Gen trong nhân tế bào kiểm soát tổng hợp protein

Trong nhân tế bào, một số lượng lớn các gen được gắn vào cuối trong phân tử xoắn kép cực kỳ dài của ADN có trọng lượng phân tử đo lên đến hàng tỷ. Một đoạn rất ngắn của một phân tử đó được thể hiện trong hình. Phân tử này bao gồm một số hợp chất hóa học đơn giản gắn với nhau theo một mô hình được lặp đi lặp lại, các đặc điểm đó được giải thích trong các đoạn tiếp theo.

Hình. Cấu trúc xoắn ốc, xoắn kép của gen. Các sợi bên ngoài bao gồm axit photphoric và đường deoxyribose. Các phân tử bên trong kết nối hai sợi chuỗi xoắn là các cơ sở purine và pyrimidine, xác định mã của các gen.

Cấu trúc cơ bản của DNA

Hình. Các khối xây dựng cơ bản của DNA.

Hình cho thấy các hợp chất hóa học cơ bản liên quan đến sự hình thành của DNA. Các hợp chất này bao gồm: (1) axit photphoric, (2) một đường tên là deoxyribose, và (3) bốn bazơ nitơ (hai purin, adenine và guanine; và hai pyrimidine, thymine và cytosine). Axit photphoric và deoxyribose hình thành nên hai sợi xoắn, đó là xương sống của  phân tử DNA, các bazơ nitơ nằm giữa hai sợi và kết nối chúng lại với nhau, như minh họa trong hình.

Nucleotides

Giai đoạn đầu tiên của sự hình thành DNA là kết hợp một phân tử axit photphoric, một phân tử deoxyribose, và một trong bốn bazơ để hình thành một axit nucleotide. Do đó bốn nucleotide riêng biệt được hình thành, mỗi nucleotide cho một trong bốn bazơ: deoxyadenylic, deoxythymidylic, deoxyguanylic, và axit deoxycytidylic. Hình cho thấy cấu trúc hóa học của axit deoxyadenylic, và hình 3-5 cho thấy ký hiệu đơn giản cho bốn nucleotide hình thành DNA.

Hình. Axit deoxyadenylic, một trong những nucleotide tạo ra lên DNA.

Hình. Biểu tượng cho bốn nucleotide kết hợp để tạo thành DNA. Mỗi nucleotide chứa axit photphoric (P), deoxyribose (D), và một trong bốn bazơ nucleotide: A, adenine; T, tuyến ức; G, guanine; hoặc C, cytosine.

Các nucleotide được sắp xếp để hình thành hai sợi DNA bằng liên kết lỏng lẻo với nhau

Hình. Sắp xếp các nucleotide deoxyribose trong một chuỗi kép DNA.

Hình cho thấy cách thức mà số lượng lớn nucleotide liên kết với nhau để tạo thành hai sợi DNA. Hai sợi lần lượt liên kết lỏng lẻo với nhau bởi các liên kết ngang yếu (weak cross-linkages), như minh họa trong hình 3-6 bởi các đường nét đứt ở giữa. Lưu ý rằng xương sống của mỗi sợi DNA được tạo ra xen kẽ các phân tử axit  photphoric và phân tử deoxyribose. Kế đến, các bazơ purine và pyrimidine được gắn với các phân tử deoxyribose. Sau đó, bằng liên kết hydro lỏng lẻo (đường nét đứt) giữa các purine và pyrimidine, hai sợi DNA tương ứng được liên kết với nhau.

Lưu ý các chú ý sau đây:

1. Mỗi adenine (bazơ purine) của một sợi luôn liên kết với thymine (bazơ pyrimidin) của sợi còn lại.

2. Mỗi guanine (bazơ purine) của một sợi luôn liên kết với cytosine (bazơ pyrimidin) của sợi còn lại.

Do đó, trong hình, trình tự các cặp bazơ nitơ bổ sung là CG, CG, GC, TA, CG, TA, GC, AT và AT. Bởi vì sự lỏng lẻo của các liên kết hydro, hai sợi có thể tách nhau ra, và chúng làm như vậy nhiều lần trong quá trình thực hiện chức năng của chúng trong tế bào.

Để đưa DNA của hình vào đúng vị trí vật lý thích hợp của nó, chỉ một khả năng là cảm biến hai đầu và xoắn chúng lại thành một đường xoắn ốc. Mười cặp nucleotide có mặt đầy đủ trong một vòng xoắn của phân tử DNA, như trong hình.

Mã di truyền

Tầm quan trọng DNA nằm trong khả năng kiểm soát sự hình thành của protein trong tế bào, mà nó hoàn thành bằng cách thức của một mã di truyền. Đó là, khi hai sợi của một phân tử DNA được tách ra, các bazơ purine và pyrimidine nhô ra ở mặt bên của mỗi sợi DNA được tiếp xúc, được thể hiện bằng sợi ở hàng đầu trong hình. Đó là những bazơ nhô ra hình thành mã di truyền.

Hình. Kết hợp các nucleotide ribose với một chuỗi DNA để tạo thành một phân tử RNA mang mã di truyền từ gen đến tế bào chất. Enzyme RNA polymerase di chuyển dọc theo chuỗi DNA và xây dựng RNA phân tử.

Hình. Một phần của phân tử RNA hiển thị ba loại mã RNA. RNA CCG, UCU và GAA, điều khiển sự gắn kết của ba axit amin, proline, serine và axit glutamic, tương ứng với chuỗi RNA đang phát triển.

Mã di truyền bao gồm những "bộ ba" liên tiếp của các bazơ - đó là, mỗi ba bazơ kế tiếp là một mã. Các bộ ba cuối cùng liên tiếp kiểm soát trình tự các axit amin trong phân tử protein được tổng hợp trong tế bào. Lưu ý trong hình rằng sợi ở hàng đầu của DNA, đọc từ trái sang phải, có mã di truyền GGC, AGA, CTT, với những bộ ba bị tách khỏi nhau bằng các mũi tên. Như chúng ta quan sát mã di truyền này thông qua hình, chúng ta thấy rằng, ba bộ ba tương ứng sẽ có quy định vị trí lần lượt cho ba axit amin, proline, serine, và axit glutamic, trong một phân tử mới được hình thành của protein.