Trong sinh học phân tử, việc hiểu rõ thành phần và tỉ lệ các nucleotide trong chuỗi polynucleotide là vô cùng quan trọng. Đặc biệt, khi người ta sử dụng một chuỗi polinucleotit có T+X/A+G=0.25, điều này có ý nghĩa gì trong quá trình tổng hợp nhân tạo một chuỗi bổ sung? Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích vấn đề này.
Tỉ lệ T+X/A+G=0.25 cho ta biết điều gì?
Trong chuỗi polynucleotide, T (Thymine) và X thường được hiểu là một base nitrogenous khác, trong trường hợp này, để phù hợp với ngữ cảnh và giải quyết bài toán, X nên được hiểu là T (Thymine). A (Adenine) và G (Guanine) là hai base purine. Như vậy, tỉ lệ T+T/A+G = 0.25 hay 2T/(A+G)=1/4. Điều này có nghĩa là tổng số lượng Thymine gấp 4 lần tổng số lượng Adenine và Guanine.
Alt text: Mô hình chuỗi polynucleotide thể hiện các nucleotide Adenine, Guanine, Cytosine và Thymine, minh họa cấu trúc cơ bản của DNA.
Trong quá trình tổng hợp chuỗi polynucleotide bổ sung, nguyên tắc bổ sung Watson-Crick được áp dụng. Theo đó:
- Adenine (A) liên kết với Thymine (T).
- Guanine (G) liên kết với Cytosine (C).
Từ tỉ lệ T+X/A+G=0.25, ta có thể suy ra tỉ lệ các nucleotide cần cung cấp cho quá trình tổng hợp nhân tạo.
Giả sử, trong chuỗi khuôn, tỉ lệ T = x, A = y, G = z. Vì T+T/(A+G) = 1/4 hay 2x/(y+z) = 1/4, suy ra y+z = 8x. Mặt khác, tổng tỉ lệ các loại nucleotide trong chuỗi khuôn luôn bằng 100%, tức là: 2x + y + z = 1. Thay y+z = 8x vào, ta được 10x = 1, suy ra x = 0.1. Do đó, T = 10%, A+G = 80%
Do đó, trong chuỗi bổ sung:
- A (Adenine) sẽ liên kết với T (Thymine) trong chuỗi khuôn, vậy A = 10%.
- G (Guanine) sẽ liên kết với C (Cytosine) trong chuỗi khuôn, vậy C = G = 40%.
Alt text: Hình ảnh minh họa nguyên tắc bổ sung giữa các base nitrogenous trong cấu trúc DNA: A liên kết với T và G liên kết với C.
Vậy tỉ lệ các loại nucleotide tự do cần cung cấp cho quá trình tổng hợp chuỗi polynucleotide bổ sung là: A=10%, T = 10%, G=40%, C=40%.
Ứng dụng của việc hiểu tỉ lệ nucleotide trong tổng hợp nhân tạo:
Việc nắm vững tỉ lệ nucleotide và nguyên tắc bổ sung có vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng, bao gồm:
- PCR (Phản ứng chuỗi polymerase): Xác định trình tự và khuếch đại DNA.
- Giải trình tự DNA: Xác định trình tự nucleotide của một đoạn DNA.
- Tổng hợp gene: Tạo ra các đoạn DNA mới theo yêu cầu.
Alt text: Sơ đồ minh họa quy trình PCR (Phản ứng chuỗi polymerase) trong sinh học phân tử, ứng dụng khuếch đại DNA.
Tóm lại, việc người ta sử dụng một chuỗi polinucleotit có T+X/A+G=0.25 cho phép chúng ta suy ra tỉ lệ các nucleotide cần thiết cho quá trình tổng hợp nhân tạo chuỗi bổ sung dựa trên nguyên tắc bổ sung. Kiến thức này là nền tảng cho nhiều kỹ thuật quan trọng trong sinh học phân tử và công nghệ sinh học.
