liên kết photphodieste là liên kết 2 hóa trị ? và tại sao số liên kết HT giữa cá…
Trước hết, chúng ta sẽ đi vào câu hỏi đầu tiên: Liên kết photphodieste là liên kết 2 hóa trị?
Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần nhớ lại cấu trúc của một nucleotit. Một nucleotit gồm có 3 thành phần chính:
1. Một nhóm photphat.
2. Một đường pentôzơ (ở ADN là đường deoxyribose).
3. Một bazơ nitơ.
Liên kết photphodieste được hình thành giữa hai nucleotit liền kề nhau trong một mạch polinucleotit. Cụ thể, nhóm photphat của nucleotit này sẽ liên kết với nguyên tử cacbon thứ 3 của đường pentôzơ ở nucleotit kia.
Bây giờ, chúng ta hãy phân tích bản chất của liên kết này. Nhóm photphat ban đầu có 3 nhóm -OH. Khi tham gia phản ứng hình thành liên kết photphodieste, một nhóm -OH của nhóm photphat sẽ phản ứng với nhóm -OH ở cacbon số 3 của đường pentôzơ của nucleotit kia. Tuy nhiên, khi nói đến “hóa trị”, chúng ta thường đề cập đến số lượng liên kết cộng hóa trị mà một nguyên tử có thể tạo ra.
Trong liên kết photphodieste, nhóm photphat thực sự tham gia tạo liên kết với hai thành phần khác nhau:
* Một liên kết cộng hóa trị với nhóm -OH ở cacbon số 5 của đường pentôzơ của chính nó (liên kết este đầu tiên).
* Một liên kết cộng hóa trị với nhóm -OH ở cacbon số 3 của đường pentôzơ của nucleotit kế tiếp (liên kết este thứ hai).
Do đó, mỗi nhóm photphat tạo ra hai liên kết cộng hóa trị với các đường pentôzơ, một ở đầu 5′ và một ở đầu 3′. Chính vì vậy, chúng ta có thể nói rằng nhóm photphat trong cấu trúc liên kết photphodieste có vai trò tạo ra hai liên kết cộng hóa trị, hay nói cách khác, nó tham gia vào việc hình thành hai liên kết este, tạo nên “xương sống” của mạch polinucleotit.
Nếu xét theo nguyên tử photpho trong nhóm photphat, thì nguyên tử photpho này ban đầu có 5 electron ở lớp ngoài cùng, có khả năng tạo ra 5 liên kết cộng hóa trị. Trong liên kết photphodieste, nguyên tử photpho này liên kết với oxy của nhóm hydroxyl ở cacbon số 3 của đường pentôzơ, và liên kết với oxy của nhóm hydroxyl ở cacbon số 5 của đường pentôzơ.
Vì vậy, khi nói liên kết photphodieste là liên kết 2 hóa trị, chúng ta đang nhấn mạnh vai trò của nhóm photphat trong việc kết nối hai đơn vị đường pentôzơ bằng hai liên kết cộng hóa trị (hai liên kết este).
Tiếp theo, chúng ta sẽ giải quyết câu hỏi: Tại sao số liên kết cộng hóa trị giữa các nu trong ADN là N-2?
Trước hết, chúng ta cần hiểu rõ N ở đây là gì. Trong ngữ cảnh của một phân tử ADN hoặc một mạch polinucleotit, N thường đại diện cho tổng số nucleotit.
Hãy xem xét một mạch polinucleotit đơn giản, ví dụ gồm 3 nucleotit (N=3).
Để các nucleotit này nối lại với nhau thành một mạch, chúng ta cần các liên kết photphodieste.
* Giữa nucleotit thứ nhất và nucleotit thứ hai sẽ hình thành 1 liên kết photphodieste.
* Giữa nucleotit thứ hai và nucleotit thứ ba sẽ hình thành 1 liên kết photphodieste.
Tổng cộng, với 3 nucleotit, chúng ta có 2 liên kết photphodieste.
Bây giờ, chúng ta tổng quát hóa. Nếu có N nucleotit trong một mạch, để nối chúng lại với nhau, chúng ta sẽ cần có:
* 1 liên kết giữa nucleotit 1 và 2.
* 1 liên kết giữa nucleotit 2 và 3.
* …
* 1 liên kết giữa nucleotit (N-1) và N.
Vậy, chúng ta sẽ có tổng cộng (N-1) liên kết photphodieste.
Tuy nhiên, đề bài hỏi về số liên kết cộng hóa trị giữa các nu trong ADN. ADN là một phân tử ADN mạch kép, bao gồm hai mạch polinucleotit.
Trong một mạch polinucleotit đơn lẻ có N nucleotit, sẽ có N-1 liên kết cộng hóa trị (liên kết photphodieste) nối các nucleotit lại với nhau.
Đối với phân tử ADN mạch kép, chúng ta có hai mạch.
* Mạch thứ nhất có N1 nucleotit, sẽ có N1-1 liên kết cộng hóa trị (photphodieste) nối các nucleotit trong mạch.
* Mạch thứ hai có N2 nucleotit, sẽ có N2-1 liên kết cộng hóa trị (photphodieste) nối các nucleotit trong mạch.
Nếu ADN có tổng cộng N nucleotit, thì N = N1 + N2 (trong trường hợp hai mạch có chiều dài khác nhau).
Tổng số liên kết cộng hóa trị (photphodieste) trong hai mạch sẽ là: (N1 – 1) + (N2 – 1) = N1 + N2 – 2 = N – 2.
Chúng ta cần lưu ý rằng, đề bài hỏi “số liên kết cộng hóa trị giữa các nu trong ADN” có thể hiểu theo hai cách:
1. Chỉ tính các liên kết cộng hóa trị hình thành nên “xương sống” của mỗi mạch (liên kết photphodieste).
2. Bao gồm cả liên kết cộng hóa trị của bazơ nitơ và đường pentôzơ (liên kết glicozit) và liên kết photphodieste.
Tuy nhiên, dựa trên cách đặt câu hỏi thường gặp trong chương trình Sinh học 10, khi nói đến “liên kết cộng hóa trị giữa các nu trong ADN” mà không kèm theo giải thích cụ thể, chúng ta thường hiểu là tổng số liên kết photphodieste nối các nucleotit lại với nhau thành các mạch polinucleotit.
Do đó, nếu xét một phân tử ADN có tổng số N nucleotit (tức là tổng số nucleotit trên cả hai mạch), thì số liên kết cộng hóa trị (photphodieste) sẽ là N-2.
Ví dụ minh họa:
Giả sử một phân tử ADN có 2 mạch, mỗi mạch có 10 nucleotit.
Tổng số nucleotit N = 10 (mạch 1) + 10 (mạch 2) = 20 nucleotit.
Số liên kết photphodieste trong mạch 1 là 10 – 1 = 9.
Số liên kết photphodieste trong mạch 2 là 10 – 1 = 9.
Tổng số liên kết photphodieste trong phân tử ADN là 9 + 9 = 18.
Theo công thức N-2: 20 – 2 = 18.
Công thức này hoàn toàn khớp.
Trong trường hợp ADN có hai mạch không bằng nhau, ví dụ mạch 1 có N1 nucleotit và mạch 2 có N2 nucleotit, thì tổng số nucleotit là N = N1 + N2.
Số liên kết photphodieste sẽ là (N1 – 1) + (N2 – 1) = N1 + N2 – 2 = N – 2.
Như vậy, số liên kết cộng hóa trị (photphodieste) giữa các nucleotit trong một phân tử ADN có tổng số N nucleotit là N-2.
Các em có câu hỏi nào không?
– Liên kết cộng hóa trị, còn gọi là liên kết phân tử là một liên kết hóa học được hình thành bằng việc dùng chung một hay nhiều cặp electron giữa các nguyên tử. Liên kết photphodieste là liên kết giữa phân tử đường và gốc photphat, thuộc loại liên kết này.
– Cứ giữa 2 nucleotit thì có 1 liên kết hóa trị. Vậy giả sử có a nucleotit thì có a – 1 liên kết hóa trị trên ADN mạch thẳng. Ví dụ: A-T-G-X → Có 3 liên kết giữa các nucleotit. Vậy có 2 mạch ADN, do đó số liên kết sẽ là N – 2.