DNA

Bài viết này không nằm trong Dược thư quốc gia Việt Nam 2022 lần xuất bản thứ 3

DNA được biết đến là một phân tử thông tin, lưu trữ các hướng dẫn để tạo ra các phân tử lớn khác, được gọi là protein. Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc những thông tin chi tiết hơn về loại phân tử sinh học này.

1 Tổng quan về DNA

1.1 DNA là gì ?

DNA viết tắt của từ Axit Deoxyribonucleic. Nó là một hợp chất hữu cơ có cấu trúc phân tử độc đáo. Nó được tìm thấy trong tất cả các tế bào nhân sơ và tế bào nhân chuẩn.  

Có ba loại DNA khác nhau:

• A-DNA:  Đây là chuỗi xoắn kép thuận tay phải tương tự như dạng B-DNA. DNA khử nước có dạng A để bảo vệ DNA trong các điều kiện khắc nghiệt như hút ẩm. Liên kết protein cũng loại bỏ dung môi khỏi DNA và DNA có dạng A.
• B-DNA:  Đây là cấu trúc DNA phổ biến nhất và là chuỗi xoắn phải. Phần lớn DNA có cấu hình loại B trong điều kiện sinh lý bình thường.
• Z-DNA:  Z-DNA là DNA thuận tay trái trong đó chuỗi xoắn kép cuộn sang trái theo hình zig-zag. Nó được phát hiện bởi Andres Wang và Alexander Rich. Nó được tìm thấy trước vị trí bắt đầu của gen và do đó, được cho là có vai trò nào đó trong việc điều hòa gen.

1.2 Lịch sử ra đời của DNA

Nhà hóa sinh người Thụy Sĩ Frederich Miescher lần đầu tiên quan sát thấy DNA vào cuối những năm 1800. Nhưng gần một thế kỷ đã trôi qua kể từ khám phá đó cho đến khi các nhà nghiên cứu làm sáng tỏ cấu trúc của phân tử DNA và nhận ra tầm quan trọng trung tâm của nó đối với sinh học.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã tranh luận về phân tử nào mang thông tin sinh học về sự sống. Hầu hết đều nghĩ rằng DNA là một phân tử quá đơn giản để có thể đóng một vai trò quan trọng như vậy. Thay vào đó, họ lập luận rằng protein có nhiều khả năng thực hiện chức năng quan trọng này hơn vì chúng phức tạp hơn và có nhiều hình dạng hơn.

Tầm quan trọng của DNA trở nên rõ ràng vào năm 1953 nhờ công trình nghiên cứu của James Watson*, Francis Crick, Maurice Wilkins và Rosalind Franklin. Bằng cách nghiên cứu các mẫu nhiễu xạ tia X và xây dựng mô hình, các nhà khoa học đã tìm ra cấu trúc xoắn kép của DNA - cấu trúc cho phép nó mang thông tin sinh học từ thế hệ này sang thế hệ tiếp theo.

1.3 Chuỗi xoắn kép DNA là gì ?

Các nhà khoa học sử dụng thuật ngữ "xoắn kép" để mô tả cấu trúc hóa học hai sợi xoắn ốc của DNA. Hình dạng này - trông giống như một chiếc thang xoắn - mang lại cho DNA sức mạnh để truyền tải các hướng dẫn sinh học với độ chính xác cao.

Để hiểu chuỗi xoắn kép của DNA từ góc độ hóa học, hãy hình dung các cạnh của thang là các chuỗi đường và nhóm phốt phát xen kẽ - các chuỗi chạy theo hướng ngược nhau. Mỗi "nấc thang" của thang được tạo thành từ hai bazơ nitơ, liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Do tính chất đặc biệt cao của kiểu ghép đôi hóa học này, bazơ A luôn ghép với bazơ T, và tương tự như vậy, C với G. Vì vậy, nếu bạn biết trình tự các bazơ trên một chuỗi của chuỗi xoắn kép DNA, thì đó là một cách đơn giản. vấn đề là tìm ra trình tự các bazơ trên mạch kia.

Cấu trúc độc đáo của DNA cho phép phân tử tự sao chép trong quá trình phân chia tế bào. Khi tế bào chuẩn bị phân chia, chuỗi xoắn DNA sẽ tách ra ở giữa và trở thành hai sợi đơn. Những chuỗi đơn này đóng vai trò là khuôn mẫu để xây dựng hai phân tử DNA chuỗi kép mới - mỗi phân tử là bản sao của phân tử DNA ban đầu. Trong quá trình này, cơ sở A được thêm vào bất cứ nơi nào có T, C ở nơi có G, v.v. cho đến khi tất cả các cơ sở một lần nữa có đối tác.

Ngoài ra, khi protein được tạo ra, chuỗi xoắn kép sẽ giãn ra để cho phép một chuỗi DNA đơn đóng vai trò làm khuôn mẫu. Chuỗi mẫu này sau đó được phiên mã thành mRNA, đây là một phân tử truyền tải các hướng dẫn quan trọng đến bộ máy tạo protein của tế bào.

1.4 Tại sao DNA được gọi là phân tử Polynucleotide?

DNA được gọi là polynucleotide vì phân tử DNA bao gồm các nucleotide – deoxyadenylate (A) deoxyguanylate (G) deoxycytidylate (C)  và deoxythymidylate (T), được kết hợp để tạo ra chuỗi dài gọi là polynucleotide. Theo cấu trúc DNA, DNA bao gồm hai chuỗi polynucleotide.

2 Quá trình sao chép DNA

Sao chép DNA là một quá trình quan trọng xảy ra trong quá trình phân chia tế bào. Nó còn được gọi là sao chép bán bảo toàn, trong đó DNA tạo ra một bản sao của chính nó.

Quá trình sao chép DNA diễn ra theo ba giai đoạn:

Bước 1: Bắt đầu

Quá trình sao chép DNA bắt đầu tại một điểm được gọi là điểm khởi đầu của quá trình sao chép. Hai chuỗi DNA được phân tách bằng DNA helicase. Điều này tạo thành ngã ba nhân rộng.

Bước 2: Kéo dài

DNA polymerase III đọc các nucleotide trên chuỗi mẫu và tạo ra chuỗi mới bằng cách thêm lần lượt các nucleotide bổ sung. Ví dụ: nếu nó đọc Adenine trên chuỗi mẫu, nó sẽ thêm Thymine trên chuỗi bổ sung.

Trong khi thêm nucleotide vào chuỗi trễ, các khoảng trống được hình thành giữa các chuỗi. Những khoảng trống này được gọi là các mảnh Okazaki. Những khoảng trống hoặc vết khía này được bịt kín bởi ligase.

Bước 3: Chấm dứt

Trình tự kết thúc hiện diện ngược lại với điểm gốc của quá trình sao chép sẽ chấm dứt quá trình sao chép. Protein TUS (chất sử dụng đầu cuối) liên kết với trình tự đầu cuối và ngăn chặn sự di chuyển của DNA polymerase. Nó gây ra sự chấm dứt.

3 Chức năng DNA

DNA là vật chất di truyền chứa đựng mọi thông tin di truyền. Gen là những đoạn DNA nhỏ, bao gồm chủ yếu từ 250 - 2 triệu cặp bazơ. Mã gen cho một phân tử polypeptide, trong đó ba chuỗi bazơ nitơ đại diện cho một axit amin.

Các chuỗi polypeptide tiếp tục được gấp lại theo cấu trúc bậc hai, bậc ba và bậc bốn để tạo thành các protein khác nhau. Vì mọi sinh vật đều chứa nhiều gen trong DNA nên các loại protein khác nhau có thể được hình thành. Protein là các phân tử chức năng và cấu trúc chính trong hầu hết các sinh vật. Ngoài việc lưu trữ thông tin di truyền, DNA còn tham gia vào:

• Quá trình sao chép: Truyền thông tin di truyền từ tế bào này sang tế bào con của nó và từ thế hệ này sang thế hệ tiếp theo và phân phối DNA đồng đều trong quá trình phân chia tế bào
• Đột biến: Những thay đổi xảy ra trong trình tự DNA
• Phiên mã
• Chuyển hóa tế bào
• Mẫu xét nghiệm DNA
• Liệu pháp gen

4 Nghiên cứu nhân bản sinh sản của DNA

Nhân bản sinh sản là một phương pháp được sử dụng để tạo ra một bản sao hoặc một bản sao giống hệt của toàn bộ cơ thể đa bào.

Khi nhân bản, cả sinh vật ban đầu và bản sao đều có DNA giống hệt nhau. Theo một nghĩa nào đó, các cặp song sinh giống hệt nhau là bản sao của nhau; chúng có DNA giống hệt nhau, phát triển từ cùng một quả trứng được thụ tinh.

Nhân bản đã trở thành một vấn đề đạo đức khoa học khi cừu trở thành động vật có vú đầu tiên được nhân bản từ tế bào trưởng thành vào năm 1996.

Kể từ đó, một số động vật như ngựa, bò đực và dê đã được nhân bản thành công, mặc dù những cá thể này thường có biểu hiện ở mặt, chi và tim. những bất thường.

Đã có những nỗ lực tạo ra phôi người nhân bản làm nguồn tế bào gốc phôi, đôi khi được gọi là 'nhân bản cho mục đích điều trị'. Nhân bản trị liệu tạo ra các tế bào gốc để cố gắng khắc phục các bệnh hoặc khiếm khuyết có hại (không giống như nhân bản sinh sản nhằm mục đích tái tạo một sinh vật). Tuy nhiên, những nỗ lực nhân bản trị liệu đã gặp phải sự kháng cự vì những cân nhắc về đạo đức sinh học.

5 Tài liệu tham khảo

1. Tác giả Z Sedlácek và cộng sự, ngày đăng báo năm 1992. Use of DNA analysis in medicine, Pubmed. Truy cập ngày 7 tháng 9 năm 2023.
2. Được viết bởi chuyên gia của NCBi. The Structure and Function of DNA, NCBI. Truy cập ngày 7 tháng 9 năm 2023.