân thực có thể kéo dài từ vài phút đến vài ngày). Ở tế bào người có khoảng 80.000 - 100.000 mRNA khác nhau trong một tế bào. mRNA làm nhiệm vụ truyền thông tin di truyền từ nhân ra ngoài chất tế bào (được tạo ra ở nhân, chui qua lỗ nhân ra ngoài chất tế bào để thực hiện quá trình tổng hợp protein tại các ribosome).
tRNA (RNA vận chuyển): tRNA được tổng hợp trong dịch nhân, là loại có kích thước bé chỉ có khoảng 75 - 90 nucleotide với hằng số lắng là 4,5s (M = 25000 - 30.000). tRNA có cấu trúc xoắn tạm thời, chia ra nhiều thùy như cây thánh giá trong đó có đoạn dạng vòng không có liên kết bổ sung, có đoạn hình thành liên kết bổ sung. Nhiệm vụ của tRNA là vận chuyển amino acid từ chất tế bào đến ribosome để tổng hợp protein.
rRNA (RNA ribosome): rRNA được tổng hợp trong nhân và ngay sau đó liên kết với protein để tạo nên các phân tử ribonucleoprotein ở nhân con. rRNA cũng có cấu trúc xoắn tạm thời giống như tRNA với tỉ lệ các đoạn có liên kết bổ sung lên tới 70%. Qua quá trình trưởng thành, các ribonucleoprotein này chuyển từ nhân con ra chất tế bào và tạo thành ribosome.
Cũng cần lưu ý rằng ở một số virus, RNA cũng có chức năng lưu trữ và truyền đạt thông tin di truyền. RNA của các virus đó có thể là mạch đơn mà cũng có thể là mạch kép.