NHAN DOI DNA TAI LIEU DAO TAO CU NHAN DIEU DUONG

SỰ NHÂN ĐÔI DNA Mục tiêu: Mô tả bước trình nhân đôi DNA Nêu khó khăn khiếm khuyết trình nhân đôi DNA I Ý nghĩa y sinh học Thông tin di truyền lưu trữ phân tử DNA truyền thông qua trình nhân đôi hoán đổi dạng bắt chéo, tái tổ hợp, đổi đảo vị trí Những chế đảm bảo cho trình thích nghi đa dạng thể sống gây nên bệnh tật Hiểu rõ chế giúp hiểu rõ trình phát sinh đột biến, nguyên nhân nhiều bệnh lý không lây người ung thư, bệnh di truyền,… nhiều đặc tính hầu hết tác nhân truyền nhiễm II Quá trình nhân đôi Mục đích nhân đôi DNA truyền cho hệ cháu thông tin di truyền lưu trữ tế bào bố mẹ Như thế, phân tử DNA phải nhân đôi hoàn toàn theo phương thức đảm bảo ổn định thông tin di truyền cá thể loài Đây trình phức tạp, liên quan nhiều chức khác tế bào kèm nhiều quy trình kiểm soát tính xác thông tin nhân đôi Bộ máy nhân đôi DNA E.coli gồm khoảng 30 protein tế bào eukaryote chắn nhiều phức tạp Toàn trình nhân đôi chia làm bước gồm (1) nhận diện ori, (2) tách chuỗi đôi DNA thành chuỗi đơn, (3) tạo ngã ba nhân đôi, (4) khởi động trình nhân đôi kéo dài, (5) tạo bóng nhân đôi có kết đoạn DNA vừa tổng hợp (6) tái lập lại cấu trúc nhiễm sắc thể Nhận diện ori (origin of replication) Ori đoạn DNA đặc biệt có trình tự nucleotide gồm nhiều đoạn lặp lại nằm gần đoạn DNA giàu A T Ori thu hút gắn kết với số protein đặc hiệu trước trình nhân đôi bắt đầu Sự gắn kết khiến đoạn DNA giàu A T tháo xoắn tách thành chuỗi đơn Ori đánh dấu nơi nhân đôi DNA bắt đầu Cấu trúc ori đoạn DNA giàu A T Ori-binding protein : protein gắn kết với ori ; A+T – rich region : đoạn DNA giàu A+T ; A+T region denaturation : tách đôi đoạn DNA giàu A+T Binding of SSB : gắn kết protein SSB Tách chuỗi đôi DNA thành chuỗi đơn Nối tách cục đoạn DNA giàu A T tháo xoắn tách sợi DNA chuỗi đôi thành chuỗi đơn cách mạnh mẽ nhờ hoạt tính helicase protein SSB (singlestranded DNA-binding protein) Chính helicase enzyme có hoạt tính tháo xoắn tách DNA sợi đôi thành sợi đơn Các protein SSB có vai trò ổn định phức hợp helicase-DNA giữ DNA sợi đơn dạng sợi đơn không bắt cặp để trở thành sợi đôi lại cũ Tạo ngã ba nhân đôi Ngã ba nhân đôi gồm thành tố thành lập theo trình tự helicase – primase – DNA polymerase – SSB Helicase tháo xoắn tách đôi chuỗi DNA khuôn mẫu Primase tổng hợp đoạn RNA ngắn cần thiết cho tổng hợp DNA DNA polymerase khởi động việc tổng hợp DNA từ nucleotide tự Trên thực tế có nhiều polymerase tham gia nhân đôi DNA loại có đặc tính tốc độ kéo dài chuỗi, độ dài chuỗi kéo dài khả sửa nucleotide gắn kết sai khác tế bào sử dụng tình khác SSB ngăn cản không cho chuỗi DNA đơn tái gắn kết với để tạo chuỗi đôi Cấu trúc thành tố tạo nên ngã ba nhân đôi Leading strand: chuỗi DNA liên tục; Lagging strand: chuỗi DNA đứt khúc Khởi động trình nhân đôi kéo dài Sự khởi đầu tổng hợp DNA bắt đầu việc tạo đoạn RNA ngắn (khoảng 10-200 nucleotide) làm mồi Kế tiếp, deoxynucleotide triphosphate gắn dần vào đoạn mồi RNA việc tạo liên kết OH vị trí 3’ ribo- deoxyribonucleotide với nhóm phosphate vị trí α phân tử deoxyribonucleotide tự Phản ứng phóng thích nhóm pyrophosphate Sự tạo liên kết đoạn RNA mồi deoxynucleotide tự Sự kéo dài chuỗi DNA có hướng 5’→3’ ngược chiều với sợi DNA làm khuôn mẫu nên tổng hợp chuỗi DNA chuỗi DNA làm khuôn mẫu diễn khác Trên sợi DNA khuôn mẫu có đầu 5’ nằm ngã ba nhân đôi, chuỗi DNA tổng hợp liên tục từ đoạn RNA mồi ban đầu Trên sợi DNA khuôn mẫu có đầu 3’ nằm ngã ba nhân đôi, chuỗi DNA tổng hợp dạng đoạn DNA kéo dài từ nhiều đoạn mồi khác Những đoạn DNA gọi đoạn Okazaki nối lại với nhờ hoạt tính ligase sau thay đoạn RNA mồi deoxynucleotide Cấu trúc đoạn Okazaki Okazaki fragment: đoạn Okazaki; Newly synthesized DNA strand: chuỗi DNA vừa tổng hợp; DNA template: chuỗi DNA làm khuôn mẫu; RNA primer: đoạn RNA mồi Tạo bóng nhân đôi Nhằm mục đích tăng tốc độ nhân đôi DNA, trình nhân đôi khởi phát từ nhiều vị trí khác phân tử DNA vị trí kéo dài chuỗi thực theo hướng Bóng nhân đôi thực chất tên gọi cấu trúc phân tử DNA nhân đôi trình diễn theo hướng Cấu trúc bóng nhân đôi Replication bubble: bóng nhân đôi; origin of replication: đoạn ori; unwinding proteins at replication forks: protein giữ nhiệm vụ tháo xoắn chuỗi DNA ngã ba nhân đôi; directions of replication: hướng nhân đôi Tái lập lại cấu trúc nhiễm sắc thể Cấu trúc NST tái lập lại sau trình nhân đôi DNA kết thúc Các chuỗi DNA kết hợp nhanh chóng với phức hợp histone octamer phân bố ngẫu nhiên hai nhánh ngã ba nhân đôi để tạo nucleosome III Các khó khăn khiếm khuyết trình nhân đôi DNA Tuy trình nhân đôi DNA tổ chức chặt chẽ thường không gây khó khăn cho trình nhân đôi tế bào phát triển kích thước cá thể, số khó khăn khiếm khuyết có nguồn gốc từ chất cấu trúc NST chế nhân đôi hữu tiềm ẩn khả gây hậu xấu số tình đặc biệt nhân đôi ác tính tế bào ung thư, lão hóa,… Những khó khăn khiếm khuyết bao gồm: Cấu trúc chặt NST nói chung vị trí telomere nói riêng gây cản trở cho hoạt động phức hợp DNA polymerase nên việc nhân đôi DNA dựa vào hoạt tính nhiều enzyme phức hợp protein giữ vai trò tháo xoắn tách đôi chuỗi DNA Cấu trúc chặt chẽ DNA NST Octameric histone core: lõi histone gồm tiểu đơn vị Sự bắt cặp theo luật Hoogsteen guanine telomere promoter gene Cơ chế thay đoạn RNA mồi đoạn deoxyribonucleotide rổi nối hai đoạn Okazaki nhờ hoạt tính ligase khiến việc nhân đôi đầu mút chuỗi DNA (telomere) không hoàn toàn rút ngắn chiều dài DNA qua lần phân bào Tính xác DNA polymerase việc đọc trình tự DNA làm khuôn mẫu mang tính tương đối nên tế bào phải dựa vào máy phức tạp để phát sửa lỗi chuỗi DNA hình thành dựa nhiều chế khác