Về mặt cấu trúc hoá học,ARN cũng là một chất cao phân tử(polime),cũng gồm nhiều nucleotit gắn với nhau như trong một sợi đơn của phân tử ADN,và hình thành một chuỗi đơn polinucleotit.
So sánh với ADN thì ARN khác với 3 đặc điểm:
-Một là,đường pentozơ của ARN là đường ribozơ(C5H10O5),không còn là đường đeooxiribozơ như trong ADN.
-Hai là,trong ARN có 1 trong 4 bazơ nitơ khác với ADN.Đó là Uraxin,ở ADN là Timin.
-Ba là,ARN chỉ có một sợi đơn polinucleotit trong khi ADN là chuỗi xoắn kép gồm hai sợi đơn.
Tuỳ theo chức năng di truyền của các phân tử ARN mà người ta chia ARN thành các loại khác nhau.
Chỉ ngoại lệ là trong virus,ARN là bộ gen(genom)của chúng.ARN trong virus vì thế mà có chức năng duy trì và truyền đạt thông tin di truyền tương ứng cho thế hệ sau.ARN của virus thường chỉ là một sợi.Riêng một số virus đặc biệt như rêtrôvirus thì ARN có hai sợi.
Các loại ARN còn lại được phân biệt nhau thông qua chức năng tham gia trong qua trình sinh tổng hợp protein.Chúng có 3 loại,được tổng hợp thông qua phiên mã ADN.
a1.ARN thông tin (m-ARN,i-ARN)
Cũng còn được gọi là ARN trung gian,được tổng hợp trong nhân của tế bào,trên khuôn mẫu của ADN,làm nhiệm vụ trung gian truyền thông tin di truyền từ ADN trong nhân sang protein được tổng hợp tại ribôxôm trong tế bào chất.Tổng số lượng m-ARN trong tế bào rất ít,vài phần trăm ARN tổng số.
Số lượng nuclêotit trong m-ARN rất biến đổi,từ 150 đến hàng ngàn nucleotit.Thời gian sống(tồn tại)trong tế bào rất ngắn.
a2.ARN vận chuyển (t-ARN,s-ARN)
Được gọi là ARN hoà tan,chiếm từ 10-20% tổng số ARN trong tế bào.Sợi của nó chứa khoảng 75-85% ribonucleotit,khối lượng phân tử 260000 dvC.
ARN vận chuyển có cấu trúc đặc thù:mạch đơn ribonucleotit quấn trở lại làm thành ba kiểu thuỳ như lá dâu.Trong 3 thuỳ đó thì:
-Một thuỳ mang đối mã anticodon,sẽ khớp bổ sung với mã sao(codon) trên m-ARN.
-Một thuỳ tác dụng với ribôxôm.
-Một thuỳ có chức năng nhận diện enzym gắn axit amin tương ứng vào ARN-vận chuyển.
Một số ARN-vận chuyển có thuỳ thứ tư.
60-70% cấu trúc ARN vận chuyển có dạng xoắn kép,tạo nên không gian 3 chiều.
Đầu mút có chức năng mang axit amin của tất cả các loại ARN vận chuyển đều có kết thúc là AXX và đầu mút phía còn lại là G.
Chức năng của ARN vận chuyển là kết hợp với axit amin để tổng hợp protein tại ribôxôm.Có đến 50-60 loại ARN vận chuyển khác nhau.Mỗi loại chỉ kết hợp với một trong 20 axit amin,và đưa lần lượt các axit amin vào ribôxôm.ARN-vận chuyển có 2 chức năng trong sự tham gia tổng hợp protein:chức năng tiếp nhận và chức năng liên kết.
Chức năng tiếp nhận của ARN-vận chuyển thể hiện ở sự nhận diện,tiếp nhận axit amin tương ứng đã được họat hoá.Về chức năng liên kết,axit amin được liên kết với ARN vận chuyển ở đầu mút và cứ mỗi phân tử ARN vận chuyển sẽ kéo vào axit amin một ribôxôm tương ứng liên kết với nó,sự liên kết xảy ra nhờ tác động của một enzym hoạt hoá riêng biệt đối với axit amin.
a3.ARN-ribôxôm (r-ARN):
Loại này chiếm phần lớn ARN trong tế bào,80% ARN tổng hợp.
Ribôxôm có dạng hạt bé,quan sát được sưới kính hiển vi điện tử.Có nhiều ribôxôm trong các tế bào đang hoạt động tổng hợp prrotein mạnh.Kích thước thay đổi,khoảng 250 Ao ở sinh vật nhân chuẩn.Ribôxôm có bản chất hoá học là nucleoprotêin.
Vai trò của ARN trong di truyền là lập nên mối liên quan giữa gen và protein trong suốt quá trình tổng hợp protein(thực chất là mối liên hệ ADN và quá trình tổng hợp protein).
a4.ARN là cầu nối giữa ADN và protein:
Các thực nghiệm đã chứng minh tính cầu nối của ARN trong mối liên hệ với ADN và sự tổng hợp protein.
Đầu tiên người ta xác nhận ADN được phát hiện ở trong nhân tế bào,còn ARN được tìm thấy ở tế bào chất,nơi xảy ra sự tổng hợp tất cả các protein.Trong phôi đang phát triển của nhiều loài chứa rất nhiều ARN.Những tế bào tổng hợp nhiều protein thì có nhiều ribôxôm.Ở Escherichia Coli đang kì phát triển có tới 15000 ribôxôm,khối lượng của tổng lượng ribôxôm đó bằng 1/2 khối lượng tế bào,số lượng ARN-ribôxôm chiếm đến 2/3 tổng số ARN.
Thực khuẩn thể mang ADN xâm nhập vàp vi khuẩn,thì ARN của vi khuẩn được tổng hợp từ ADN của virus trước lúc protein của virus được bắt đầu tổng hợp.
.Enzym:
Nhiều chất được sử dụng nhanh chóng bởi tế bào sống nhưng lại bị trơ một cách kỳ lạ khi ở ngoài tế bào cơ thể.
Trong công nghệ hoá học,không phải công nghệ sinh học,muốn phân huỷ glucozơ phải nhờ tác động của nhiệt độ cao,axit mạnh hay kiềm đặc...
Trong tế bào,chất nguyên sinh không thể sử dụng các tác nhân nhiệt cao,axit mạnh hay kiềm đặc như trên để phân huỷ glucozơ,mà thực hiện nhờ tác nhân đặc biệt gọi là enzym.Enzym là chất xúc tác phản ứng sinh học.
Chất xúc tác tham gia điều khiển tốc độ các phản ứng mà không bị tiêu biến mất sau khi phản ứng kết thúc.Vì thế nó có thể được sử dụng lặp đi lặp lại nhiều lần,và cũng vì thế mà một lượng nhỏ enzym có thể xúc tác phản ứng cho một lượng rất lớn chất nền.
Tính chất diệu kỳ của enzym là có khả năng xúc tác kì lạ.Một phân tử enzym catalaza có thể phân giải 5000000 phân tử H2O2 trong một giây ở điều kiện OoC.Trong lúc đó nếu dùng một nguyên tử sắt để xúc tác thì phải mất 300 năm mới phân giải xong.Chứng tỏ enzym có hoạt tính xúc tác rất cao.
Các enzym khác nhau về tính chuyên hoá,nghĩa là các loại khác nhau có tác dụng xúc tác trên các chất nền phản ứng khác nhau.
Có loại có tính chuyên hoá tuyệt đối.Enzym ureaza chỉ xúc tác quá trình phân huỷ urê tổng hợp thành khí amoniac và khí cacbonic,không xúc tác cho một phản ứng nào khác ngoài urê.Các enzym phân giải saccarozơ,mantozơ,lactozơ cũng đặc biệt tương ứng.
Các enzym khác có tính chuyên hóa tương đối,chỉ có tác dụng xúc tác lên một số chất họ hàng gần nhau.Peroxidaza phân giải được một số peroxit khác nhau trong đó có H2O2.
Cũng còn có các enzym có tính chuyên hoá riêng như chỉ phân giải các chất nền có các kiểu liên kết thuộc kiểu nhất định.Ví dụ:enzym pilaza tuyến tuỵ chỉ phân giải este giữa glixerin và axit béo trong các lipit khác nhau.
Enzym kiểm tra cả hai chiều thuận nghịch của phản ứng mà không quyết định chiều hướng của phản ứng.Chúng chỉ làm tăng tốc độ cho phản ứng đạt đến mức cân bằng.Trong trường hợp phản ứng theo chiều thuận có toả năng lượng,nếu muốn phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại thì phải cung cấp một năng lượng tương ứng.
Các enzym thường hoạt động phối hợp với nhau theo một chuỗi liên tục,trong đó sản phẩm của phản ứng trước là chất nền cho phản ứng sau.Tế bào cũng như một nhà máy gồm có nhiều phân xưởng chứa nhiều enzym khác nhau,mà mỗi enzym thực hiện một chặng của quá trình liên tục.ví dụ:quá trình từ phân tử glucozơ biến thành axit lactic trong tế bào thực vật,động vật cũng như tế bào vitamin khuẩn có đến 11 phân tử enzym khác nhau hoạt động nối tiếp nhau liên tục.
Cấu tạo của enzym bao gồm hai tiểu phần:apôenzym và coenzym
Apôenzym thường là protein.
Coenzym gọi là nhóm hoạt động bao gồm phân tử hũu cơ bé thường chứa photphat.Tất cả các vitamin đóng vai trò chức năng như là coenzym của enzym ở trong tế bào.Một enzym có đủ hai tiểu phần mới có chức năng xúc tác.
Có loại enzym,coenzym của nó phải phối hợp với một ion kim loại nhất định mới hoạt động được.Đa số các ion đó thuộc ion của các nguyên tố vi lượng(Cu,Co,Zn,Mn,Mo...).Chúng giữ chức năng chính là kích thích enzym.Các enzym tuỳ thuộc vai trò của mình định vị trong các tổ chức bào quan tương ứng.
Nhà hoá học Emil Fischer(Đức) đưa ra giả thuyết enzym và cơ chất phản ứng như là chìa khoá và ổ khoá.Cũng có quan niệm cho rằng trong khi xúc tác phản ứng,enzym liên kết với chất nền tạo ra chất trung gian là enzym-chất nền.Về sau chất trung gian này lại phân giải cho enzym như ban đầu và sản phẩm của phản ứng.Quan niệm đó được L.Michaelis toán hoá học công thức hoá học khoảng cách đây nửa thế kỷ.
David Keilin ở ĐH Tổng hợp Cambridge và E.Chance ở ĐH Tổng hợp Pennsylvania đã tìm được dẫn liệu thực tế xác minh cho quan niệm trên.Họ lấy enzym trong củ cải đen màu nâu trộn với peroxihidro thì hình thành phức chất trung gian:enzym-chất nền màu lục.Sau đó phức chất biến thành màu đỏ nhạt,enzym hình thành trở lại màu nâu ban đầu và các sản phẩm phân giải của peroxihiđro.Phần của enzym tương tác được chất nền gọi là trung tâm họat động của enzym.
Enzym vì nó như là prrotein nên chịu ảnh hưởng lớn nhiệt độ,độ pH của các nhân tố.Ngoài ra,nồng độ enzym,nồng độ chất nền và nhân tố phụ thuộc đều có ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng của enzym.Các chất làm ngộ độc enzym là xianua,axit iodoaxetic,fluorua,levizit...Một trong các enzym hô hấp là xitôcrôm oxidaza nhạy cảm với chất độc xianua(axit xyanhyđric và muối của nó).Bò chỉ ăn vài lá sắn xanh chứa nhiều axit xydanhiđric là bị ngộ độc hô hấp và chết ngay.
So sánh với ADN thì ARN khác với 3 đặc điểm:
-Một là,đường pentozơ của ARN là đường ribozơ(C5H10O5),không còn là đường đeooxiribozơ như trong ADN.
-Hai là,trong ARN có 1 trong 4 bazơ nitơ khác với ADN.Đó là Uraxin,ở ADN là Timin.
-Ba là,ARN chỉ có một sợi đơn polinucleotit trong khi ADN là chuỗi xoắn kép gồm hai sợi đơn.
Tuỳ theo chức năng di truyền của các phân tử ARN mà người ta chia ARN thành các loại khác nhau.
Chỉ ngoại lệ là trong virus,ARN là bộ gen(genom)của chúng.ARN trong virus vì thế mà có chức năng duy trì và truyền đạt thông tin di truyền tương ứng cho thế hệ sau.ARN của virus thường chỉ là một sợi.Riêng một số virus đặc biệt như rêtrôvirus thì ARN có hai sợi.
Các loại ARN còn lại được phân biệt nhau thông qua chức năng tham gia trong qua trình sinh tổng hợp protein.Chúng có 3 loại,được tổng hợp thông qua phiên mã ADN.
a1.ARN thông tin (m-ARN,i-ARN)
Cũng còn được gọi là ARN trung gian,được tổng hợp trong nhân của tế bào,trên khuôn mẫu của ADN,làm nhiệm vụ trung gian truyền thông tin di truyền từ ADN trong nhân sang protein được tổng hợp tại ribôxôm trong tế bào chất.Tổng số lượng m-ARN trong tế bào rất ít,vài phần trăm ARN tổng số.
Số lượng nuclêotit trong m-ARN rất biến đổi,từ 150 đến hàng ngàn nucleotit.Thời gian sống(tồn tại)trong tế bào rất ngắn.
a2.ARN vận chuyển (t-ARN,s-ARN)
Được gọi là ARN hoà tan,chiếm từ 10-20% tổng số ARN trong tế bào.Sợi của nó chứa khoảng 75-85% ribonucleotit,khối lượng phân tử 260000 dvC.
ARN vận chuyển có cấu trúc đặc thù:mạch đơn ribonucleotit quấn trở lại làm thành ba kiểu thuỳ như lá dâu.Trong 3 thuỳ đó thì:
-Một thuỳ mang đối mã anticodon,sẽ khớp bổ sung với mã sao(codon) trên m-ARN.
-Một thuỳ tác dụng với ribôxôm.
-Một thuỳ có chức năng nhận diện enzym gắn axit amin tương ứng vào ARN-vận chuyển.
Một số ARN-vận chuyển có thuỳ thứ tư.
60-70% cấu trúc ARN vận chuyển có dạng xoắn kép,tạo nên không gian 3 chiều.
Đầu mút có chức năng mang axit amin của tất cả các loại ARN vận chuyển đều có kết thúc là AXX và đầu mút phía còn lại là G.
Chức năng của ARN vận chuyển là kết hợp với axit amin để tổng hợp protein tại ribôxôm.Có đến 50-60 loại ARN vận chuyển khác nhau.Mỗi loại chỉ kết hợp với một trong 20 axit amin,và đưa lần lượt các axit amin vào ribôxôm.ARN-vận chuyển có 2 chức năng trong sự tham gia tổng hợp protein:chức năng tiếp nhận và chức năng liên kết.
Chức năng tiếp nhận của ARN-vận chuyển thể hiện ở sự nhận diện,tiếp nhận axit amin tương ứng đã được họat hoá.Về chức năng liên kết,axit amin được liên kết với ARN vận chuyển ở đầu mút và cứ mỗi phân tử ARN vận chuyển sẽ kéo vào axit amin một ribôxôm tương ứng liên kết với nó,sự liên kết xảy ra nhờ tác động của một enzym hoạt hoá riêng biệt đối với axit amin.
a3.ARN-ribôxôm (r-ARN):
Loại này chiếm phần lớn ARN trong tế bào,80% ARN tổng hợp.
Ribôxôm có dạng hạt bé,quan sát được sưới kính hiển vi điện tử.Có nhiều ribôxôm trong các tế bào đang hoạt động tổng hợp prrotein mạnh.Kích thước thay đổi,khoảng 250 Ao ở sinh vật nhân chuẩn.Ribôxôm có bản chất hoá học là nucleoprotêin.
Vai trò của ARN trong di truyền là lập nên mối liên quan giữa gen và protein trong suốt quá trình tổng hợp protein(thực chất là mối liên hệ ADN và quá trình tổng hợp protein).
a4.ARN là cầu nối giữa ADN và protein:
Các thực nghiệm đã chứng minh tính cầu nối của ARN trong mối liên hệ với ADN và sự tổng hợp protein.
Đầu tiên người ta xác nhận ADN được phát hiện ở trong nhân tế bào,còn ARN được tìm thấy ở tế bào chất,nơi xảy ra sự tổng hợp tất cả các protein.Trong phôi đang phát triển của nhiều loài chứa rất nhiều ARN.Những tế bào tổng hợp nhiều protein thì có nhiều ribôxôm.Ở Escherichia Coli đang kì phát triển có tới 15000 ribôxôm,khối lượng của tổng lượng ribôxôm đó bằng 1/2 khối lượng tế bào,số lượng ARN-ribôxôm chiếm đến 2/3 tổng số ARN.
Thực khuẩn thể mang ADN xâm nhập vàp vi khuẩn,thì ARN của vi khuẩn được tổng hợp từ ADN của virus trước lúc protein của virus được bắt đầu tổng hợp.
.Enzym:
Nhiều chất được sử dụng nhanh chóng bởi tế bào sống nhưng lại bị trơ một cách kỳ lạ khi ở ngoài tế bào cơ thể.
Trong công nghệ hoá học,không phải công nghệ sinh học,muốn phân huỷ glucozơ phải nhờ tác động của nhiệt độ cao,axit mạnh hay kiềm đặc...
Trong tế bào,chất nguyên sinh không thể sử dụng các tác nhân nhiệt cao,axit mạnh hay kiềm đặc như trên để phân huỷ glucozơ,mà thực hiện nhờ tác nhân đặc biệt gọi là enzym.Enzym là chất xúc tác phản ứng sinh học.
Chất xúc tác tham gia điều khiển tốc độ các phản ứng mà không bị tiêu biến mất sau khi phản ứng kết thúc.Vì thế nó có thể được sử dụng lặp đi lặp lại nhiều lần,và cũng vì thế mà một lượng nhỏ enzym có thể xúc tác phản ứng cho một lượng rất lớn chất nền.
Tính chất diệu kỳ của enzym là có khả năng xúc tác kì lạ.Một phân tử enzym catalaza có thể phân giải 5000000 phân tử H2O2 trong một giây ở điều kiện OoC.Trong lúc đó nếu dùng một nguyên tử sắt để xúc tác thì phải mất 300 năm mới phân giải xong.Chứng tỏ enzym có hoạt tính xúc tác rất cao.
Các enzym khác nhau về tính chuyên hoá,nghĩa là các loại khác nhau có tác dụng xúc tác trên các chất nền phản ứng khác nhau.
Có loại có tính chuyên hoá tuyệt đối.Enzym ureaza chỉ xúc tác quá trình phân huỷ urê tổng hợp thành khí amoniac và khí cacbonic,không xúc tác cho một phản ứng nào khác ngoài urê.Các enzym phân giải saccarozơ,mantozơ,lactozơ cũng đặc biệt tương ứng.
Các enzym khác có tính chuyên hóa tương đối,chỉ có tác dụng xúc tác lên một số chất họ hàng gần nhau.Peroxidaza phân giải được một số peroxit khác nhau trong đó có H2O2.
Cũng còn có các enzym có tính chuyên hoá riêng như chỉ phân giải các chất nền có các kiểu liên kết thuộc kiểu nhất định.Ví dụ:enzym pilaza tuyến tuỵ chỉ phân giải este giữa glixerin và axit béo trong các lipit khác nhau.
Enzym kiểm tra cả hai chiều thuận nghịch của phản ứng mà không quyết định chiều hướng của phản ứng.Chúng chỉ làm tăng tốc độ cho phản ứng đạt đến mức cân bằng.Trong trường hợp phản ứng theo chiều thuận có toả năng lượng,nếu muốn phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại thì phải cung cấp một năng lượng tương ứng.
Các enzym thường hoạt động phối hợp với nhau theo một chuỗi liên tục,trong đó sản phẩm của phản ứng trước là chất nền cho phản ứng sau.Tế bào cũng như một nhà máy gồm có nhiều phân xưởng chứa nhiều enzym khác nhau,mà mỗi enzym thực hiện một chặng của quá trình liên tục.ví dụ:quá trình từ phân tử glucozơ biến thành axit lactic trong tế bào thực vật,động vật cũng như tế bào vitamin khuẩn có đến 11 phân tử enzym khác nhau hoạt động nối tiếp nhau liên tục.
Cấu tạo của enzym bao gồm hai tiểu phần:apôenzym và coenzym
Apôenzym thường là protein.
Coenzym gọi là nhóm hoạt động bao gồm phân tử hũu cơ bé thường chứa photphat.Tất cả các vitamin đóng vai trò chức năng như là coenzym của enzym ở trong tế bào.Một enzym có đủ hai tiểu phần mới có chức năng xúc tác.
Có loại enzym,coenzym của nó phải phối hợp với một ion kim loại nhất định mới hoạt động được.Đa số các ion đó thuộc ion của các nguyên tố vi lượng(Cu,Co,Zn,Mn,Mo...).Chúng giữ chức năng chính là kích thích enzym.Các enzym tuỳ thuộc vai trò của mình định vị trong các tổ chức bào quan tương ứng.
Nhà hoá học Emil Fischer(Đức) đưa ra giả thuyết enzym và cơ chất phản ứng như là chìa khoá và ổ khoá.Cũng có quan niệm cho rằng trong khi xúc tác phản ứng,enzym liên kết với chất nền tạo ra chất trung gian là enzym-chất nền.Về sau chất trung gian này lại phân giải cho enzym như ban đầu và sản phẩm của phản ứng.Quan niệm đó được L.Michaelis toán hoá học công thức hoá học khoảng cách đây nửa thế kỷ.
David Keilin ở ĐH Tổng hợp Cambridge và E.Chance ở ĐH Tổng hợp Pennsylvania đã tìm được dẫn liệu thực tế xác minh cho quan niệm trên.Họ lấy enzym trong củ cải đen màu nâu trộn với peroxihidro thì hình thành phức chất trung gian:enzym-chất nền màu lục.Sau đó phức chất biến thành màu đỏ nhạt,enzym hình thành trở lại màu nâu ban đầu và các sản phẩm phân giải của peroxihiđro.Phần của enzym tương tác được chất nền gọi là trung tâm họat động của enzym.
Enzym vì nó như là prrotein nên chịu ảnh hưởng lớn nhiệt độ,độ pH của các nhân tố.Ngoài ra,nồng độ enzym,nồng độ chất nền và nhân tố phụ thuộc đều có ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng của enzym.Các chất làm ngộ độc enzym là xianua,axit iodoaxetic,fluorua,levizit...Một trong các enzym hô hấp là xitôcrôm oxidaza nhạy cảm với chất độc xianua(axit xyanhyđric và muối của nó).Bò chỉ ăn vài lá sắn xanh chứa nhiều axit xydanhiđric là bị ngộ độc hô hấp và chết ngay.
