Trong sinh học, xoắn kép là một thuật ngữ dùng để mô tả cấu trúc của DNA . Một xoắn kép DNA bao gồm hai chuỗi xoắn ốc của axit deoxyribonucleic. Hình dạng tương tự như của cầu thang xoắn ốc. DNA là một axit nucleic gồm các bazơ nitơ [adenine, cytosine, guanine và thymine], một đường năm carbon [deoxyribose], và các phân tử phosphate . Các cơ sở nucleotide của DNA đại diện cho các bậc thang của cầu thang và các phân tử deoxyribose và phosphate tạo thành các cạnh của cầu thang.
Tại sao DNA lại xoắn?
DNA được cuộn thành nhiễm sắc thể và được đóng gói chặt chẽ trong nhân tế bào của chúng ta. Khía cạnh xoắn của DNA là kết quả của sự tương tác giữa các phân tử bao gồm DNA và nước. Các bazơ nitơ tạo thành các bậc thang của cầu thang xoắn được giữ lại với nhau bằng liên kết hydro. Adenine được liên kết với cặp thymine [AT] và guanine với cytosine [GC] . Các cơ sở nitơ này kỵ nước, có nghĩa là chúng thiếu ái lực đối với nước. Kể từ khi tế bào chất tế bào và cytosol chứa chất lỏng dựa trên nước, các cơ sở nitơ muốn tránh tiếp xúc với chất lỏng tế bào. Các phân tử đường và phốt phát hình thành nên đường xương sống của phân tử là hydrophilic. Điều này có nghĩa là họ đang yêu nước và có ái lực với nước.
DNA được sắp xếp sao cho phốt phát và đường xương sống ở bên ngoài và tiếp xúc với chất lỏng, trong khi các bazơ nitơ nằm ở phần bên trong của phân tử.
Để ngăn chặn hơn nữa các bazơ nitơ tiếp xúc với chất lỏng của tế bào , phân tử xoắn lại để giảm không gian giữa các bazơ nitơ và các sợi phosphate và đường. Thực tế là hai sợi ADN tạo thành xoắn kép là chống song song cũng giúp xoắn phân tử.
Chống song song có nghĩa là các sợi ADN chạy theo hướng ngược lại đảm bảo rằng các sợi khớp với nhau chặt chẽ. Điều này làm giảm tiềm năng cho chất lỏng thấm qua giữa các đế.
DNA nhân rộng và tổng hợp protein
Hình xoắn kép cho phép sao chép DNA và tổng hợp protein xảy ra. Trong các quá trình này, DNA xoắn ốc giãn ra và mở ra để cho phép sao chép ADN. Trong sao chép ADN , xoắn kép xoắn ra và mỗi sợi riêng biệt được sử dụng để tổng hợp một sợi mới. Khi các dạng sợi mới hình thành, các bazơ được ghép lại với nhau cho đến khi hai phân tử DNA xoắn kép được hình thành từ một phân tử DNA xoắn kép đơn. Sự sao chép DNA là cần thiết cho các quá trình của mitosis và meiosis xảy ra.
Trong tổng hợp protein , phân tử DNA được phiên mã để tạo ra một phiên bản RNA của mã DNA được gọi là RNA thông tin [mRNA]. Các phân tử RNA thông tin sau đó được dịch để sản xuất protein . Để sao chép DNA diễn ra, xoắn kép DNA phải giải phóng và cho phép một enzyme gọi là RNA polymerase sao chép DNA. RNA cũng là một acid nucleic, nhưng chứa uracil cơ bản thay cho thymine. Trong phiên mã, cặp guanine với cytosine và cặp adenine với uracil để tạo thành bảng điểm RNA.
Sau khi phiên mã, DNA đóng và xoắn trở lại trạng thái ban đầu của nó.
Khám phá cấu trúc DNA
Tín dụng cho việc phát hiện cấu trúc xoắn ốc kép của DNA đã được trao cho James Watson và Francis Crick, người cũng được trao giải Nobel cho phát hiện này. Việc xác định cấu trúc DNA của họ dựa một phần vào công trình của nhiều nhà khoa học khác, trong đó có Rosalind Franklin . Franklin và Maurice Wilkins sử dụng nhiễu xạ tia X để xác định manh mối về cấu trúc của DNA. Ảnh nhiễu xạ tia X của DNA do Franklin chụp, có tên là "bức ảnh 51", cho thấy các tinh thể DNA tạo thành một hình X trên phim x-quang. Các phân tử có hình xoắn ốc có loại hình dạng X này. Sử dụng bằng chứng từ nghiên cứu nhiễu xạ tia X của Franklin, Watson và Crick đã sửa đổi mô hình ADN ba xoắn được đề xuất trước đó thành mô hình xoắn kép cho DNA.
Bằng chứng được phát hiện bởi nhà hóa sinh Erwin Chargoff đã giúp Watson và Crick khám phá cơ sở ghép nối trong DNA. Khoản bồi hoàn đã chứng minh rằng nồng độ adenine trong DNA bằng với lượng thymine và nồng độ của cytosine bằng guanine. Với thông tin này, Watson và Crick đã có thể xác định rằng liên kết adenine với thymine [AT] và cytosine với guanine [CG] tạo thành các bước của hình xoắn ốc xoắn của ADN. Đường xương sống-đường phố hình thành các cạnh của cầu thang.
Nguồn:
- "Khám phá cấu trúc phân tử của DNA - xoắn kép." Nobelprize.org , Nobel Media AB, 2014, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.
Nó quyết định tất cả những đặc điểm dù là nhỏ nhất của chúng ta… Vậy DNA là gì?
DNA là một loại vật chất di truyền tồn tại trong mọi tế bào sống. Nó có cấu trúc như một thang xoắn được cấu tạo từ hai sợi, được biết đến như là một loại vật chất mang thông tin di truyền. Cấu trúc xoắn của DNA được 2 nhà khoa học James Watson và Francis Crick đề xuất vào năm 1953.
DNA là phân tử mang thông tin di truyền dưới dạng bộ ba mã di truyền quy định mọi hoạt động sống [sinh trưởng, sinh sản, phát triển v.v] của các sinh vật và hầu hết virus.
Đây là từ viết tắt thuật ngữ tiếng Anh deoxyribonucleic acid, tiếng Việt gọi là axit đêôxyribônuclêic [nguồn gốc từ tiếng Pháp: acide désoxyribonucléique, viết tắt: ADN].
Xem thêm:
DNA và RNA là những axit nucleic, cùng với protein, lipid và cacbohydrat cao phân tử [polysaccharide] đều là những đại phân tử sinh học chính có vai trò quan trọng thiết yếu đối với mọi dạng sống được biết đến. Phần lớn các phân tử DNA được cấu tạo từ hai mạch polyme sinh học xoắn đều quanh một trục tưởng tượng tạo thành chuỗi xoắn kép.
Hai mạch DNA này được gọi là các polynucleotide vì thành phần của chúng bao gồm các đơn phân nucleotide. Mỗi nucleotide được cấu tạo từ một trong bốn loại nucleobase là cytosine [C], guanine [G], adenine [A], hay thymine [T] – liên kết với đường deoxyribose và một nhóm phosphat.
Các nucleotide liên kết với nhau thành một mạch DNA bằng liên kết cộng hóa trị giữa phân tử đường của nucleotide với nhóm phosphat của nucleotide tiếp theo, tạo thành “khung xương sống” đường – phosphat luân phiên vững chắc.
Những base nitơ giữa hai mạch đơn polynucleotide liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung [A liên kết với T, và C liên kết với G] thông qua các mối liên kết hydro để tạo nên chuỗi DNA mạch kép.
Một nửa của ADN của một người được thừa hưởng từ mẹ, và một nửa là thừa kế từ người cha. Tuy nhiên, trong khi dấu vân tay không có giá trị cho thiết lập các mối quan hệ gia đình, các mật mã di truyền chứa trong chuỗi ADN lại có giá trị cho việc thiết lập mối quan hệ gia đình, bởi vì chúng được thừa hưởng từ thế hệ trước.
DNA được phát hiện ra đầu tiên vào năm 1869 và nhà hóa sinh người Thụy Điển Friedrich Miescher là người đầu tiên tìm ra nó. Năm 1869, khi ông đang đang nghiên cứu các tế bào bạch huyết từ những vết mủ trên những băng cứu thương đã qua sử dụng. DNA là gì? Ban đầu Miescher gọi nó là “nuclein” vì nó xuất hiện trong nhân [nuclei] của tế bào.
1865: Gregor Mendel thông qua các thí nghiệm nhân giống với đậu Hà Lan khám phá ra rằng các tính trạng được di truyền dựa trên các luật cụ thể [Quy luật Mendel]
1866: Ernst Haeckel đề xuất rằng hạt nhân chứa các yếu tố chịu trách nhiệm truyền các đặc điểm di truyền.
1869: Lần đầu tiên Friedrich Miescher phân lập DNA.
1871: Các ấn phẩm đầu tiên mô tả DNA [“nuclein”] của Friedrich Miescher, Felix Hoppe-Seyler và P. Plo´sz được xuất bản.
1882: Walther Flemming mô tả nhiễm sắc thể và xác định trạng thái của chúng trong quá trình phân chia tế bào.
1884 – 1885: Oscar Hertwig, Albrecht von Kflliker, Eduard Giorgburger và August Weismann độc lập cung cấp bằng chứng cho thấy hạt nhân tế bào chứa các thông tin cơ bản được kế thừa từ các thế hệ trước.
1889: Richard Altmann đổi tên “nuclein” thành axit “nucleic”.
1900: Carl Correns, Hugo de Vries và Erich von Tschermak tái khám phá Luật Mendel.
1902: Theodor Boveri và Walter Sutton cho rằng các đơn vị di truyền [được gọi là “genes” tính đến năm 1909] nằm trên nhiễm sắc thể.
1902 – 1909: Archibald Garrod đề xuất rằng các khiếm khuyết di truyền dẫn đến mất các enzyme và các bệnh chuyển hóa di truyền.
1909: Wilhelm Johannsen sử dụng khái niệm “gene” để mô tả các đơn vị di truyền.
1910: Thomas Hunt Morgan sử dụng ruồi giấm [Drosophila] làm mẫu để nghiên cứu di truyền và tìm ra ruồi biến dị đầu tiên có mắt trắng.
1913: Alfred Sturtevant và Thomas Hunt Morgan tạo ra bản đồ liên kết di truyền đầu tiên [cho ruồi giấm Drosophila].
1928: Frederick Griffith cho rằng một quá trình biến đổi cho phép các thuộc tính từ một loại vi khuẩn [Streptococcus pneumoniae độc hại bất hoạt nhiệt] được chuyển sang một loại khác [Streptococcus pneumoniae sống không có môi trường sống].
1929: Phoebus Levene xác định các khối xây dựng của DNA, bao gồm bốn cơ sở adenine [A], cytosine [C], guanine [G] và thymine [T].
1941: George Beadle và Edward Tatum chứng minh rằng mọi enzyme được sản xuất gene
1944: Oswald T. Avery, Colin MacLeod và Maclyn McCarty chứng minh rằng nguyên tắc của Griffithod transforming Đây không phải là protein, mà là DNA, cho thấy DNA có thể hoạt động như một vật liệu di truyền.
1949: Colette và Roger Vendrely và Andre Lần Boivin phát hiện ra rằng nhân của các tế bào mầm chứa một nửa lượng DNA được tìm thấy trong các tế bào soma.
Điều này tương đương với việc giảm số lượng nhiễm sắc thể trong quá trình tạo giao tử và cung cấp thêm bằng chứng cho thực tế rằng DNA là vật liệu di truyền.
1949 – 1950: Erwin Chargeaff cho thấy rằng thành phần cơ sở DNA khác nhau giữa các loài nhưng xác định rằng trong một loài, các bazơ trong DNA luôn có mặt ở các tỷ lệ cố định cũng như số lượng các nucleotide.
1952: Alfred Hershey và Martha Chase sử dụng vi-rút [vi khuẩn T2] để xác nhận DNA là vật liệu di truyền bằng cách chứng minh rằng trong quá trình gây nhiễm virus, DNA xâm nhập vào vi khuẩn trong khi protein của virut thì không và DNA này có thể được tìm thấy trong các hạt virus của thế hệ sau.
1953: Rosalind Franklin và Maurice Wilkins sử dụng các phân tích tia X để chứng minh rằng DNA có cấu trúc xoắn lặp lại.
1953: James Watson và Francis Crick khám phá cấu trúc phân tử của DNA: một chuỗi xoắn kép trong đó A liên kết với T và C luôn luôn với G.
1956: Arthur Kornberg phát hiện ra DNA polymerase, một loại enzyme sao chép DNA.
1957: Francis Crick đề xuất “Thuyết trung tâm” [thông tin trong DNA được dịch thành protein thông qua RNA] và suy đoán rằng bộ ba nucleotide trong DNA luôn chỉ định một axit amin trong protein.
1958: Matthew Meselson và Franklin Stahl mô tả cách sao chép DNA [sao chép bán tự động].
1961 – 1966: Robert W. Holley, Har Gobind Khorana, Heinrich Matthaei, Marshall W. Nirenberg và các đồng nghiệp đã tìm ra các mã di truyền.
Năm 1968 – 1970: Werner Arber, Hamilton Smith và Daniel Nathans lần đầu tiên sử dụng enzyme cắt giới hạn để cắt DNA ở những vị trí cụ thể.
Năm 1972: Paul Berg sử dụng các enzyme cắt giới hạn để tạo ra đoạn DNA tái tổ hợp đầu tiên.
1977: Frederick Sanger, Allan Maxam và Walter Gilbert phát triển các phương pháp để giải trình tự DNA.
1982: Loại thuốc đầu tiên [insulin người], dựa trên DNA tái tổ hợp, xuất hiện trên thị trường.
1983: Kary Mullis phát minh ra PCR như một phương pháp khuếch đại DNA in vitro.
1990: Bắt đầu nghiên cứu dự án về bộ gene người.
1995: Trình tự hoàn chỉnh đầu tiên về bộ gen của một sinh vật sống tự do [vi khuẩn Haemophilusenzae] được công bố.
1996: Trình tự bộ gen hoàn chỉnh của sinh vật nhân chuẩn đầu tiên là nấm men S. Cerevisiae được công bố.
1998: Trình tự bộ gen hoàn chỉnh của sinh vật đa bào đầu tiên Giun tròn giun tròn Caenorhabd viêm Elegans 21 được công bố.
1999: Trình tự nhiễm sắc thể người đầu tiên được công bố.
2000: Trình tự hoàn chỉnh bộ gen của ruồi giấm Drosophila và nhánh đầu tiên của cây Arab Arabopsopsis được công bố.
2001: Trình tự hoàn chỉnh của bộ gen người được công bố.
2002: Trình tự bộ gen hoàn chỉnh của sinh vật mô hình động vật có vú đầu tiên, con chuột đã được công bố.
Như vậy mình đã giới thiệu tổng quát về DNA là gì? Lịch sử phát hiện và nghiên cứu về phân tử DNA cũng như cấu trúc không gian của nó. Hẹn gặp lại các bạn trong những bài viết tiếp theo.
Để được tư vấn chi tiết, giải đáp thắc mắc, hướng dẫn sử dụng và báo giá cụ thể, hãy liên hệ ngay với Visitech – Công ty TNHH Khoa học Kỹ thuật Việt Sinh qua các thông tin bên dưới:
- Email: –
- Hotline: 0919.112.141 – 0916.07.23.23
- Website: visitech.vn | visi.vn
- Địa chỉ: 539 Lũy Bán Bích, P. Phú Thạnh, Q. Tân Phú, TPHCM