Tài liệu trình bày về cấu trúc và quá trình nhân đôi của ADN, nơi chứa thông tin di truyền của các sinh vật. ADN có cấu trúc xoắn kép, gồm hai chuỗi polynucleotide liên kết với nhau qua các liên kết hydro, và quy trình nhân đôi diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và bán bảo tồn. Bên cạnh đó, tài liệu cũng đề cập đến lịch sử phát hiện ADN, các loại nucleotide và vai trò của chúng trong mã hóa thông tin di truyền.

2. Thành viên trong nhóm
1. Phan Thị Bích Tuyền
2. Hoàng Thị Mầu
3. Lê Thị Hải Âu
4. Ngô Thị Lệ Hằng
5. Trương Thị Minh Phúc
6. Lâm Thị Mỹ Loan
7. Hoàng Bình An
8. H’Nhoel Mlo
9. H’Nueng Mdrag
10. Đoàn Thị Bích Nguyệt

4. là gì?
có cấu trúc tổng quan như thế nào?
Trình tự của
Quá trình tự nhân đôi của diễn ra như thế
nào?
có những đặc tính lý hóa gì?
Chiều của trình tự
Định danh hóa học 5’ và 3’
Lịch sử phát hiện ADN và chuỗi xoắn kép

6. • ADN có thể được hiểu một cách đơn giản là nơi
chứa mọi thông tin chỉ dẫn cần thiết để tạo nên
các đặc tính sự sống của mỗi sinh vật;
• Cấu trúc phân tử ADN được cấu thành gồm 2
chuỗi có thành phần bổ sung cho nhau từ đầu
đến cuối. Hai chuỗi này được giữ vững cấu trúc
bằng những liên kết hóa học. Các liên kết này khi
bị cắt sẽ làm phân tử ADN tách rời 2 chuỗi
tương tự như khi ta kéo chiếc phéc mơ tua

7. • Về mặt hoá học, các ADN được cấu thành từ
những viên gạch, gọi là nucleo,viết tắt là Nu. Do các
Nu chi khác nhau ở base (1Nu = 1 Desoxyribose +
1 acid photphoric + 1 base nitric),nên tên gọi của Nu
cũng là tên của base mà nó mang. Chỉ có 4
loại gạch cơ bản là A, T, C, và G;
• Mỗi base trên 1 chuỗi chỉ có thể bắt cặp với 1 loại
base nhất định trên chuỗi kia theo một quy
luật chung cho mọi sinh vật. Theo nguyên tắc A liên
kết với T bằng 2 liên kết Hidro , G liên kết với X
bằng 3 liên kết Hidro (Nguyên tắc bổ sung)

8. • Trật tự các base dọc theo chiều dài của chuỗi ADN gọi là trình tự, trình tự
này rất quan trọng vì nó chính là mật mã nói lên đặc điểm hình thái của sinh
vật. Tuy nhiên, vì mỗi loại base chỉ có khả năng kết hợp với 1 loại base trên
sợi kia, cho nên chỉ cần trình tự base của 1 chuỗi là đã đại diện cho cả
phân tử ADN.
• Khi ADN tự nhân đôi, 2 chuỗi của ADN mạch kép trước tiên được tách đôi
nhờ sự hỗ trợ của một số enzim chuyên trách. Mỗi chuỗi ADN sau khi tách
ra sẽ thực hiện việc tái tạo một chuỗi đơn mới phù hợp bằng cách mỗi base
trên chuỗi gốc sẽ chọn loại base tương ứng (đang nằm tự do trong môi
trường xung quanh) theo cơ chế gián đoạn và nguyên tắc bán bảo tồn. Do
đó, sau khi nhân đôi, 2 phân tử ADN mới (mỗi phân tử chứa một chuỗi cũ
và một chuỗi mới) đều giống hệt trình tự nhau nếu như không có đột biến
xảy ra và giống với phân tử ADN ban đầu
• Đột biến hiểu đơn giản là hậu quả của những sai sót hoá học trong quá
trình nhân đôi. Bằng cách nào đó, một base đã bị bỏ qua, chèn thêm, bị sao
chép nhầm hay có thể chuỗi ADN bị đứt gẫy hoặc gắn với chuỗi ADN khác.
Về mặt cơ bản, sự xuất hiện những đột biến này là ngẫu nhiên và xác suất
rất thấp.

10. • Phân tử ADN được coi là "cơ sở vật chất của
tính di truyền ở cấp độ phân tử" (molecule of
heredity). Tuy nhiên, thực chất về mặt cấu tạo,
các ADN không phải một phân tử đơn thuần mà
nó được tạo thành từ hai chuỗi polynucleotide,
chúng liên kết với nhau và uốn quanh 1 trục
tương tự 1 chiếc thang dây xoắn. Cấu trúc này
được gọi là cấu trúc xoắn kép (double helix)
(xem hình minh hoạ).

11. Cấu trúc phân tử
của ADN

12. • Mỗi chuỗi polynucleotide chính là do các phân
tử nucleotide liên kết với nhau thông qua liên kết
phosphodieste giữa gốc đường của nucleotide này với
gốc phosphate của nucleotide tiếp theo. Tóm lại, ADN là các
đại phân tử (polymer) mà các đơn phân (monomer) là các
nucleotide.
• Mỗi nucleotide được tạo thành từ một phân tử đường ribose,
một gốc phosphate và một bazơ nitơ (nucleobase). Trong
ADN chỉ có 4 loại nucleotide và những loại này khác nhau ở
thành phần nucleobase. Do đó tên gọi của các loại nucleotide
xuất phát từ gốc nucleobase mà nó
mang: adenine (A), thymine (T), Cytosine (C), và guanine (G).
Trong đó, A và G là các purine (có kích thước lớn) còn T và X,
có kích thước nhỏ hơn (pyrimidine).

13. • Trong môi trường dịch thể, 2 chuỗi polynucleotide của 1
phân tử ADN liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô. Liên
kết này được tạo ra giữa 2 gốc nucleobase của 2
nucleotide đối diện nhau trên 2 chuỗi, tương tự như
những bậc thang trên 1 chiếc thang dây.
• Do cấu tạo hoá học của các nucleobase mà liên kết
hydro chỉ hình thành giữa 2 loại nucleobase nhất định
là A với T (qua 2 liên kết hydro) và X với G (bằng 3 liên
kết hydro). Đó thực chất là liên kết giữa một purine và 1
pyrimidine nên khoảng cách tương đối giữa 2 chuỗi
polynucleotide được giữ vững. Nguyên tắc hình thành
liên kết trên được gọi là nguyên tắc bổ sung và nó phổ
biến trên mọi loài sinh vật.

14. • Trong tế bào, dưới tác dụng của một số protein đặc hiệu,
2 chuỗi của phân tử ADN có thể tách nhau ra (còn gọi
là biến tính ADN) do các liên kết hydro bị cắt đứt. Khi đó,
các nucleotide trên mỗi chuỗi có thể tạo thành liên kết
với các nucleotide tự do trong môi trường nội bào. Kết
quả của quá trình này là tạo thành 2 phân tử ADN giống
hệt nhau từ 1 phân tử ADN ban đầu. Đây cũng chính là
nguồn gốc của đặc tính di truyền của sinh vật. Các nhà
khoa học có thể thực hiện quá trình tự nhân đôi
này trong ống nghiệm gọi là kỹ thuật PCR. Nếu sự bắt
cặp giữa nucleotide chuỗi gốc với nucleotide không tuân
theo nguyên tắc bổ sung thì sẽ tạo thành đột biến là
nguồn gốc của hiện tượng biến dị.

16. • Trong tế bào, dưới tác dụng của một số protein đặc hiệu,
2 chuỗi của phân tử ADN có thể tách nhau ra (còn gọi
là biến tính ADN) do các liên kết hydro bị cắt đứt. Khi đó,
các nucleotide trên mỗi chuỗi có thể tạo thành liên kết
với các nucleotide tự do trong môi trường nội bào. Kết
quả của quá trình này là tạo thành 2 phân tử ADN giống
hệt nhau từ 1 phân tử ADN ban đầu. Đây cũng chính là
nguồn gốc của đặc tính di truyền của sinh vật. Các nhà
khoa học có thể thực hiện quá trình tự nhân đôi
này trong ống nghiệm gọi là kỹ thuật PCR. Nếu sự bắt
cặp giữa nucleotide chuỗi gốc với nucleotide không tuân
theo nguyên tắc bổ sung thì sẽ tạo thành đột biến là
nguồn gốc của hiện tượng biến dị.

17. • Ở nhiều loài sinh vật, chỉ có một phần nhỏ trình
tự của bộ gene (genome) là dùng để mã hoá
protein (gen cấu trúc). Chức năng của phần còn
lại là vẫn còn đang được giả định. Thực chất,
một số vùng ADN có khả năng bám với protein
liên kết ADN, vùng này (gọi là vùng điều hoà)
điều khiển quá trình nhân đôi và phiên mã có vai
trò cực kỳ quan trọng. Cho tới nay, các nhà khoa
học mới chỉ có thể xác định một phần nhỏ vùng
điều hoà trên genome. Phần genome còn lại mà
chúng ta chưa biết được chức năng gọi là vùng
ADN bí ẩn (junk ADN).

18. • Trình tự của ADN cũng xác định khả năng và vị trí mà
ADN có thể bị phân huỷ bởi các enzyme giới hạn, một
công cụ quan trọng của ngành kỹ thuật di truyền. Bản đồ
các khả năng và vị trí cắt trên ADN genome có thể sử
dụng như là dấu vân tay của mỗi cá thể nhất định và
được ứng dụng trong kỹ thuật vân tay ADN (ADN
fingerprinting).

20. Thời gian và vị trí:
• Thời gian: trước khi tế bào bước vào giai đoạn phân
chia tế bào.
• Vị trí: xảy ra trong nhân tế bào.

21. • Thành phần tham gia vào quá trình nhân đôi
ADN.
• Các nguyên tắc của quá trình nhân đôi của
ADN.
• Mô tả các bước của quá trình nhân đôi
ADN?
Đoạn phim:

23. Thành phần tham gia
• ADN khuôn
• Các Enzim
• Các nuclêôtit tự do
• ATP

24. Nguyên tắc:
• Bổ sung
• Bán bảo tồn
• Nửa gián đoạn

25. Diễn biến:
• Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN.
• Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới.
• Bước 3: Hai phân tử ADN được tạo thành.

26. Diễn biến:
Bước 1: Tháo xoắn phân tử ADN.
• Dưới tác dụng của enzim tháo xoắn làm đứt
các liên kết hiđrô giữa 2 mạch, ADN tháo
xoắn, 2 mạch đơn tách dần nhau ra.

27. Diễn biến:
Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới.
Dưới tác dụng của enzim ADN –pôlimeraza, mỗi
Nu trong mạch đơn liên kết với 1 Nu tự do
của môi trường nội bào theo nguyên tắc bổ
sung (A = T, G = X) để tạo nên 2 mạch đơn
mới.

28. Diễn biến:
Bước 3: Hai phân tử ADN được tạo thành.
• Trong mỗi ADN con có 1 mạch có nguồn gốc
từ mẹ, mạch còn lại được tổng hợp từ môi
trường nội bào.

29. Ý nghĩa:
• Cơ sở cho sự nhân đôi của nhiễm sắc thể.
• Cơ sở cho sự ổn định của ADN và nhiễm
sắc thể qua các thế hệ tế bào và các thế hệ
của loài

31. • Do hình dạng và liên kết của các
nucleotide không đối xứng, một mạch
ADN luôn luôn có một hướng phân biệt.
Xem xét gần hơn trên một chuỗi xoắn kép,
người ta nhận thấy các nucleotide hướng
theo một chiều trên một mạch và theo
chiều ngược lại trên mạch kia. Cách sắp
xếp hai mạch như vậy được gọi là đối
song.

33. Vì mục tiêu định danh, các nhà khoa học làm việc với ADN
gọi 2 đầu không đối xứng này là đầu 5' và đầu 3'. Để
thống nhất, các nhà nghiên cứu luôn đọc một trình tự
nucleotide theo chiều 5'- 3'. Xem xét chuỗi xoắn kép
theo chiều thẳng đứng, mạch 3' được coi là mạch đi lên,
ngược lại, mạch 5' là mạch đi xuống.

34. Trình tự mang nghĩa và đối nghĩa
• Do sự sắp xếp hai mạch ADN đối song và tính ưu tiên
chiều trong quá trình "đọc" trình tự của các enzyme,
ngay cả trong trường hợp cả hai mạch mang trình tự
giống nhau thay vì bổ sung, tế bào vẫn chỉ có thể dịch
mã một trong hai mạch. Đối với mạch kia, tế bào chỉ có
thể đọc ngược lại. Các nhà sinh học phân tử gọi một
trình tự là trình tự "mang nghĩa" nếu nó được hoặc có
thể được dịch mã, và trình tự bổ sung là trình tự "đối
nghĩa". Sau đó, mạch làm khuôn cho phiên mã chính là
mạch đối nghĩa. Kết quả phiên mã là một RNA bản sao
của mạch mang nghĩa và bản thân nó, vì thế, cũng
mang nghĩa

35. Ngoại lệ: trường hợp của các virus
• Đối với một số virus, ranh giới giữa mang nghĩa và đối
nghĩa không rõ ràng vì một số đoạn trình tự trong
bộ gene của chúng làm cả hai nhiệm vụ, mã hóa cho
một protein khi đọc theo chiều 5'- 3'dọc theo 1 mạch và
một protein thứ hai khi đọc theo chiều ngược lại dọc
theo mạch kia. Như thế, bộ gene của các virus này đặc
biệt cô đọng xét theo số lượng gene mà chúng chứa
đựng - điều này được các nhà sinh học gọi là hiện
tượng thích nghi.

37. Phát hiện ADN là vật thể chứa đựng thông tin di truyền
là một quá trình tiếp nối các đóng góp và phát hiện
trước đó. Sự tồn tại của ADN được phát hiện vào
giữa thế kỷ 19. Tuy nhiên, mãi đến đầu thế kỷ 20,
các nhà khoa học mới bắt đầu đặt giả thuyết rằng
ADN có thể chứa đựng thông tin di truyền. Giả
thuyết này chỉ được tán đồng sau khi Watson và
Crick làm sáng tỏ về cấu trúc của ADN vào năm
1953 trong bài báo của họ (đăng trên tạp chí
Nature). Watson và Crick đã đề cử nguyên lý trung
tâm về sinh học phân tử vào năm 1957, miêu tả quá
trình tạo ra các phân tử protein từ ADN.

38. Cô lập ADN lần đầu tiên
• Vào thế kỷ thứ 19, các nhà sinh hóa ban đầu cô lập được
hỗn hợp của ADN và ARN trong nhân tế bào và nhanh
chóng nhận ra bản chất đa phân của các chất này. Sau đó
ít lâu, người ta tiếp tục phát hiện ra các nucleotide có 2 loại
- một chứa đường ribose và một chứa deoxyribose, từ đó,
nhận biết và định danh ADN riêng biệt với ARN.
• Friedrich Miescher (1844-1895) đã phát hiện ra một chất
(mà ông gọi riêng là nuclein vào năm 1869). Sau đó, ông
cô lập được một mẫu vật tinh sạch của chất nay gọi là ADN
từ tinh trùng cá hồi và năm 1889 một học trò của
ông, Richard Altmann, đặt tên chất đó là "acid nucleic" (chỉ
được tìm thấy tồn tại trong nhiễm sắc thể.)

39. Phát hiện cấu trúc ADN
• Vào những năm 1950, chỉ một số ít các nhóm đặt ra mục tiêu xác
định cấu trúc ADN, bao gồm nhóm các nhà khoa học Mỹ (dẫn đầu
là Linus Pauling,và 2 nhóm các nhà khoa học Anh. Tại Đại
học Cambridge, Crick và Watson đang xây dựng mô hình vật lý
bằng các thanh kim loại và những quả bóng đại diện cho cấu trúc
hóa học của nucleotide và các liên kết trong đa phân. Tại
trườngKing, London, Maurice Wilkins và Rosalind Franklin kiểm tra
các mẫu nhiễu xạ tia X tinh thể của sợi ADN. Trong 3 nhóm nói trên,
chỉ có nhóm London có thể có các kết quả nhiễu xạ chất lượng tốt
và do vậy, có thể cung cấp đầy đủ thông tin có giá trị định lượng vầ
cấu trúc phân tử.

40. Phát hiện ADN dạng xoắn ốc
• Năm 1948, nhóm Pauling có 1 phát hiện đặc biệt gây
hứng khởi rằng nhiều protein có hình dạng xoắn ốc - kết
luận từ các mẫu tia X. Ngay cả với các mẫu nhiễu xạ tia
X của Maurice Wilkins, đã có bằng chứng rằng cấu trúc
có liên quan đến dạng xoắn ốc. Tuy nhiên, còn rất nhiều
các yếu tố cấu trúc khác cần được xác định như có bao
nhiêu mạch tham gia, con số này có giữ nguyên cho tất
cả các dạng xoắn ốc, các base xoay vào trong hay xoay
ra phía ngoài trục xoắn, ... Các câu hỏi trên chính là
động cơ cho Crick và Watson xây dựng mô hình.

41. Phát hiện các nucleotide bổ sung luôn có tỉ lệ bằng
nhau
Trong khi xây dựng mô hình, Watson và Crick có các giới
hạn về hóa học và sinh học. Tuy nhiên, vẫn có nhiều khả
năng khác nhau. Một phát hiện đột phá vào năm 1952,
khi Erwin Chargaff đến thăm Cambridge và cho Crick
biết thêm về một thí nghiệm ông xuất bản năm 1947 -
trong đó, Chargaff quan sát thấy tỉ lệ 4 loại nucleotide
thay đổi giữa các mẫu ADN nhưng cho mỗi cặp Adenin
và Thymin, Guanine và Cytosine: 2 loại nucleotide trong
cặp luôn hiện diện với cùng tỉ lệ

42. Mô hình của Watson và Crick
• Watson và Crick đã bắt đầu suy nghĩ về mô hình
xoắn kép, nhưng vẫn thiếu thông tin về bước xoắn
và khoảng cách ngang giữa 2 mạch. Khi
đó, Rosalind Franklin gửi một số phát hiện của bà
cho Trung tâm nghiên cứu y học và Crick nhìn thấy
các tài liệu này nhờ một trong các đượng dẫn
của Max Perutz's. Công trình của Franklin xác nhận
về câu trúc xoắn kép và còn ghi nhận về tính đối
xứng của phân tử, đặc biệt là cho rằng 2 mạch chạy
theo hướng ngược nhau dạng đối song.

43. Mô hình của Watson và Crick
• Watson và Crick được hỗ trợ rất nhiều nhờ những phát
hiện này, và vì thế gây ra tranh cãi vì hai ông xem các
mẫu nhiễu xạ tia X quan trọng của Franklin mà chưa
được sự đồng ý của bà (bà thậm chí không biết đến.)
Sau đó, Watson đề nghị Franklin hợp tác để thắng nhóm
của Pauling trong cuộc chạy đua tìm ra cấu trúc nhưng
bà từ chối. Ngay sau đó, Wilkins cho Watson xem bức
ảnh nổi tiếng - Bức ảnh 51. Từ bức ảnh này, Watson và
Crick nhanh chóng nhận ra rằng không chỉ khoảng cách
giữa 2 mạch không đổi mà còn có thể đo đạc chính xác
con số là 2 nanomet, và cũng từ đây, họ xác định được
bước sóng 3,4 nm mỗi 10bp của cấu trúc xoắn kép.

44. Mô hình của Watson và Crick
• Cuối cùng, Watson và Crick cho rằng việc bắt cặp bổ
sung của các base giải thích cho phát hiện của
Chargaff. Tuy nhiên, khi ấy các sách giáo khoa đã tiên
đoán sai rằng các base tồn tại dạng enol (thực chất
chúng tồn tại dạng keto). Khi Jerry Donohue chỉ ra lỗi
sai này cho Watson, ông nhanh chóng nhận ra cặp A-
T, G-X gần như y hệt nhau về hình dạng và do vậy, sẽ
tạo ra các cấu trúc như những bậc thang giữa 2 mạch.
Hai ông nhanh chóng hoàn thành mô hình và công bố
trước khi Franklin xuất bản bất kỳ công trình nào của
bà.

45. Tổng hợp ADN nhân tạo lần đầu tiên
• Tháng 7 năm 2008, các nhà hóa học tại Đại học
Toyama (Nhật Bản) công bố tổng hợp thành
công phân tử ADN nhân tạo đầu tiên trên thế
giới. Những phân tử ADN nhân tạo đầu tiên có
trạng thái ổn định cao, gần như toàn bộ các
thành phần hợp thành phân tử ADN (các nhóm
thành phần nucleotide: A, T, G, X) này đều được
tạo ra trong phòng thí nghiệm

47. ADN trong vấn đề tội
phạm
• Khoa học hình sự có thể sử
dụng ADN thu nhận từ máu,
tinh dịch hay lông, tóc của
hung thủ để lại trên hiện
trường mà điều tra, giám
định vụ án. Lĩnh vực này
gọi là kỹ thuật vân tay
ADN(genetic fingerprinting)
hay ADN profiling (kỹ thuật
nhận diện ADN).

48. ADN trong khoa học máy tính
• Dù có nguồn gốc từ sinh học, ADN lại
đóng một vai trò quan trọng
trong khoa học máy tính, vừa là một
vấn đề đang được tập trung nghiên
cứu vừa là một phương pháp tính
toán, gọi là tính toán ADN.