Tìm hiểu Axit nucleic | Tiểu luận môn Hóa sinh đại cương | Đại học Bách khoa hà nội

z
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC--- 
TIỂU LUẬN MÔN HỌC: HÓA SINH ĐẠI CƯƠNG
ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ AXIT NUCLEIC
Giảng viên hướng dẫn: TS. Giang Thị Phương Ly
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thu Hương 20181031
Nguyễn Đoàn Quỳnh Vân 20181038 Lại Hoài An 20181021 Phạm Long Hải 20181026
Nguyễn Tiến Đạt 20181024 Hà Nội, 5/2021 1 MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 7
I. TỔNG QUAN .................................................................................................... 8
1.1. Axit nucleic là gì? ...................................................................................... 8
1.2. Thành phần của axit nucleic ...................................................................... 8
1.2.1. Axit photphoric (H3PO4) ..................................................................... 8
1.2.2. Đường pentozo .................................................................................... 9
1.2.3. Bazơ nitơ ........................................................................................... 10
1.2.4. Nucleozit ............................................................................................ 13
1.2.5. Nucleotit ............................................................................................ 15
1.2.6. Axit nucleic ........................................................................................ 16
1.3. Chức năng của axit nucleic ...................................................................... 17
1.3.1. Axit deoxyribonucleic (ADN) ............................................................ 17
1.3.2. Axit ribonucleic (ARN) ...................................................................... 17
1.4. Tính chất chung ........................................................................................ 17
1.4.1. Tính chất vật lý .................................................................................. 17
1.4.2. Tính chất hóa học .............................................................................. 19
II. PHÂN LOẠI ................................................................................................... 21
2.1. Axit deoxyribonucleotit (ADN) ............................................................... 21
2.1.1. Định nghĩa......................................................................................... 21
2.1.2. Chức năng của ADN ......................................................................... 21
2.1.3. Thành phần của axit nucleic ............................................................. 21
2.1.4. Sự hình thành liên kết của ADN ........................................................ 22
2.1.5. Biến tính của ADN ............................................................................ 27
2.1.6. Vai trò của ADN ................................................................................ 28
2.2. Axit ribonucleic (ARN) ........................................................................... 28
2.2.1. Định nghĩa......................................................................................... 28
2.2.2. Thành phần và cấu trúc của ARN ..................................................... 29
2.2.3. Phân loại ........................................................................................... 30
2.2.4. Chức năng của ARN. ......................................................................... 32
III. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ............................................................................ 32 2
3.1. Nhân đôi ADN (Tự sao, tái sinh, tái bản) ................................................ 32
3.1.1. Vị trí .................................................................................................. 33
3.1.2. Thời gian ........................................................................................... 33
3.1.3. Cơ chế nhân đôi ................................................................................ 33
3.2. Phiên mã (Tổng hợp ARN hay quá trình sao mã) ................................... 35
3.2.1. Vị trí .................................................................................................. 35
3.2.2. Thời gian ........................................................................................... 35
3.2.3. Cơ chế phiên mã ............................................................................... 35
IV. SỰ PHÂN GIẢI AXIT NUCLEIC ............................................................... 36
4.1. Thủy phân axit nucleic ............................................................................. 37
4.2. Phân giải mononucleotit .......................................................................... 37
4.3. Phân giải bazơ purin ................................................................................ 37
4.4. Phân giải bazơ pyrimidin ........................................................................ 39
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 41 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH
Bảng 1. 1. Tên gọi của các nucleozit ............................ Error! Bookmark not defined.
Bảng 1. 2. Tên gọi các Mononucleotit ......................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 2. 1. Một số đặc điểm phân biệt các cấu trúc xoắn đôi
ADN………………..…Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 1. Chức năng của một số loại enzym
…………………………….………Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 1. Sơ đồ thành phần của axit nucleic.................................................................8
Hình 1. 2. Cấu trúc của axit photphoric .......................................................................... 9
Hình 1. 3. Cấu trúc của một nucleotit ............................................................................. 9
Hình 1. 4. D( –) ribofuranoza (dạng β) ......................................................................... 10
Hình 1. 5. D( – ) 2 – deoxyribofuranozo (dạng β) ........................................................ 10
Hình 1. 6. Nhân pyrimidin ............................................................................................ 11
Hình 1. 7. Các bazơ pyrimidin ..................................................................................... 11
Hình 1. 8. Các dẫn xuất khác của bazơ pyrimidin ........................................................ 11
Hình 1. 9. Nhân purin ................................................................................................... 12
Hình 1. 10. Các bazơ purin ........................................................................................... 12
Hình 1. 11. Sự chuyển đổi giữa các bazơ nhân purin ................................................... 13
Hình 1. 12. Sự chuyển đổi giữa hai dạng của guanin ................................................... 13
Hình 1. 13. Một số nucleozit ........................................................................................ 15
Hình 2. 1. Cấu tạo của một chuỗi polynucleotit (vùng khoanh đỏ là đơn phân
nucleotit).......................................................................................................................22
Hình 2. 2. Cấu trúc không gian của phân tử ADN ....................................................... 24
Hình 2. 3. Một số cấu trúc của ADN ............................................................................ 25
Hình 2. 4. Các cấu trúc xoắn đôi của ADN .................................................................. 26
Hình 2. 5. ADN bình thường (Native) và ADN biến tính (Denatured) ........................ 27
Hình 2. 6. Cấu tạo của ARN ......................................................................................... 29
Hình 2. 7. Cấu trúc của ARN ....................................................................................... 30
Hình 2. 8. Cấu trúc của ARN vận chuyển .................................................................... 30
Hình 2. 9. Cấu trúc của ARN riboxom ......................................................................... 31
Hình 2. 10. Cấu trúc của ARN thông tin ...................................................................... 32
Hình 3. 1. Quá trình nhân đôi ADN..............................................................................34 4
Hình 3. 2. Sơ đồ khái quát quá trình phiên mã ............................................................. 36
Hình 4. 1. Sơ đồ phân giải axit nucleic.........................................................................37
Hình 4. 2. Quá trình thoái hóa bazơ purin .................................................................... 38
Hình 4. 3. Sơ đồ phân giải bazơ pyrimidin................................................................... 39 5 DANH SÁCH PHÂN CÔNG STT Họ và tên MSSV Công việc 1 Nguyễn Thu Hương
20181031 Phụ trách chung, phụ trách phần I, (Nhóm trưởng)
tổng hợp và chỉnh sửa bản word, powerpoint. 2 Nguyễn Tiến Đạt 20181024 Phụ trách phần ADN 3 Phạm Long Hải 20181026 Phụ trách phần ARN 4 Lại Hoài An 20181021 Phụ trách phần III 5 Nguyễn Đoàn Quỳnh Vân 20181038
Phụ trách phần IV, chỉnh sửa bản word. 6 MỞ ĐẦU
Hóa sinh là môn khoa học nghiên cứu đến những cấu trúc và quá trình hóa học diễn
ra trong cơ thể sinh vật. Bằng cách kiểm soát luồng thông tin thông qua các tín hiệu sinh
hóa và dòng chảy của năng lượng hóa học thông qua sự trao đổi chất, các quá trình sinh
hóa làm tăng sự phức tạp của cuộc sống. Trong những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20,
hóa sinh đã thành công trong việc giải thích các quá trình của sự sống, đến mức mà bây
giờ hầu như tất cả các lĩnh vực của khoa học đời sống từ thực vật học, y học, tới di
truyền học đều có tham gia vào nghiên cứu hóa sinh.
Đây là một bộ môn giao thoa giữa hóa học và sinh học, và lĩnh vực nghiên cứu có
một số phần trùng với bộ môn tế bào học, sinh học phân tử hay di truyền học. Nó là một
môn học cơ bản trong y khoa và công nghệ sinh học. Với những diễn biến trao đổi chất
diễn ra trong các cơ quan của cơ thể sống, môn học này giúp con người hiểu rõ cơ chế
cũng như các thay đổi trong cơ thể sống.
Một thành phần không thể thiếu trong cấu tạo của các cơ thể sống chính là axit
nucleic, vậy axit nucleic là gì mà quan trọng thế? Hiểu đơn giản, axit nucleic chính là
vật chất tổng hợp nên tất cả các hình thức cơ thể sống đã biết. Nó đóng vai trò giống
như một mắt xích quan trọng hình thành nên các sinh vật trên trái đất, giống như một
viên gạch cấu tạo nên ngôi nhà vậy, tùy vào kích thước của sinh vật cũng như kích thước
của ngôi nhà mà loại axit này sẽ tương ứng với các viên gạch có kích cỡ lớn nhỏ khác
nhau. Để một ngôi nhà thêm vững chắc, chúng ta cần tìm hiểu kỹ càng về vật liệu chúng
ta dùng, quan tâm đến từng viên gạch nhỏ nhất mới đạt được thành quả tốt nhất. Vậy
để có một cơ thể sống luôn khỏe mạnh, chúng ta cũng cần quan tâm tìm hiểu từ những
thành phần nhỏ nhất. Nhận thấy tầm quan trọng và sự cần thiết của axit nucleic đối với
việc nghiên cứu và phát triển ngành hóa sinh, ngành học tìm hiểu về cơ thể, giúp chúng
ta giải đáp những thắc mắc về cơ thể sống, nhóm chúng em đã thực hiện tìm hiểu và
tổng hợp kiến thức về axit nucleic.
Bài tiểu luận sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về axit nucleic: thành phần, cấu trúc, phân
loại, vai trò của từng axit nucleic và cách tổng hợp, phân giải. Giúp chúng ta có nhiều
kiến thức hỗ trợ học tập tốt bộ môn Hoá sinh đại cương. 7 I. TỔNG QUAN
1.1. Axit nucleic là gì?
- Axit nucleic lần đầu tiên được tìm thấy trong nhân tế bào, nên được gọi là axit nhân.
- Axit nucleic là các phân tử sinh học chứa thông tin di truyền, chúng được hình thành
từ các nucleotit, hiện diện trong mọi tế bào, ở dạng tự do hay dạng kết hợp với protein
được gọi là nucleoprotein.
- Axit nucleic gồm các hợp chất đại phân tử, tham gia vào quá trình tổng hợp lên các
chất quan trọng thúc đẩy quá trình sinh trưởng và phát triển của sinh vật.
- Axit nucleic gồm axit dioxyribonucleic (ADN) và axit ribonucleic (ARN), chiếm
5-10% trọng lượng khô của tế bào và ở dạng kết hợp với protein. [1]
1.2. Thành phần của axit nucleic
Thành phần hóa học của axit nucleic gồm các nguyên tố C, H, O, N, P. Trong axit
nucleic tinh khiết chứa khoảng 15% Nitơ và 10% Photpho.
Dưới đây là sơ đồ thành phần cấu tạo nên axit nucleic (Hình 1.1):
Hình 1. 1. Sơ đồ thành phần của axit nucleic
1.2.1. Axit photphoric (H3PO4)
- Tạo nên tính axit cho axit nucleic
- Ký hiệu: P nếu ở trạng thái kết hợp, Pvc nếu ở trạng thái tự do [1] 8
Hình 1. 2. Cấu trúc của axit photphoric
Axit phophoric kết hợp với nucleozit để hình thành nucleotit (Hình 2).
Hình 1. 3. Cấu trúc của một nucleotit
1.2.2. Đường pentozo
Đường pentozo năm cacbon có hai loại là deoxyribozo và ribozo. Đây cũng là một
trong những đặc điểm phân biệt ADN và ARN. Pentozo trong axit ribonucleic là D-
ribozo, trong trường hợp axit deoxyribonucleic là D-deoxyribozo, chúng ở trong axit
nucleic dưới dạng furanozo. Pentozo có dạng mạch vòng và ở dạng β. 9
Hình 1. 4. D( –) ribofuranoza (dạng β)
Hình 1. 5. D( – ) 2 – deoxyribofuranozo (dạng β) 1.2.3. Bazơ nitơ
Các bazơ thấy trong axit nucleic thuộc hai loại nhân: pyrimidin và purin. 1.2.3.1. Bazơ pyrimidin
Sơ đồ biểu thị nhân pyrimidin như sau: 10
Hình 1. 6. Nhân pyrimidin
Pyrimidin gồm: xitozin, uraxin và timin.
Hình 1. 7. Các bazơ pyrimidin
Các bazơ có thể được viết dưới dạng lactam (−C = O) như trên (Hình 5) hoặc dưới dạng lactim ( = C – OH).
Gần đây, người ta đã nghiên cứu được nhiều dẫn xuất khác như: [2]
5 – metyl xitozin (từ thực vật)
5 – hydroxy – metyl – xitozin (từ thực khuẩn bào Coli)
5 – ribozil uraxin (pseudo uridin) từ một loại ARN đặc biệt giữ vai trò vận chuyển axit amin (ARNt)
Hình 1. 8. Các dẫn xuất khác của bazơ pyrimidin 11 1.2.3.2. Bazơ purin
Nhân purin là một hệ thống dị vòng gồm nhân pyrimidin gắn với nhân imidazol.
Hình 1. 9. Nhân purin
Hai bazơ có nhân purin thường gặp trong tất cả mọi axit nucleic là: Adenin và Guanin.
Hình 1. 10. Các bazơ purin
Adenin và guanin rất ít tan trong nước và cho với axit vô cơ và axit hữu cơ những
muối kết tinh (như picrat) không tan. Dưới tác dụng của axit nitơ, adenin bị khử amin
chuyển thành hipoxantin, còn guanin bị khử amin chuyển thành xantin. Trong cơ thể,
axit urin (2,6,8 – trioxipurin) là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa dẫn xuất
purin. Cùng với guanin và xantin, axit uric, sau khi được đun nóng với axit nitric đậm
đặc và cô lại cho cặn màu vàng chanh, chuyển thành màu đỏ dưới tác dụng của NaOH
và màu tím dưới tác dụng của NH4OH (phản ứng murecxit đặc hiệu của dẫn xuất aloxan). [2] 12
Hình 1. 11. Sự chuyển đổi giữa các bazơ nhân purin
Ba dẫn xuất của xantin là những thành phần quan trọng của cafe, chè và cacao.
Cafein, 1,3,7 – trimetylxantin trong cafe
Theophilin, 1,3 – dimetylxantin trong chè
Theobromin, 3,7 – dimetylxantin trong cacao.
Bazơ purin cũng như bazơ pyrimidin đều có khả năng chuyển từ dạng lactam sang
dạng lactim và ngược lại.
Hình 1. 12. Sự chuyển đổi giữa hai dạng của guanin
1.2.4. Nucleozit (nucleoside)
Nucleozit là sự kết hợp giữa một bazơ và một đường pentozo bằng liên kết glycozit
(glycoside) với sự loại ra một phân tử nước. N1 của bazơ pyrimidin hay N9 của bazơ
purin gắn với C1’ của pentozo (C của bazơ đánh số từ 1 đến 9, C của pentozo đánh số từ 1’ đến 5’). [2] 13
Nucleozit có nhân pyrimidin mang tên tận cùng bằng − idin. Nucleozit có nhân purin
mang tên tận cùng bằng – ozin (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Tên gọi của các nucleozit Bazơ Nucleozit Xitozin Xitidin Uraxin Uridin Timin Timidin Adenin Adenizin Guanin Guanozin Hipoxantin Inozin 14
Hình 1. 13. Một số nucleozit
1.2.5. Nucleotit
Mononucleotit là đơn vị cơ sở của axit nucleic. Mononucleotit được tạo thành khi
chức ancol của ribozo trong nucleozit được este hóa bởi axit photphoric. Nhiều
mononucleotit ngưng tụ với nhau thành polynucleotit (hay axit nucleic). Nucleotit
được tạo thành khi axit photphoric được este hóa vào nhóm hydroxyl của nucleozit
(nucleoside). Tên các nucleotit, thành phần của axit nucleic được tóm tắt ở bảng sau đây (Bảng 1.2): 15
Bảng 1.2. Tên gọi các Mononucleotit Bazơ Ribonucleotit Deoxyribonucleotit A Adenosin monophotphat Deoxyadenosinmonophotphat (AMP) (dAMP) G Guanosin monophotphat Deoxyguanosinmonophotphat (GMP) (dGMP) C Cytidin monophotphat Deoxycytidinmonophotphat (CMP) (dCMP) U Uridin monophotphat (UMP) T Deoxytiminmonophotphat (dTMP)
1.3. Cấu trúc sơ cấp của axit nucleic
Các mononucleotit nối với nhau bởi liên kết photphorit (phosphodiester) 3’ – 5’ tạo
thành chuỗi polynucleotit (axit nucleic). Khung polynucleotit được tạo thành bởi các
đường pentozo và gốc (P) nối với nhau tạo thành xương sống của polynucleotit, các gốc
bazơ phân bố quanh khung này.
1.3.1. Cấu trúc bậc I của axit nucleic • Định nghĩa:
- Là sự liên kết thành chuỗi của các nucleotit tạo thành chuỗi polynucleotit. • Đặc điểm:
- Các nucleotit liên kết với nhau bằng liên kết photphorit 3’,5’, nghĩa là hai nucleotit
gắn thông qua gốc photphat nối giữa C3’ của nucleotit trước với C5’ của nucleotit tiếp theo. [3]
- Chuỗi được tạo ra bởi sự nối lần lượt photphat - đường – photphat - đường...
- Các gốc bazơ gắn với đường nhưng nằm ra bên cạnh.
- Nucleotit ở đầu chuỗi mang nhóm 5’-photphat tự do, nucleotit cuối có nhóm 3’-OH tự do.
1.3.2. Cấu trúc bậc II của axit nucleic • Định nghĩa
- Cấu trúc bậc II của ADN là sự xoắn lại với nhau của hai mạch polynucleotit.
- Cấu trúc bậc II của ARN là sự xoắn lại với nhau của một số đoạn dọc theo chuỗi
polynucleotit (nếu như có các bazơ bổ sung cho nhau tạo được liên kết hydro). [3]
• Các quy luật Chargaff của ADN
- Trong ADN, ∑A=∑T, ∑G=∑C (tổng bazơ purin = tổng bazơ pyrimidin: ∑A+∑G=∑T+∑C). 16
- Tỷ lệ (A+T)/(G+C) thay đổi theo giống loài (có loài ADN chứa nhiều A+T hơn, có
loài chứa nhiều G+C hơn).
- Trong một số giống loài, thành phần bazơ của ADN ổn định, không bị ảnh hưởng
từ nguồn lấy mẫu tế bào (các mô như nhau); không thay đổi theo tuổi, mức độ dinh
dưỡng, môi trường sống,...
1.4. Chức năng của axit nucleic
Bảo tồn mật mã thông tin di truyền. Tham gia quá trình sinh tổng hợp protein.
1.4.1. Axit deoxyribonucleic (ADN)
ADN có chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền. thông tin di
truyền được lưu trữ trong phân tử ADN dưới dạng số lượng, thành phần và trật tự các
nucleotit. Trình tự các nucleotit trên ADN làm nhiệm vụ mã hóa cho trình tự các axit
amin trong chuỗi polypeptit (protein). Các protein lại cấu tạo nên các tế bào và do vậy
quy định các đặc điểm của cơ thể sinh vật. Như vậy, các thông tin trên ADN có thể quy
định tất cả các đặc điểm của cơ thể sinh vật. Tất cả các thông tin di truyền trên ADN
được bảo quản chặt chẽ. Những sai sót trên phân tử ADN đều được các emzym sửa sai
trong tế bào sửa chữa. Thông tin di truyền trên ADN được truyền từ tế bào này sang tế
bào khác nhờ sự nhân đôi ADN trong quá trình phân bào. Thông tin di truyền của ADN
còn được truyền từ ADN sang ARN sang protein thông qua các quá trình phiên mã và dịch mã.
1.4.2. Axit ribonucleic (ARN)
Trong tế bào thường có tất cả 3 loại ARN là mARN, tARN và rARN. Mỗi loại lại
thực hiện một chức năng nhất định.
mARN là ARN thông tin, làm nhiệm vụ truyền thông tin di truyền từ ADN tới
riboxom và được dùng như một khuôn mẫu để tổng hợp protein.
rARN là ARN riboxom, cùng với protein cấu tạo nên riboxom, nơi tổng hợp protein.
tARN là ARN vận chuyển, có chức năng vận chuyển các axit amin đến riboxom và
trực tiếp dịch mã, dịch thông tin dưới dạng trình tự nucleotit trên phân tử ADN thành
trình tự axit amin trong phân tử protein. 1.5. Tính chất chung
1.5.1. Tính chất vật lý
• Tính lắng trầm trong môi trường đồng nhất
Một trong những kỹ thuật cần thiết để nghiên cứu các phân tử có trọng lượng cao là
phương pháp quan sát trọng lực: phương pháp siêu li tâm. S là hệ số lắng trầm, đặc
trưng cho tính lắng trầm trong môi trường đồng nhất của axit nucleic.
Phương pháp thích hợp nhất là so sánh một chất không biết với một mẫu chuẩn có
thành phần tương tự và trị số s đã biết trong những điều kiện như nhau, tốt nhất là
trong cùng một ống. Hiện nay, đã có một số mẫu chuẩn lưu hành như:
- ARN vận chuyển chiết xuất từ gan, lovua hay E.Coli (s = 4,5S), hai ARN s ở
riboxom E.Coli (s = 16S và s = 23S) được làm chuẩn cho axit ribonucleic. 17
- ADN nguồn gốc thực bào khuẩn hay T 17 có thể được điều chế dễ dàng ở dạng
tự nhiên với trị số s = 33,6 và 32,5S đã được dùng làm mẫu chuẩn cho axit deoxyribonucleic. [2]
• Độ quánh (độ nhớt)
Các dung dịch ADN nguyên thủy, do kích thước lớn và tính bất đối xứng của phân
tử, có một độ quánh khá cao. Chỉ số quánh giới hạn (ŋ) được xác định bởi công thức: ŋ ( )−1 [ŋ] = lim[ ŋ0 ] c→0 C
Với C là nồng độ chất cao phân tử (g/ml)
ŋ là độ quánh của dung dịch
ŋ0 là độ quánh của dung môi.
Ngày nay, máy đo độ quánh có thể chế tạo tương đối dễ dàng và tỷ số thời gian t/t0
cho trực tiếp ŋ/ ŋ0. Nói chung, các hợp chất cao phân tử càng lớn bao nhiêu, độ quánh
của chúng càng cao bấy nhiêu. Trị số thực nghiệm (ŋ) của ADN, đo ở cùng một điều
kiện, thay đổi theo trọng lượng phân tử như sau: [2]
- M = 1,2 × 108 ŋ = 300 dl/g - M = 3 × 107 ŋ = 105 dl/g - M = 7,5 × 106 ŋ = 69 dl/g - M = 7 × 105 ŋ = 5,4 dl/g • Tính chất quang học
Tính chất quang học của axit nucleic được biểu thị qua phổ hấp thụ khá cao của các hợp chất nucleotit.
Tính ưu sắc (hyperchromise): tất cả các polynucleoitit có một cấu trúc nhất định và
đặc biệt ADN kém hấp thụ ánh sáng cực tím trên thực tế so với lý thuyết tính từ tổng
số ánh sáng hấp thụ bởi các thành phần của nucleotit. Sau đây là quy luật chung về
tính quang học của polynucleotit: [2]
1. Tất cả ADN bất kể thành phần bazơ, đều có hệ số tắt ε(P) rất giống nhau ở 260nm (6,600 – 6,800).
2. Tính ưu sắc (hyperchromisme) phụ thuộc trực tiếp vào lượng A + T. Ví dụ
trong ADN tự nhiên dA : dT, ε(P) = 6,650 dG : dX, ε(P) = 7,000.
3. Tính ưu sắc của ADN lớn hơn ARN, của ADN xoắn đôi lớn hơn ADN một dây.
4. Ngay những polyme không có cấu trúc (ADN bị biến tính, polyme đồng
đẳng một dây) đều có tính ưu sắc cao.
• Tính quay quang học và độ phân tán quang học
Polynucleotit sắp xếp thứ tự có tính quay quang học tương đối mạnh. Độ quay phân
cực dựa trên photphat thường kí hiệu [α]D hay [Mp]D. Độ quay quang học giảm nếu 18
thứ tự sắp xếp giảm. Sau khi thủy phân hoàn toàn, hỗn hợp nucleotit đạt được sẽ chỉ
còn một độ quay quang học không đáng kể.
Đối với ADN xoắn đôi hòa tan trong dung dịch nước, [α]D = + 100° tới 150° (tương
ứng [Mp]D = 40.000). Sau khi thứ tự sắp xếp trong cấu trúc bị phá vỡ [α]D giảm tới trị
số dương tính nhỏ và có thể trở thành âm tính. Đối với hỗn hợp mononucleotit trị số gần số không. [2]
Polynuclotit một dây, có sắp xếp, có [α]D khoảng 150 – 200, nghĩa là ít ra bằng hoặc
có thể cao hơn trị số của ADN. Còn các đi và oligonucleotit khác quay rất ít [α]D = ∓ 10°, hay kém hơn.
Cần chú ý đặc biệt độ phân tán quay quang học (kí hiệu ORD) cao khác thường của
ADN, nghĩa là sự phụ thuộc của khả năng quay quang học vào bước sóng. k
Trên 350nm, [α]𝜆 = 𝜆2−𝜆 2. Với [α]𝜆 là độ quay đặc hiệu ở bất kì bước sóng nào, k c
và 𝜆c là hai hằng số (k = 39,0 và 𝜆c = 0,234µ) đã được tính ra cho ADN tinh trùng cá hồi.
Dưới 350nm, ánh sáng bị hấp thụ bởi sắc tố của nucleotit, và độ quay có thể thể hiện
qua trị số nhân của tác dụng Cotton.
1.5.2. Tính chất hóa học
• Phản ứng với nhóm amin tự do
Focmaldehit phản ứng với nhóm amin tự do của xitozin, guanin, adenin tạo ra những
dẫn xuất hydroxymetyl hay sau khi mất nước cho bazơ Schiff. Sự thay đổi này kèm theo
sự thay đổi phổ hấp thụ ở bước sóng cho đỉnh cao nhất, do đó có thể theo dõi được bằng quang phổ kế.
Axit và kiềm làm thay đổi độ quánh của dung dịch ADN. Nguyên nhân thay đổi này
là do có sự cắt đứt các cầu hydro giữa nhóm amin và cacbonyl của các bazơ gần nhau.
Một thuốc thử được sử dụng đặc biệt trong việc nghiên cứu gây biến dị là axit nitrơ
(dung dịch 0,05 µ tới 1.M NaNO2 trong đệm axetat pH 4,0 – 5,0). Trong điều kiện này,
adenin chuyển thành hipoxantin, guanin chuyển thành xantin, xitozin thành uraxin.
• Phản ứng cộng và khử proton
Sự thêm proton vào ADN trong dung dịch xảy ra ở pH khá xa pH của bazơ tự do hoặc
của nucleotit trong cùng dung môi. Nói chung trị số pK của nhóm amin trong ADN
khoảng 0,4 đơn vị pH thấp hơn ở nồng độ muối cao, và khoảng 1,0 đơn vị pH cao hơn
ở nồng độ muối thấp, so với các trị số pH của mononucleotit tương ứng.
Đi từ một dung dịch trung tính, adenin và xitozin sẽ nhận proton đầu tiên (pKa = 4 –
5) sau đó là guanin (pKa ≈ 3). Với hai chất đầu, liên kết bazơ và kích thước vòng xoắn
không thay đổi, trái lại hai cặp bazơ được proton hóa A+(H) – T và G – X+(H) lại rất
vững. Nhưng đối với guanin, ta sẽ chứng kiến một lực đẩy ra rất mạnh trong cùng một 19
đôi bazơ, gây ra một sự thay đổi sâu sắc, có thể không thuận nghịch về cấu trúc trong
một khoảng pH rất hẹp. [2]
Ngược lại sự giải phóng proton khỏi bazơ guanin và timin được thực hiện bằng cách
thêm kiềm, với ADN dây xoắn đôi pH = 11 – 12 và với ADN một dây, pH gần 10 – 11.
• Tác động của các phân tử nhỏ và các ion
Axit nucleic giống như một polyanion, phải được trung hòa các điện tích nằm trên
gốc photphat và giữ axit nucleic ở dạng vững bền nhất. ADN một dây chịu ảnh hưởng
rõ rệt hơn ADN xoắn đôi.
Cation kim loại như Hg2+, Cu2+, Fe2+ và Pb2+ phản ứng không những với các gốc
photphat mà cả với các bazơ và ảnh hưởng sâu sắc thường không thuận nghịch trên cấu trúc của axit nucleic.
Tác dụng của một số thuốc nhuộm đa nhân, thơm như Acridin (pro-flavin, acridin
orange) rất quan trọng. Chúng được dùng để phát hiện ADN và ARN trong sinh vật dựa
vào khả năng hấp thụ huỳnh quang. Gần đây, chúng lại được sử dụng ưu tiên vào việc
gây biến dị (thêm hoặc bớt nucleotit) trong quá trình sao chép ADN.
• Sự biến tính axit nucleic
Dưới ảnh hưởng của một số yếu tố như nhiệt độ, ion H+ hoặc OH-, thuốc thử hữu cơ
(alcol, glicol, amit, dẫn xuất ure, phenol...) một số anion (CCl3CO2-, CNS-, ClO4-),
ADN dạng nguyên thủy trong dung dịch sẽ bị thay đổi về cấu trúc, lúc thuận nghịch,
lúc không thuận nghịch. Sự thay đổi này được gọi là quá trình biến tính và các nhân gây
ra thay đổi gọi là chất gây biến tính.
• Biến tính không thuận nghịch
Trong những năm qua, có rất nhiều nghiên cứu về sự kết hợp lại các dậy bổ sung nhau
trong các polynucleotit xoắn đôi. Trong những điều kiện nhất định, có thể tách hai dây
một cách dễ dàng: quá trình này có thể rất chậm (tính ra phút) và đòi hỏi điều kiện nhiệt
độ, pH tương đối cao, vượt hẳn điểm trung bình của quá trình di chuyển thuận nghịch. [2]
Muốn thực hiện sự tái tổ hợp lại hai dây phải đảm bảo những điều kiện sau:
1. Nhiệt thích hợp < tm (nhiệt độ nóng chảy)
2. Lực ion tương đối cao. Nồng độ axit nucleic cao.
3. Điều kiện trung hòa điện và sự có mặt của cation đặc biệt như Mg2+
4. Dạng đồng nhất của dung dịch dây ADN giữ một trong hai dây bất động
trong gel thạch hoặc trên cột hydroxyapatit, và dây kia phân chia thành
những mẫu tương đối nhỏ. 20