Chương 2 · chương “vật liệu”
Đây là chương nhiều tên gọi nhất của cả môn — đừng hoảng. Hãy coi nó như một chuyến đi mua vật liệu: ta cần biết tên và tính chất từng thứ trước khi bắt tay xây (các chương sau). Mẹo sống sót: gom các thuật ngữ thành vài nhóm, đừng học rời rạc.
Nhiều hộp 🧭 Dừng lại hơn bình thường, để sau mỗi cụm thuật ngữ bạn kịp “neo” lại. Cứ đi chậm.
Nhớ từ Gene A–Z: một “chữ cái” của DNA là một nucleotide. Giờ nhìn kỹ hơn: mỗi nucleotide gồm ba mảnh ghép — một base (phần mang nghĩa) + một đường (deoxyribose) + một nhóm phosphate. Đường và phosphate nối nhau thành “lan can” của thang; base là “bậc”.
Bốn base chia gọn thành hai nhóm (nhớ theo nhóm, đừng nhớ lẻ):
Quy tắc bắt cặp (đã quen): A = T (2 liên kết hydro), G ≡ C (3 liên kết hydro). Điều hay cần để ý: mỗi cặp luôn gồm một purine to + một pyrimidine nhỏ, nên bề ngang cái thang đều tăm tắp. Hai sợi còn chạy ngược chiều nhau (antiparallel) — một sợi 5′→3′, sợi kia 3′→5′.
A, G là purine (vòng đôi, to); C, T là pyrimidine (vòng đơn, nhỏ). Vì A chỉ cặp T và G chỉ cặp C, mà mỗi cặp ấy đều gồm một purine + một pyrimidine → bề ngang luôn bằng nhau → cái thang DNA đều đặn, không chỗ phình chỗ thắt.
Rãnh lớn / rãnh nhỏ: bề mặt chuỗi xoắn có hai loại rãnh. Đây là nơi các protein (như nhân tố phiên mã) đọc được trình tự mà không cần tách sợi — chúng “sờ” vào rãnh lớn để nhận ra đoạn DNA mình cần (Ch.4).
Vì sao vùng G-C “cứng đầu”: G≡C có 3 liên kết hydro so với 2 của A=T, nên vùng giàu G-C cần nhiệt cao hơn mới tách. Những nơi cần dễ mở (điểm khởi đầu sao chép, một số promoter) lại thường giàu A-T. Khi thiết kế mồi PCR (Ch.7), người ta phải tính tỉ lệ G-C vì lý do này.
Chiều 5′→3′: đầu 5′ mang phosphate, đầu 3′ mang nhóm -OH. Mọi enzyme lắp axit nucleic chỉ thêm nucleotide theo chiều 5′→3′ — một luật nhỏ nhưng chi phối toàn bộ cách sao chép (Ch.3) và phiên mã (Ch.4) diễn ra.
DNA rất dài, nên ngoài việc xoắn kép, nó còn xoắn thêm lên chính mình cho gọn — gọi là siêu xoắn (supercoiling). Hình dung sợi dây điện thoại xoắn: kéo căng rồi vặn thêm, nó cuộn chồng lên nhau. Có hai kiểu: siêu xoắn âm (vặn ngược chiều → làm sợi dễ tách, phổ biến trong tế bào) và dương (vặn cùng chiều → càng chặt).
Enzyme chuyên gỡ/thêm siêu xoắn gọi là topoisomerase. Có hai loại: topo I cắt một sợi rồi luồn, nối lại; topo II cắt cả hai sợi (ở vi khuẩn gọi riêng là DNA gyrase).
Vì topoisomerase của vi khuẩn khác của người, nó trở thành đích thuốc “chọn lọc” tuyệt vời — đúng mạch “cơ chế → thuốc chọn lọc” ở Chương 1:
| Đích | Thuốc | Dùng để |
|---|---|---|
| Gyrase/topo của vi khuẩn | Quinolone, Coumarin | Kháng sinh (viêm phổi, lao…) |
| Topo I, II của người | Thuốc ức chế topo | Chống ung thư (gây đứt DNA → tế bào u chết) |
Cùng một họ enzyme, hai hướng thuốc trái ngược — chỉ nhờ một khác biệt nhỏ giữa vi khuẩn và người.
Ở sinh vật nhân thực, DNA quá dài nên phải quấn quanh các lõi protein histone — tạo thành một “chuỗi hạt cườm”, mỗi hạt gọi là một nucleosome:
Điều hay: cách cuộn này cũng là một công tắc. Vùng để lỏng (euchromatin) thì gene đọc được (phiên mã); vùng nén chặt (heterochromatin) thì gene bị tắt. (Nhắc lại ý “cách cuộn là công tắc” từ Gene A–Z.)
Ba từ dễ lẫn, phân biệt một lần cho xong:
Tắt — vì DNA nén quá chặt, bộ máy phiên mã không “chui” vào đọc được. Chỉ khi vùng đó được nới lỏng thành euchromatin thì gene mới có thể bật. Cách đóng gói DNA chính là một tầng điều hòa.
Nucleosome gồm lõi 8 histone (gọi là octamer: 2 bản mỗi loại H2A, H2B, H3, H4), DNA quấn quanh ~140 bp; giữa các hạt là đoạn linker ~60 bp có gắn histone H1. Vậy có 5 loại histone: H1, H2A, H2B, H3, H4.
| Prokaryote | Eukaryote | |
|---|---|---|
| Vị trí DNA | Nucleoid (không màng) | Nhân có màng |
| Hình nhiễm sắc thể | Vòng, một chiếc | Thẳng, nhiều chiếc |
| Protein đóng gói | HU + polyamine | Histone H1–H4 |
| DNA ngoài nhiễm sắc thể | Plasmid | DNA ty thể / lục lạp |
Plasmid (ở vi khuẩn): vòng DNA nhỏ mang gene “phòng thân” (kháng kháng sinh…), và là vector vàng của kỹ thuật gene. Hạch nhân (nucleolus): vùng đậm trong nhân, nơi sản xuất rRNA và lắp ráp ribosome. Trên nhiễm sắc thể còn có tâm động (giàu A-T) và đầu mút telomere (giàu lặp CCCA).
Một gene là đoạn DNA mã một sản phẩm chức năng. Có một phân biệt Pro/Eu rất hay hỏi: ở vi khuẩn, một mRNA có thể mang nhiều gene đi cùng nhau (gọi là đa cistron — các gene ấy chung một operon); còn ở sinh vật nhân thực, mỗi mRNA thường chỉ mang một gene (đơn cistron).
Của nhân sơ (vi khuẩn) — các gene cùng một con đường nằm chung một operon, chép ra một mRNA dài mang nhiều gene, bật/tắt đồng loạt (chi tiết operon ở Ch.4). Nhân thực thì mỗi mRNA một gene.
Ở người, phần mã protein (exon) chỉ chiếm ~1,5% bộ gen; intron chiếm ~23,5%; còn lại là tRNA/rRNA và rất nhiều DNA không mã hóa. Một số “loại” DNA lặp đáng biết: satellite (lặp nhiều ở tâm động), microsatellite (lặp đoạn rất ngắn — tạo nên “dấu vân tay DNA” dùng trong pháp y), và transposon (“gene nhảy” — đoạn DNA di chuyển được; loại đi qua trung gian RNA gọi là retrotransposon, ví dụ Alu ở người có tới ~500.000 bản).
RNA khác DNA ở ba điểm, và chính ba điểm đó làm nó linh hoạt: dùng đường ribose; dùng chữ U thay T; và thường chỉ một sợi. Vì một sợi, RNA có thể tự gập lại thành những hình thù phức tạp — nhờ vậy RNA vừa mang tin vừa tự làm việc được (khác DNA vốn chỉ lưu trữ).
Ba loại RNA chính (nhớ theo tỉ lệ nhiều–ít):
| Loại | Chiếm ~ | Vai trò |
|---|---|---|
| rRNA | ~80% (nhiều nhất) | Thành phần chính của ribosome |
| tRNA | ~15% | “Shipper” mang amino acid tới ribosome |
| mRNA | ~5% | Bản sao mang thông tin để tổng hợp protein |
Thêm hai loại phụ hay gặp: hnRNA (bản mRNA thô, còn cả intron, chưa xử lý) và snRNA (tham gia cắt intron).
tRNA dài ~75 nucleotide, tự gập thành hình cỏ ba lá: một đầu mang anticodon (bộ ba đối mã để khớp với codon trên mRNA), đầu kia mang amino acid. Nó đúng là một “bộ chuyển đổi” giữa hai ngôn ngữ.
RNA cũng làm được enzyme: phần rRNA trong ribosome tự xúc tác phản ứng nối các amino acid — một RNA có hoạt tính enzyme gọi là ribozyme. Điều này gợi ý giả thuyết “thế giới RNA”: buổi đầu của sự sống có lẽ dựa trên RNA (vừa lưu tin vừa làm việc) trước khi DNA và protein chia nhau chuyên môn hóa. Ribozyme còn tồn tại đến nay chính là “hóa thạch sống” của thời ấy.
Bấm 🔊 để nghe phát âm trên YouGlish.
| English | Tiếng Việt / giải thích |
|---|---|
| Nucleotide | Đơn phân (base + đường + phosphate) |
| Purine / Pyrimidine | A,G (vòng đôi) / C,T (vòng đơn) |
| Antiparallel | Ngược chiều (hai sợi DNA) |
| Major / Minor groove | Rãnh lớn / nhỏ (nơi protein bám đọc) |
| Supercoiling | Siêu xoắn (âm/dương) |
| Topoisomerase / Gyrase | Enzyme gỡ-thêm siêu xoắn / topo II vi khuẩn |
| Chromatin | Chất nhiễm sắc (DNA + histone) |
| Euchromatin / Heterochromatin | Vùng mở (phiên mã) / nén (im) |
| Histone | Protein đóng gói DNA (H1–H4) |
| Nucleosome | Đơn vị đóng gói (8 histone + ~140 bp + H1) |
| Centromere / Telomere | Tâm động (giàu A-T) / đầu mút (giàu CCCA) |
| Plasmid | DNA vòng nhỏ ngoài nhiễm sắc thể (vector) |
| Nucleolus | Hạch nhân (tạo rRNA/ribosome) |
| Operon | Cụm gene chung một promoter (Prokaryote) |
| Polycistronic / Monocistronic | mRNA đa cistron (Pro) / đơn cistron (Euk) |
| Exon / Intron | Đoạn giữ lại / đoạn cắt bỏ |
| Transposon / Retrotransposon | Yếu tố di động (“gene nhảy”) |
| tRNA / Cloverleaf | RNA vận chuyển / cấu trúc cỏ ba lá |
| Ribozyme | RNA có hoạt tính enzyme |
| snRNA / snRNP | RNA nhân nhỏ / hạt cắt intron |