Trình bày cấu trúc của DNA và RNA, nêu các loại liên kết hóa học duy trì cấu trúc, so sánh chức năng của DNA và RNA trong quá trình tổng hợp protein. Giải thích cách mã di truyền được phiên mã và dịch...

1. Cấu trúc của DNA và RNA 1.1 DNA (Deoxyribonucleic Acid) - Thành phần chính: • Đơn vị cơ bản là nucleotit gồm ba thành phần: đường deoxyribose (5-C), nhóm phosphate và một base nitơ (A, T, G hoặc C). • Cặp base bổ sung: A–T (2 liên kết H), G–C (3 liên kết H). - Hình dạng: xoắn kép (double helix) với hai mạch đơn chạy song song nhưng ngược chiều (antiparallel). - Liên kết duy trì cấu trúc: • Liên kết phosphodieste (–O–P–O–) giữa nhóm 3’-OH của đường của nucleotit trước với nhóm 5’-phosphate của nucleotit sau → khung đường–phosphate. • Liên kết hydro giữa các cặp base bổ sung A–T và G–C → duy trì xoắn kép. • Tương tác kỵ nước và tương tác Van der Waals giữa các mặt phẳng base nitơ cũng góp phần ổn định cấu trúc. 1.2 RNA (Ribonucleic Acid) - Thành phần chính: • Nucleotit gồm đường ribose (5-C), nhóm phosphate và base nitơ (A, U, G, C); trong đó U (uracil) thay thế T của DNA. - Hình dạng: thường đơn chuỗi (single-stranded), có thể gấp nếp tạo cấu trúc bậc hai (stem-loop, hairpin,…). - Liên kết duy trì cấu trúc: • Liên kết phosphodieste tương tự DNA. • Liên kết hydro nội phân tử (intra-strand) giữa các base để hình thành vùng xoắn khuẩn (stem) và vòng (loop). • Tương tác kỵ nước và tương tác Van der Waals giữa base. 2. So sánh chức năng của DNA và RNA trong tổng hợp protein • DNA: – Lưu giữ và truyền đạt thông tin di truyền. – “Kho” bản thiết kế các chuỗi polypeptide (mỗi gen mã hóa cho một hoặc vài protein). • RNA: – mRNA (messenger RNA): mang bản mã di truyền từ nhân (ở tế bào nhân chuẩn) ra ribosome. – tRNA (transfer RNA): nhận amino acid tương ứng dựa vào anticodon, vận chuyển đến ribosome. – rRNA (ribosomal RNA): thành phần cấu trúc và xúc tác của ribosome, làm “nhà máy” tổng hợp protein. 3. Cách mã di truyền được phiên mã (transcription) 1. Khởi đầu (Initiation): – Enzyme RNA polymerase gắn vào vùng promoter trên DNA. – DNA ở vùng promoter mở xoắn, lộ mạch khuôn (template strand). 2. Kéo dài (Elongation): – RNA polymerase dịch chuyển dọc mạch khuôn 3’→5’, tổng hợp mRNA mới theo chiều 5’→3’, bổ sung NTP sao cho U đối với A, A–T, G–C. 3. Chấm dứt (Termination): – Gặp tín hiệu kết thúc (terminator), mRNA mới tách khỏi DNA và RNA polymerase rời đi. 4. Xử lý sau phiên mã (trong tế bào nhân chuẩn): – 5’ capping (gắn m^7G cap), 3’ polyadenylation (đoạn poly-A tail). – Loại bỏ intron và nối exon (splicing). 4. Dịch mã (translation) để tạo chuỗi polypeptide 4.1 Thành phần tham gia • Ribosome (vùng 60S + 40S ở sinh vật nhân chuẩn; 50S + 30S ở vi khuẩn). • mRNA đã xử lý (có cap, poly-A tail). • tRNA chịu trách nhiệm mang amino acid và nhận diện codon nhờ anticodon. • Yếu tố khởi đầu, kéo dài, kết thúc (initiation/elongation/termination factors). 4.2 Cơ chế chung 1. Khởi đầu (Initiation): – Bộ ribosome gắn vào đầu 5’ mRNA (vùng ribosome binding site hoặc cap), tìm codon khởi đầu AUG. – tRNAi^Met (kèm amino acid Met) vào vị trí P trên ribosome. 2. Kéo dài (Elongation): – tRNA mang aa thứ hai ghép codon tiếp theo ở vị trí A. – Peptidyl transferase (enzym tại trung tâm peptidyl của rRNA lớn) tạo liên kết peptide giữa Met và aa mới. – Ribosome dịch chuyển một codon: tRNA cũ ở P về E (exit), tRNA có chuỗi polypeptide chuyển từ A về P, giải phóng vị trí A. – Vòng lặp tRNA vào A → peptidyl transfer → dịch chuyển ribosome lặp lại cho đến gặp stop codon. 3. Kết thúc (Termination): – Gặp codon kết thúc (UAA, UAG, UGA), không có tRNA tương ứng. – Yếu tố giải phóng (release factor) gắn vào vị trí A, xúc tác thủy phân để giải phóng chuỗi polypeptide khỏi tRNA cuối cùng. – Ribosome tách ra, mRNA và tRNA tái sử dụng. Kết quả cuối cùng là một chuỗi polypeptide được tổng hợp có tính đặc hiệu theo thông tin di truyền nằm trên gen của DNA.