Cấu tạo hóa học cấu trúc không gian của ADN,ARN,Protein

Câu hỏi : Cấu trúc không gian của ARN có dạng:

A. mạch thẳng.

B. xoắn đơn tạo bởi 2 mạch pôlyribônuclêôtit.

C. có thể có mạch thẳng hay xoắn đơn tuỳ theo giai đoạn phát triển của mỗi loại ARN.

D. có thể có mạch thẳng hay xoắn đơn tuỳ theo mỗi loại ARN.

Đáp án đúng: D

Giải thích

• Cấu trúc không gian của ARN đều là cấu trúc 1 mạch.
• mARN có cấu trúc mạch thẳng.
• tARN có cấu trúc cuộn xoắn thành các thùy, tại các thùy có sự hình thành liên kết hidro giữa các ribonucleotide.
• rARN có cấu trúc mạch đơn và phức tạp.

Tìm hiểu thêm về cấu trúc của ARN

1. Cấu tạo hóa học của ARN 

Tương tự như phân tử AND thì ARN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các ribonucleotit.

Mỗi đơn phân [ribonucleotit] gồm 3 thành phần : 

• 1 gốc bazơ nitơ [A, U, G, X]  khác ở phân tử ADN  là không có T
• 1 gốc đường  ribolozo [C5H12O5C5H12O5 ], ở ADN có gốc đường  đêoxiribôz[C5H10O4C5H10O4 ]
• 1 gốc axit photphoric [H3PO4H3PO4].

ARN có cấu trúc gồm một  chuỗi  poliribonucleotit . Số ribonucleotit trong ARN bằng một nửa nucleotit trong phân tử ADN tổng hợp ra nó.

Các ribonucleotit liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị giữa gốc[H3PO4H3PO4]của ribonucleotit này với gốc đường ribolozo của ribonucleotit kia tạo thành  chuỗi poliribonucleotit. 

2. Các loại ARN và chức năng 

Các loại ARN

Tùy thuộc vào nhiều tiêu chí khác nhau, người ta chia ARN thành 3 loại chính đó là:

ARN thông tin [messenger RNA]

• Thường được viết tắt là mARN. ARN thông tin chỉ chiếm khoảng 5% lượng ARN trong tế bào sống nhưng giữ một vai trò vô cùng quan trọng. Bởi là bản mã phiên của mã di truyền gốc từ ADN, chứa thông tin di truyền dưới dạng bộ ba mã di truyền và thường được gọi là côđon [đơn vị mã] gồm 3 ribonucleotit nên được gọi là bộ ba [triplet].
• Mỗi một đơn vị mã xác định một axit amin cụ thể, mã hóa 20 loại axit amin cơ bản. Bên cạnh đó còn có côđon khởi đầu dịch mã [START codon] và côđon ngừng dịch mã [STOP codon].
• Phân tử mARN ở sinh vật nhân thực có dấu 5’ được gắn một GTP, giúp các nhân tố khác nhận biết trong quá trình dịch mã. Còn đầu 3’ được “bọc” lại nhờ “đuôi” polyA gồm nhiều adenylate nối nhau, giúp nó không bị các enzym đặc trưng phân giải.

ARN riboxom [ribosome RNA]

• Loại này được viết tắt là rARN, chiếm đến 80% tổng lượng ARN có trong tế bào.
• rARN phải liên kết với những loại protein nhất định thì mới tạo thành ribôxôm- một “phân xưởng” tổng hợp protein bậc I.
• Mỗi một ribôxôm gồm một tiểu đơn vị lớn và một tiểu đơn vị nhỏ
• Ở tế bào nhân sơ: Đơn vị lớn là 50S và một tiểu đơn vị nhỏ là 30S [S là tên viết tắt của Svetbơc- đơn vị phản ánh khối lượng bào quan khi dùng máy ly tâm siêu tốc.
• Tế bào nhân thực: Tiểu đơn vị lớn là 60S và tiểu đơn vị nhỏ là 60S.
• Khi hợp nhất với nhau, hai tiểu đơn vị này tạo nên ribôxôm là một cấu trúc phức tạp, di chuyển được dọc theo phân tử mARN, kết hợp với enzym, thực hiện việc lắp ráp các axit amin theo khuôn mẫu của ban mã phiên, tạo thành chuỗi polypeptit đúng như gen quy định.

ARN vận chuyển [transfer RNA]

• Được viết tắt là tARN, là loại phân tử có kích thước nhỏ nhất, chỉ gồm 70-95 ribonucleotit.
• tARN có 2 chức năng quan trọng trong quá trình giải mã đó là:
• Chở các axit amin từ môi trường ngoài vào phân xưởng riboxom để tổng hợp protein.
• Đuôi của mỗi loại tARN luôn gắn với một loại axit amin mà nó phải chở, tương ứng với bộ ba đối mã mà nó có nên chúng có cấu trúc tương tích bắt buộc như một adapter.
• Nhờ sự phối hợp cả 2 chức năng, tARN vừa vận chuyển vừa lắp ráp axit amin đúng vào vị trí mà gen quy định, tạo nên bản dịch mã là quá trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptit.

Chức năng của ARN

Mỗi một loại ARN sẽ có một số chức năng riêng biệt, đó là:

• ARN thông tin: truyền đạt thông tin di truyền từ ADN [gen cấu trúc] tới ribôxôm.
• ARN vận chuyển: vận chuyển AA tương ứng tới ribôxôm [nơi tổng hợp protein].
• ARN ribôxôm: thành phần cấu tạo nên ribôxôm.

1. ADN

- ADN là axit hữu cơ có cấu trúc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Nucleotide

- Cấu tạo hóa học của ADN

+ Có 4 loại Nu A, T, G, X

+ Mỗi Nu có cấu trúc 3 phần: 1 phân tử axit H3PO4, 1 phân tử đường deoxiribozo C5H10O4, 1 trong 4 loại bazo nito Ađênin, Timin, Guanin, Xitozin. Các bazo nito chia làm 2 nhóm: kích thước lớn [purin] gồm A, G và nhóm có kích thước nhỏ [pyrimidine] gồm T, X

+ Các Nu liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị [liên kết photpho dieste]. Đường của Nu này liên kết với axit photphoric của Nu tiếp theo tạo ra chuỗi poliNu. Nếu đường của Nu trước liên kết với axit của Nu tiếp theo thì sẽ tạo ra mạch có chiều 5’ đến 3’ và ngược lại.

- Cấu trúc không gian:

+ Mỗi phân tử ADN gồm 2 mạch poliNu chạy song song ngược chiều nhau, xoắn đều đặn quanh 1 trục không gian tưởng tượng theo chiều từ trái sang phải [chuỗi xoắn phải]

+ Mô hình của Watson-Crick dạng B:ADN xoắn theo chu kì, 1 chu kì xoắn cao 34 A0 gồm 10 cặp Nu, đường kính xoắn 20 A0

+ Mỗi phân tử ADN đều có số lượng, thành phần, trình tự các Nu khác nhau nên chỉ cần thay đổi 1 yếu tố là có thể xuất hiện đột biến

- Chức năng của ADN:mang [lưu trữ] và truyền đạt thông tin di truyền

- Gen là 1 đoạn của phân tử ADN mang thông tin quy định 1 sản phẩm xác định, đó là chuỗi polipeptit hoặc 1 loại ARN.

- Chú ý:

+ 1 ADN có rất nhiều gen

+ ADN của sinh vật nhân sơ có cấu trúc mạch kép dạng vòng không có khả năng liên kết với protein histon để tạo nên NST.

Sự khác nhau giữa ADN ngoài nhân và trong nhân:

2. ARN

- Phần lớn giống ADN chỉ khác ở những đặc điểm sau:

+Có Nu loại U [uraxin] mà không có Nu loại T

+Đường cấu tạo Nu là đường ribozo C5H10O5

+Chỉ được cấu tạo từ 1 chuỗi poliNu có chiều từ 5’ đến 3’

+Có cấu trúc không gian đa dạng tùy vào từng loại ARN:

Mạch thẳng [mARN] ARN thông tin: không có liên kết hidro

Xoắn cục bộ [rARN] ARN riboxom: có liên kết hidro

Xoắn cuộn thành thùy [t ARN] ARN vận chuyển: có liên kết hidro

- Chức năng của ARN

+mARN truyền đạt thông tin di truyền

+rARN tham gia cấu tạo riboxom

+tARN tham gia vận chuyển axitamin tới riboxom để tổng hợp chuỗi polipeptit

VẬN DỤNG BÀI TẬP:

- Chu kì xoắn: S mà 1 chu kì xoắn có 10 cặp Nu xếp chồng lên nhau có chiều cao là 34 A0 do vậy 1 Nu cao 3,4 A0 hay nói cách khác chiều dài 1 Nu là 3,4 A0

- Chiều dài của phân tử ADN :L=S x 34 [A0] hoặc L = N/2 . 3,4 [A0]

- Số Nu:N=S x 20 [Nu]

- Khối lượng 1 Nu là 300 đvC nên khối lượng phân tử ADN là:M=N x 300 [đvC]

Ngoài ra còn có thể tìm mối liên hệ giữa các công thức trên để biến đổi thành nhiều công thức khác tùy vào yêu cầu bài toán.

- Theo nguyên tắc bổ sung ta có:

A=T; G=X; A+T+G+X=N =>A+G= N/2

%A=%T; %G=%X; %A+%G=50%

- Số liên kết hóa trị giữa các Nu= số liên kết hóa trị trên mỗi mạch x 2= [N/2 -1] x 2 =N - 2

Gt: Đây là liên kết cộng hóa trị giữa các Nu nên khi có sự liên kết giữa đường của Nu này với axit của Nu kế tiếp hoặc ngược lại thì ta sẽ tính là có 1 liên kết cộng hóa trị. Thực tế các Nu trên mỗi mạch liên kết với nhau theo kiểu trên mà trên mỗi mạch lại có N/2 Nu mà cứ giữa 2 Nu lại có 1 liên kết cộng hóa trị nên số liên kết cộng hóa trị trên mỗi mạch sẽ là [N/2 -1] mà ADN có 2 mạch nên số liên kết hóa trị giữa các Nu của gen sẽ là:

[N/2 -1] x 2 = N-2

- Số liên kết hóa trị trong cả phân tử ADN=N+N-2=2N-2

Gt: trong cả phân tử thì có liên kết hóa trị giữa các Nu là N-2 và trong bản thân mỗi Nu lại có 1 liên kết nữa do Nu cấu tạo từ gốc axit liên kết với gốc đường nên cũng có 1 liên kết hóa trị mà 1 ADN thì có N Nu nên có thêm N liên kết.

- Số liên kết hidro: H= 2A+3G

Gt: Do A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro, G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro.

3. Protein

- Là đại phân tử hữu cơ có cấu trúc đa phân bao gồm nhiều đơn phân là các axitamin

- Cấu trúc hóa học:  H2N-R1-CO­-NH-R2-CO-……………-NH-Rn-COOH

+1aa gồm 3 thành phần: 1 nhóm –COOH [nhóm carboxyl], 1 nhóm amin –NH2, 1 gốc -R- [Các aa chỉ khác nhau ở gốc –R-, có hơn 20 loại aa khác nhau].

+Các aa liên kết với nhau bằng liên kết peptit giữa nhóm –COOH của aa trước với nhóm –NH2 của aa sau tạo thành chuỗi polipeptit

+1aa có khối lượng trung bình là 110 đvC, chiều dài trung bình là 3 A0

- Cấu trúc không gian: gồm 4 bậc

+ Cấu trúc bậc 1: là 1 chuỗi pp mạch thẳng

+ Cấu trúc bậc 2: là 1 chuỗi pp xoắn hoặc gấp nếp

+ Cấu trúc bậc 3: là 1 chuỗi pp xoắn cuộn trong không gian 3 chiều nên có hình cầu, chỉ ở cấu trúc này trở đi protein mới thực hiện được chức năng sinh học của mình

+Cấu trúc bậc 4: gồm 2 hay nhiều chuỗi pp cùng hoặc khác loại xoắn cuộn trong không gian 3 chiều như protein trong hồng cầu [Hb] được cấu tạo từ 4 chuỗi pp. 2 chuỗi xoắn và 2 chuỗi gấp nếp .

- Chức năng của protein

+Cấu tạo tế bào và cơ thể

+Dự trữ các aa

+Vận chuyển các chất

+Bảo vệ cơ thể

+Thu nhận thông tin

+Xúc tác cho các phản ứng hóa sinh [enzim]

Các phân tử pr vừa có tính đa dạng vừa có tính đặc thù do số lượng, thành phần, trật tự sắp xếp các aa quy định.

Vận dụng bài tập

- Chiều dài protein: L=Số aa trên phân tử pr x 3 A0

- Khối lượng protein: m pr= số aa trên phân tử pr x 110 đvC

- Số liên kết peptit= số aa-1=số phân tử nước được giải phóng