Đối với các phân tử ADN thẳng (nh− ở NST sinh vật nhân chuẩn), ADN polymerase chỉ có khả năng gắn nucleotid vào đầu 3’-OH của polynucleotide tr−ớc nó, dẫn đến một vấn đề hết sức nghiêm trọng là khi chạc tái bản tiến đến đầu tận cùng của ADN thẳng sẽ tạo ra khoảng trống ở đầu tận cùng 5’ của sợi ADN mới tổng hợp (do mồi ARN bị loại bỏ). Do ở đầu 5’ của sợi mới sau khi loại mồi đi sẽ để lại một khoảng trống, do có đầu tận cùng 5’ nên ADN polymerase không có khả năng mở rộng thêm cũng nh− không có không gian để tạo ra 1 mồi ARN cần thiết để khởi đầu một đoạn tại vị trí quá gần đầu mút nh− thế.
Hình 2.11: Sự biểu hiện đoạn telome trong sao chép ADN
Sự sao chép không hoàn toàn chuỗi xoắn kép ADN là không thể tránh khỏị để giải quyết vấn đề này tại các đầu của NST nhân chuẩn có sự kéo dài thêm một trình tự ADN đặc biệt không mang thông tin, đó là “ADN hy sinh” gọi là ADN telome (các đầu NST chứa nó đ−ợc gọi là telome). Các đầu này vẫn không đ−ợc sao chép bằng bộ máy tổng hợp ADN nh− đã mô tả nh−ng không thành vấn đề đối với NST “thật” nó vẫn đ−ợc sao chép một cách đầy đủ vì đoạn mồi đ−ợc đặt đối diện với sợi khuôn ADN telomẹ ở những tế bào phân chia nhanh, các telome đ−ợc thêm vào để NST không bao giờ rơi vào tình trạng nguy hiểm “bỏ trống”.
* Sự tổng hợp đoạn telome
Một telome gồm những đoạn bazơ ngắn lặp lại - nó thay đổi ở các loài khác nhaụ ở ng−ời có hàng trăm trình tự TTAGGG lặp lạị Enzyme telomeraza thêm những trình tự này vào sau những trình tự ADN telome đã tồn tại tr−ớc đó. Telomeraza là một dạng enzyme mà ta ch−a từng gặp tr−ớc đâỵ Nó có 2 đặc điểm đáng chú ý:
- Sử dụng ARN làm khuôn để tổng hợp ADN - nó là 1 enzyme sao mã ng−ợc, - Mang sợi khuôn trong cấu trúc của nó
ARN này lai với một đầu của một đơn vị trình tự lặp lại, tại vị trí đó nó làm khuôn cho sự lặp lại các đơn vị một cách chính xác, sau đó một đơn vị đ−ợc thêm vào từng base một. Khi một đơn vị đ−ợc tổng hợp xong, enzyme di chuyển tới lai với một đầu của đơn vị mới và do đó telome đ−ợc tạo thành một cách gián đoạn. Sợi bổ sung với đoạn telome kéo dài đ−ợc tổng hợp bằng cơ chế nh− đã biết để tạo thành telome sợi kép nh−ng có một số điều không chắc chắn là làm thế nào sợi tổng hợp lại xảy ra đ−ợc, có thể là một ADN polymerase khác đã đ−ợc dùng.
Hình 2.12: Cơ chế tổng hợp đoạn telome
Sự cần thiết của telome đã đ−ợc kiểm chứng bằngviệc sử dụng YACs (Yeast Artifical Chromosome hay NST giả ở nấm men). Những NST có chứa 3 cấu trúc của ADN đặc biệt cho nhân đôi NST: tâm động, vị trí khởi đầu và telomẹ YACs đ−ợc bảo tồn cho các thế hệ sau khi nó đ−ợc thêm vào các tế bào nấm men nh−ng nếu các NST này thiếu telome thì nó bị mất đi ngay khỏi tế bàọ
Không giống nh− ở Eukaryote, ở prokaryote các NST dạng vòng luôn tồn tại khuôn ADN sẵn để tổng hợp đoạn mồị Sự tồn tại telome ở Eukaryote có một ý nghĩa hết sức quan trọng. Telomerase đ−ợc tìm thấy trong tế bào mầm, ở đó các tế bào phân chia liên tục và nhanh chóng, telome dài ra liên tục để bù lại sự ngắn đi liên tục của chúng. Tuy nhiên, ở các tế bào soma sự phân chia diễn ra chậm hơn, sự dài ra của telome ít thích hợp hơn và quả thật ng−ời ta tin rằng telomerase không tồn tại trong các tế bào nàỵ Nếu đúng nh− vậy thì có nghĩa là các tế bào soma chấp nhận những hạn chế về telome đủ đảm bảo cho cuộc sống của chúng và thế hệ saụ Điều này dẫn đến các telome ở hầu hết các tế bào trở nên ngắn dần theo thời gian và điêù này có thể là một nhân tố quan trọng trong việc xác định tuổi thọ của loàị Các tế bào soma có thể bị biến đổi trở nên phân chia nhanh chóng nêu chúng bị ung th−; chúng phân chia không giới hạn trong môi tr−ờng. Thật thú vị khi biết rằng telomerase tồn tại trong các tế bào ung th− và điều này cũng gợi mở những h−ớng nghiên cứu mới về việc sử dụng telomerase và cơ chế của chúng trong nghiên cứu và điều trị ung th−.