ADN là viết tắt của axit deoxyribonucleic, là vật liệu di truyền chứa thông tin mã hóa cho sự phát triển, sinh sản và duy trì hoạt động của các cơ thể sống. Friedrich Miescher là người đầu tiên phát hiện ra ADN vào năm 1869. Tuy nhiên, James Watson và Francis Crick, cùng với sự hỗ trợ quan trọng từ Rosalind Franklin, đã công bố mô hình cấu trúc xoắn kép của ADN vào năm 1953.

I. CẤU TẠO HÓA HỌC CỦA PHÂN TỬ ADN

– ADN (axit deoxiribonucleic) là một axit nucleic, cấu tạo từ các nguyên tố: C, H, O, N và P.

– Đặc điểm: đại phân tử hữu cơ, có kích thước lớn, có thể dài tới hàng trăm micromet, khối lượng hàng triệu, hàng chục triệu đơn vị cacbon.

– Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân: với đơn phân là nuclêôtit.

– Cấu tạo 1 nuclêôtit gồm:

+ 1 phân tử đường (C5H10O4).

+ 1 phân tử axit photphoric (H3PO4).

+ Bazo nito gồm 4 loại: ađenin (A), timin (T), xitozin (X) và guanin (G).

– Các nuclêôtit chỉ khác nhau ở thành phần bazo nitơ. Vì vậy, tên nucleotit thường được gọi bằng tên bazo nitơ.

– Mỗi phân tử ADN gồm hàng vạn, hàng triệu đơn phân.

– ADN có tính đa dạng và đặc thù thể hiện ở: số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong cấu trúc của ADN có thể tạo ra vô số các phân tử ADN khác nhau.

– Tính đa dạng và đặc thù của ADN là cơ sở cho tính đa dạng và đặc thù của các loài sinh vật.

II. CẤU TRÚC KHÔNG GIAN CỦA ADN

Năm 1953, J. Oatxon và F. Crick công bố mô hình cấu trúc không gian của phân tử ADN.

– ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch song song xoắn đều quanh một trục theo chiều từ trái sang phải (xoắn phải), ngược chiều kim đồng hồ.

– Mỗi chu kì xoắn gồm 10 cặp nuclêôtit, dài 34 Å. Đường kính vòng xoắn là 20 Å.

– Trong phân tử ADN:

+ Trên một mạch đơn các nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị: được hình thành giữa

+ Giữa hai mạch các nuclêôtit liên kết với nhau bằng liên kết hidro tạo thành các cặp theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro, G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro.

+ Do tính chất bổ sung của 2 mạch đơn, khi biết trình tự sắp xếp nuclêôtit trong mạch này có thể suy ra trình tự nuclêôtit trong mạch còn lại: A = T, G = X, A + G = T + X = 50% N.

+ Tỉ số (A + T)/(G + X) các loài khác nhau là khác nhau và đặc trưng cho loài.

III. CHỨC NĂNG CỦA ADN LÀ GÌ ?

ADN có chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

Đặc điểm cấu trúc của ADN phù hợp với chức năng như sau:

– ADN được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, gồm 4 loại đơn phân là các nucleotide A, T, G và C. Các đơn phân này dùng như các “chữ cái” có thể “ghi mã” đủ mọi thông tin di truyền về cấu trúc và chức năng của tế bào.

– ADN được cấu trúc kiểu chuỗi xoắn kép nên có cấu trúc bền vững, đảm bảo thông tin di truyền được bảo quản tí bị hư hỏng.

– Các nucleotide có khả năng liên kết theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) nên thông tin trong DNA có thể được truyền đạt sang mRNA qua quá trình phiên mã và từ mRNA được dịch mã thành các phân tử protein.

– Sự kết hợp đặc hiệu A-T và G-C trong quá trình tái bản DNA đảo bảo cho thông tin di truyền trong DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.

IV. ADN TÁI BẢN NHƯ THẾ NÀO ?

– ADN tự nhân đôi (tự sao) tại nhân tế bào, ở kì trung gian trong chu kỳ của tế bào.

– Có sự tham gia của enzim và các yếu tố tháo xoắn, tách mạch mạch ở trạng thái duỗi, liên kết các nuclêôtit với nhau.

Diễn biến quá trình nhân đôi

+ ADN tháo xoắn,  enzym xúc tác làm 2 mạch đơn tách nhau ra.

+ Các nuclêôtit tự do của môi trường liên kết với các nuclêôtit trên mỗi mạch của ADN mẹ theo nguyên tắc bổ sung hình thành mạch polinuclêôtit mới.

+ Kết thúc: 2 phân tử con được hình thành giống nhau và giống ADN mẹ. Chúng đóng xoắn và được phân chia cho 2 tế bào con trong quá trình phân bào.

Nguyên tắc của quá trình nhân đôi ADN

– Quá trình nhân đôi ADN tuân theo 2 nguyên tắc:

+ Nguyên tắc bổ sung (NTBS): Mạch mới của ADN con được tổng hợp dựa trên mạch khuôn của ADN mẹ. Các nuclêôtit tự do của môi trường liên kết với nuclêôtit của mạch khuôn theo NSTBS: A liên kết với T, G liên kết với X và ngược lại.

+ Nguyên tắc bán bảo toàn (giữ lại một nửa): trong mỗi ADN con có 1 mạch cũ của ADN mẹ, mạch còn lại được tổng hợp mới.

Ý nghĩa sự nhân đôi ADN

– Nhân đôi ADN làm cho thông tin di truyền của ADN nhân lên tạo cơ sở cho sự nhân đôi của NST.

– Nhân đôi ADN và NST kết hợp với cơ chế phân li của chúng trong nguyên phân giúp tạo ra sự ổn định di truyền qua các thể hệ tế bào.

– Nhân đôi ADN và NST cùng sự phân li của chúng trong giảm phân và tái tổ hợp trong thụ tinh, tạo ra sự ổn định của ADN và nhiễm sắc thể qua các thế hệ của loài.

VI. BẢN CHẤT CỦA GEN

– Gen là một đoạn của phân tử ADN có chức năng di truyền xác định.

– Gen cấu trúc thường mang thông tin quy định cấu trúc của một loại prôtêin.