Nucleotide

NUCLEOTIDE & NUCLEIC ACID

Nhóm thuyết trình        

Võ Hy Lan Anh Trần Hồng Hạnh Trần Thị Tuyết Lan Đinh Thị Cao Khanh Trần Quang Nhật Trương Quỳnh Như Đào Thị Thuý Phương Kiều Thị Thanh Thảo

Bố cục   

Tổng Quan Cấu Tạo Hoá Học DNA

I-TỔNG QUAN

NUCLEOTIDE CẤU TẠO TỪ GỐC CHỨA N VÀ ĐƯỜNG PENTOSE

Nucleotide:    

Monomer để tạo thành Nucleic acid Thành phần của một số enzyme Chất tích luỹ năng lượng cho hoạt động sống. Ví dụ: ATP Gồm 3 thành phần cấu tạo: Thành phần dị vòng: Base  Đường  Phosphate. * Các base trong nucleic acid là: Purine và Pyrimidine. 

Base Pyrimidine: 

Các gốc Pyrimidine phổ biến trong nucleic acid là: Cytosine  Uracil  Thymine  Ngoài ra còn có 2 loại Base khác là: 5-metyl Cytosine và 5-hydrometyl Cytosine 

Base Purine 

Chủ yếu trong nucleic acid: Adenine  Guanine  Ngoài ra còn có : hypoxanthine, xanthine và uric acid có vai trò quan trọng trong trao đổi chất. 

Danh pháp Nucleotide 

Tên của base + tiếp vĩ ngữ. Có base Pyrimidine: tên Base + idine  Có base Purine: tên Base + osine  Nếu trong thành phần có đường Deoxylribose thì phải có tiếp đầu ngữ Deoxy trước tên Nucleotide. 

Base Purine Adenine Guanine Hypoxanthine Uric acid Xanthine Pyrimidine Cytosine Orotic acid Thymine Uracil

Nucleoside Nucleotide Adenosine Guanosine Inosine

AMP(adenylic acid) GMP(guanylic acid) IMP(inosine acid)

Xanthosine XMP Cytidine Orotidine Thymidine Uridine

CMP(Cytidylic acid) OMP(Orotidylic acid) dTMP(Thymidilic acid) UMP(Uridylic acid)

LIÊN KẾT PHOSPHODIESTER 



Liên hệ giữa Base và đường gọi là Nucleoside Nucleic acid có nucleoside5’-phosphate nối với đầu 3’ của Nucleotide tiếp sau bằng liên kết Phosphodiester.

II-CẤU TẠO

Chức năng di truyền.  Vật

chất mang thông tin di truyền.  Lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.  Ví dụ: hiện tượng biến nạp, sự tái bản của các virus.

Cấu trúc bậc II của DNA  





Mô hình của Watson – Crick. Chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn, xoắn theo chiều xoắn phải nhưng chạy ngược chiều nhau. Vòng xoắn được đảm bảo nhờ các đôi Base nối với nhau giữa A & T, G & C, trong mỗi đôi xuất hiện cầu nối Hydro. Các đôi xếp chồng lên nhau ở phía trong của sợi xoắn kép và thẳng góc với trục của mình trong khi bộ khung DeoxyRibose và phosphate lại ở phía ngoài.





Xoắn đôi có đường kính là 2 nm, mỗi vòng xoắn dài 3.4 nm, mỗi vòng có 10 đôi base. Có hai rảnh liên tục kích thước khác nhau dotính không đối xứng của các đôi base, người ta gọi là rảnh lớn và rảnh nhỏ.

III-HOÁ HỌC DNA

Tính chất Acid nucleic : -chất màu trắng ,cấu tạo sợi khó tan trong nước dạng tự do nhưng dễ tan ở dạng muối kim loại kiềm và dễ tan trong dung dịch muối. -có tính chất điện ly,có thể thay đổi cấu hình như co lại hay duỗi ra, nhường ion, có tính chất điện từ -bị biến tính bởi nhiệt.







Dung dịch a.nucleic có độ nhớt cao, có tính hoạt quang, tích điện âm nên chuyển dịch trong điện trường về cực dương (phương pháp điện di ) Độ hấp thụ quang phổ ánh sáng cực đại ở λ = 256− 265 nm, cực tiểu ở λ =230 và λ = 195 nm(vùng UV).RNA: cực đại λ = 275−280 nm, cực tiểu λ = 250 nm. Về mặt hóa học ,a. nucleic là chất tương đối trơ nhưng là các polyanion nên dễ liên kết với nhiều ion kim loại, cation và dễ

BIẾN TÍNH CẤU TRÚC XOẮN ĐÔI CỦA DNA VÀ RNA a) Tỉ trọng nổi (buoyant density) của DNA phản ánh cấu trúc bậc 2 và hàm lượng base của nó, được đo bằng phương pháp li tâm cân bằng tỉ trọng (siêu li tâm)  Siêu li tâm trên một gradient liên tục CsCl , siêu li tâm trên đệm CsCl, siêu li tâm trên gradient saccharose. được sử dụng nhiều trong công nghệ gen để tách chiết DNA 2 sợi ra khỏi các sợi đơn và khỏi RNA.

Tỉ trọng nổi của DNA 2 sợi tỉ lệ thuận với thành phần base của nó.Hàm lượng G&C càng cao, cấu trúc DNA càng chặt(G nối C bằng 3 liên kết H) thì tỉ trọng nổi càng cao. b) Tách sợi :  “Nhiệt độ nóng chảy”(melting temperatureTm) là giới hạn nhiệt độ mà khi đun quá nhiệt độ này, 2 mạch đôi của DNA sẽ tách rời nhau.  Sự chuyển từ dạng mạch đôi sang mạch đơn được xác định dễ dàng thông qua việc đo biến động giá trị mật độ quang (OD) hoặc đo độ nhớt giảm ở điểm nóng chảy.  Giá trị mật độ quang tăng lên khi phân tử mạch đôi chuyển thành mạch đơn gọi là “hiệu ứng tăng sắc”(hyperchromic effect). 





Nguyên nhân của hiện tượng tăng sắc :trong DNA mạch đôi, các base nằm chồng lên nhau trên những mặt phẳng song song, cấu trúc đó che lấp một phần các base khiến chúng không hấp thu ánh sáng như những đơn vị toàn vẹn khác với DNA mạch đơn. Các nhân tố ảnh hưởng đến Tm : - thành phần các base trong DNA, đặc biệt là tỉ lệ G & C.Trong điều kiện chuẩn ,Tm = 69,3 + 0.41(% G+C) - độ dài đoạn DNA

-các điểm bắt cặp sai lệch -môi trường phản ứng.

Thủy phân nucleic acid









Về mặt hóa học nucleic acid là bền trong phạm vi pH rộng Ở điều kiện acid: có thể tách purine ra khỏi DNA bằng cách thủy phân cầu nối giữa glycoside giữa C-1 của 2-deoxyribose và N-9 của purine acid apurinic( bộ khung còn nguyên, sản phẩm mất gốc purine) Ở điều kiện base: các liên kết phosphodiester có thể bị thủy phân RNA nhạy hơn DNA vì: 2’-OH của RNA bị mất proton và gắn với 3’-phosphate ben cạnh làm gãy bộ khung nucleoside 2’ và 3’-phosphate

Sự lai giữa các Nu 



Cơ sở của hiện tượng lai phân tử là sự tách rời 2 mạch đôi của chuỗi xoắn kép DNA, khi nhiệt đọ môi trường vượt qua nhiệt đọ nóng chảy của phân tử và sự tái bắt cặp giữa các trình tự tương đồng sau đó. Các yếu tố ảnh hưởng    

Nồng độ DNA trong môi trường Nhiệt độ và thời gian phản ứng Kích thước các trình tự lai Lực Ion của môi trường

Có 3 kiểu lai phân tử  Lai trong pha lỏng  Lai trên pha rắn  Lai tại chổ

 Người

ta sử dụng tính chất bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa các gốc Nucleotide của DNA làm phép thử  Phát hiện những đoạn DNA giống nhau, có nguồn gốc từ các loài khác nhau

Nguyên tắc  Làm

biến tính hoàn toàn DNA từ các loài khác nhau  Trộn lẫn chúng với nhau và làm nguội từ từ  Khi đó những đoạn DNA bổ sung lẫn nhau giữa hai loài DNA trên sẽ tạo cặp với nhauvà tạo thành sợi kép tuỳ thuộc vào mức đọ tương đồng giữa chúng





Mức độ lai thường được xác định bằng phương pháp sắc ký hoặc ly tâm, trong đó một loại DNA được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ Hiện kỹ thuật này được áp dụng khá rộng rãi trong: Nghiên cứu sinh học  Điều tra hình sự  Phát hiện sớm một số bệnh trước khi triệu chứng bệnh xuất hiện 

Xaùc ñònh thöù töï nucleotide trong nucleic acid :

Chieát taùch DNA  





goàm 3 böôùc chính: Phaù maøng teá baøo vaø maøng nhaân (teá baøo nhaân thaät), giaûi phoùng DNA ra moâi tröôøng. Loaïi boû caùc thaønh phaàn khoâng mong muoán trong maãu (protein, lipid, polysaccharide,…) Keát tuûa DNA

Tinh cheá : Tinh cheá baèng sieâu ly taâm.  Tinh cheá baèng saéc kyù. 

Xaùc ñònh thöù töï nucleotide







Caùc enzyme endonucleaserestrictase do vi khuaån sinh ra vaø phaân huyû caùc DNA ngoaïi lai, nhö DNA virus. Enzyme naøy caét ngay vò trí nhaän bieát trình töï vaø chuùng caét sôïi xoaén ñoâi taïi caùc thöù töï ñaëc hieäu goàm 4-8 nucleotide. Caùc thöù töï naøy cuõng coù theå coù treân teá baøo chuû nhöng chuùng ñöôïc baûo veä baèng caùch methyl hoaù : caùc enzyme methylase gaén nhoùm methyl vaøo A hay C treân DNA teá baøo chuû ôû taïi vò trí



 

Moãi enzyme chæ nhìn nhaän 1 trình töï chuyeân bieät coù caáu truùc palindrome, nghóa laø 2 maïch coù trình töï hoaøn toaøn gioáng nhau khi chuùng ñöôïc ñoïc theo chieàu 5’ -> 3’. Coù 2 kieåu caét : + Caét hai maïch DNA taïi cuøng 1 ñieåm.  



AG  CT TC  GA

+ Caét taïo ñaàu so le hay ñaàu dính, caùc ñoaïn caét coù ñaàu 1 sôïi ñôn thoø ra ngoaøi coù theå baét caëp vôùi nhau theo nguyeâm taéc caùc

Phöông phaùp Sanger : 





Gaén moài ( ñöôïc ñaùnh daáu phoùng xaï vaø coù trình töï Nu xaùc ñònh ) vaøo ñaàu 3’ cuûa 1 trong 2 sôïi ñôn. Boå sung 4 loaïi deoxyribonucleoside triphosphate vaø löôïng nhoû töøng loaïi dideoxyribonucleoside triphosphate ñaùnh daáu phoùng xaï. Dideoxyribonucleoside triphosphate tham gia vaøo sôïi ñang daøi ra vaø keát thuùc vieäc toång hôïp

Cải biến hóa học của nucleotide và nucleic acid





 



Các gốc purine và pyrimidine hay bị cải biến hóa học thay đổi cấu tạo Phản ứng cải biến thường xảy ra chậm Có ý nghĩa sinh lí đáng kể Sự thay đổi cấu tạo của DNA thay đổi thông tin di truyền mà nó lưu giữ đột biến gen protein đột biến với trình tự aicd amin thay đổi hay tác động đến quá trình điều khiẩn sự tổng

 có

2 loại đột biến :  Đột biến tự nhiên (xảy ra 1 cách tự phát)  Đột biến cảm ứng(gây ra bởi tác nhân đột biến)

Thảo tiếp theo

Các coenzyme nucloetide Coenzyme nicotinamide nucleotide(NAD và NADP) chứa nicotinamide mononucleotide gắn với AMP bằng liên kết phosphodieste.  Nhóm Flavine(FMN và FAD), Flavine nối với ribitol phosphate trong FAD và liên kết với AMP. 

1. NUCLEOTIDE MANG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Đó là ATP, UTP, GTP và CTP

ATP (Adenosine triphosphate) 





Là 1 nucleotide có vai trò thiết yếu trong tế bào, là cầu nối giữa 2 quá trình đồng hóa và dị hóa, năng lượng giải phóng khi ATP thủy phân thành ADP (hoặc AMP) và Pi (hoặc PPi) ATP là chất mang năng lượng sinh học tòan năng CTPT: C10H16N5O13P3

UTP (Uridine triphosphate) Đó là một pyrimidine nucleotide  Cũng có vai trò là nguồn năng lượng hoặc là nhân tố hoạt hoá cơ chất trong những phản ứng trao đổi chất giống như ATP  Mang tính đặc hiệu  CTPT: C H N O P 9 15 2 15 3

UTP

GTP (Guanosine triphosphate)  









La 1 purine nucleotide. Được sử dụng trong quá trình sao mã RNA. Cấu trúc tương tự Guanine nucleotide nhưng khác ở chổ có thêm 2 nhóm phosphate. Nó được dùng để cung cấp năng lượng cho quá trình sinh tổng hợp Protein. Nhân tố thiết yếu trong việc truyền tín hiệu cho tế bào. CTPT : C10H16N5O14P3

GTP

CTP (Cytidine triphosphate) 







Cytudine triphosphate là một pyrimidine nucleotide Sử dụng trong quá trình tổng hợp RNA Là phân tử mang năng lượng cao như ATP, nhưng mang tính đặc hiệu hơn. CTPT:C9H16N3O14P3

CTP

2. NUCLEOTIDE LÀ YẾU TỐ TRUYỀN THÔNG TIN NỘI BÀO

 



Cơ thể ↔ môi trường. Tương tác giữa các tín hiệu hóa học – thông tin sơ cấp (first messenger) với các thụ thể đặc hiệu (receptor) trên màng tế bào tạo ra thông tin thứ cấp (second messenger) bên trong tế bào. Nucleotide có vai trò là chất vận chuyển thông tin thứ cấp.



cAMP: Adenosine -3’,5’ – cyclic monophosphate: là chất vận chuyển thông tin thứ cấp làm thay đổi hoạt tính sinh học của tế bào.  Tạo thành từ ATP . 



cGMP: Guanine -3’,5’- cyclic monophosphate. 



Tạo thành từ GTP.

ppGpp: 1 chất ức chế tổng hợp protein