bài cáo cáo chỉ rõ và giải thích cơ sở phân tử của hoạt đônnjg nhân đỗi ADN của cả hai nhóm sinh vật nhân sơ và nhân chuẩn. Các giai đoạn của quá trình nhân đôi, sự khác nhau cảu nhân đôi của sinh vạt nhân sơ và nhân chuẩn. Giải thích tạo sao sinh vật nhân sơ lại nhân đôi nhanh hơn sinh vật nhân chuẩn. Sự khác nhau trong phiên mã cảu sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn
Phần I MỞ ĐẦU Bước vào kỉ 21 phát triển khoa học kĩ thuật giúp người có điều kiện tìm hiểu rõ chất chế tế bào sống Trong vấn đề người quan tâm ý dành nhiều thời gian, công sức chế cấp độ phân tử Từ việc nghuên cứu giúp co người có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt y học chọn giống Các ứng dụng thường dựa hiểu biết chế di truyền cấp độ phân tử ( tái bản, mã giải mã) Tuy nhiên trình tái DNA mã ẩn dấu nhiếu vấn đề phức tạp Bài viết muốn làm sáng tỏ chất phân tử trình tái DNA mã sinh vật Phần II NỘI DUNG I Cơ sở phân tử tái ADN Vị trí thời điểm Xảy nhân tế bào ( vùng nhân prokaryot) NST ( tế bào chất tạo ty thể lạp thể) vào pha S kì trung gian Đặc điểm - Xảy theo nguyên tắc bổ sung nguyên tắc bán bảo tồn: Theo vào đầu trình chép, phân tử DNA tháo xoắn, mạch đơn dùng làm khuôn để tổng hợp nên mạch mới, mạch đơn nucleotit môi trường nội bào đến liên kết với nucleotit mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung - Là chế giúp trì tính ổn định vật chất di truyền qua hệ Các nhân tố tham gia vào chép DNA Ở procaryote - Rep, Helicase III: Tách mạch - Protein SSB; Ổn định mạch đơn dạng mạch thẳng - Protein B : nhận biết điểm khởi đầu - Các proteini,n, n',n", dna B, dna C : tham gia vào cấu trúc primosome - Primase: Tổng hợp mồi RNA - DNA polymerase III (ở eucaryote DNA polimerase δ) Nối dài mạch DNA tổng hợp kiểm soát xác - DNA polime II: chức chưa xác định - DNA polymerase I.( Ở eucaryote DNA polimerase β) cắt mồi tổng hợp DNA gắn chỗ hở - Ligase: hàn kín mạch - DNA topoisomerase I: Cắt hở mạch - DNA topoisomerase II: cắt hở mạch Ở eucaryote : Ngoài enzym có: - ADN polimerase γ có ty thể, - DNA polimerase α: có chức tổng hợp mồi RNA cho mạch chậm, chức sửa sai - DNA pilomerase β: sửa đổi DNA nhân - Protein chuyên biệt PCNA có chức hoạt hóa polymerase ε, δ nhân tố chép A, C Các giai đoạn trình tái Hình 1: sơ đồ khái quát trình tái ADN 4.1 Hiện tượng biến tính DNA - Quá trình chép khởi việc tháo xoắn phân tử DNA ( biến tính DNA) Vì DNA có dạng: dạng DNA dạng vòng cấu trúc siêu xoắn, dạng cấu trúc siêu xoắn bị đứt chỗ mạch đơn phân tử DNA, dạng tương ứng với cấu trúc mạch thẳng Việc tháo xoắn bắt đầu Protein B nhận biết điểm khởi đầu chép gắn bào Tiếp đến enzim gyrase chuyển động ngược chiều từ điểm khở đầu DNA tháo xoắn thành mạch thẳng - Cùng với dịch chuyển cảu enzim gyrase phân tử enzim helicase bám vào mạch dịch chuyển phá vỡ liên kết hidro giải phóng hai mạch đơn tạo nên chạc tái Các enzim helicase phá vỡ liên kết hidro base mạch đơn nhờ lượng giải phóng từ thủy phân NTP để lộ mạch đơn ( bazo nitơ sẵn sàng liên kết với bazo ni tơ khác theo nguyên tắc bổ sung), có nhiều loại helicase hoạt động đồng thời : số gắn mạch 3'-5' ( protein Rep), số khác gắn mạch 5' - 3' ( helicase II III) Các mạch đơn tách giữ ổn định dạng mạch đơn nhờ protein SSB, protein gắn khắp phần mạch đơn làm cho bazo nitơ mạch đơn không liên kết trở lại Mỗi SSB bám vào nucleotit sợi đơn chạc tái có khoảng 250SSB - Sự tháo xoắn giải phóng mạch đơn hình thành đơn vị chép hay vùng DNA chép từ điểm khởi đầu Ở prokaryote DNA có đơn vị chép, chép điểm khởi đầu NST lan theo hướng đụng điểm đối diện với điểm khởi đầu chép lúc hình thành nên NST Ở Eukaryote kích thước lớn gen nên chép xảy đồng thời nhiều điểm ( NST hình thành nhiều đơn vị chép đồng thời) ịTtái DNA procaryote Tái DNA eucaryote 4.2 Giai đoạn mở đầu Tái DNA xảy có yếu tố mồi: - Các DNA polimerase tổng hợp DNA cách nối dài mồi bắt cặp sẵn khuôn có đầu 3'OH tự mà liên kết nucleotit tự môi trường tạo thành machjdo trình tái cần có tham gia yếu tố mồi - Sự lắp ráp nucleotit tự theo nguyên tắc bổ sung với mạch khuôn bao giừ 3'OH đường deoxiribose Nhóm OH tự cacbon số phân tử đường sở để hình thành liên kết phophodieste Ngay điểm khởi đầu tái chưa có đầu 3'OH khởi đầu tái cần có yếu tố mồi - Mồi đoạn RNA ngắn khoảng 10 nucleotit tổng hợp bở enzim RNA pholimerase, đoạn RNA mồi có trình tự bổ sung với trình tự nucleotit đầu 3'OH sợi khuôn Trong chạc tái bản, hai mạch cần đến yếu tố mồi, nhiên mạch DNA chiều 3' -5' cần tham gia yếu tố mồi, mạch DNA chiều 5' -3' cần có sư tham gia nhiều yếu tố mồi để hình thành phân đoạn DNA 4.3 Giai đoạn kéo dài - Sau tổng hợp mồi enzym DNA polimerase III tổng hợp mạch bổ sung từ đầu 3'OH tự mồi RNA Sự lắp ráp nucleotit mạch theo nguyên tắc bổ sung với mạch khuôn ( A-T, G- C) Mạch khuôn sử dụng đến đâu SSB giải phóng khỏi khuôn đến Tuy nhiên tổng hợp diễn theo chiều 3' -5' mạch gôc chiều 5' - 3' mạch đạng hình thành nên hai mạch khuôn ngược trình tổng hợp không giống + Trên mạch khuôn 3' -5' sinh tổng hợp mạch diễn theo chiều 5'-3' hướng với hướng tháo xoắn, mạch tổng hợp liên tục gọi mạch tới ( hay mạch dẫn đầu) + Trên mạch khuôn 5'-3' tổng hợp mạch theo chiều 3'-5', ngược chiều với hướng tháo xoắn, mạch tổng hợp không liên tục mà tổng hợp đoạn nhỏ gọi đoạn Okazaki Mạch tổng hợp gọi mạch chậm ( hay mạch theo sau) Mỗi đoạn Okazaki gồm đoạn mồi RNA khoảng 1000-2000 nucleotit 4.4 Giai đoạn kết thúc Sau trình chép kết thúc, đoạn mồi RNA bị enzim RNase H phân hủy Các lỗ hổng phân đoạn Okazaki liền tác động enzim mạch tổng hợp lấp đầy nhờ hoạt động enzim DNA polimerase I ( với eukaryote DNA polimerase β) cuối enzim ligase nối tất đoạn Okazaki với tạo thành mạch hoàn chỉnh Sửa chữa tức thời sai sót DNA tế bào cảu sinh vật tái lại có sai sót nhờ chế sửa sai: - Hướng chép từ đầu 5' -> 3' để việc sửa sai xác - Các polimerase I III vừa polymer hóa vừa có hoạt tính exonnuclease 5' -> 3' 3'-> 5' Nếu đường di chuyển để polymer hóa gặp nucleotit lắp sai DNA polimerase lùi lại để cắt bỏ theo hướng 3' ->5' Sự khác biệt chép DNA tế bào procaryote Eucaryote - Ở procaryote trình chép điểm nên phân tử DNA tạo nên đơn vị chép Ở tế bào nhân thực kích thức phân tử DNA lớn tạo nên nhiều NST, NST gồm phân tử DNA chép DNA tế bào nhân thực có nhiều điểm chép - Sự chép Procaryote có tham gia enzym DNA polimerase I,II,III, eucaryote có tham gia DNA polimerase + DNA polimerase γ có ty thể, + DNA polimerase α: có chức tái DNA nhân + DNA pilomerase β: sửa đổi DNA nhân II Quá trình phiên mã Đặc điểm chung trình phiên mã - Sản phẩm phiên mã ARN sợi đơn - Vùng ADN chứa gen phiên mã phải có mở xoắn cục làm lộ sợi khuôn (sợi có ý nghĩa – strand sense) - Nguyên liệu ribonucleotit triphotphat: ATP, GTP, CTP, UTP gọi chung NTP Enzim ARN- polymerase định việc chọn sợi làm khuôn xúc tác trỉnh tổng hợp ARN - Sự khởi đầu, kết thúc phiên mã phụ thuộc vào tín hiệu khởi đầu kết thúc, trình tự nucleotit đặc thù nằm trước sau gen - ARN tổng hợp theo chiều 5’P- 3’OH, enzim ARN polymerase di chuyển theo chiều 3’-5’ gốc - Không có chế sửa sai kèm với trình phiễn mã, vậy, sai sót dẫn đến sai khác biểu gen Tuy nhiên sai khác trình phiên mã không ảnh hưởng đến việc truyền đạt thông tin di truyền cho hệ sau Phiên mã sinh vật nhân sơ (prokaryot) 2.1 Đặc điểm enzym ARN -polymerase sinh vật nhân sơ Ở E Coli, ARN -polymerase có hệ số lắng 11S-13S, khối lượng phân tử 500 000 dalton ARNase E.coli gồm thành phần: Nhân tố sigma lõi enzim Từ enzim ARN polymerase nhân tố sigma (σ) kết hợp với enzim lõi khác Cấu trúc phân tử ARN- polimerase cảu sinh vật nhân sơ Enzym lõi có cấu trúc bậc phức tạp, bao gồm năm chuỗi polipeptit β',β,α,δ,w nối với liên kết hóa học yếu Nhân tố σ giúp enzim lõi khởi đầu tổng hợp ARN điểm đặc thù gọi điểm khởi đầu (promotor), thiếu nhân tố σ trình xảy điểm ngẫu nhiên phân tử ADN Đoạn nhận biết gồm 35 cặp base nằm trước điểm khởi đầu promotor Đoạn để ARN- polymerase nhận biết đoạn gồm nucleotit gọi prinow, nằm cách điểm phiên mã 5-6 base Hộp prinow sợi đối khuôn có công thức: 5’TAT purin AT purin 3’ Tín hiệu kết thúc trình tự nucleotiti đặc thù nằm sau gen, gồm vùng giàu cặp AT GC 2.2 Các giai đoạn trình phiên mã Ở Prokaryot gồm bước: khởi đầu, kéo dài, kết thúc - Khởi đầu: Quá trình phiên mã bắt đầu nhân tố sigma kết hợp với lõi enzym ARNase, giúp lõi enzym nhận bám vào vùng khởi động (promotor) - Kéo dài: Khi phân tử RNA đạt chiều dài khoảng nucleotit nhân tố σ tách lõi enzym thực tổng hợp ARN Lõi enzym ARN- polymerase trượt dọc gen (3’-5’) vừa xúc tác biến tính cục sợi ADN phiên mã xoắn trở lại ban đầu Sợi ARN sinh theo chiều 5’-3’ - Kết thúc: Khi lõi enzym đến điểm kết thúc gen, tác dụng loại protein đặc hiệu, sợi ARN tổng hợp lõi enzym phóng thích khỏi sợi khuôn Tín hiệu kết thúc nhận phức hợp lõi enzym protein nusA Phiên mã sinh vật nhân thực (Eukaryot ) 3.1 ARN polymerase vùng kiểm soát phiên mã - ARN-polymerase I: enzym không bị ức chế α – amanitin (chất ức chế tổng hợp ARN), chuyên trách việc phiên mã gen để tổng hơp rARN loại 28S, 18S, 5S - ARN-polymerase II: enzim bị ức chế α – amanitin, tổng hợp mARN - ARN- polymerase III: enzim bị ức chế α – amanitin nồng độ cao, phiên mã tổng hợp tARN rARN loại 5,8S - Hộp TATA nằm điểm khởi đầu phiên mã từ 25-30bp coi đoạn khởi đầu - Đoạn kết thúc nằm đầu 3’ gen nghiên cứu Đoạn kết thúc không dài 21 bp, nấm men có trình tự TTTTATA 3.2 Các giai đoạn trình phiên mã Eukaryot - Giai đoạn khởi động: Chịu kiểm tra trình tự đặc biệt “hộp TATA” nằm trước vị trí bắt đầu phiên mã khoảng 25-30bp ARN- polymerase II hoạt động phiên mã nhờ nhiều nhân tố TF cho phép khởi động phiên mã - Giai đoạn kéo dài: Phân tử RNA tổng hợp từ mạch khuôn DNA Quá trình nhờ nhân tố TF IIS - Giai đoạn kết thúc: Phiên mã kết thúc trước điểm gắn đuôi poly A xa Kết thúc phiên mã có liên quan đến cấu trúc kẹp tóc tiếp sau trình tự giàu GC Hình thành cấu trúc kẹp tóc 3.3 Quá trình hoàn thiện mARN nhân Sản phẩm gen cấu trúc nhóm nhân thực tiền mARN Để có mARN trưởng thành cần có trình chế biến nhân Gồm bước: - Gắn chóp: Khi tiền mARN tổng hợp dài 20-30 base đầu 5’P bổ sung chóp 7-methyl guanozin triphotphat, chóp cần thiết cho trình giải mã sau - Thêm đuôi poly A đầu 3’: Một đoạn ngăn mARN bị cắt base adenin nối vào thành đuôi poly A, đuồi poli A dài khoảng 100- 200 adenin Đối với gen mã hóa liên tục (chỉ có exon) VD: gen mã hóa histon, trình chế biến nhân để tạo mARN trưởng thành gồm bước Sơ đồ hình thành đuôi poly-A 10 - Quá trình ghép nối (Splicing): Đối với gen phân đoạn, phiên mã tiền mARN gồm exon intron Do tiền mARN mã từ gen trải qua giai đoạn cắt bỏ intron nối exon lại với Quá trình cắt intron nối exon Trong phiên mã hai nhóm sinh vật tham gia yếu tố mồi enzym tổng hợp RNA pol có khả liên kết ribonucleotit tự môi trường nội bào tạo thành mạch Sự khác phiên mã Pocaryote Eucaryote - Ở Procaryotae có loại enzym RNA polimerase chịu trách nhiệm tổng hợp loại RNA, Eucaryotae RNA polimerase tổng hợp loại RNA khác - Ở procaryotae chép tạo mRNA mang thông tin nhiều gen nối tiếp nhau, Eucaryotae tạo mRNA chứa thông tin gen - Sau phiên mã, Eucaryot có giai đoạn chế biến tiền mARN phức tạp để tạo mARN trưởng thành thực chức procaryotae không trải qua trình chế biến mà sử dụng trực tiếp cho trình gải mã - Ở Eucaryotae sau phiên mã mRNA cần chế biến phức tạp sau tế bào chất để giải mã, Procaryotae không cần chế biến nên trình giải mã diễn đồng thời với trình mã ( mã đến đâu, ribixom gắn vào tiến hành giải mã đến đó) 11 Phần III KẾT LUẬN Quá trình tái DNA phiên mã chế di truyền phức tạp sinh vật, gồm nhiều giai đoạn với nhiều hoạt động khác Bài viết đặc điểm phân tử trình tái phiên mã : - Sự biến tính DNA ( tháo xoắn DNA) - Bản chất mồi tái phải dùng mồi - Bản chất phân tử đoạn Okazaki - Cơ chế sửa sai sau tái - Các gai đoạn phiên mã sinh vật procaryotae eucaryotae - Tại phiên mã lại không dùng mồi - Sự khác trình phiên mã cảu procaryotae eucaryotae 12 [...]... LUẬN Quá trình tái bản DNA và phiên mã là những cơ chế di truyền phức tạp của sinh vật, nó gồm nhiều giai đoạn với nhiều hoạt động khác nhau Bài viết này mới chỉ ra đặc điểm phân tử của quá trình tái bản và phiên mã ở : - Sự biến tính DNA ( tháo xoắn DNA) - Bản chất của mồi và tại sao trong tái bản phải dùng mồi - Bản chất phân tử của đoạn Okazaki - Cơ chế sửa sai sau tái bản - Các gai đoạn phiên mã. .. sao trong tái bản phải dùng mồi - Bản chất phân tử của đoạn Okazaki - Cơ chế sửa sai sau tái bản - Các gai đoạn phiên mã của sinh vật procaryotae và eucaryotae - Tại sao trong phiên mã lại không dùng mồi - Sự khác nhau trong quá trình phiên mã cảu procaryotae và eucaryotae 12 ... Eucaryote - Ở procaryote trình chép điểm nên phân tử DNA tạo nên đơn vị chép Ở tế bào nhân thực kích thức phân tử DNA lớn tạo nên nhiều NST, NST gồm phân tử DNA chép DNA tế bào nhân thực có nhiều... trình chép khởi việc tháo xoắn phân tử DNA ( biến tính DNA) Vì DNA có dạng: dạng DNA dạng vòng cấu trúc siêu xoắn, dạng cấu trúc siêu xoắn bị đứt chỗ mạch đơn phân tử DNA, dạng tương ứng với cấu... 11S-13S, khối lượng phân tử 500 000 dalton ARNase E.coli gồm thành phần: Nhân tố sigma lõi enzim Từ enzim ARN polymerase nhân tố sigma (σ) kết hợp với enzim lõi khác Cấu trúc phân tử ARN- polimerase