Axit nucleic

Axit nucleic là hợp chất đại phân tử sinh học thiết yếu, không thể thiếu trong tất cả các dạng sự sống đã biết. Axit nucleic được cấu tạo từ các đơn vị gọi là nucleotide, gồm ba thành phần chính: đường 5-carbon, nhóm gốc phosphat và nhóm base chứa nitơ. Có hai loại axit nucleic chính là deoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA). Nếu đường 5-carbon là ribose thì polymer hình thành là RNA; nếu đường 5-carbon là deoxyribose thì polymer hình thành là DNA.

Axit nucleic là các đại phân tử sinh học quan trọng nhất (các loại khác bao gồm amino acid/protein, carbohydrat/hợp chất hữu cơ và lipid/chất béo). Chúng tồn tại rộng rãi trong tất cả các sinh vật, có chức năng lưu trữ, chuyển giao và biểu hiện thông tin di truyền. Nói cách khác, thông tin di truyền được truyền qua trình tự axit nucleic. DNA chứa toàn bộ thông tin di truyền của loài, là phân tử sợi đôi, chủ yếu có dạng chuỗi, với một số ít có dạng vòng, và thường có kích thước rất lớn. RNA chủ yếu có vai trò chuyển mã và biểu hiện thông tin di truyền từ DNA, là phân tử sợi đơn với kích thước nhỏ hơn nhiều so với DNA.

Axit nucleic hiện diện rộng rãi trong mọi tế bào của động vật, thực vật, vi sinh vật và virus, đóng vai trò cơ bản trong sự sống, ảnh hưởng quyết định đến các quá trình như phát triển, di truyền và biến dị.

Axit nucleic được phát hiện bởi nhà khoa học người Thụy Sĩ, Friedrich Miescher vào năm 1869. Nghiên cứu về axit nucleic đã trở thành một lĩnh vực thiết yếu trong sinh học và y học hiện đại, là nền tảng cho di truyền học, pháp y, công nghệ sinh học và ngành công nghiệp dược phẩm.

Loại và chức năng

Loại

Nucleotide là đơn vị cơ bản cấu thành axit nucleic, tức là các nucleotide kết hợp lại để tạo thành phân tử axit nucleic. Một phân tử nucleotide bao gồm một nhóm base chứa nitơ, một đường 5-carbon và một nhóm gốc phosphat. Dựa vào loại đường 5-carbon, axit nucleic được chia thành hai loại chính: axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA).

Chất tương tự acid nucleic

Chất tương tự acid nucleic là những hợp chất có cấu trúc tương tự với DNA và RNA, xuất hiện tự nhiên và thường được dùng trong nghiên cứu y học và sinh học phân tử. Những hợp chất này đã trải qua biến đổi ở phân tử nucleotide, cấu thành acid nucleic, với nhóm base chứa nitơ, đường 5-carbon và nhóm phosphat tạo thành nucleotide. Những biến đổi này thường ảnh hưởng đến cách nhóm base của chất tương tự acid nucleic kết đôi, và các đặc tính chồng chéo của nhóm base đã thay đổi. Ví dụ, nhóm base phổ biến có thể kết đôi với tất cả bốn nhóm base kinh điển, và chất tương tự acid phosphoric - đường (như ANP) thậm chí có thể tạo thành ba tầng xoắn. Chất tương tự acid nucleic còn được gọi là nucleotide dị nguyên, đại diện cho một phần quan trọng trong sinh học dị nguyên, tức là thiết kế sự sống dựa trên cấu trúc tự nhiên mới nhằm thay thế hóa học sinh vật.

Chất tương tự acid nucleic bao gồm các loại như acid nucleic peptide (ANP), acid nucleic khóa kín (ANL), acid nucleic ethylen glycol (ANG) và acid nucleic threose (ANT). Do cấu trúc chuỗi chính của phân tử đã bị biến đổi, chúng có sự khác biệt rõ rệt so với DNA hoặc RNA tự nhiên.

Tác dụng

DNA đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ, sao chép và truyền tải thông tin di truyền. RNA có vai trò thiết yếu trong quá trình tổng hợp protein: RNA vận chuyển (tRNA) giúp vận chuyển và chuyển amino acid hoạt hóa; RNA thông tin (mRNA) là khuôn mẫu cho tổng hợp protein; RNA ribosome (rRNA) là nơi chính trong tế bào để tạo protein. Ngoài ra, còn có nhiều loại RNA khác với các chức năng khác nhau, như RNA tiểu phân tử (miRNA). Chất tương tự acid nucleic chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu y học và sinh học phân tử.

Lịch sử

• Acid nucleic được phát hiện đầu tiên bởi nhà sinh vật học và bác sĩ người Thụy Sĩ Friedrich Miescher vào năm 1869, và ông đã gọi nó là nuclein.
• Vào cuối thế kỷ 19, nhà hóa học sinh vật người Đức Albrecht Kossel - người đoạt Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 1910 - đã tinh chế acid nucleic và phát hiện tính acid mạnh của nó. Ông cũng đã xác định nhóm gốc nucleobase.
• Năm 1889, nhà bệnh lý học người Đức Richard Altmann đã đặt tên cho acid nucleic, thay thế cho nuclein.
• Vào năm 1938, nhà vật lý và sinh vật học người Anh William Astbury cùng Florence Bell (sau đổi tên thành Florence Sawyer) đã công bố hình ảnh X-quang đầu tiên của DNA.
• Đến năm 1953, các nhà sinh vật học phân tử người Mỹ James Watson và người Anh Francis Crick đã xác định cấu trúc của DNA.

Nghiên cứu về acid nucleic đã trở thành một phần thiết yếu trong sinh học và y học hiện đại, đồng thời đặt nền móng cho nghiên cứu về bộ gen, pháp y, công nghệ sinh học và ngành công nghiệp dược phẩm.

Tính chất liên quan

Chú ý

1. ^ Ông đã đặt tên acid nucleic là nuclein.

• Palou-Mir J, Barceló-Oliver M, Sigel RK (2017). “Chương 12. Vai trò của Chì(II) trong Acid Nucleic”. Trong Astrid S, Helmut S, Sigel RK (biên tập). Chì: Tác động của nó đến Môi trường và Sức khoẻ. Kim loại Ions trong Khoa học Sự sống. 17. de Gruyter. tr. 403–434. doi:10.1515/9783110434330-012. PMID 28731305.

Tài liệu tham khảo

• Phỏng vấn với Aaron Klug, người đoạt giải Nobel vì giải mã cấu trúc các phức hợp protein-nucleic acid quan trọng sinh học do Vega Science Trust thực hiện.
• Tạp chí Nucleic Acids Research
• Sách về Nucleic Acids (sách trực tuyến miễn phí về hóa học và sinh học của nucleic acids)