Sự tái bản của DNA

Quá trình tái DNA (DNA replication) Sự tái DNA chu kì tế bào Chu kì tế bào Quá trình chép DNA diễn trước tế bào phân chia Các mơ hình tái Dựa mơ hình DNA Watson Crick, giả thuyết mơ hình tái DNA đề xuất, gồm: • Bán bán bảo tồn (semiconservative): phân tử DNA gồm sợi khuôn sợi tổng hợp • Bảo tồn (conservative): phân tử tạo thành mang sợi khuôn kết hợp với nhau, phân tử cịn lại mang DNA hồn tồn • Phân tán (dispersive): phân tử tạo thành mang phần DNA mạch khuôn phần DNA tổng hợp Các mơ hình tái DNA Dựa mơ hình DNA Watson Crick, giả thuyết mơ hình tái DNA đề xuất, gồm: A Bảo toàn, B Bán bảo tồn; C Phân tán Thí nghiệm Meselson - Stahl Kiểu tái DNA xác định M Meselson F W Stahl vào năm 1958 Thí nghiệm phân biệt phân tử DNA ban đầu DNA tổng hợp dựa vào phát triển E coli môi trường chứa đồng vị nặng ni-tơ 15N trước chuyển sang môi trường chứa 14N Mật độ DNA qua hệ phân tích phương pháp ly tâm gradient tỷ trọng sử dụng CsCl Thí nghiệm Meselson - Stahl Thí nghiệm Meselson – Stahl (tt) Meselson, M., Stahl, F 1958 The replication of DNA in Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 44 : 671 – 682 Quá trình tái DNA Các đặc điểm trình tái • Bán bảo tồn • Tổng hợp sợi DNA theo chiều 5’ – 3’ • Quá trình tái Vị trí khởi đầu tái • DNA tổng hợp liên tục mạch khuôn 3’→5’ gián đoạn sợi 5’→3’ Đa số trình tái diễn theo kiểu nửa gián đoạn (semidiscontinuous); tái liên tục, tái cuộn vòng (rolling circle replication) Cơ chế tái thay đổi tùy vào cấu trúc gen (dạng vòng hay thẳng) dạng tế bào hay bào quan Sự tổng hợp DNA theo chiều 5’ – 3’ Khởi đầu q trình tái • Phân tử DNA phải tháo xoắn, nhờ topoisomerase ✓ Topoisomerase loại tháo dạng siêu xoắn cách cắt hai mạch phân tử DNA (protein ω E coli) ✓ Topoisomerase loại tháo nút nảy sinh, cắt hai mạch phân tử DNA (gyrase E coli) • Sự chép điểm khởi đầu chép (Ori) • Một đơn vị tái (replicon) vùng DNA chép từ điểm khởi đầu chép Một replicon người dài khoảng 100 – 200 kb 10 Quá trình tái DNA nhân tế bào eukaryote Được nghiên cứu thơng qua q trình tái DNA simian virus 40 (SV40) enzyme eukaryote SV40 có gen ~5 kb vùng khởi đầu 65 bp Các nhà máy tái chứa yếu tố tái nồng độ cao Loại bỏ histone, nới lỏng sợi nhiễm sắc Hình thành phức hợp tiền tái (điểm khác so với vi khuẩn) ngừa trường hợp tái tổ hợp thừa Phức hợp nhận biết điểm khởi đầu (ORC) gồm tiểu đơn vị Orc 1-6 29 Quá trình tái DNA nhân tế bào nhân thật • Vị trí khởi đầu tái vị trí cặp chẻ ba tái hình thành DNA NST, nằm phần NST cách khoảng 50 kb, thường giàu cặp base AT - Động vật có vú vị trí khởi đầu khó nhận biết - Ở S cerevisiae, trình tự tái tự động (ARS) * Trình tự OriC E coli cho phép DNA tái vi khuẩn • Hoạt hóa chọn lọc điểm khởi đầu tái Các yếu tố chi phối bao gồm: thay đổi mức độ tập trung nucleotide, thay đổi cấu trúc sợi nhiễm sắc, tỉ lệ protein khởi động DNA 30 ORC: origin recognition complex Cdc: cell division cycle Mcm: minichromosome maintenance Cơ chế tái DNA eukaryote (bước – 3) 31 RPA: replication protein A Cơ chế tái DNA eukaryote (bước – 5) 32 RFC: replication factor C PCNA: proliferating cell nuclear antigen Cơ chế tái DNA eukaryote (bước 6) 33 Cơ chế tái DNA eukaryote (bước 7-9) 34 CAF: chromatin assembly factor Cơ chế tái DNA eukaryote (bước 10 -12) 35 Cơ chế tái DNA eukaryote • DNA tái lần nhất/chu kì tế bào Mức độ cyclin-dependent kinase (CDKs) chi phối hình thành hoạt hóa phức hợp tiền tái (preRC) • Sửa sai (proofreading) Tỉ lệ sai sót 10-4 - 10-5 /base pair DNA polymerase δ (exonuclease 3’ -5’) • Kết thúc tái Khi chẻ tái gặp hay đọc đến trình tự tín hiệu chuyên biệt cho kết thúc tái 36 Mơ hình chức sửa sai DNA polymerase 37 Mơ hình tái DNA ty thể 38 Vai trị telomere tái DNA, lão hóa ung thư • DNA nhiễm sắc thể bị ngắn sau lần tái →NST bền, chết tế bào, bào quan • Telomere xác định Barbara McClintock (1938) định nghĩa H.M Muller; vùng tạo trình tự lặp lại đơn giản giàu G, vd: (TTAGGG)1000 ; cần thiết cho sống tế bào • Giải pháp: telomerase terminal transferase xúc tác tổng hợp de novo trình tự telomere 39 Hoạt tính telomerase làm tăng thời gian sống tế bào Bonard, A.G, Ouellette, M., Frolkis, M., et al 1998 Extension of life-span by introduction of telomerase into human cells Science 279: 349 - 352 40 Nucleic acid virus Họ virus Đặc điểm sinh tổng hợp ssDNA Parvoviridae Enzyme nhân phiên mã DNA virus nhân dsDNA Herpesviridae Papovaviridae Poxiviridae Enzyme nhân phiên mã DNA virus nhân Enzyme virus phiên mã DNA virus virion tế bào chất DNA, reverse transcriptase Hepadnaviridae Enzyme nhân phiên mã DNA virus nhân; reverse transcriptase chép mRNA để tạo DNA virus RNA, sợi + Picornaviridae Togaviridae RNA virus đóng vai trị làm khn cho RNA polymerase tổng hợp sợi (-) RNA để tạo mRNA tế bào chất RNA, sợi - Rhabdoviridae Enzyme virus chép RNA virus để tạo mRNA tế bào chất dsRNA Reoviridae Enzyme virus chép RNA sợi (-) để tạo mRNA tế bào chất RNA, reverse transcriptase Retroviridae Enzyme virus chép RNA để tạo DNA tế bào chất, DNA di chuyển vào nhân 41 http://www2.raritanval.edu/departments/Science/fulltime/Weber/Microbiology%20Majors/SoftChalkeCoursesubmission/chapter13sub/chapter13sub_print.html Sự sinh tổng hợp DNA RNA virus Sự sinh tổng hợp DNA virus 42 Vòng đời retrovirus 43