Q TRÌNH NHÂN ĐƠI ADN - ADN vật chất di truyền nằm nhân tế bào tế bào chất (ti thể lục lạp) sinh vật nhân thực vùng nhân tế bào nhân sơ - Nhân đơi ADN qn trình tạo hai phân tử ADN có cấu trúc giống hệt phân tử ADN mẹ ban đầu 1.Thời gian, Nơi diễn ra: - Q trình nhân đơi diến pha S kì trung gian chu kì tế bào (ADN nhân sinh vật nhân thực) tế bào chất (ADN nhân) để chuẩn bị cho phân chia tế bào Nguyên tắc nhân đôi: Q trình nhân đơi ADN q trình tổng hợp hai phân tử ADN có cấu trúc giống với tế bào mẹ ban đầu q trình nhân đơi diễn theo ngun tắc • Ngun tắc bổ sung • Ngun tắc bán bảo tồn • Nguyên tắc nửa gián đoạn Hệ việc thực q trình nhân đơi theo ngun tắc giúp cho thông tin di truyền từ hệ sang hệ khác truyền đạt nguyên vẹn Các thành phần tham gia : • Hai mạch đơn phân tử ADN mẹ • Các nucleotit tự môi trường (A, T, G, X) để tổng hợp mạch ribonucleotit A, U, G, X để tổng hợp đoạn mồi • Hệ thống enzyme tham gia vào trình tái gồm: Q trình nhân đơi ADN diễn theo trình tự gồm bước sau Bước : Phân tử ADN mẹ tháo xoắn : Nhờ enzim tháo xoắn, mạch đơn phân tử ADN mẹ tách dần tạo nên chạc chữ Y để lộ mạch khn, mạch có đâu 3’-OH, cịn mạch có đầu 5’-P • Bước : Tổng hợp mạch ADN mới: Enzim ADN-pôlimeraza liên kết nuclêôtit tự từ môi trường nội bào với nuclêôtit mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung Vì enzim ADN-pơlimeraza tổng hợp mạch theo chiều 5’ → 3’ • Trên mạch khn có đầu 3’ mạch bổ sung tổng hợp liên tục theo chiều 5’→ 3’cùng chiều với chiều tháo xoắn, • Trên mạch khn có đầu 5’ mạch bổ sung tổng hợp ngắt quãng tạo nên đoạn ngắn gọi đoạn Okazaki theo chiều 5’→ 3’ ngược chiều với chiều tháo xoắn, sau đoạn nối lại với nhờ enzim nối ADN - ligaza Bước : Hai phân tử tạo thành Mạch tổng hợp đến đâu mạch đơn ( mạch tổng hợp mạch cũ phân tử ban đầu) đóng xoắn lại với tạo thành hai phân tử ADN Kết thúc q trình nhân đơi : Hai phân tử ADN tạo thành có cấu trúc giống hệt giống ADN mẹ ban đầu • Hình : Q trình nhân đơi chạc chữ Y Ở sinh vật nhân thực, q trình nhân đơi diễn nhiều điểm tái khác (nhiều đơn vị tái bản) Ở sinh vật nhân sơ chỉ xảy điểm( đơn vị tái bản) Hình : Phân biệt nhân đôi sinh vật nhân thực sinh vật nhân sơ Chú ý : Mỗi đơn vị tái gồm có hai chạc chữ Y phát sinh từ điểm khời đầu nhân đôi theo hai hướng Trong đơn vị tái số đoạn mồi cung cấp cho qn trình nhân đơi số đoạn okazaki + CHÚ Ý: - Thành phần tham gia: + ADN mẹ: Khuôn mẫu cho trình nhân đơi + Nuclêơtit tự mơi trường nội bào cung cấp (dưới dạng ATP, TTP, GTP, XTP): nguyên liệu cho trình lắp ráp tạo thành chuỗi pơlinuclêơtit bổ sung Ngồi cịn cần thêm loại ribơnuclêơtit loại A, U, G, X cho q trình tổng hợp đoạn RNA mồi + Enzim: Gyraza (tháo xoắn phân tử DNA mẹ), Helicaza (cắt liên kết hiđrô hai mạch đơn phân tư DNA mẹ để giải lộ mạch khuôn, tạo chạc ba tái bản), RNA pơlimeraza hay Primaza (tổng hợp đoạn RNA mồi có đầu 3’ - OH tự do), DNA pôlimeraza (lắp ráp nuclêôtit tự thành chuỗi pôlinuclêôtit bổ sung dựa mạch khuôn gốc DNA), Ligaza (nối đoạn Okazaki thành chuỗi pơlinuclêơtit hồn chỉnh) Helicase: tháo xoắn mạch kép DNA ==> chạc chữ Y SSB (single - strand binding protein): giữ vững trạng thái chữ Y ADN polymerase: Vi khuẩn có ba nhóm DNA polymerase: * Pol I: Đóng vai trị sửa chữa DNA * Pol II: Hoạt động 5'->3' exonuclease (có thể loại bỏ primer), sau tiếp tục kéo dài phân tử DNA để lấp vào chỗ khuyết * Pol III: Là polymerase chủ yếu vi khuẩn (tham gia nhân đơi phân tử DNA), có hoạt tính đọc sửa (proofreading) Eukaryote: * Pol α: có vai trị primase (để tổng hợp RNA primer), sau thực hiên việc kéo dại phân tử DNA từ primer cách gắn nucleotid vào Sau vài trăm nucleotid kéo dài cắt bỏ Pol δ ε * Pol β: có chức sửa chữa DNA * Pol γ: chép DNA ty thể * Pol δ: với Pol ε polymerase tế bào eukaryote, lấp khoảng trơng sau cắt bỏ primer khơng có đặc tính men 5'->3' * Pol ε: tương tự Pol δ + Năng lượng: Từ ATP + Thành phần khác: Prôtêin B (đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi), Prơtêin SSB (căng mạch đơn, ngăn cản đóng xoắn trở lại mạch khuôn) - Nguyên tắc nhân đôi: + Nguyên tắc bổ sung: nuclêôtit tự môi trường nội bào cung cấp với nuclêơtit tương ứng mạch khn DNA, đó: A liên kết với T liên kết hiđrô, G liên kết với X liên kết hiđrô ngược lại Q trình lắp ráp nuclêơtit thực theo chiều 5’ 3’ + Nguyên tắc bán bảo tồn: phân tử DNA có mạch cũ (của DNA mẹ) mạch (được lắp ráp từ nuclêôtit tự do) - Cơ chế: Diễn biến q trình nhân đơi gồm giai đoạn sau (Đánh dấu > tháo > cắt > căng > mồi > lắp ráp ->nối ->hồn chỉnh) + Giai đoạn khởi đầu nhân đơi: Gồm thao tác: Đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi Tháo xoắn phân tử DNA mẹ Cắt liên kết hiđrô hai mạch đơn để tạo chạc ba tái (chạc chữ Y) Căng mạch đơn, ngăn cản đóng xoắn trở lại, chuẩn bị khn sẵn sàng cho trình tổng hợp mạch bổ sung + Giai đoạn tổng hợp mạch bổ sung: Để tiến hành tổng hợp mạch bổ sung, trước hết enzim RNA pôlimeraza có nhiệm vụ tổng hợp đoạn mồi (gồm khoảng 10 ribônuclêôtit) để tạo đầu 3’ - OH hai mạch khuôn DNA mẹ theo nguyên tắc bổ sung (A U, T A, G X, X G) Trong đó, mạch khn 3’ - 5’ có đoạn mồi đầu 3’; mạch khuôn 5’ - 3’ có nhiều đoạn mồi tổng hợp với khoảng cách hai đoạn liên tiếp khoảng từ 1000 - 2000 nuclêơtit Sau đó, enzim DNA pơlimeraza có nhiệm vụ nối tiếp đoạn mồi tiến hành tổng hợp kéo dài mạch bổ sung, cách sử dụng nuclêôtit tự môi trường nội bào cung cấp lượng để liên kết bổ sung nuclêôtit tương ứng với nuclêôtit mạch khuôn DNA mẹ theo chiều 5’ - 3’ (A T, G X ngược lại) Đặc biệt, mạch khuôn 3’ - 5’, trình lắp ráp kéo dài mạch bổ sung xảy liên tục; cịn mạch khn 5’ - 3’, q trình tổng hợp mạch bổ sung xảy ngắt quãng, tương ứng với đoạn mồi đoạn mạch khoảng 1000 - 2000 nuclêôtit (gọi đoạn Okazaki) Khi việc lắp ráp nucleotit hoàn tất, đoạn mồi enzim loại bỏ thay vào la trình tự nucleotit nhờ enzim ligaza, đoạn Okazaki nối lại với để tạo mạch bổ sung hoàn chỉnh * Lưu ý: Do enzim DNA pơlimeraza tiến hành lắp ráp nuclêôtit tự lại với kéo dài mạch bổ sung có sẵn đầu 3’ - OH tự (để tiếp tục photphoryl hóa nuclêơtit tự vào đầu 5’ mạch bổ sung) nên trình nhân đơi DNA thiết phải có đoạn RNA mồi Trong chạc ba tái bản, số đoạn mồi = số đoạn Okazaki + Trong đơn vị tái bản, số đoạn mồi = số đoạn Okazaki + Hiện tượng tổng hợp nửa gián đoạn: Do phân tử DNA có hai mạch ngược chiều nhau, hoạt động lắp ráp nuclêơtit thực enzim ADN pôlimeraza xảy theo chiều 5’ 3’ nên mạch khn 5’ 3’ q trình tổng hợp mạch bổ sung phải xảy ngắt quãng + Giai đoạn hồn kết thúc: Giải phóng prơtêin ssb hai mạch DNA đóng xoắn trở lại - Kết quả: Từ phân tử DNA mẹ qua lần nhân đôi tạo DNA giống * Lưu ý: Cơ chế nhân đôi DNA sinh vật nhân thực nhân sơ giống Tuy nhiên có số khác biệt chi tiết sau: Nhân đôi DNA nhân sơ Nhân đôi DNA nhân thực - Chỉ có điểm khởi đầu nhân đôi, đơn vị tái gồm chạc chữ Y úp vào nhân thựcCó nhiều điểm khởi đầu nhân đôi, nhiều đơn vị tái (do kích thước DNA lớn cn xoắn nhiều lần nhiễm sắc thể) - Số lượng thành phần tham gia nhân thực - Số lượng thành phần tham gia nhiều - Enzim DNA pơlimeraza có loại I, II, III với chức nhiệm vụ khác Trong đó, DNA pơlimeraza III chịu trách nhiệm lắp ráp mạch bổ sung DNA pơlimeraza I có chức sửa sai nhân đơi loại mồi nhân thực - Enzim DNA pơlimeraza có loại , , , , (Chức nhiệm vụ phức tạp hơn) - Tốc độ tổng hợp nhanh (ở vi khuẩn E.Coli 50000 nu/phút) nhân thực - Tốc độ tổng hợp chậm (ở nấm men 50 nu/giây) - Đoạn Okazaki đoạn mồi dài nhân thực - Đoạn Okazaki đoạn mồi ngắn - Hai DNA mạch vòng giống hệt giống DNA mẹ nhân thực - Hai DNA có mạch hở Trong có DNA có mạch bổ sung ngắn mạch khn có đoạn mồi (ở đầu 3’ mạch khuôn 3’ - 5’) bị loại bỏ khơng thay Do DNA nhân đơi nhiều lần phân tử ngắn (liên quan đến tuổi thọ tế bào) ... phân tử DNA mẹ qua lần nhân đôi tạo DNA giống * Lưu ý: Cơ chế nhân đôi DNA sinh vật nhân thực nhân sơ giống Tuy nhiên có số khác biệt chi tiết sau: Nhân đôi DNA nhân sơ Nhân đôi DNA nhân thực -... sinh vật nhân sơ chỉ xảy điểm( đơn vị tái bản) Hình : Phân biệt nhân đôi sinh vật nhân thực sinh vật nhân sơ Chú ý : Mỗi đơn vị tái gồm có hai chạc chữ Y phát sinh từ điểm khời đầu nhân đôi theo... biến q trình nhân đơi gồm giai đoạn sau (Đánh dấu > tháo > cắt > căng > mồi > lắp ráp ->nối ->hoàn chỉnh) + Giai đoạn khởi đầu nhân đôi: Gồm thao tác: Đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi Tháo