Các loại đơn phân của ADN là gì? Cấu tạo hóa học của ADN?

Chúng ta hay nghe nhiều về ADN và đã được học về kiến thức này bắt đầu từ Sinh học lớp 8. Thực tế, ADN tồn tại ngay trong cơ thể chúng ta và trong các sinh vật sống xung quanh. Các nhà khoa học gọi ADN là bản thiết kế sự sống. Vậy ADN là gì? ADN có các loại đơn phân nào? Cấu tạo hóa học của ADN? ADN mang lại cho con người những thành tựu khoa học gì? Hãy cùng tìm hiểu thông qua bài viết dưới đây.  

1. ADN là gì?

ADN hay DNA là thuật ngữ viết tắt của deoxyribonucleic acid, được xác định là vật liệu di truyền ở đa số các cơ thể sống trong đó có sinh vật và con người.

Nói một cách đơn giản, DNA mang thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác vì nó có thể phân chia trong quá trình sinh sản và xác định tất cả các đặc điểm. ADN có ở trong nhân tế vào và một lượng nhỏ nằm trong ty thể.

Thông tin chứa trong DNA được lưu trữ dưới dạng mã bao gồm bốn bazơ nitơ: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) và thymine (T). Các bazơ này kết hợp với nhau, A với T và C với G thông qua các liên kết hydro để tạo thành các đơn vị được gọi là các cặp bazơ. 

DNA có cấu trúc không gian xoắn kép với hai sợi song song. Trên thực tế, hai vòng được quấn bằng nhau xung quanh vòng cố định và ngược chiều kim đồng hồ. Cấu trúc chuỗi xoắn kép của mỗi DNA là khác nhau, vì vậy mỗi chúng ta đều có những đặc điểm riêng biệt. Nhờ tính đặc hiệu, phân tích ADN cho phép các nhà khoa học xác định được quá trình phát triển, tiến hóa của từng loài và tìm ra giải pháp tối ưu để hạn chế và điều trị các bệnh do đột biến ADN.

2. Lịch sử phát hiện ADN:

Nhà hóa sinh Thụy Sĩ Friedrich Miescher lần đầu tiên phát hiện ra DNA vào năm 1869, theo một bài báo năm 2005 trên tạp chí Developmental Biology. Miescher đã sử dụng các phương pháp sinh hóa để phân lập DNA—mà ông gọi là hạt nhân—từ tế bào bạch cầu và tinh trùng và xác định rằng nó rất khác với protein (Thuật ngữ “axit nucleic” xuất phát từ từ “nuclein”.) Nhưng trong nhiều năm, các nhà khoa học đã không hiểu ý nghĩa của phân tử này. 

Năm 1952, nhà hóa học Rosalind Franklin, làm việc trong phòng thí nghiệm của nhà vật lý sinh học Maurice Wilkins, đã sử dụng nhiễu xạ tia X, một phương pháp xác định cấu trúc của phân tử bằng cách dội tia X ra khỏi nó. Nhờ đó mà biết rằng DNA có hình dạng xoắn ốc. 

Watson và Crick đã công bố một bước đột phá trên tạp chí Nature vào năm 1953 với thông tin rằng DNA là một chuỗi xoắn kép, dựa trên các báo cáo trước đó rằng các gốc adenine và thymine có nhiều trong DNA cũng như guanine và cytosine. 

Trong bài báo này, họ đã đề xuất một mô hình DNA như chúng ta biết ngày nay: một bậc thang xoắn kép với đường phosphate ở các cạnh và các bậc và bao gồm các cặp bazơ A-T và G-C. Họ cũng gợi ý rằng dựa trên cấu trúc được đề xuất, DNA có thể được sao chép và do đó được truyền đi. 

Watson, Crick và Wilkins đã được trao giải Nobel Y học năm 1962 cho “những khám phá liên quan đến cấu trúc phân tử của axit nucleic và ảnh hưởng của chúng đối với việc truyền thông tin trong vật chất sống”. 

3. Cấu trúc hóa học của ADN:

‐ ADN là một loại axit nuclêic gồm các nguyên tố C, H, O, N và P. 

‐ ADN thuộc loại đại phân tử,  kích thước lớn, có thể dài tới hàng trăm µm, khối lượng lớn đến hàng chục triệu đơn vị cacbon (đơn vị) 

‐ ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, tức là nó gồm nhiều phần tử gọi là đơn phân.

‐ Đơn phân của ADN là nucleotit gồm 4 loại: adenin – A, timin – T, xitozin – Z, guanin – G

Mỗi phân tử ADN gồm đến hàng vạn, hàng triệu đơn phân. 

Bốn loại Nu trên liên kết theo chiều dọc và số lượng của chúng, quyết định chiều dài của ADN và chúng tổ chức theo những cách khác nhau để tạo ra nhiều loại phân tử ADN khác nhau. Các phân tử DNA được phân biệt  không chỉ bởi trình tự của chúng mà còn bởi số lượng và thành phần của Nu.

Tính đa dạng và đặc thù của ADN là cơ sở tạo nên tính đa dạng và đặc thù của sinh vật. ADN trong tế bào tập trung chủ yếu ở nhân và có khối lượng ổn định đặc trưng cho từng loài. Trong giao tử, hàm lượng DNA giảm đi một nửa và sau khi thụ tinh, hàm lượng DNA được phục hồi trong hợp tử.

4. Cấu trúc không gian của ADN:

Cấu trúc phân tử của DNA được công bố vào ngày 25 tháng 4 năm 1953: Chuỗi xoắn kép bao gồm hai sợi đơn. Công trình đó đã mang về cho Watson và Crick, giải Nobel Y học và Sinh lý học năm 1962. 

DNA là một chuỗi xoắn kép bao gồm hai sợi song song xoắn đều quanh một trục theo chiều từ trái sang phải (xoắn phải), ngược chiều kim đồng hồ. Các nút giữa hai chuỗi được nối với nhau bằng liên kết hydro, tạo thành các cặp. Mỗi chu kì xoắn dài 34A0 gồm 10 cặp Nu. Đường kính vòng xoắn là 20A0.

Các Nu giữa hai chuỗi liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung (NTBS), trong đó A nối với T và G nối với X. Nhờ NTBS, cả hai cặp Nu dẫn đến tính chất bổ sung của hai mạch đơn. Do đó, khi biết thứ tự của Nu trong một chuỗi, có thể suy ra sự sắp xếp của Nus trong chuỗi khác.  

Theo nguyên tắc bổ sung, số lượng adenine trong phân tử DNA bằng số lượng timin và số guanin bằng số xitozin, do đó:  A + G = T + X. Tỉ số (A+T)/(G+X) trong các ADN khác nhau thì khác nhau và đặc trưng cho từng loài.

5. ADN lật đổ thuyết tiến hóa:

Những khám phá mới về DNA đã mang đến những tri thức sâu sắc cho thấy sự mâu thuẫn và phi logic của thuyết tiến hóa của Darwin, thuyết được giảng dạy trong các trường học trên khắp thế giới rằng tất cả các sinh vật sống đều tiến hóa thông qua biến dị và chọn lọc tự nhiên.

5.1. ADN chứa đựng thông tin mã hóa khổng lồ:

Khi bước đầu giải mã DNA của con người, các nhà khoa học đã phát hiện ra một sự thật vô cùng ngạc nhiên – một ngôn ngữ tinh tế bao gồm 3 tỷ chữ cái của hệ thống di truyền. “Một trong những khám phá phi thường nhất của thế kỷ 20 là: DNA có chứa thông tin, những chỉ dẫn chi tiết để lắp ráp proteins – dưới dạng một mã số bốn chữ cái”, Tiến sĩ Stephen Meyer, giám đốc Trung tâm Khoa học và Văn hóa tại Viện Khám phá ở Seattle, Washington, cho biết

Rất khó để đo lường chính xác lượng thông tin chứa trong DNA của con người , nhưng các nhà khoa học ước tính rằng lượng thông tin trong DNA phải  tương đương với 12 bộ Bách khoa toàn thư Britannica, gồm 384 cuốn sách dày có thể lấp đầy 15 mét giá sách của thư viện!

Tất cả đều được chứa đựng trong 2 phần triệu milimet chiều dày của DNA. Không thể tưởng tượng nổi kích thước nhỏ xíu như vậy lại có thể chứa đựng lượng thông tin khổng lồ . “Một thìa cà phê DNA có thể chứa tất cả thông tin cần thiết để tạo ra protein của mọi sinh vật từng tồn tại trên Trái đất từ trước đến nay, và thậm chí vẫn còn đủ chỗ để chứa toàn bộ thông tin trong mọi cuốn sách ở trên Trái đất này.” Theo nhà sinh vật học phân tử Michael Denton.

Vậy thì ai hoặc cái gì có thể thực hiện được công việc tuyệt vời là thu nhỏ kích thước của vật chất chứa đựng khối lượng thông tin không lồ ấy rồi đặt số lượng khổng lồ các chữ cái đó vào trong một chuỗi thích hợp của chúng tựa như một cẩm nặng chỉ dẫn di truyền? Liệu sự tiến hóa từng bước, như Darwin đã nói, có thể tạo ra một hệ thống tuyệt vời như vậy không?

5.2. ADN chứa đựng ngôn ngữ di truyền:

Trước tiên chúng ta hãy xem xét một số thuộc tính của “ngôn ngữ” di truyền. Để một hệ thống tín hiệu được gọi là  ngôn ngữ, nó phải đáp ứng các điều kiện sau: 

Một hệ chữ cái hoặc mã + một cách đánh vần chính xác + một ngữ Pháp + có ý nghĩa + có mục đích, dụng ý

Các nhà khoa học đã phát hiện mã di truyền có đầy đủ các điều kiện trên. Tiến sĩ Stephen Meyer giải thích: “Vùng mã hóa của DNA có các thuộc tính giống như mật mã hoặc ngôn ngữ máy tính.”

Bên cạnh mã DNA , chỉ có một mã khác được coi là ngôn ngữ thực sự, đó là ngôn ngữ của con người. Nếu chó sủa khi cảm thấy nguy hiểm, ong vo ve để thông báo cho nhau về nguồn thức ăn, cá voi phát ra âm thanh…thì đây chỉ là một vài ví dụ về cách giao tiếp của các loài khác, nhưng không có  ngôn ngữ nào trong số đó là ngôn ngữ thực sự. Thông tin như vậy chỉ được coi là tín hiệu giao tiếp cấp thấp. 

Các hình thức thông tin liên lạc bậc cao là ngôn ngữ của con người, ngôn ngữ nhân tạo (ngôn ngữ máy tính, tín hiệu Morse, v.v.) và mã di truyền DNA.

Bill Gates, nhà sáng lập Microsoft đã nói rằng: “DNA giống như một chương trình phần mềm, chỉ khác là nó vô cùng phức tạp hơn rất nhiều so với bất kỳ phần mềm nào do con người tạo ra từ trước đến nay.”

Vì vậy, bất kể bao nhiêu thời gian trôi qua, bất kể bao nhiêu biến thể và sự chọn lọc tự nhiên nào xảy ra đi chăng nữa, liệu một thứ phức tạp như DNA có thể được tạo ra một cách tình cờ trong quá trình tiến hóa không?

5.3. Phân tử DNA chỉ là phương tiện chuyển tải ngôn ngữ:

Nghiên cứu lý thuyết thông tin hiện tại đã đi đến kết luận đáng ngạc nhiên rằng thông tin không thể được xem như một dạng vật chất hoặc năng lượng. Vật chất và năng lượng truyền tải thông tin, nhưng bản thân chúng không phải là thông tin. 

Ví dụ, quyển sách “Iliad” của Homer có chứa thông tin, nhưng phải chăng nó chính là thông tin mà nó chứa đựng? Không, chất liệu làm nên sách (giấy + mực + keo dính) chứa đựng nội dung của sách, nhưng chỉ là phương tiện chuyển tải nội dung đó.

Nhà sinh học George Williams đã giải thích: “Gene là 1 gói thông tin, thay vì một vật thể. Một mô hình của những cặp bazơ trong một phân tử DNA chỉ rõ 1 gene. Còn phân tử DNA chỉ là môi trường chuyên chở chứ không phải bản thân thông điệp.”

5.4. Thông tin trong DNA phải được tạo ra bởi một nguồn trí tuệ cực kỳ thông minh, siêu phàm, không thể là con người: 

Dạng thông tin bậc cao trong DNA chỉ có thể bắt nguồn từ một nguồn trí tuệ thông minh, siêu phàm, không thể là con người. Bởi loài người chúng ta cho đến bây giờ còn chưa nghiên cứu được 1 phần 1 tỷ của DNA thì làm sao có thể là nhà thiết kế của những thông tin bậc cao trong DNA được?

Nhà nghiên cứu biện giải Lee Strobel giải thích rằng: “Dữ liệu tại phần cốt lõi của sự sống không hỗn độn, mà được sắp xếp trật tự ngăn nắp như những tinh thể muối, nhưng mức độ phức tạp của nó và thông tin nó chứa đựng cho phép nó hoàn tất một nhiệm vụ phi thường: xây dựng một cỗ máy sinh học vượt xa khả năng công nghệ của loài người.”

Mã DNA được thiết kế bởi một nhà thiết kế siêu thông minh. DNA rất hiếm khi xảy ra biến dị và nếu có biến dị thì tế bào được tạo ra sẽ bị hư hỏng, bị bệnh chứ không phải là tế bào mới tiến bộ hơn. Nói cách khác, tiến hóa không thể xảy ra thông qua biến dị và chọn lọc tự nhiên. Phát hiện này về DNA đã phủ nhận Thuyết tiến hóa của Dacwin.

Ngôn ngữ di truyền này có độ chính xác rất cao, với sai số trung bình chỉ là 1 trên 10 tỷ chữ cái. Nếu có lỗi ở một trong những phần quan trọng nhất của mã gen, nó sẽ gây ra một số bệnh  như thiếu máu (giảm hàm lượng huyết sắc tố trong hồng cầu). Chúng ta biết rõ rằng kể cả những thợ đánh máy thông minh và giỏi nhất trên thế giới cũng không thể đạt tới trình độ chỉ mắc một lỗi trong 10 tỷ chữ cái – còn rất xa con người mới có thể đạt tới độ chính xác như thế.

Do đó, niềm tin rằng mã di truyền có thể dần dần tiến hóa theo cách thức của Darwin là trái với các quy luật tự nhiên đã biết của vật chất và năng lượng.  

Chúng ta có trong mã di truyền một cẩm nang hướng dẫn vô cùng phức tạp đã được kỹ lưỡng, tinh vi bởi một nguồn trí tuệ vượt trội hơn nhiều so với con người.

5.5. Thuyết tiến hóa thất bại không trả lời được:

Bất chấp những nỗ lực của tất cả các phòng thí nghiệm trên  thế giới trong nhiều thập kỷ, khoa học vẫn không thể tạo ra một sợi tóc nào. Và thật khó biết bao để tạo ra một con người khỏe mạnh với khoảng 100 nghìn tỷ tế bào. Thực ra con người còn không thể tạo ra được một hạt giống thì làm sao có thể tạo ra được một sợi tóc hay một cơ thể người hoàn chỉnh?

Cho đến nay, những người theo thuyết tiến hóa của Darwin đã cố gắng chống lại những lời chỉ trích, phê phán bằng cách cố gắng giải thích sự phức tạp của sự sống. Nhưng bây giờ họ phải đối mặt với một tình thế tiến thoái lưỡng nan: Làm thế nào mà các biến dị ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên có thể cung cấp thông tin chính xác và có ý nghĩa? Cả biến thể ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên liệu đều không có một cơ chế thông minh,  là điều kiện cần thiết để tạo ra thông tin phức tạp được tìm thấy trong mã di truyền.

5.6. Chất lượng của thông tin di truyền ở vi khuẩn cũng chính xác như ở con người:

Theo thuyết tiến hóa, sinh vật tiến hóa thông qua đột biến ngẫu nhiên và chọn lọc tự nhiên. Tuy nhiên, tiến hóa có nghĩa là thay đổi dần dần các đặc điểm xác định của một sinh vật cho đến khi nó trở thành một loài khác, nhưng điều này chỉ có thể được thực hiện bằng cách thay đổi thông tin di truyền, hay nói cách khác phải có sự thay đổi trong mã DNA. 

Vậy chúng ta thấy gì trong mã di truyền? Cho dù đó là một loại vi khuẩn bình thường, một cái cây hay một con người, chất lượng cơ bản của thông tin di truyền là hoàn toàn giống nhau. Mã di truyền của vi khuẩn ngắn hơn, nhưng chất lượng thông tin di truyền của nó chính xác và phức tạp như của con người. Thông tin di truyền của vi khuẩn hoặc tảo hoặc con người trước tiên phải đáp ứng yêu cầu của một ngôn ngữ cấp cao – có hệ chữ cái, ngữ pháp và ngữ nghĩa. 

Vậy làm sao thông tin di truyền của một loài vi khuẩn có thể từ từ phát triển thành thông tin di truyền của một loài khác, nếu chỉ một hoặc một vài lỗi nhỏ trong hàng triệu chữ cái của DNA của vi khuẩn đó cũng đủ để tiêu diệt vi khuẩn đó?

5.7. Sinh học phân tử ngày càng phủ nhận thuyết vô thần:

Vào thời của Darwin, khi cuốn sách Nguồn gốc các loài của ông được xuất bản năm 1859, đời sống xã hội dường như đơn giản hơn nhiều. Dưới kính hiển vi thô sơ thời bấy giờ, tế bào dường như chẳng khác gì một giọt thức ăn hoặc một chất nguyên sinh không phức tạp. Bây giờ, hơn 150 năm sau, nhận thức này đã thay đổi hoàn toàn, bởi vì khoa học đang khám phá ra rằng vũ trụ thực sự nằm bên trong tế bào. 

Tiến sĩ Meyer coi những khám phá về DNA như cái gót Achilles của thuyết tiến hóa. “Các nhà tiến hóa vẫn cố áp dụng tư duy của Darwin trong thế kỷ 19 vào hiện thực của thế kỷ 21, nhưng tư duy ấy không còn thích ứng được nữa. Tôi nghĩ cuộc cách mạng thông tin xảy ra trong sinh học đang vang lên hồi chuông báo tử đối với học thuyết Darwin và những lý thuyết tiến hóa hóa học.”

Và ông đi đến kết luận: “Tôi tin rằng lời chứng khoa học xác nhận tư tưởng hữu thần. Trong khi luôn luôn sẽ có những điểm căng thẳng hoặc xung đột chưa ngã ngũ, sự phát triển chủ yếu của khoa học trong năm thập kỷ qua đã và đang hướng mạnh về phía hữu thần.”

Dean Kenyon, một giáo sư sinh học phát biểu: “Lĩnh vực mới mẻ này về di truyền phân tử là nơi chúng ta thấy phần lớn bằng chứng ép buộc phải tin rằng có sự thiết kế trên Trái đất.”

Bởi phát hiện về DNA làm chứng về những sự phi logic của thuyết tiến hóa, các nhà khoa học đang chứng minh và ngày càng tin tưởng vào thuyết hữu thần: tức là họ cho rằng DNA được tạo nên bởi một trí tuệ siêu phàm, vượt cấp bậc hơn nhiều so với trí tuệ của loài người chính là vị thần quyền uy. Và họ gọi vị thần đó là Đấng Sáng Tạo.