1
BÀI GIẢNG SINH HĨA HỌC
PHẦN I – SINH HĨA HỌC TĨNH
Chương IV- NUCLEIC ACID
TP.HỒ CHÍ MINH-2008
PGS,TS.NGUYỄN PHƯỚC NHUẬN
Chương IV- NUCLEIC ACID
1. Đại cương
2. Cấu tạo
- Mononucleotide
- Polynucleotide - Cấu trúc sơ cấp của
nucleic acid
3. Phân loại
- DNA : cấu tạo - đặc tính – vai trò
- RNA : cấu tạo và vai trò của mRNA,
tRNA, rRNA & snRNA
MỤC TIÊU
1. Phân bit đc cu to ca nucleoside, nucleotide và nucleic
acid
.
2. Vit đc cơng thc ca
ribose, deoxyribose, các base purine,
pyrimidine
vi các dng enol (lactim) và ketone (lactam) ca
chúng.
3. Vit đc cu to và vai trò ca mt s nucleotide t do nh
cAMP, ATP …
4. Trình bày đc
cu trúc ca DNA và RNA và nhng đim khác
bit v cu trúc ca 2 loi phân t này. Nm đc
quy lut b

sung
các đơi base.
5. Nêu đc
vai trò sinh hc ca DNA và tng loi RNA.
6. Các kiểu liên kết trong phân tử nucleic acid : LK glycosidic,
LK este,
LK phosphodiester, LH hydrogen.
1. ĐẠI CƯƠNG
• Nucleus = nhân ; nucleic acid : acid lần đầu tiên
được tìm thấy trong nhân tế bào
→
→→
→ acid nhân
• NUCLEIC ACID là các phân tử sinh học chứa
thơng tin di truyền, chúng được hình thành từ các
nucleotide polymers, hiện diện trong mọi tế bào, ở
dạng tự do hay kết hợp với protein →
→→
→
nucleoprotein
2
Chức năng
• Bảo tồn mật mã thông tin di truyền;
• Tham gia qúa trình sinh tổng hợp protein.
NUCLEOPROTEIN
PROTEIN ĐƠN GIẢN
(Histone)
NUCLEIC ACID
(Polynucleotide)
MONONUCLEOTIDE

CÁC BASE :
- Purine : Adenine (A)
Guanine (G)
- Pyrimidine :
Uracil (U)
Cytosine (C)
Thymine (T)
PENTOSE :
Ribose
Deoxyribose
H
3
PO
4
Nucleoside
2. CẤU TẠO
2.1. MONONUCLEOTIDE
 Thành phần nucleotide
Base – pentose – acid phosphoric
 Base – pentose →
→→
→ nucleoside
Danh pháp nucleoside (B.4.1, T.78)
 Nucleoside + phosphate →
→→
→
nucleotide
Danh pháp nucleotide
(nucleoside monophosphate) (B.4.2, T.79)
3

N
N
1
2
4
9
N
H
7
N
NH
2
H
2
N
O
Guanine -
dạng ketone
(2-amino 6-oxy purine)
5
6
8
PURINE
N
N
2
N
H
N
6

N
HN
2
N
H
N
6
Adenine (A)
(6-amino purine)
H
2
N
O H
Guanine (G)- dạng enol
(2-amino 6-oxy purine)
N
N
2
N
H
N
6
3
1
N
N
3
2
4
5

6
PYRIMIDINE
N
H
N
2
4
O
NH
2
N
H
HN
2
4
O
CH
3
5
O
N
H
HN
2
4
O
5
O
Cytosine (C)
(2 oxy- 4 amino pyrimidine)

Thymine (T)
(2,4 dioxy-5 methyl pyrimindine)
Uracil (U)
(2,4 dioxy pyrimindine)
β
ββ
β-D-Deoxyribose
HOCH
2
OH
OH
H
1’
5’
2’
3
4
H
β
ββ
β-D-Ribose
HOCH
2
OH
OH
H
1’
5’
2’
3’

4’
OH
OH
O = P – OH
OH
Acid phosphoric
THÀNH LẬP NUCLEOSIDE và NUCLEOTIDE
 N9
PURINE (A, G) – C1’ PENTOSE (β
ββ
β-D-
Ribose β
ββ
β-D-deoxyribose)
 N1 PYRIMIDINE (U, C, T) – C1’ PENTOSE
(β
ββ
β-D- Ribose β
ββ
β-D-deoxyribose)
→
→→
→
p/ứng khử nước tạo liên kết β
ββ
β-glycosidic
của NUCLEOSIDE
 C5’ nucleoside + gốc (P) →
→→
→ NUCLEOTIDE

→
→→
→
p/ứng khử nước tạo liên kết ester
NH
2
N
2
N
N
6
N
2
4
O
NH
2
HOCH
2
H
OH
H
1’
5’
2’
3’
4’
OH
HOCH
2

H
OH
H
1’
5’
2’
3’
4’
H
9
N
1
1
3
N
1
N
7
6
2
5
4
8
NUCLEOSIDE
Adenosine
(Adenine ribonucleoside)
Deoxycytidine
(Cytosine deoxyribonucleoside)
5
6

3
LK
β
ββ
β
-glycosidic
4
Deoxyadenosine
Deoxyguanosine
Deoxyuridine
Deoxycytidine
Deoxythymidine
Adenosine
Guanosine
Uridine
Cytidine
Thymine ribonucleoside
hay Ribothymidine (hieám)
Adenine
Guanine
Uracil
Cytosine
Thymine
DeoxyribonucleosideRibonucleosideBase
DANH PHÁP NUCLEOSIDE (B.4.1, T.78)
NUCLEOTIDES
Nitrogenous
base
Sugar: pentose
Phosphate

group
NUCLEOTIDE
NH
2
N
2
N
N
6
HO-P- O- CH
2
H
OH
H
1’
5’
2’
3’
4’
OH
9
1
3
N
1
N
7
6
2
5

4
8
NH
2
N
2
N
N
6
O CH
2
H
O=P
H
1’
5’
2’
3’
4’
OH
9
1
3
N
1
N
7
6
2
5

4
8
OH
OH
Adenosine-5’-monophosphate
(AMP) (acid adenilic)
Adenosine-5’3’-
monophosphate cyclic
(cAMP3’5’)
O
OH
LK ester
• NUCLEOSIDE : Gốc base – pentose
LK glycosidic
• NUCLEOTIDE : Gốc base – pentose – H
2
PO
3
LK glycosidic LK ester
• NUCLEIC ACID : polynucleotides
LK phosphodiester
5
NH
2
N
2
N
N
6
HO- P

∼
∼∼
∼
O- P
∼
∼∼
∼
O - P- O- CH
2
H
OH
H
1’
5’
2’
3’
4’
OH
9
1
3
N
1
N
7
6
2
5
4
8

O
OH
Adenosine-5’- Triphosphate (ATP)
Adenosine-5’- Diphosphate (ADP)
Adenosine-5’- Monophosphate (AMP)
OO
OH
OH
NUCLEOSIDE TRIPHOSPHATE
DANH PHÁP NUCLEOTIDE
(B.4.2, T.79)
Deoxythymidine
5’-monophosphate = dTMP
Thymine ribonucleoside
5’-monophosphate (hieám)
Thymine
Deoxycytidine
5’-monophosphate = dCMP
Cytidine 5’-monophosphate =
CMP
Cytosine
Deoxyuridine
5’-monophosphate = dUMP
Uridine 5’-monophosphate =
UMP
Uracil
Deoxyguanosine
5’-monophosphate = dGMP
Guanosine
5’-monophosphate = GMP

Guanine
Deoxyadenosine
5’-monophosphate = dAMP
Adenosine
5’-monophosphate = AMP
Adenine
Deoxyribonucleoside
5’-monophosphate
Ribonucleoside
5’-monophosphate
Base
2.2. CẤU TRÚC SƠ CẤP CỦA NUCLEIC ACID
Cấu trúc chuỗi polynucleotide :
• Các mononucleotide nối với nhau bởi
liên kết
phosphodiester 3’ – 5’
→
→→
→ tạo thành chuỗi
polynucleotide.
• Khung polynucleotide : các đường pentose và
gốc (P) nối với nhau tạo thành xương sống của
polynucleotide, các gốc base phân bố quanh
khung này.
Tính đặc trưng sinh học của phân tử acid
nucleic do
trật tự các gốc base trong chuỗi
polynucleotide (trong cấu trúc sơ cấp) quyết
định.
20

Dinucleotide

Lieân keát
phosphodiester
3’
→ 5’
OH
O=P-OH
O
CH
2
5’P
3’OH
A
C
3’
5’
6
Cấu trúc của
polydeoxyribonucleotide
LK phosphodiester nối hai
monophosphate nucleotides với nhau.
LK phosphodiester rất linh hoạt →
→→
→ cho
phép poly(deoxy)ribonucleotide quay tự
do một góc nhất định.
Polynucleotides có 2 đầu xác định :
-
Đầu 5 ’-P mang một hoặc nhiều hơn

các gốc phosphate,
-
Đầu 3 ’-OH.
Đầu 5’-P
Phosphodiester bond
Phosphodiester bond
Đầu 3’-OH
3. PHÂN LOẠI
T/g TH proteinBảo tồn MM TTDTChức năng
10
4
– 10
6
dalton10
6
– 10
8
daltonPtt
TBC (90%)Nhân (gần 100%)Khu trú
Chuỗi đơnChuỗi képCấu tạo
U G C AT G C ACác base
β
ββ
β
-D-Ribose
β
ββ
β
-D-deoxyribose
Đường

RNA
(Ribo Nucleic Acid
DNA
(Deoxyribo Nucleic Acid
7
3.1. DNA
 CẤU TẠO
Mô hình Crick-Watson (1953) : 3 đặc tính quan
trọng
.
Xoắn kép : Hai chuỗi polynucleotide xoắn kép,
.
Đối song : một sợi hướng 5’ →
→→
→ 3’ (trên xuống
)
sợi kia 3’ →
→→
→ 5’ (dưới lên)
.
Bổ sung : Purine (G) ……… Pyrimidine (c)
Pyrimidine (T) …. Purine (A)
Watson and Crick, 1953
Discovery of the DNA
molecule structure
DNA = nucleotide polymers
Four types of nucleotides: A, T, C and G
Deoxyribo Nucleic Acid
4 NUCLEOTIDES CỦA DNA
Các mẫu tự thật sự có ý nghĩa như sau :

A = nucleotide với adenine T = nucleotide với thymine
C = nucleotide với cytosine G = nucleotide với guanine
8
Z-DNA
(xoắn trái)
B-DNA
(Xoắn
phải)
 Xoắn kép
 Đối
song
Quy tắc bổ sung các gốc base trong cấu trúc xoắn
kép của DNA
: C G : 3 liên kết H
T A : 2
liên
k
ế
t
H
1 bước xoắn có 10 cặp base, 1 cặp dày 3,4A
0
→
→→
→ 1 bước xoắn dày 34 A
0
Hai sợi xoắn bổ sung →
→→
→ bảo vệ TTDT, cấu trúc bền
9

CÁC DẠNG CẤU TRÚC CỦA PHÂN TỬ DNA
 Xoắn kép mở (double strand – ds) : phổ biến ở
người, động vật, thực vật → eukaryotic cells
 Xoắn kép vòng : đặc trưng cho vi sinh vật →
prokaryotic cells.
 Một chuỗi đơn (single strand – ss) : Cá biệt ở thực
khuẩn thể X174 DNA
 Plasmid : DNA vòng nhỏ, chứa một ít gene, liên hệ
tới một vài đặc tính của VSV (nằm ngoài chuỗi DNA
chính).
DNA DẠNG VÒNG TRONG TY THỂ
Mã hóa các t RNA, r RNA, các enzyme của
chuỗi oxid hóa-phosphoryl hóa thành lập
ATP
DNA DẠNG VÒNG
SIÊU XOẮN CỦA
VI KHUẨN
Plasmid : DNA vòng nằm ngồi NST của vi
khuẩn, mang các gene kháng thuốc
TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG CỦA DNA
 DNA có khả năng tự tách đơi và tái bản nhân đơi
theo ngun tắc bán bảo thủ →
→→
→ bo tồn đy đ
TTDT khi t bào phân chia.
 DNA có khả năng sao mã, tổng hợp nên các p/t
mRNA tương tự chúng (theo ngun tắc bổ sung,
thay T trên DNA bằng U trên mRNA) →
→→
→

TTDT
đc sao chép chính xác
từ DNA sang khn thứ
cấp mRNA, mRNA trực tiếp làm khn mẫu t/h
protein ở ribosome →
→→
→ TTDT mã hố trong nhân
được biểu thị thành các tính trạng của sinh vật.
10
Sự tái bản DNA ở eukaryote
Sao chép mRNA theo nguyên tắc bổ sung các gốc base
 CHỨC NĂNG CỦA DNA
Di truyền học đã xác định trong hầu hết các sinh vật
DNA giữ vai trò
bảo tồn và truyền đạt TTDT từ thế hệ
này sang thế hệ khác (trong phân bào đẳng nhiễm và
phân bào giảm nhiễm). Chỉ ở một số lồi virus chức
năng này được đảm nhận bởi RNA.
TTDT từ DNA →
→→
→ enzyme →
→→
→ E kiểm sốt các đặc điểm
cơ bản của q trình TĐC →
→→
→ biểu hiện các tính trạng của
sinh vật.
 Mỗi bộ ba nucleotide (triplet-codon) mã hóa một AA. 4 loại
gốc base →
→→

→ 64 codon (3 codon vơ nghĩa : UAG, UAA &
UGA)
CÁC KHÁI NIỆM CẦN LƯU Ý
• Nucleosome?
• Chromosome?
• Chromatine?
• Gene?
• Genetic code?
• Chromatide?
11
Tế bào người chứa 46 phân tử DNA
Mỗi phân tử DNA quấn quanh các phân tử proteins
(histones) và tạo ra một
chromosome.
DNA
Histones
Tồn bộ
chromosomes tạo
thành chromatine
Một chromosome = một
phân tử DNA
liên kết với các proteins
Từng đoạn DNA (khoảng 200 bp) được đóng gói lại bằng cách
quấn quanh lõi các histone . Sợi NST giống như một chuỗi các
nucleosome.
Nhiễm sắc thể
(Chromosome)
Mỗi tế bào người (ngoại trừ tế bào mầm) chứa bộ đơi của
23 chromosomes →
→→

→ 46 chromosomes /tế bào.
Trong mỗi cặp chromosome, một cái từ người cha và
một cái từ người mẹ
Từ cha
Chromosomes
Từ mẹ
12
Genome Comparison
ORGANISM
CHROMOSOMES GENOME SIZE GENES
Homo sapiens
(Humans)
23 3,200,000,000 ~ 30,000
Mus musculus
(Mouse)
20 2,600,000,000 ~30,000
Drosophila
melanogaster
(Fruit Fly)
4 180,000,000 ~18,000
Saccharomyces
cerevisiae
(Yeast)
16 14,000,000 ~6,000
Zea mays (Corn) 10 2,400,000,000 ???
CẤU TRÚC GENE
M
t g
ene bao gm trình t nucleotides ca DNA
cha thông tin di truyn cn thit cho s

tng hp m
t p/t
ribonucleic acid ho
c mt p/t
protein.
Như vậy :
- Một gene có thể mã hóa cho sự tổng hợp một
protein.
- Một gene cũng có thể mã hóa cho sự tổng hợp một
rRNA hay tRNA (có hàng ngàn gene tồn tại trong
genome).
Gene = đoạn DNA sao chép thành RNA
MÃ DI TRUY
MÃ DI TRUY
Ề
Ề
N (
N ( THE GENETIC CODE)
DNA = Thông tin mã hóa
= Mã di truyền
Mã (Code) = tạo ra sự
tương ứng của một
nhóm tính trạng hay
something else.
Translation
Folding
Double strand DNA
Matrix strand
Genetic code
Messenger RNA

Bases complementarity
Protein
Protein
Si sense
Si antisense (template)
13
The genetic code
(gi
ải mã giữa
1960 v
à
1964)
Có 64 tổ hợp (triplets = codons) mã hóa cho 20
amino acids.
Code dư thừa (thoái hóa) : tất cả các amino acid
ngoại trừ methionine và tryptophan được mã hóa hơn
một codon.
Ba triplets không mã hóa, chấm dứt tổng hợp
protein :
« STOP codon » (UAA, UAG & UGA).
Codon AUG
(m
ã hóa Met) : « INITIATION
codon »
BAÛNG MAÕ DI TRUYEÀN
Dictinctive codons of human mitochondria
StopArgAGG
StopArgAGA
MetMetAUG
MetIleAUA

TrpTrpUGG
TrpStopUGA
Mitochondria
l code
Standard
code
Codon
Dựa theo chức năng, ribonucleic acids được phân thành :
3.2.
3.2. RIBONUCLEIC ACID (RNA)
- rRNA = ribosomic RiboNucleic Acid, là một hợp phần của cấu
trúc ribosomes ;
-
tRNA = transfer RiboNucleic Acid, vận chuyển amino acid đã
được hoạt hóa để tổng hợp protein.
-
mRNA = messenger RiboNucleic Acid , là sản phẩm của sự sao
chép gene, chúng mang thông tin để dịch ra protein.
-
snRNA (small nuclear RiboNucleic Acid)
14
DNA
Pre-mRNA
snRNA
mRNA
rRNA
tRNA
PROTEIN
Lý thuyết trung tâm của sinh học phân tử
(2)

(1)
(3)
Những điểm khác nhau
của RNA so với DNA:
• Nucleotide sugar = ribose
• Thymine (T) thay thế bởi
Uracyl
(U)
(U bắt cặp với A)
• Một chuỗi đơn nucleotide
• Phân tử ngắn hơn và kém
bền hơn DNA
 mRNA (m = messenger : người đưa thư) : là bản
sao TTDT từ DNA (nên gọi là khn thứ cấp) : sao
chép theo ngun tắc bổ sung :
Base DNA sense :
T A C G
Base DNA template : A T G C
Base trên mRNA : U A C G
- mRNA trực tiếp làm khn mẫu để tổng hợp
protein ở ribosome
- Đời sống ngắn : ở VK chỉ vài phút, ở eukaryote :
vài ngày.
- Mỗi bản mRNA có thể được đọc nhiều lần
.
15
 T-RNA (t = transfer - vận chuyển)
• Phân tử có kích thước trung bình khoảng 100
nucleotide.
• Cấu trúc là một chuỗi polynucleotide cuộn gập

bổ sung, bắt cặp, tạo hình
lá chẻ ba. Những
vùng khơng bắt cặp tạo thành các
nút lồi (loop)
với các chức năng khác nhau.
• Có 61 codon mã hóa 20 loại AA, nhưng khơng
cần tới 61 tRNA, đó là do sự bắt cặp lỏng lẻo
giữa anticodon-tRNA và codon-mRNA
(hiện
tượng Wobble)
Hữu nhũ : 22 tRNA ty thể
32 tRNA tề bào chất
t.RNA
Giống nhau ở tất cả các t
RNA
Anticodon I/U,C,A codon
• mRNA-Gly
• GGU
• GGC
• GGA
• GGG
• tRNA-Gly
• CCI
• I =
Inosine (Hypoxanthine-ribose)
Hữu nhũ : 22 tRNA ty thể
32 tRNA tề bào chất
Wobble
A,U
, C

A,
G
U,
C
GUCodon
IUGCAAnti-
codon
3’
5’
 r-RNA
• Là RNA của ribosome. Chúng kết hợp với protein tạo thành
ribosome, là nơi đọc MM TTDT và thực hiện qúa trình tổng hợp
protein.
• Prokaryote :
R70S = R30S (1 rRNA 16S + 21 protein)
R50S (2 rRNA : 5S và 23S + 34 protein)
(S = Svedberg : đơn vị đo tốc độ lắng, 1S = 10 -13 giây .
HS lắng tỷ lệ với tốc độ lắng của p/t trong trường ly tâm và tỷ lệ với
kích thước và hình dạng của p/tử)
 Eukaryote :
R80S = R40S (1 rRNA 18S + 33 protein)
R60S (3 rRNA : 5S, 5.8 S và 28S + 45 protein)
16
Ribosome
- R
40S
(R
30S
) : gắn với mRNA
- R

60S
(R
50S
) : Aminoacyl site (A site) : tiếp nhận AA
Peptidyl site (P site) : chứa chuỗi peptide
CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT Ở VIRUS
• Vài virus chứa DNA sợi đơn : macrophage
φ
φφ
φX174 (virus nhiễm vào E.coli)
• Vài virus chứa RNA là vật liệu di truyền : virus
khảm thuốc lá, virus gây cảm lạnh, virus cúm.
• Một số virus RNA sao chép ngược qua trung
gian DNA →
→→
→ Retrovirus :
HIV (Humam Immunodeficiency Virus) gây bệnh
AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome)
là một điển hình.
VIẾT CHUN ĐỀ
• Hãy tìm hiểu về virus cúm gà (avian influenza
virus) H5N1
:
• - Cấu trúc của influenza virion?
• - Influenza virus nằm trong nhóm nào của bảng
phân loại virus?
• - Genome của influenza virus?
• - Cách sinh sản?
• - Con đường truyền lây?
• - Các biện pháp hạn chế thiệt hại khi dòch bùng nổ?

17