II. TÁI BẢN DNA
2. Tái bản DNA prokaryote
2.1 Giai đoạn khởi đầu
2.1.1 Tháo xoắn phân tử DNA
Mô hình phân tử của DNA vòng ở vi khuẩn hay virus cho ta một khái niệm chung về các cấu hình có thể có của một phân tử DNA. Dạng thứ nhất là siêu xoắn. Dạng thứ hai có cấu trúc lơi hơn, thường là do bị đứt một chỗ trên một trong hai mạch của phân tử DNA. Dạng thứ ba tương ứng với cấu trúc thẳng do sự cắt đứt trên cả hai mạch trong phân tử DNA. Trong đó, dạng siêu xoắn là dạng cơ bản về cấu trúc và chức năng.
Như vậy, để bắt đầu tái bản, phân tử DNA phải được tháo xoắn nhờ vào hoạt động của các enzyme có tên là topoisomerase. Có hai loại topoisomerase. Loại I tháo dạng siêu xoắn, chúng gắn vào phân tử DNA và cắt một trong hai mạch. Sau khi giải phóng một phân tử DNA đã được tháo xoắn, các enzyme này sẽ nối lại chỗ đứt. Enzyme loại I được biết rõ nhất là protein ω của E. coli. Các topoisomerase loại II có khả năng tháo các nút nảy sinh do các biến đổi cấu trúc của chuỗi xoắn kép bằng cách cắt đứt cả hai mạch DNA. Enzyme được biết rõ nhất là gyrase của E. coli. Gyrase sử dụng năng lượng từ sự thủy phân ATP để tháo xoắn DNA.
Ở E.coli, OriC chứa bốn vị trí gắn với protein khởi đầu có tên là Dna A. Mỗi vị trí có kích thước 9bp. Sự tổng hợp các protein này gắn liền với tốc độ tăng trưởng tế bào vì thế việc khởi đầu tái bản DNA cũng gắn liền với tốc độ tăng trưởng. Ở tốc độ tăng trưởng cao, các nhiễm sắc thể của vi khuẩn có thể bắt đầu lần tái bản thứ hai trước khi lần tái bản thứ nhất kết thúc tại hai điểm khởi đầu mới. Vì vậy, mỗi tế bào con sẽ nhận được một nhiễm sắc thể đang được tái bản một phần.
Quá trình tái bản bắt đầu khi DNA OriC quấn quanh một phức hợp protein Dna A gồm 30-40 phân tử, mỗi phân tử gắn với một ATP. Điều này đã thúc đẩy sự tách rời hai mạch tại ba trình tự lặp 13bp giàu A – T, cho phép protein Dna B gắn vào. Dna B là một DNA hehicase, nằm trong phức hợp primosome. Các helicase phá vỡ liên kết hydro giữa các base nhờ năng lượng thủy phân ATP. Có nhiều loại helicase cùng hoạt động đồng thời: Một số gắn trên mạch 3’ – 5’ như các Rep, số khác gắn trên mạch 5’ – 3’ như helicase II và III.
Các mạch đã tách rời sẽ được ổn định dưới dạng mạch đơn nhờ các protein SSB (Single Strand Binding – liên kết với mạch đơn). Các protein này gắn lên khắp phần
mạch đơn làm cho hai mạch không kết hợp trở lại được. Mạch khuôn được sử dụng đến đâu thì các protein SSB được giải phóng khỏi khuôn đến đó.