Axit nucleic là một thứ hợp chất đại phân tử sinh vật, là vật chất tổng hợp của tất cả hình thức mạng sống đã biết ắt hẳn không được thiếu. Axit nucleic là tên gọi chung của axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA). Axit nucleic do nucleotide hợp thành, nhưng mà mônôme nucleotide do đường 5-cacbon, nhóm gốc phosphat và nhóm gốc base chứa nitơ hợp thành. Nếu như đường 5-cacbon là ribôzơ thì polyme hình thành là RNA; nếu như đường 5-cacbon là đềôxyribôzơ thì pôlyme hình thành là DNA.
So sánh hai axit nucleic chủ yếu: RNA (bên trái) và DNA (bên phải), hiển thị tách biệt xoáy ốc và nhóm gốc base chứa nitơ của axit nucleic.
 Axit nucleic là đại phân tử sinh vật trọng yếu nhất (còn lại là amino acid / prôtêin, cácbôhyđrát / hợp chất hữu cơ gồm cacbon và Hydro, lipít / chất béo). Số lượng nhiều chúng nó tồn tại ở tất cả sinh vật, có chức năng biên soạn mã, đưa chuyển và biểu đạt thông tin di truyền. Nói cách khác, thông tin di truyền được chuyển giao thông qua trình tự axit nucleic. Phân tử DNA có chứa tất cả thông tin di truyền của giống loài sinh vật, là phân tử sợi đôi, trong đó đại đa số là đại phân tử có kết cấu hình dạng chuỗi, cũng có một phần ít hiện ra kết cấu hình dạng vòng, phân tử lượng thông thường rất lớn. RNA chủ yếu là phụ trách dịch mã và biểu đạt thông tin di truyền của DNA, là phân tử sợi đơn, phân tử lượng phải ít hơn nhiều so với DNA.
Axit nucleic tồn tại rộng khắp ở bên trong tất cả tế bào động thực vật, vi sinh vật và vi rút, thể phệ khuẩn, là một trong những vật chất cơ bản nhất của mạng sống, đã xây dựng tác dụng quyết định trọng yếu đối với các hiện tượng như phát dục, di truyền và biến dị.
Axit nucleic được nhà khoa học Thuỵ Sĩ Friedrich Miescher phát hiện vào năm 1869.[2] Việc nghiên cứu thật nghiệm axit nucleic đã tạo thành bộ phận hợp thành trọng yếu của nghiên cứu sinh vật học và y học hiện đại, đã hình thành nền móng của bộ gen và pháp y học, cùng với công nghệ sinh học và ngành công nghiệp chế thuốc.[3][4][5]
Nucleotide là đơn vị cơ bản tổ thành axit nucleic, tức là mônôme của nucleotide hợp thành phân tử axit nucleic. Một phân tử nucleotide là do một phân tử nhóm gốc base chứa nitơ, một phân tử đường 5-cácbôn và một phân tử nhóm gốc phosphat hợp thành. Căn cứ vào sự khác nhau của đường 5-cácbôn có thể đem axit nucleic chia làm hai loại lớn axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA).
| Axit nucleic
|
DNA
|
RNA
| | Tên gọi
|
axit deoxyribonucleic
|
axit ribonucleic
| | Kết cấu
|
kết cấu xoáy ốc sợi đôi có quy tắc
|
thông thường hiện ra kết cấu sợi đơn
| | Đơn vị cơ bản
|
deoxyribonucleotide
|
ribonucleotide
| | Đường 5-cácbôn
|
deoxyribose
|
ribôzơ
| | Nhóm gốc base chứa nitơ
|
A (Ađênin)
G (Guanin)
C (Cytosin)
T (Thymin)
|
A (Ađênin)
G (Guanin)
C (Cytosin)
U (Uracil)
| | Phân bố
|
chủ yếu tồn tại ở nhân tế bào, số lượng ít tồn tại ở tuyến lạp thể và diệp lục thể
|
chủ yếu tồn tại ở chất tế bào
| | Chức năng
|
mang theo thông tin di truyền, có sẵn tác dụng cực kì trọng yếu trong di truyền, biến dị và tổng hợp protein của sinh vật.
|
coi là vật chất di truyền: chỉ có ở trong vi-rút RNA; không coi là vật chất di truyền: xây dựng tác dụng trong quá trình tổng hợp sinh vật protein nhằm khống chế DNA. mRNA là khuôn mẫu trực tiếp của tổng hợp sinh vật prôtêin, tRNA có khả năng mang theo amino acid quy định đặc biệt, rRNA là thành phần hợp thành ribôxôm; tác dụng xúc tác: là một thứ của enzim.
|
Chất tương tự axit nucleic
Chất tương tự axit nucleic là hợp chất tương tự kết cấu với DNA và RNA mà tồn tại ở thiên nhiên, dùng cho nghiên cứu y học và sinh vật học phân tử. Chất tương tự axit nucleic đã phát sinh biến hoá ở giữa phân tử nucleotide mà hợp thành axit nucleic cùng với nhóm gốc base chứa nitơ, đường 5-cácbôn và nhóm gốc phosphat mà hợp thành nucleotide.[6] Thông thường, những biến hoá này được nhóm gốc base của chất tương tự axit nucleic kết đôi và tính chất chồng chất nhóm gốc base đã phát sinh biến hoá. Ví dụ như nhóm gốc base thông dụng được kết đôi với tất cả bốn nhóm gốc base kinh điển, thêm nữa chất tương tự khung xương axit phốtphoric - đường (như ANP) thậm chí có thể hình thành được ba tầng xoáy ốc.[7] Chất tương tự axit nucleic cũng gọi là nucleotide dị nguyên, đã đại biểu một trong những trụ chống chủ yếu của sinh học dị nguyên, tức là thiết kế sự sống dựa theo hình thức tự nhiên mới ra đời nhằm thay thế hoá học sinh vật.
Chất tương tự axit nucleic bao gồm axit nucleic péptít (ANP), axit nucleic khoá kín (ANL) cùng với axit nucleic etylen glycol (ANG) và axit nucleic threozơ (ANT). Bởi vì sợi chuỗi chính của phân tử đã phát sinh biến hoá, chúng nó có sự khác nhau rõ ràng với DNA hoặc RNA tồn tại ở thiên nhiên.
Tác dụng
DNA là cơ sở vật chất chủ yếu nhằm tích trữ, sao chép và đưa chuyển thông tin di truyền. RNA xây dựng tác dụng trọng yếu trong quá trình sinh tổng hợp protein - trong đó, RNA vận chuyển (tRNA) phát sinh tác dụng mang dắt và dời chuyển amino acid hoạt hoá; RNA thông tin (mRNA) là khuôn mẫu của sinh tổng hợp protein; RNA ribôxôm (rRNA) là nơi chỗ chủ yếu của các tế bào hợp thành prôtêin. Ngoài ra, bây giờ rất nhiều chủng loại RNA có chức năng khác, ví như RNA tiểu phân tử (miRNA). Chất tương tự axit nucleic chủ yếu dùng cho nghiên cứu y học và sinh học phân tử.[6][7]
- Axit nucleic do nhà sinh vật học và bác sĩ quốc tịch Thụy Sĩ Friedrich Miescher phân li được trước nhất vào năm 1869, gọi là nuclein.[8]
- Thời kì đầu niên đại 80 thế kỉ XIX, nhà hoá học sinh vật Đức Albrecht Kossel - người giành được Giải thưởng Nobel Sinh lí học hoặc Y học năm 1910, tiến một bước tinh chế thu được axit nucleic, đã phát hiện tính axit mạnh của nó. Ông ấy về sau cũng đã xác định nhóm gốc nuclêôbase.
- Năm 1889, nhà bệnh lí học Đức Richard Altmann đã sáng tạo thuật ngữ axit nucleic này,[9] đã chọn lấy thay thế nuclein.
- Năm 1938, nhà vật lí học và nhà sinh vật học Anh Quốc William Astbury và Florence Bell (về sau đổi tên thành Florence Sawyer) đã phát biểu sách đồ hoạ diễn xạ tia X của DNA đầu tiên.[10]
- Năm 1953, nhà sinh vật học phân tử Hoa Kì James Watson và nhà sinh vật học phân tử Anh Quốc Francis Crick đã xác định kết cấu của DNA.[11]
Việc nghiên cứu thật nghiệm axit nucleic đã tạo thành bộ phận hợp thành trọng yếu của sinh vật học và nghiên cứu y học hiện đại, đồng thời đã dựng yên nền móng cho bộ gen và pháp y học cùng với công nghệ sinh học và ngành công nghiệp chế thuốc.[3][4][5]
- ^ Ông gọi axít nucleic là nuclein.
- ^ Bill Bryson, A Short History of Nearly Everything, Broadway Books, 2005, p. 500.
- ^ Dahm, R (tháng 1 năm 2008). “Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research”. Human Genetics. 122 (6): 565–81. doi:10.1007/s00439-007-0433-0. ISSN 0340-6717. PMID 17901982.
- ^ a b Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, và đồng nghiệp (tháng 2 năm 2001). “Initial sequencing and analysis of the human genome” (PDF). Nature. 409 (6822): 860–921. Bibcode:2001Natur.409..860L. doi:10.1038/35057062. PMID 11237011.
- ^ a b Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, và đồng nghiệp (tháng 2 năm 2001). “The sequence of the human genome”. Science. 291 (5507): 1304–51. Bibcode:2001Sci...291.1304V. doi:10.1126/science.1058040. PMID 11181995.
- ^ a b Budowle B, van Daal A (tháng 4 năm 2009). “Extracting evidence from forensic DNA analyses: future molecular biology directions”. BioTechniques. 46 (5): 339–40, 342–50. doi:10.2144/000113136. PMID 19480629.
- ^ a b “Chemists Invent New Letters for Nature's Genetic Alphabet”. https://www.wired.com/. Ngày 19 tháng 7 năm 2015.
- ^ a b Petersson, B., Nielsen, B.B., Rasmussen, H., Larsen, I.K., Gajhede, M., Nielsen, P.E., Kastrup, J.S. Crystal structure of a partly self-complementary peptide nucleic acid (PNA) oligomer showing a duplex-triplex network: Journal of the American Chemical Society, 2005: 127 (5), 1424–1430.
- ^ Dahm R (tháng 1 năm 2008). “Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research”. Human Genetics. 122 (6): 565–81. doi:10.1007/s00439-007-0433-0. PMID 17901982.
- ^ Gribbin, J.The Scientists: A History of Science Told Through the Lives of Its Greatest Inventors. New York: Random House, 2002: 546.
- ^ Cox M, Nelson D (2008). Principles of Biochemistry. Susan Winslow. tr. 288. ISBN 9781464163074.
- ^ “DNA Structure”. What is DNA. Linda Clarks. Bản gốc lưu trữ ngày 24 tháng 2 năm 2021. Truy cập ngày 6 tháng 8 năm 2016.
- Palou-Mir J, Barceló-Oliver M, Sigel RK (2017). “Chapter 12. The Role of Lead(II) in Nucleic Acids”. Trong Astrid S, Helmut S, Sigel RK (biên tập). Lead: Its Effects on Environment and Health. Metal Ions in Life Sciences. 17. de Gruyter. tr. 403–434. doi:10.1515/9783110434330-012. PMID 28731305.
- Interview with Aaron Klug, Nobel Laureate for structural elucidation of biologically important nucleic-acid protein complexes provided by the Vega Science Trust.
- Nucleic Acids Research journal
- Nucleic Acids Book (free online book on the chemistry and biology of nucleic acids)
|
