222
Chương 6 NUCLEIC ACID VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA NUCLEIC ACID

6.1 Cấu trúc của nucleic acid

Nucleic acid là những chất mang thông tin di truyền và chuyển những thông tin di
truyền này đến trao đổi chất. Cấu tạo của chúng gồm nhiều đơn phân có ba thành phần:
base nitơ, phosphate và ribose hoặc desoxyribose.
Base nitơ là dẫn xuất của pyrimidine hoặc purine. Pyrimidine được tổng hợp từ
carbamylphosphate và asparagine. Purine được tổng hợp từ asparagine, glycine,
glutamine, CO
2
và formiate được hoạt hoá bởi tetrahydrofolic acid. Adenine và guanine là những dẫn xuất của purine. Cytosine, thymine và uracil là dẫn
xuất của pyrimidine.
C
HC
N
C
N
N
CH
N
H
C

C
HC
N
C
N
N
CH
N
H
NH
2
C

C
HC
N
C
N
N

HOC
N
CH
N
OH
CH

C
HOC
N
CH
N
OH

C-CH
3
Asp

Formiat

Glu-NH
2
Glu-NH
2
Formiat

CO
2
N
N


Ở dạng này nguyên tử H đứng cạnh nguyên tử N có thể tạo liên kết N-glycoside với
một ribose.
Ribose là thành phần đường của ribonucleic acid (RNA). Desoxyribose là thành
phần đường của desoxyribonucleic acid (DNA). Desoxyribose khác với ribose chỉ ở vị
trí carbon thứ 2: ở desoxyribose có 1 nguyên tử H thay cho nhóm OH.
Desoxyribose được tạo nên từ ribose ở sinh vật nhân chuẩn bằng phản ứng khử nhờ
enzyme nucleosidiphosphate-reductase, phản ứng khử được thực hiện nhờ 2 nhóm SH
của enzyme. Phản ứng tổng quát được biểu diễn như sau: Đường (ribose, desoxyribose) liên kết với base nitơ bằng liên kết glycoside. Người

2
O
P ~O – P –O–CH
2

OH
OH
N-base
O
P ~O – P –O–CH
2

OH
H
N-base
O
SH
R
SH
S
R
S
224
Đường liên kết với base nitơ bằng liên kết glycoside, với phosphate bằng liên kết
ester. Ở nucleotide này, một nucleotide thứ 2 kết hợp vào, ở đây H của nhóm OH đính ở
vị trí carbon thứ 3 được thay thế bằng một nucleotidyl, được biểu diễn như sau:



Hình 6.1 Cấu tạo chung của một ribonucleic acid
O

HO-P-O-CH
2 OH
O
OH
N-base
O
Nhóm phosphate


N-base
O
P –O–CH
2

O
OH
N-base
O

HO-P=O

CH
2

O H
OH
N-base
O
Nucleotide
Nucleotidyl
Dinucleotide
OH

HO-
*
P=O

CH
2

phân ly H
+
. Vì vậy ở khía cạnh này phân tử có tính acid và người ta gọi là nucleic acid.
Trình tự của các base nitơ riêng lẽ và thành phần của nó trong toàn bộ phân tử là
những tiêu chuẩn quan trọng nhất của nucleic acid. DNA chứa chỉ 4 base nitơ khác
nhau: adenine, thymine, guanine và cytosine. Trình tự của chúng trong phân tử DNA
gắn liền với toàn bộ yếu tố di truyền của sinh vật. Sinh vật càng phát triển cao thì sợi
DNA của chúng càng dài và trọng lượng càng lớn. Trọng lượng phân tử của DNA của
vi sinh vật khoảng 10
9
, của người khoảng 3,8. 10
10
. Có khoảng hàng nghìn nucleotide
trên một phân tử. Phân tử dài nhất đã được biết có 10
8
nucleotide, tương ứng với độ dài
là 3mm.
Bình thường thì phân tử DNA gồm 2 sợi chạy ngược chiều nhau và quấn vào nhau.
Hai sợi chạy đối song và ngược chiều nhau với theo hướng từ C
5
đến C
3
. Những base
nitơ hướng về trục helix được bảo vệ trước những ảnh hưởng bên ngoài nhờ chuỗi
ribosephosphate.
Tương tự polypeptide các phân tử DNA có cấu trúc bậc một là trình tự các
nucleotide và cấu trúc bậc hai là sự xoắn của mạch kép. Trên một vòng xoắn có 10 base
nitơ. Ở đây mỗi base nitơ có một base đối diện xác định. Adenine đối diện với thymine,
guanine với cytosine. Sự đối diện này là do các cầu hydro được tạo nên giữa dẫn xuất
pyrimidine (thymine, cytosine) và dẫn xuất purine (adenine, guanine). Adenine nối với

Hình 6.3 Sự cặp đôi của adenine và thymine bằng 2 liên kết hydro và của guanine và
cytosine bằng 3 liên kết hydro


NH
N O
d’-Ribose d’-Ribose
GuanineC
HN
H
N
N
N O
d’-Ribose
N HNH
d’-Ribose
=O

C
HN
N
Cytosine
Hình 6.5 a) Mạch kép DNA với rãnh lớn và rãnh nhỏ
b) Xoắn "tay phải", mũi tên chỉ hướng xoắn theo kim đồng hồ

Dạng B-DNA có thể chuyển sang dạng A-DNA bằng sự khử nước, chúng cũng xoắn


10
8
4 x 10
3

tRNA tế bào chất 25 000 80 -100

cRNA Nhân 10
6
-10
7
10
3 Ở ribonucleic acid có 4 loại khác nhau (bảng 6.1). mRNA chuyển thông tin di
truyền từ DNA đến trung tâm tổng hợp protein của tế bào. Trọng lượng phân tử khoảng
10
6
, bằng 1/1000 đến 1/10 000 trọng lượng của DNA, vì vậy nó có độ dài ngắn hơn.
Những base nitơ quan trọng nhất là guanine, cytosine, adenine và uracil. Ngược lại
DNA chứa base nitơ thymine thay cho uracil và bổ sung với adenine. mRNA được tổng
hợp trong nhân và ở mức độ nhất định được tổng hợp trong ty thể và lạp thể.
rRNA là RNA ribosome, là nơi tổng hợp protein của tế bào. Thành phần ribosome
gồm có các phân tử protein và các rRNA. Các rRNA có trọng lượng phân tử khoảng 10
6

Da. Bên cạnh adenine, uracil, guanine và cytosine rRNA còn chứa những base nitơ khác
mà phần lớn đã được methyl hoá. Những rRNA của thực vật được methyl hoá nhiều -D-Ribose-5-P
P-O-CH
2

HO
H
O
H
OH
H
H
OH
P-O-CH
2

HO
H
O
H
OH
H
H
O –P–O–P
-D-5-P-Ribosyl-PP (PRPP)
AMP
ATP

H
H
5-P Ribosyl Glycinamide
(GAR)
Glycine
Amino-P Ribosyl transferase
H
2
O
P
i
L-glutamine

L-glutamate