Bài tiểu luận môn sinh học sao chép DNA

Nguyên tắc chung * Sao chép theo nguyên tắc bán bảo tồn semi-conservative phân tử DNA mới được tổng hợp gồm một mạch cũ làm khuôn và một mạch mới tổng hợp Quá trình tổng hợp DNA xảy ra đ

1

ĐỀ TÀI TiỂU L

uẬN

SAO CHÉP THEO KHUÔN

SỬA SAI TRONG SAO CHÉP VÀ KHI KHÔNG SAO CHÉP

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

 2 chuỗi polinucleotit của DNA xoắn quanh một

trục tưởng tượng t¹o nªn xo¾n kÐp ®Ịu vµ ging 1 cÇu thang xo¾n.

Đạt hiệu quả nhanh

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

Nguyên tắc chung

* Sao chép theo nguyên tắc bán bảo tồn

(semi-conservative) phân tử DNA mới được tổng hợp

gồm một mạch cũ làm khuôn và một mạch mới

tổng hợp

Quá trình tổng hợp DNA xảy ra đòi hỏi phải có “

mồi “ (primer)

* Quá trình tổng hợp xảy ra theo chiều 5’ – 3’

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

LOGO

Thí nghiệm chứng minh có sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn

 Waston và Crick đã cho rằng nếu 2 mạch của phân

tử được tách ra do các liên kết hydro giữa các cặp

base bị đứt

 Mỗi mạch sẽ làm khuôn cần thiết cho việc tổng hợp

mạch cặp mới tương tự với mạch cặp trước đó.

 A-T

 G-X

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

 Kết quả một phân tử DNA ban đầu tạo ra hai

phân tử con giống hệt nhau

 Mỗi phân tử con đều mang 1 mạch cũ và 1 mạch mới Kiểu sao chép này gọi là bán bảo tồn

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

 Như vậy tất cả DNA của vi khuẩn đều mang

đồng vị nặng N15 thay cho N14 bình thường

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

 Bằng phương pháp ly tâm trên thang nồng độ

CsCl, các loại DNA nặng, nhẹ và lai được tách

ra

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

LOGO

Thí nghiệm chứng minh có sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn

 Kết quả cho thấy DNA nặng ban đầu (thế hệ 0)

chứa N15, sau một lần phân chia cho thế hệ I với DNA lai có tỷ trọng nằm giữa DNA nặng N15 và

DNA nhẹ N14

 Nói cách khác sau một lần sao chép phân tử DNA mới chứa một nữa mang N15 và một nữa N14

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

 Thí nghiệm này khẳng định giả thuyết của

Watson và Crick là đúng tức 2 mạch DNA mẹ

tách ra, mỗi cái làm khuôn để tổng hợp nên

mạch mới bổ sung

I SAO CHÉP THEO KHUÔN

ĐỦ 4 LoẠI NUCLEOSID TRIPHOSPHAT BẮT CẶP BỔ SUNG VỚI NUCLEOTID MẠCH KHUÔN

4

MẠCH MỚI TỔNG HỢP THEO HƯỚNG 5 5’ P- 3’ OH

5

CÁC NUCLEOTIDE MỚI ĐƯỢC NỐI LẠI VỚI NHAU BẰNG LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

II QUÁ TRÌNH SAO CHÉP DNA

II QUÁ TRÌNH SAO CHÉP DNA

Diễn biến sao chép DNA ở nhiễm sắc

(elongation )

Mở xoắn

-Ban đầu một protein B nhận biết điểm

khởi sự sao chép ori và gắn vào trình

tự base đặc biệt đó

- Enzyme gyrase cắt DNA làm tháo

xoắn ở 2 phía của protein B.

-Trong khi 2 phân tử enzyme gyrase

chuyển động ngược chiều nhau so với

điểm ori thì 2 phân tử của enzyme

helicase tham gia tách mạch tạo chẻ

ba sao chép Helicase sử dụng năng

lượng ATP làm đứt các liên kết hydro

giữa 2 base bắt cặp với nhau.

NHÓM 1 18

Giai đoạn khởi sự

Giai đoạn khởi sự

Tổng hợp mồi

Đặc trưng cho quá trình kéo dài chuỗi là DNA polymerase

và nó chỉ hoạt động khi đã có mồi, nên trước khi tổng hợp

chuỗi thì phải có quá trình tổng hợp mồi Mồi là một đoạn

khoảng 9 -10 nu, có thể là DNA hoặc ARN

NHÓM 1 20

Giai đoạn khởi sự

1.Giai đoạn khởi sự

1.Giai đoạn nối dài

Do tính chất đối song song

nên khi tách ra thành 2 mạch

đơn khuôn thì một mạch có đầu

3 ’ , mạch kia có đầu 5 ’ nên để

đảm bảo hướng sao chép của

DNA theo chiều 5 ’ -3 ’ thì sự

polymer hóa dựa vào 2 mạch

khuôn DNA diễn ra khác nhau.

Mạch khuôn có đầu 3 ’ được DNA polymerase III gắn vào và tổng hợp ngay mạch bổ sung

5 ’ -3 ’ hướng vào chẻ

ba sao chép

Ở mạch có đầu 5’

(mạch khuôn sau) việc tổng hợp phức tạp hơn và thực hiện

từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài để đảm bảo đúng hướng

5’-3’

1.Giai đoạn nối dài tách ra ở gần chẻ ba Khi mạch kép

sao chép , enzyme primase gắn mồi (primer) ARN khoảng 10 nucleotid

có trình tự bổ sung với mạch khuôn.

NHÓM 1 24

- DNA-polymerase III nối theo mồi ARN, theo hướng ngược với chẻ ba sao chép, tổng hợp các đoạn ngắn

1000-2000 nucleotid, gọi là các đoạn Okazaki (người phát hiện là Reiji Okazaki).

- DNA polymerase nối dài đoạn Okazaki đến khi gặp ARN mồi phía trước thì dừng lại, rồi lùi ra sau

tiếp tục tổng hợp từ ARN mồi mới được tạo nên gần chẻ ba sao chép.

NHÓM 1 25

-Tiếp theo DNA-polymerase I nhờ hoạt tính

exonuclease 5’-3’ cắt bỏ mồi ARN, lắp các

nucleotid của DNA vào chỗ trống và thực

hiện polymer hóa hướng 5’-3’

-Đoạn DNA ngắn 10 nucleotid này còn hở 2

đầu, chỗ hở được nối nhờ enzyme ligase của

DNA mạch được tổng hợp từ chẻ ba sao

chép hướng ra ngoài được tổng hợp chậm

hơn nên gọi là mạch sau (lagging strand).

1.Giai đoạn nối dài

III CÁC NHÂN TỐ THAM GIA VÀO SAO CHÉP DNA

1.Sợi ADN dùng làm khuôn mẫu

- Quá trình tổng hợp các sợi ADN mới cần các sợi

ADN gốc làm khuôn

- Các nucleotide lựa chọn phù hợp với các nucleotide

của sợi khuôn

- Thông tin trên sợi ADN gốc dùng để tạo thông tin

trên sợi khuôn

III CÁC NHÂN TỐ THAM GIA VÀO SAO CHÉP DNA

• Một số enzyme và protein tham gia tái bản AND

Protein/ enzyme Chức năng chính

Mở xoắn kép tại các vị trí đặc biệt.

Xúc tác sự khởi đầu của primase.

Xúc tác tổng hợp ARN mồi.

Mở xoắn kép.

Làm căng mạch DNA.

Chuyển xoắn phải thành xoắn trái.

Loại ARN mồi thay vào đó là AND.

Tham gia sửa chữa AND.

Tổng hợp ADN trên cơ sở ARN mồi.

Hàn gắn mạch

xoắn, tạo ra siêu xoắn trái

của chuỗi DNA xoắn kép

Phản ứng này cần 2 ATP

Topoisomerase I Tháo đoạn siêu xoắn bằng cách gắn vào phân

tử DNA và cắt một trong 2 mạch tháo xoắn sao đó nối lại

TopoisomeraseI ít phổ biến hơn topoisomeraseII

Helicase được gắn bởi 3

loại protein đều có chức

năng mở xoắn kép

-Dna A nhận biết vị trí đặc

biệt ở điểm mở đầu.

-Dna B mở xoắn kép.

-Dna C cần thiết cho Dna B

gắn vào điểm khởi đầu

ngăn không cho chập

lại ngẫu nhiên hoặc

hợp ARN mồi

III CÁC NHÂN TỐ THAM GIA VÀO

SAO CHÉP DNA

B Giai đoạn nối dài.

a.ADN polymerase III: là

Ít nhất phải có 4 trung tâm hoạt động

Có hoạt tính exonuclease

hơn polymerase III.

c DNA polymerase II.

Tham gia sửa chữa DNA thay đoạn DNA hỏng bằng DNA bình thường

Đặc điểm: chứa một hệ thống các enzyme cắt và nối.Sửa chữa dựa trên trình tự của mạch DNA kia.Pol II luôn hoạt động trong DNA do các đột biến luôn xảy ra

Để theo dõi sao chép DNA đồng vị phóng xạ Thymidin

(tiền chất đặc hiệu cho DNA) được sử dụng

Quá trình sao chép xuất phát từ một điểm ori (điểm xuất phát sao chép) và triển khai ra cả 2 phía Khi DNA vòng tròn đang sao chép, quan sát thấy dạng DNA hình con mắt

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

1.Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote:

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

NHÓM 1 37

Sao chép DNA từ một điểm về 2 phía và về một phía

1.Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote:

1.Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote:

Chẻ ba sao chép lan dần cuối cùng tạo ra 2 phân tử

DNA lai: một mạch có mang dấu phóng xạ

(thymidin-H3) Có trường hợp sao chép chỉ xảy ra về một phía

E.coli chỉ có một điểm xuất phát sao chép ori nên

cả phân tử DNA thành một đơn vị sao chép thống nhất được gọi là replicon Bộ gen của sinh vật tiền nhân

thường chỉ có một replicon

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

1.Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote:

Tái bản DNA ở prokaryote

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

Cả hai chạc tái bản được bắt đầu từ một khởi điểm duy nhất (ori), và di chuyển hầu như cùng tốc độ, theo hai

hướng đối lập nhau xung quanh nhiễm sắc thể mạch vòng cho tới khi chúng gặp nhau tại một điểm kết thúc chung đối diện với ori

Tại các vị trí đặc thù này có các protein kết thúc tái bản (replication terminator protein = RTP) bám vào và các phức hợp protein-DNA này ngăn cản sự di chuyển của các chạc tái bản theo một cách phân cực hoặc định hướng đặc thù

NHÓM 1 40

1.Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote:

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

Sự ngừng lại của các chạc

tái bản tại vùng kết thúc

tạo nên bước đầu tiên

trong quá trình hoàn thành

1.Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote:

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

Sự nhân đôi ở sinh vật nhân thực nhìn chung là giống sinh vật nhân sơ Tuy nhiên, có 1 vài điểm khác đáng lưu ý:

-Ở sinh vật nhân sơ chỉ có 1 điểm khởi đầu sao chép (Ori C), nhưng ở sinh vật nhân thực, do hệ gen lớn, nên có rất

nhiều điểm khởi đầu tái bản

- Ở sinh vật nhân thực, hệ enzim tham gia phức tạp hơn so với sinh vật nhân sơ Hệ enzim ADN pol có nhiều loại alpha, beta, gama và cơ chế hoạt động phức tạp hơn

NHÓM 1 42

2 Sao chép nhiễm sắc thể ở tế bào eukaryote :

IV SAO CHÉP DNA TRONG TẾ BÀO

- Polymerase α/primase: tổng hợp mồi RNA cho mạch chậm , primase: tổng hợp mồi RNA cho mạch chậm ,

không cókhả năng sửa sai (exonuclease) do đó không phải là thành phần duynhất tham gia vào quá trình tái bản.

– Polymerase β: chức năng giống DNA polymerase I ở sinh

vật tiền nhân (vừatổng hợp vừa sửa chữa và hoàn chỉnh sợi đơn DNA sau khi mồi RNAđược loại bỏ).

– Polymerase γ : được tìm thấy ở ty thể có chức năng chưa rõ – Polymerase δ: có chức năng gần với DNA polymerase III ở

sinh vật tiền nhân.

– Polymerase ε :mới được phát hiện gần đây có vai trò chưa

rõ.

NHÓM 1 43

NHÓM 1 44

+Khoảng 5000base/ ngày bị mất (khử nhóm amin).

+Khoảng 1000base/genome/ngày biến đổi CU

hệ  do cơ chế sửa sai DNA rất nghiêm ngặt và được thực hiện

thường xuyên.

- Quá trình sửa sai trên DNA liên quan chặt chẽ với quá trình tái bản

và tái tổ hợp DNA  chứng tỏ luôn có sự phối hợp chặt chẽ giữa nhiều cơ chế di truyền

NHÓM 1 45

V SỬA SAI VÀ BẢO VỆ DNA

V SỬA SAI VÀ BẢO VỆ DNA

1 Sửa chữa tức thời trong sao chép (cơ chế

đọc sửa)

• Các sai sót trong QT tái bản AND(bắt cặp

sai) được nhận biết và sửa chữa nhờ các

ADNpolymerase

• Enzyme AND pol có hoạt tính polymerase

(tổng hợp) và hoạt tính3’ exonuclease

(phân hủy ADN từđầu 3’).

• Trước khi Nu mới được gắn vàoDNA pol

dò lại cặp base cuốinếu chúng không bắt

cặp phản ứng polymer hóa sẽ dừng lại

Cặp nucleotide sai cuối đầu 3’ bị loại nhờ

enzim DNA polymerase(Exonuclease)

Sau khi sự bắt cặpcủa sợi kép đã đúng

polymerhóa được tiếp tục.

NHÓM 1 46

V SỬA SAI VÀ BẢO VỆ DNA

 2 Quang tái hoạt hóa

- Kiểu sửa chữa trực tiếp loại bỏ đơn giản và phục hồi các

sai hỏng.

- Nhờ các enzim phụ thuộc ánh sáng (lightdependent

enzime) khôi phục lại các liên kết cộng hóa trị.

- Sai hỏng trên DNA do tia tử ngoại gây ra biến dạng cấu

trúc xoắn của DNA được sửa và phục hồi nhờ enzim

photolyase

- Enzim photolyase sử dụng ánh sáng để thay đổi liên kết

hóa học  Nu trở lại bình thường.

- Phổ biến ở thực vật, procaryota và eucaryota Tuy nhiên

chưa thấy ở động vật có vú và người.

NHÓM 1 47

NHÓM 1 48

-Sửa chữa được tiến hành khi phát hiện bắt cặp sai của baseN

- Phương thức sửa chữa: cắt bỏ nhờ một enzyme nhận biết base sai hỏng thực sự hoặcthay đổi

chiều hướng trong không gian

- Phương thức này phát hiện ở E.coli, nấmmen và

tế bào động vật có vú Trên E.coli có3 hệ thống enzime khác nhau được sử dụngsửa chữa các sai lệch

NHÓM 1 49

NHÓM 1 50

4 Sửa chữa bằng phương pháp cắt bỏ 2 hệ thống

a Hệ thống trực tiếp cắt base sai hỏng thay thế nó trong phân tử DNA.

- E N glycosinlase nhận biết base bị biến đổi, hay mất gốcamin,

hoặc biến dạng cấu trúc xoắn do sai lệch.

- Cắt bỏ base ra khỏi phân tử nhờ thủy phân liên kết giữa base – đường.

- Enzime DNA polymerase đưa các nucleotid bổ sung vào chỗ

trống –>nối đầu 3’-OH của nucleotid trước.

4 Chú ý: Mỗi base được một loại N4 glycosylase nhận biếtriêng+

Uraxin - glycosylase + Adenin – glycosylase.+ Guanin –

glycosylase + Cytozin – glycosylase+ Thymin – glycosylase.

NHÓM 1 51

NHÓM 1 52

- Cắt bỏ một trình tự có base sai hỏng,tổng hợp đoạn nucleotid mới Phổ biến ở hầu hết các sinh vật.

- Có sự tham gia của nhiều E để kiểm soát EDNA polymerase tìm ra sai hỏng.

- Khi phát hiện được sai hỏng E helicase(endonuclease) sẽ cắt 2 phía của sợi đơn mang lỗi.

- E Exonuclease loại bỏ đoạn hỏng ra khỏi DNA.

- E DNA polymerase sẽ tổng hợp đoạn DNA mới theo NTBS- E ligase nối đoạn mới được tổng hợp với đoạn cũ.

 Phân tử DNA được hoàn chỉnh

NHÓM 1 53

NHÓM 1 54

5 Hệ thống sửa chữa sai sót trong tái tổ hợp

- Các vị trí sai hỏng trong DNA được phục hồi

bằngphương pháp tái tổ hợp.=> thu được một bản sao khác của trình tự từ mộtnguồn không bị sai hỏng

- Một bản sao mới từ nguồn không bị sai hỏng sẽ thànhkhuôn để tái tổ hợp sợi mới Bản sao sau

đó đượcdùng để sửa chữa vị trí hỏng trên sợi bị hỏng

NHÓM 1 55

5 Hệ thống sửa chữa sai sót trong tái tổ hợp

- Khi DNA polymerase gặp một số sai lệch trên

sợiDNA, có 2 khả năng xảy ra:

+ Nucleotid được lấp đầy chỗ trống không theo khuôn

mẫu do tái tổ hợp  vượt qua chỗ sai Sai sót vẫn

tồn tại

+ Polymerase dừng lại và huy động khoảng 1000

nucleotid , lấp đầy những chỗ trống bị gián đoạn,tạo sợi bổ sung từ sợi chị em do tái tổ hợp  sai sót ít

hơn nhưng vẫn còn.

- Trong hai khả năng trên số sai lệch vẫn còn và sẽ

được cắt bỏ sau đó bởi sửa sai trực tiếp hay cắt bỏ.

NHÓM 1 56

NHÓM 1 57

6.Hệ thống sửa sai SOS-sửa sai ngẫu nhiên

- Hệ thống SOS: chứa khoảng 30 gen không liên kết bị ức chế bởi protein LexA.

- Khi tế bào bị nhiều tác nhân gây đột biến  sai hỏng nghiêm

trọngSOS sẽ phục hồi tái bản theo cơ chế ngẫu nhiên” error-prone”

Ví dụ: phân tử DNA bị sai hỏng nặng nề do chiếu tia tửngoại hoặc tác nhân ung thư2 sợi DNA đều bị đứt, gẫy thông tin di truyền mất hoàn toàn không có khuôn tái bảnDNA được sửa sai “ngẫu nhiên”duy trì được hoạt động DNA đột biến.

- Hoạt động protein LexA chịu sự kiểm soát của gen recA.

+ Khi gen recA bị kiểm soátkhông hoạt động protein LexA hoạt động ức chế hệ thống SOS.

+ Khi gen recA bị hoạt hóagây phản ứng phân giảiLexALexA bị kích

thích  thay đổi cấu hình, tự cắtmất hoạt tính ức chế  gen của hệ thống SOS đượcmở.

NHÓM 1 58

NHÓM 1 59