1. ADN là gì?
- ADN là một phân tử có vai trò quyết định trong việc truyền tải thông tin di truyền. Nó chứa các mã di truyền quy định cách thức hình thành và phát triển của cơ thể sống, thông qua việc điều khiển quá trình tổng hợp protein. Mỗi sinh vật đều có ADN độc nhất vô nhị, và nó được di truyền từ bố mẹ sang con cái, đóng vai trò nền tảng cho sự di truyền của các tính trạng di truyền trong thế giới sinh vật.
- ADN có chức năng lưu trữ thông tin sinh học, các mã di truyền đến các thế hệ tiếp theo và mã hóa cho trình tự các axit amin trong chuỗi polypeptit (protein).
2. ADN được cấu tạo theo nguyên tắc nào?
- Phân tử ADN được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P.
- Phân tử ADN thuộc loại đại phân tử, có kích thước lớn, có thể dài tới hàng trăm µm, khối lượng lớn đạt đến hàng triệu, hàng chục triệu đvC.
- ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, gồm nhiều đơn phân. Đơn phân của ADN là nuclêôtit gồm 4 loại: ađênin (A), timin (T), xitôzin (X) và guanin (G).
- Trong phân tử ADN, các nuclêôtit liên kết với nhau theo chiều dọc tạo thành mạch, tùy theo số lượng nuclêôtit mà xác định chiều dài phân tử ADN.
3. Cấu trúc không gian của ADN
- ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch song song quấn đều quanh một trục từ trái sang phải (xoắn phải), ngược chiều kim đồng hồ.
- Các nuclêôtit giữa hai mạch liên kết với nhau bằng các liên kết hiđrô tạo thành cặp theo nguyên tắc bổ sung A – T ; G – X và ngược lại .
- Mỗi chu kì xoắn cao 34Å gồm 10 cặp nuclêôtit
- Đường kính vòng xoắn là 20Å.
- Hệ quả của nguyên tắc bổ sung: khi biết trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong mạch này thì suy ra trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong mạch đơn kia.
4. Quá trình nhân đôi ADN và ứng dụng
- Khái niệm: Nhân đôi ADN là quá trình sao chép từ một phân tử ADN và tạo ra hai phân tử ADN giống y hệt nhau về cấu trúc.
- Quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở pha S kì trung gian của chu kì tế bào, trong nhân tế bào, ADN ty thể, lục lạp hay tế bào chất. Đối với tế bào nhân sơ thì cơ chế sao chép ADN được diễn ra ở tế bào chất (plasmid) của vi khuẩn. Quá trình này diễn ra khi các NST trong tế bào đang ở trạng thái duỗi xoắn cực độ của kì trung gian ở pha S. Trong quá trình nhân đôi ADN ở tế bào nhân thực thì quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở nhân tế bào, lục lạp và ty thể. ADN và NST nhân đôi ở pha S tức kỳ trung gian giữa hai lần phân bào. Quá trình nhân đôi này được diễn ra nhanh chóng nhờ có NST duỗi xoắn cực đại.
- ADN được nhân đôi theo 3 nguyên tắc:
+ Nguyên tắc bán bảo toàn: Được thể hiện thông qua việc ADN con giữ lại 1 trong 2 mạch của ADN mẹ. Nguyên tắc này còn được lặp lại ở quá trình phân đôi sau đó.
+ Nguyên tắc bổ sung: Được thể hiện liên tục từ khi nhân đôi ADN diễn ra cho đến khi kết thúc quá trình này. Nguyên tắc bổ sung được nhận thấy khi Nucleotit A liên kết với Nucleotit T (A – T) bằng 2 liên kết Hydro và ngược lại. Trong khi đó, 3 liên kết Hydrom giúp liên kết Nucleotit G với Nucleotit X (G – X) và ngược lại.
+ Nguyên tắc khuôn mẫu: Được thể hiện thông qua việc tổng hợp 2 mạch đơn của ADN con dựa vào trình tự sắp xếp Nucleotit của mạch khuôn ADN mẹ. Nguyên tắc này giúp cho ADN con có cấu trúc giống nhau và cùng giống với ADN mẹ.
- Các nguyên tắc nhân đôi của ADN không chỉ có vai trò quan trọng trong di truyền học mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn:
+ Trong sinh học di truyền, nguyên tắc bổ sung giúp các nhà khoa học hiểu được cách di truyền học hoạt động, nghiên cứu các đột biến và bệnh lý liên quan đến gen.
+ Trong y học, sự hiểu biết về cấu trúc và cách ADN nhân đôi giúp phát triển các liệu pháp gen, trong đó các gen bị lỗi có thể được sửa chữa hoặc thay thế.
+ Trong pháp y, ADN được sử dụng để xác định danh tính cá nhân trong các vụ án hình sự và dân sự thông qua xét nghiệm ADN.