Cơ sở tổ chức cấu trúc bậc hai của phân tử DNA là các qui luật về cấu tạo hoá học ủó ủược E.Chargaff xỏc lập (cỏc qui tắc E.Chargaff ) năm 1947. Cỏc qui tắc này ủược túm tắt như sau: (1). Hàm lượng (ủương lượng phõn tử) của cỏc base purine trong DNA bằng hàm lượng các base pyrimidine, có nghĩa là hàm lượng adenin bằng hàm lượng thymine ( A=T, hay A/T=1) hàm lượng guanine bằng cytosine (G=C, hay G/C=1), hàm lượng tổng số của adeniê và guaniee bằng hàm lượng tổng số của cytosine và thymine:
(A+G) = (C+T), A+G)/(C+T)=1.
(2). Số lượng các nhóm 6-amin của các base chứa nitơ có trong DNA (guanin+thymine), bằng số lượng các nhóm 6-xeto và 4-xeto của các base nitơ trong DNA, như vậy (G+T)=(A+C) hay (G+T)/(A+C)=1.
Những kết quả này cựng với cỏc kết quả nghiờn cứu cấu trỳc bằng tia Rơngen ủó thỳc ủẩy việc hỡnh thành cỏc quan niệm về cấu trỳc bậc hai của DNA (Mụ hỡnh J.Watson và F.Crick). Quan niệm này cho rằng trong phân tử DNA cấu tạo từ 2 mạch
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… ……76
polynucleotide nằm song song ngược chiều nhau, xoắn lại với nhau. Mỗi mạch là một polynucleotide trong ủú cỏc mononucleotide nối lại với nhau nhờ cỏc liờn kết dieste phosphoric. Dọc theo trục của mỗi mạch cứ 0,34 nm có 1 mononucleotide. Góc nghiêng giữa các mononucleotide cạnh nhau trong từng mạch là 360. Trong mạch các mononucleotide nằm sao cho cỏc base nằm phớa trong, cũn ủường pentose và phosphoric acid nằm phía ngoài. Hai mạch polynucleotide xoắn với nhau xung quanh một trục chung và liên kết với nhau thông qua các base chứa nitơ dọc theo phân tử DNA nhờ cỏc liờn kết hidro. Cỏc liờn kết hidro hướng từ nhúm NH2 của adenin ủến nhúm - OH của thymine và từ nhúm - NH2 của guamin ủến nhúm - OH của cytosine.
ðiều này có nghĩa là trình tự sắp xếp các base chứa nitơở một trong hai mạch có thể tuỳ ý, nhưng trình tự sắp xếp các base chứa nitơở trong mạch thứ hai sẽ phụ thuộc một cách nghiêm ngặt vào trình tự sắp xếp các base chứa nitơ trong mạch thứ nhất. Các cặp Adenin - Thymine và Guanin - Cytosine là những cặp bổ sung . Nói tóm lại phân tử DNA ủược cấu tạo từ 2 mạch polinucletide bổ sung cho nhau, cú nghĩa là trỡnh tự sắp xếp các base chứa nitơ trong một mạch polynucleotide phản ánh một cách chính xác trình tự sắp xếp các base chứa nitơ trong mạch polynucleotide thứ hai.
Hình 5.8. Cấu trúc không gian của DNA
Tuỳ theo ủiều kiện của mụi trường xung quanh mà phõn tử DNA tồn tại ở cỏc dạng có sự phân bố không gian khác nhau: dạng bó, dạng que bền vững, dạng sợi…ðây chính là cấu trúc bậc ba của DNA.
4.2.2. Cấu tạo của RNA
Trong cơ thể sinh vật tồn tại 4 loại RNA: RNA thông tin (mRNA), RNA vận chuyển (mRNA), RNA ribosome (rRNA) và RNA nhỏ (sRNA). Khỏc với DNA, ủại bộ phận các loại RNA có cấu trúc một mạch (trừ RNA của một số vi sinh vật và virus).
Cấu trúc bậc nhất của RNA là số lượng và trình tự sắp xếp của các mononucleotide trong mạch polynucleotide. Mạch RNA tự xoắn trong không gian tạo
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… ……77
nên các liên kết hidro giữa các base chứa nitơ: Adenin - Uracil và Guanin - Cytosine.
Cấu trúc không gian này chính là cấu trúc bậc hai của phân tử RNA. Ví dụ, các RNA vận chuyển (rRNA) có mạch polynucleotide cấu tạo từ 75 -90 gốc mononucleotide tự xoắn trong không gian tạo nên hình lá chẽ 3 (cấu trúc bậc hai) mà nhờ nó phân tử tRNA mới thực hiện ủược chức năng của mỡnh.
a. RNA thụng tin (mRNA) chỉ chứa 4 base chứa nitơ tức là A, G, C và ủược tổng hợp trờn khuụn DNA, trong ủú trỡnh tự của cỏc base trong mạch của nú bổ sung hoàn toàn trình tự các base chứa nitơ trong một mạch DNA vốn dùng làm khuôn (quá trình phiên mó). mRNA vừa hỡnh thành sẽủi vào tế bào chất, ởủõy nú ủược sử dụng làm khuụn và chịu trách nhiệm về trình tự sắp xếp các aminoacid trong quá trình tổng hợp protein.
Mỗi một mRNA mang một mã di truyền cho một hoặc nhiều phân tử protein. Mỗi tế bào chứa hàng trăm mRNA khỏc nhau khú cú thể phõn lập ủược dưới dạng tinh sạch.
b. RNA vận chuyển (tRNA) là những phõn tử tương ủối nhỏ hoạt ủộng như những chất vận chuyển cỏc aminoacid ủặc hiệu trong quỏ trỡnh tổng hợp protein. Chỳng cú khối lượng phõn tử trong khoảng 23000 ủến 30000 và chứa từ 75 ủến 95 gục mononucleotide. Mỗi một aminoacid trong số 20 aminoacid tìm thấy trong protein có
Hình 4.9. Cấu tạo của RNA vận chuyển (tRNA)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Giỏo trỡnh Hoỏ sinh ủại cương...……… ……78
một hoặc nhiều hơn tRNA tương ứng. Hiện nay người ta ủó tỡm thấy hơn 60 tRNA cú thể tồn tại ở dạng tự do hay dạng "gắn" với aminoacid ủặc hiệu bằng phản ứng este - hoỏ giữa cỏc nhúm cacboxyl của acid và nhúm - OH ở phớa 3' của nucleotide ủầu mạch polynucleotide. ðiểm ủặc trưng cho tRNA là chỳng cú một lượng khỏ lớn cỏc base hiếm (ủến 10% tổng cỏc base chứa nitơ). Hầu như tất cả cỏc tRNA ủều chứa 3 gốc guanilic acid ở một ủầu mạch và bộ ba C-C-A ởủầu khỏc. Nhúm - OH 3' của adenilic acid cuối cựng là chất nhận aminoacid ủặc hiệu mà tRNA chịu trỏch nhiệm vận chuyển. Một phần ủặc trưng của cỏc tRNA là bộ ba nucleotide (trinucleotide) vốn ủược gọi là ủối một mó (anticodon); chinh nhờ nú ủể nhận biết một bộ ba nucleotide (trinucleotide) trờn mRNA vốn gọi là một mó di truyền (codon). Nhiều tRNA ủó ủược phõn lập dưới dạng ủồng nhất và một số trong chỳng ủó ủược tinh thể hoỏ. Năm 1965 R.Holley và cộng sự ủó thiết lập ủược hoàn chỉnh trỡnh tự cỏc nucleotide của tRNA-Alanin của nấm mốc.