MENU

Gốc > Bài viết > KIẾN THỨC SINH HỌC > DI TRUYỀN HỌC >

Cơ chế phân tử của sao chép DNA

1. Nguyên tắc chung

- DNA sao chép theo khuôn.

Ưu điểm: + Với phân tử lớn như vậy thì việc tổng hợp theo khuôn sẽ chính xác hơn

+ Tiết kiệm được ezyme

+ Đạt hiệu quả nhanh

- Sao chép theo nguyên tắc bán bảo tồn (semi-conservative) phân tử DNA mới được tổng hợp gồm một mch cũ làm khuôn và một mch mi tổng hợp

- Quá trình tổng hợp DNA xy ra đòi hỏi phải có “ mi “ (primer)

- Quá trình tổng hợp xy ra theo chiều 5' - 3'.

adn_55_500

2. Thí nghiệm tổng hợp nhân tạo DNA

Kornberg (1956) thực hiện phản ứng tổng hợp DNA in vitro. Trong quá trình tổng hợp ông sử dụng DNA polymerase I, 4 loại desoxynucleotid triphosphate (ATP, GTP, CTP, TTP), Mg2+  làm xúc tác. Ngoài ra còn có ít DNA làm khuôn mẫu.

3. Thí nghiệm chứng minh có sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn

Meselson, Stahl (1958) đã chứng minh kiểu sao chép bán bảo tồn. Nuôi E.coli nhiều thế hệ trên môi trường   có nguồn nitơ đồng vị nặng N15. Như vy tất cả DNA của vi khuẩn đều mang đồng vị nặng N15  thay cho N14 bình thường. Sau đó tế bào được chuyển sang môi trường chỉ chứa N14  nhẹ, mẫu các tế bào được ly ra theo những khoảng thời gian đều đặn và chiết tách  DNA.  Bằng  phương  pháp  ly  tâm  trên  thang  nồng  độ  CsCl,  các  loại DNA nặng, nhẹ và lai được tách ra.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Meselson-stahl_experiment_diagram_en.svg/491px-Meselson-stahl_experiment_diagram_en.svg.png

 

Kết quả cho thy DNA nặng ban đầu (thế hệ 0) chứa N15, sau một lần phân chia cho thế hệ I với DNA lai có tỷ trọng nằm giữa DNA nặng N15

và DNA nhẹ N14. Nói cách khác sau mt lần sao chép phân tử DNA mới chứa một  nữa mang  N15    một nữa N14.   thế  hệ II  một nữa  s phân  tử DNA là lai, nữa còn lại là DNA nhẹ N14. Thí nghim này khẳng định giả thuyết của Watson và Crick là đúng tức 2 mạch DNA mẹ tách ra, mỗi cái làm khuôn để tổng hợp nên mạch mới bổ sung.

 

4. Diễn biến sao chép DNA ở nhiễm sắc thể E.coli

Quá trình sao chép DNA ở E.Coli diễn ra qua hai giai đoạn:

4.1. Giai đoạn khởi sự (initiation)

adn_49_500

 

+ Mở xoắn:

E.coliquá trình bắt đầu khi một protein B đặc hiệu nhận biết điểm khởi sự sao chép (replication orgine) ori và gắn vào trình tự base đặc biệt đó.  Tiếp  theo enzyme  gyrase  (một loại  topoisomerase)  cắt  DNA  làm  tháo xoắn ở 2  phía  của  protein B. Trong  khi 2  phân tử  enzyme  gyrase  chuyển động ngược chiều nhau so với điểm ori thì 2 phân tử của enzyme helicase tham gia tách mạch tạo chẻ ba sao chép. Helicase sử dụng năng lượng ATP làm đứt các liên kết hydro giữa 2 base bắt cặp với nhau.

+  Các  protein  làm  căng  mch  SSB  (single-strand  binding  protein) gắn vào các mạch đơn DNA làm chúng tách nhau, thẳng ra và ngăn không cho chập lại hoặc xoắn để việc sao chép được dễ dàng.

+ Tổng hợp mồi (primer) dặc trưng cho quá trình kéo dài chuỗi là

DNA polymerase chỉ hoạt động khi đã có mồi, nên trước khi tổng hợp chuỗi

thì phải có qua trình tổng hợp mi. Mồi là một đoạn khoảng 9 -10 nu, có thể là DNA hoặc ARN.

4.2. Giai đoạn nối dài (elongation)

Do tính chất đối song song nên khi tách ra thành 2 mạch đơn khuôn

thì một mạch có đầu 3, mạch kia có đầu 5 nên để đảm bảo hướng sao chép của DNA theo chiều 5 -3 thì sự polymer hóa dựa vào 2 mch khuôn DNA diễn ra khác nhau.

Mạch khuôn có đầu 3 được DNA polymerase III gắn vào   và tổng hợp ngay mạch bổ sung 5-3 hướng vào chẻ ba sao chép. Mạch khuôn này được gọi là mạch khuôn trước, còn mạch mới được tổng hợp gọi là mạch trước (leading strand).

Ở mạch có đầu 5 (mạch khuôn sau) việc tổng hợp phức tạp hơn và thực hiện từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài để đảm bảo đúng hướng 5-3. Khi  mch  kép  tách  ra   gần  chẻ  ba  sao  chép  ,  enzyme  primase  gắn  mi (primer)  ARN  khoảng  10  nucleotid   trình  tự  bổ  sung  với  mạch  khuôn. DNA-polymerase III nối theo mồi ARN, theo hướng ngược với chẻ ba sao chép, tổng hợp các đoạn ngắn 1000-2000 nucleotid, gọi là các đoạn Okazaki (người phát hiện là Reiji Okazaki). DNA polymerase nối dài đoạn Okazaki đến khi gặp ARN mồi phía trước thì dừng lại, rồi lùi ra sau tiếp tục tổng hợp từ  ARN  mi  mi  được  tạo  nên  gần  chẻ  ba  sao  chép.  Tiếp  theo  DNA-polymerase  I  nhờ  hoạt  tính  exonuclease  5-3   cắt  bỏ  mồi  ARN,  lắp  các nucleotid  của  DNA  vào  chỗ  trống   thực  hiện  polymer  hóa  hướng  5-3. Đoạn  DNA  ngắn  10  nucleotid  này  còn  hở  2  đầu,  chỗ  hở  được  nối  nhờ enzyme ligase của DNA mch được tổng hợp từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài được tổng hợp chậm hơn nên gọi là mch sau (lagging strand).

Quá trình sao chép DNA ở E.coli diễn ra với tốc độ rất nhanh, có thể đạt đến 50.000 nucleotid/phút.



TOP

 

 

 


Nhắn tin cho tác giả
Bùi Đình Đường @ 21:58 28/05/2009
Số lượt xem: 9779
Số lượt thích: 0 người
 
Gửi ý kiến