Bài học

Nucleic acid

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu được đơn phân nucleotide cấu tạo nên nucleic acid, so sánh được cấu trúc DNA và RNA theo đường, base, và số mạch, và xác định được một phân tử nucleic acid cùng vai trò của nó từ mô tả cấu trúc.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã học protein — polymer của amino acid, nơi trình tự đơn phân quyết định hình dạng và chức năng (same-grade bridge). Nucleic acid cũng là polymer của một đơn phân, nhưng thông tin nó mang không phải là hình dạng ba chiều để xúc tác hay vận chuyển, mà là trình tự các đơn phân tự nó — chính trình tự đó là thông tin di truyền. Bài này dừng ở cấu trúc và vai trò lưu trữ, truyền đạt thông tin; cơ chế nhân đôi và phiên mã chi tiết sẽ học ở lớp 12.

Khởi động

Mọi tế bào trong cơ thể em đều mang cùng một bộ thông tin di truyền, nhưng tế bào gan và tế bào da lại có hình dạng và chức năng rất khác nhau. Thông tin ấy được lưu trữ dưới dạng gì mà vừa bền vững qua hàng triệu lần phân chia tế bào, vừa có thể được đọc ra để tạo nên protein khác nhau ở từng loại tế bào?

Kiến thức trọng tâm

Nucleic acid là polymer của đơn phân nucleotide. Mỗi nucleotide gồm ba thành phần: một phân tử đường 5 carbon, một nhóm phosphate, và một base nitơ (base chứa nitrogen). Có hai loại nucleic acid. DNA (deoxyribonucleic acid) có đường deoxyribose, gồm hai mạch polynucleotide xoắn quanh nhau thành hình xoắn kép, với bốn loại base adenine (A), thymine (T), guanine (G), cytosine (C). RNA (ribonucleic acid) có đường ribose, thường chỉ gồm một mạch polynucleotide, với bốn loại base adenine (A), uracil (U) thay cho thymine, guanine (G), cytosine (C).

Hai mạch của DNA giữ liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung: A trên mạch này luôn đối diện T trên mạch kia, G luôn đối diện C — mỗi cặp base liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen, cụ thể A–T liên kết bằng 2 liên kết hydrogen còn G–C liên kết bằng 3 liên kết hydrogen. Chính nguyên tắc bổ sung này là cơ sở để DNA lưu trữ thông tin bền vững: biết trình tự một mạch là suy ra ngay trình tự mạch còn lại. Ở grade 10, em chỉ cần nắm cấu trúc và nguyên tắc bổ sung này — cơ chế hai mạch tách ra và được sao chép ra sao sẽ học kỹ ở lớp 12.

Đặc điểm	DNA	RNA
Đường 5 carbon	Deoxyribose	Ribose
Base nitơ	A, T, G, C	A, U, G, C
Số mạch	Mạch kép (xoắn kép)	Thường mạch đơn
Vai trò chính	Lưu trữ thông tin di truyền lâu dài	Biểu hiện thông tin thành protein (mRNA, tRNA, rRNA)

RNA không lưu trữ thông tin lâu dài như DNA, mà tham gia trực tiếp vào việc biểu hiện thông tin thành protein, qua ba loại chính. mRNA (RNA thông tin) mang bản sao trình tự thông tin từ DNA ra khỏi nhân tới nơi tổng hợp protein. tRNA (RNA vận chuyển) nhận diện và vận chuyển đúng loại amino acid tới đúng vị trí trên mRNA theo trình tự. rRNA (RNA ribosome) là thành phần cấu tạo nên ribosome — bào quan trực tiếp lắp ráp chuỗi amino acid thành protein. Có thể tóm tắt sự khác biệt cấu trúc và vai trò giữa hai loại nucleic acid bằng bảng sau: | Đặc điểm | DNA | RNA | |---|---|---| | Đường 5 carbon | Deoxyribose | Ribose | | Base nitơ | A, T, G, C | A, U, G, C | | Số mạch | Mạch kép (xoắn kép) | Thường mạch đơn | | Vai trò chính | Lưu trữ thông tin di truyền lâu dài | Biểu hiện thông tin thành protein (mRNA, tRNA, rRNA) |

DNA và RNA đều là polymer của nucleotide, khác nhau ở loại đường, một loại base, và số mạch — từ đó dẫn tới vai trò sinh học rất khác nhau.

Ví dụ

Xây dựng bảng so sánh DNA và RNA từ cấu trúc nucleotide

1
Xuất phát từ cấu trúc chung của một nucleotide (đường, phosphate, base), xây dựng bảng so sánh DNA và RNA theo ba tiêu chí: loại đường, loại base, và số mạch.
2
DNA dùng đường deoxyribose (thiếu một nhóm –OH so với ribose ở vị trí carbon số 2); RNA dùng đường ribose đầy đủ — đây là khác biệt đặt tên cho cả hai phân tử.
3
DNA dùng bốn base A, T, G, C; RNA dùng bốn base A, U, G, C — RNA thay thymine (T) bằng uracil (U), còn ba base A, G, C giống nhau ở cả hai.
4
DNA gồm hai mạch polynucleotide xoắn vào nhau (mạch kép) giữ bởi liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung; RNA thường chỉ gồm một mạch polynucleotide (mạch đơn).
5
Vậy bảng so sánh hoàn chỉnh là: DNA — deoxyribose, base A/T/G/C, mạch kép, vai trò lưu trữ thông tin; RNA — ribose, base A/U/G/C, mạch đơn, vai trò biểu hiện thông tin thành protein qua mRNA, tRNA, rRNA.

Ví dụ

Xác định loại nucleic acid từ mô tả cấu trúc (dạng đề kiểm tra)

1
Một phân tử nucleic acid được phân lập trong tế bào chất, có cấu trúc mạch đơn, kích thước nhỏ, và có khả năng gắn đặc hiệu với một loại amino acid ở một đầu, đồng thời mang một bộ ba đối mã (anticodon) ở đầu còn lại để khớp với mRNA. Xác định đây là loại nucleic acid nào và nêu vai trò của nó.
2
Phân tử này có cấu trúc mạch đơn, trong khi DNA có cấu trúc mạch kép — vậy phân tử này không phải DNA.
3
mRNA có chức năng mang thông tin trình tự dài để mã hoá nhiều amino acid liên tiếp, không gắn đặc hiệu với một amino acid; rRNA là thành phần cấu trúc của ribosome, không mang bộ ba đối mã — cả hai đặc điểm này không khớp với mô tả.
4
Đặc điểm 'gắn đặc hiệu với một amino acid' và 'mang bộ ba đối mã khớp với mRNA' là hai dấu hiệu đặc trưng riêng của tRNA (RNA vận chuyển).
5
Vậy phân tử này là tRNA, có vai trò nhận diện đúng loại amino acid tương ứng và vận chuyển amino acid đó tới đúng vị trí trên mRNA trong quá trình tổng hợp protein.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ RNA chỉ là 'một mạch của DNA tách ra'. Đây là hiểu sai bản chất: RNA là một loại phân tử khác hẳn, với đường ribose (không phải deoxyribose) và có uracil thay cho thymine — hai khác biệt cấu trúc thật sự, không chỉ đơn thuần là DNA bị tách mạch. Một nhầm lẫn khác là cho rằng mRNA, tRNA, rRNA là ba tên gọi khác nhau của cùng một phân tử — thực ra đây là ba loại RNA có cấu trúc và vai trò hoàn toàn riêng biệt trong quá trình tổng hợp protein.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Nucleic acid là polymer của nucleotide (đường + phosphate + base). DNA: deoxyribose, base A-T-G-C, mạch kép, lưu trữ thông tin. RNA: ribose, base A-U-G-C, thường mạch đơn, biểu hiện thông tin qua mRNA/tRNA/rRNA. Nguyên tắc bổ sung A–T (2 liên kết hydrogen) và G–C (3 liên kết hydrogen) giữ hai mạch DNA liên kết với nhau.

Chương ôn tập tiếp theo sẽ nối lại toàn bộ hành trình từ nguyên tố hoá học, qua nước, tới bốn nhóm đại phân tử sinh học — cùng một câu hỏi xuyên suốt: cấu trúc quyết định chức năng như thế nào.