SAO CHÉP ADN CƠ SỠ DI TRUYỀN HỌC - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (21 trang)

Trang chủ

Khoa Học Tự Nhiên

Sinh học

SAO CHÉP ADN CƠ SỠ DI TRUYỀN HỌC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (870.9 KB, 21 trang )

Trường ĐHKGCơ sở di truyềnSAO CHÉP ADNMỤC LỤCI. KHÁI NIỆM: Một tế bào vi khuẩn điển hình có thể chứa khoảng 2.000 phân tử protein, các tếbào nhân thật (Eukaryote) chứa khoảng 50.000 phân tử. Một lượng lớn thông tin nàyđược mã hóa trong các phân tử acid nucleic. Ở đa số loài, vật liệu di truyền chủ yếu làADN, ở một số virus là ARN. Các phân tử ADN của các loài, thậm chí các cơ quan có thể khác nhau về thànhphần, trật tự sắp xếp các nucleotid, nhưng đều có cấu trúc xoắn kép cơ bản. Cấu trúc nàygồm hai chuỗi đường-phosphat ở mặt ngoài của phân tử, trong khi đó các base nitơ ở bêntrong được nối với nhau bằng các liên kết hydroHình 1. Cấu trúc phân tử xoắn kép của acid deoxyribonucleic (ADN)( />%E1%BB%AD+xo%E1%BA%AFn+k%C3%A9p+c%E1%BB%A7a+acid+deoxyribonucleic+(ADN#imgrc=jZCyVe3y_p8tqM:)Trường ĐHKGCơ sở di truyền Mặc dù các base A, T, G, và C có kích thước khác nhau nhưng phân tử ADNvẫn có thể tự điều chỉnh để có được cấu trúc xoắn kép đối xứng qua trục. Trình tự chuỗigiữa các base nitơ tạo nên thông tin di truyền. Sự khác nhau trong trình tự chuỗi này làmtăng sự đa dạng của sinh vật. Do đó, nếu xét nghiệm dấu ấn hồng cầu thì có thể biết được70% bí mật di truyền, nghĩa là hàng triệu người mới có hai người giống nhau, nhưng nếuxét nghiệm ADN thì biết được 99% bí mật di truyền, nghĩa là trên 70 tỉ người mới có haingười giống nhau. Các base nối với nhau bằng liên kết hydro theo từng cặp bổ sung. Nhờ đó, khichuỗi xoắn kép tách ra cho phép các base được sao chép tạo nên hai mạch mới, cơ bảngiống với phân tử ADN gốc, và đây là sự sao chép cơ bản trong hệ thống sinh học. Cácenzyme xúc tác quá trình sao chép của ADN là các ADN - polymerase. Một số enzymekhác cũng có vai trò nhất định trong tiến trình này. Các yếu tố vật lý, hóa học… có thể tác động lên ADN, làm phá hủy ADN haygây đột biến, sự hư hại này có thể được sửa chữa. Các yếu tố này còn có thể làm chết tếbào hoặc làm biến đổi bộ gen (genome). Tất cả những thay đổi này có thể di truyền đượcqua con đường sao chép ADN.II. SỰ SAO CHÉP CỦA ADN: Người ta đưa ra hai cơ chế cơ bản của sự sao chép ADN: một cơ chế bảo tồntrong đó phân tử ADN con gồm hai chuỗi hoàn toàn mới hoặc cơ chế bán bảo tồn trongđó phân tử ADN con gồm một chuỗi mẹ kết hợp với một chuỗi mới được tổng hợp. Thínghiệm của Meselson và Stahl (1958) đã chứng minh sự sao chép ADN được thực hiệntheo cơ chế bán bảo tồn .1. Thí nghiệm của Meselson và Stahl: Trong thí nghiệm này, vi khuẩn Escherichia coli được cho phát triển vài thế hệtrong môi trường N15 để đảm bảo cho tất cả ADN của vi khuẩn đều là loại nặng, sau đóchuyển tế bào vào môi trường có chứa N14, như là nguồn cung cấp nitơ duy nhất và đểcho phân chia trong môi trường N14, khi khối lượng ADN tăng lên gấp đôi, ADN đượcchiết ra khỏi tế bào và được ly tâm trên thang nồng độ cesium clorid.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 2. Thí nghiệm Meselson và Stahl Nếu cơ chế bảo tồn được thực hiện, hai băng ADN phải được thấy rõ sau khi lytâm: một băng nguyên thủy (N15) và một băng chứa N14. Nếu theo cơ chế bán bảo tồnthì chỉ có một băng có tỷ trọng trung gian chứa N14.5 xuất hiện. Nếu ADN được đunnóng, rồi làm nguội nhanh để tách hai mạch, ly tâm trên thang nồng độ cesium clorid sẽthấy hai băng tương ứng với ADN N15 và ADN N14 (Hình 2).Bảng 1. Các thông số định lượng sự sao chépĐặc trưngProkaryotic(E. coli)Hàm lượng ADN (cặp nucleotid/ tế bào)Tốc độ sao chép AND (nucleotide/giây/chạc3 sao chép)Số gốc sao chép/tế bàoThời gian hoàn tất sao chép bộ gen (giờ)3.9.x 106850Eukaryotic (tế bàoHeLa người nuôicấy)khoảng 10960-9010.67103 - 10482. Các yếu tố cần thiết cho sự sao chép ADN: Quá trình sao chép ở tất cả mọi sinh vật đều cần: khuôn mẫu (đoạn phân tử ADN banđầu), Mg2+, 4 loại desoxyribonucleotid triphosphat (dNTP) và enzyme AND polymerase.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnTiến trình này có thể được tóm tắt bằng phương trình : d(NMP)n + dNTP => d(NMP)n+1+ PPi Trong đó, dNTP là một desoxyribonucleotid triphosphat và d(NMP)n là mộtpolymer có n desoxyribonucleotid. Pyrophosphat tạo ra sẽ được thủy phân thành phosphat vô cơ, làm phản ứng xảyra theo chiều phải, kéo dài chuỗi ADN. Cơ chế tương tự cũng xảy ra trong việc hoạt hóaacid amin, sinh tổng hợp glycogen và hoạt hóa acid béo để tăng hiệu suất của sản phẩm.Hình 3. Sự hình thành liên kết phosphodiester giữa desoxy-ribonucleotid và 3’-OH củachuỗi ADN đang sao chép( />%C6%B0%C6%A1ng+v%C3%A0+%C3%A2m+c%E1%BB%A7a+ADN&oq=+Si%C3%AAu+xo%E1%BA%AFn+d%C6%B0%C6%A1ng+v%C3%A0+%C3%A2m+c%E1%BB%A7a+ADN&gs_l=psyab.3...46288.47489.0.47736.2.2.0.0.0.0.111.208.1j1.2.0....0...1.1.64.psyab..0.0.0....0.fjXvjjyoToM#imgdii=bHkXGcaCUbLtUM:&imgrc=KTD_zv0biWCjhM:)3. Các ADN polymerase: ADN polymerase I, II, III được tìm thấy ở nhân nguyên thủy. Đặc tính của cácADN polymerase khác nhau được tóm tắt trong Bảng 2.Bảng 2. Đặc điểm của ADN polymerase từ E. coli và retrovirusPolymeraseE. coliITrọng lượng phân tử (Mr) 109 000II120 000Cấu trúc, đơn vị nhỏ, MrMộtMộtPolymeraseE. coliI400Số phân tử/ tế bàoVirusIII180 000a 140 000e 25 000Q 10 000160 000a 65 000b 95 000VirusII100III10Trường ĐHKGPolymer hóa 5’đến 3’Hoạt tính exonuclease5’ đến 3’3’ đến 5’Cơ sở di truyền+++++++++- ADN polymerase I của E. coli là một chuỗi polypeptid lớn có trọng lượng phântử 109.000. Trong mỗi phân tử có chứa một nguyên tử kẽm. Enzyme polymerase I chỉ cóthể xúc tác sự polymer hóa theo hướng 5’  3’ do sự thêm một nucleotid từ mộtdeoxyribonucleotid-5’-triphosphat vào nhóm 3’-hydroxy của chuỗi ADN (Hình 3). Tất cả ADN polymerase của nhân nguyên thủy cũng có hoạt tính exonuclease,vì chúng thủy phân mạch đơn ADN của chuỗi từ đầu 3’theo hướng 3’  5’(hoạt tínhexonuclease 3’ đến 5’); hoặc chúng có thể thủy phân chuỗi ADN từ đầu 5’ (hoạt tínhexonuclease 5’ đến 3’). ADN polymerase II của E. coli rất giống ADN polymerase Inhưng không có hoạt tính exonuclease 5’ đến 3’. ADN polymerase III được cấu tạo gồm7 đơn vị nhỏ : a, b, g, d, e, q, và t. Tất cả 7 đơn vị nhỏ này đều cần cho sự sao chép củaADN của E. coli. ADN polymerase III có thể là enzyme sao chép chính của E. coli vì cácđột biến với ADN polymerase III ưa nhiệt không thể sao chép được ở nhiệt độ 42oC.ADN polymerase I chịu trách nhiệm sửa chữa các ADN hư hỏng. Vai trò của ADNpolymerase II chưa rõ. Ở tế bào nhân thật có 5 loại polymerase được biết là a, b, g, d, và e (Bảng 3).Bảng 3. ADN polymerase của nhân thậtPolymeraseMrA300.000B45.000Đơn vị nhỏVị tríHoạttínhpolymer 5’->3’41NhânNhânSao chépSửa chửaADN nhiễmsắc thể (sợimuộn)G140.000D180.000–240.00042Tuy thểNhânSaochép SaochépAND ty thể AND nhiểmsắc thể (sợdẫn)E290.0002NhânSao chépANDnhiễm sắcthể Các enzyme này có cơ chế tác động tương tự với các enzyme của nhân nguyênthủy. a và d polymerase liên quan tới sự sao chép của ADN nhiễm sắc thể. b polymerasecấu tạo từ một chuỗi polypeptid đơn, đóng vai trò sữa chữa. g polymerase được tìm thấytrong ty thể và chịu trách nhiệm sao chép ADN ty thể. e ADN polymerase mới được tìmthấy gần đây, có một số điểm tương tự d polymerase về hoạt tính.Trường ĐHKGCơ sở di truyền4. Quá trình sao chép ADN ở E. coli:a. Chạc ba sao chép: ADN của nhân nguyên thủy có dạng vòng, xoắn kép. Quá trình sao chép ADNthường bắt đầu từ một bong bóng sao chép, đây là vị trí tổng hợp ADN. Các nút sao chépchính là các chạc ba sao chép (Hình 4). ADN ty thể có dạng vòng, và có hai chạc ba sao chép. Sự tổng hợp ADN củanhiễm sắc thể vi khuẩn luôn luôn bắt đầu ở cùng một điểm. Điểm này được gọi là vị tríOrigin hay vị trí OriC, là một vùng gồm 254 cặp bases. Dùng các chủng vi khuẩn độtbiến, người ta đã chứng minh rằng chỉ có một số nhỏ trong số các base này là cần cho sựkhởi đầu sao chép. Ở E. coli, quá trình sao chép bắt đầu khi protein B nhận biết đượcđiểm khởi đầu sự sao chép (Ori). Các sợi ADN được tách ra và một sợi ADN có hướng 3'  5' sẽ được sao chéptrực tiếp bởi ADN polymerase III. Sợi con bổ sung vừa tạo ra được gọi là sợi dẫn. Sợigốc còn lại có hướng 5'  3', không được sao chép cho đến khi một phần của sợi gốcđược tháo xoắn. Bản sao này được gọi là sợi muộn. Sợi muộn được tổng hợp bằng mộtquá trình sao chép không liên tục. Sự sinh tổng hợp sợi muộn và sợi dẫn được điều hòabởi sự tạo nút thắt của sợi muộn, nhờ đó sợi muộn cũng được tổng hợp cùng hướng vớisợi dẫn.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 4. Chạc ba sao chép trong quá trình sao chép AND( />%A1c+ba+sao+ch%C3%A9p+trong+qu%C3%A1+tr%C3%ACnh+sao+ch%C3%A9p+ADN&oq=Ch%E1%BA%A1c+ba+sao+ch%C3%A9p+trong+qu%C3%A1+tr%C3%ACnh+sao+ch%C3%A9p+ADN&gs_l=psy-ab.3...339653.340613.0.340903.2.2.0.0.0.0.99.193.2.2.0....0...1.1.64.psyab..0.0.0....0.FHNH1q137DI#imgrc=RMY4MFLzBmcpYM:) Việc sao chép không liên tục tạo ra các đoạn ADN ngắn vào khoảng 1000 2000 nucleotid gọi là đoạn Okazaki (Hình 5). Các đoạn này sau đó được nối với nhau bởiADN ligase để tạo ra sợi ADN liên tục.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 5. Sự hình thành các đoạn Okazaki của sợi chậm ADN do sự sao chép không liêntục của sợi gốc.( />%C3%ACnh+th%C3%A0nh+c%E1%BA%A5u+tr%C3%BAc+theta+do+s%E1%BB%B1++sao+ch%C3%A9p+hai+h%C6%B0%E1%BB%9Bng+c%E1%BB%A7a+ADN+k%C3%A9p&oq=S%E1%BB%B1+h%C3%ACnh+th%C3%A0nh+c%E1%BA%A5u+tr%C3%BAc+theta+do+s%E1%BB%B1++sao+ch%C3%A9p+hai+h%C6%B0%E1%BB%9Bng+c%E1%BB%A7a+ADN+k%C3%A9p&gs_l=psy-ab.3...417607.418679.0.418995.2.2.0.0.0.0.104.202.1j1.2.0....0...1.1.64.psyab..0.0.0....0.s9qP7UgVziU#imgrc=bW28xe1089vOBM:) Đoạn mồi (primer) ARN luôn luôn cần cho sự tổng hợp ADN. ADN polymeraseđòi hỏi một đoạn ARN ngắn có đầu 3' - OH tự do để bắt đầu sự tổng hợp và để gắn đượcdesoxyribonucleotid vào mạch con, bổ sung được với ADN khuôn. Mồi ARN được tổng hợp bởi một enzyme đặc biệt có tên gọi là primase. Chúng có thểkéo dài sự khởi động chuỗi de novo. Primase nhận ra trình tự đặc hiệu trên chuỗi ADNđơn. Tự bản thân primase không hoạt động được, nó phải tạo phức hợp với vài chuỗipolypeptid để tạo thành primosome chức năng. Các trình tự ARN được tạo ra bởiprimosome là những đoạn ngắn khoảng 5 - 10 base đặc hiệu. Các protein nhận diện đượcgọi là N - protein, chọn các điểm (origin) trên ADN, tại đó primase có thể hoạt động. Cácđoạn mồi ARN sẽ bị ADN polymerase I loại khỏi chuỗi ADN. Enzyme này đồng thời làmnhiệm vụ lắp đầy các khoảng trống (GAP) bằng các deoxyribonucleotid thích hợp do việcloại mồi. Các đoạn ADN được nối lại với nhau bởi ADN ligase tạo thành sợi ADN liêntục.b. Cấu trúc theta (q): Sự sao chép ADN vòng tạo ra cấu trúc theta, hình thành bởi hai chạc ba saochép xuất phát từ một vị trí Origin. Sự tổng hợp ADN được tiến hành theo cả hai chiềuthuận và nghịch kim đồng hồ cùng một lúc. Để tạo ra các sợi đơn ADN, hai sợi ADN gốcTrường ĐHKGCơ sở di truyềnphải vặn xoắn (quay). Cứ mỗi 10 base được sao chép thì phân tử ADN phải vặn xoắn 1vòng. Chạc ba sao chép của E. coli cần phải di chuyển với tốc độ 800 base/giây, đòihỏi ADN gốc phải tháo xoắn với tốc độ 80 vòng/giây. Sự tháo xoắn ADN gây ra hiệntượng siêu xoắn (supercoiling). Việc tháo xoắn sợi kép dẫn đến siêu xoắn âm, trong khiđó, sự xoắn thêm sẽ dẫn đến siêu xoắn dương.Hình 6. Siêu xoắn dương và âm của ADN( />%E1%BA%AFn+d%C6%B0%C6%A1ng+v%C3%A0+%C3%A2m+c%E1%BB%A7a+ADN&oq=+Si%C3%AAu+xo%E1%BA%AFn+d%C6%B0%C6%A1ng+v%C3%A0+%C3%A2m+c%E1%BBTrường ĐHKGCơ sở di truyền%A7a+ADN&gs_l=psy-ab.3...910001.911437.0.912087.2.2.0.0.0.0.94.187.2.2.0....0...1.1.64.psyab..0.0.0....0.sZTjqDusako#imgrc=korrb77aTdmL5M:) Cơ chế sao chép bán bảo tồn của ADN đòi hỏi các điểm cắt ở một sợi hay ở cảhai sợi ADN để tách chuỗi. Một nhóm enzyme, gọi là topoisomerase sẽ chuyển trạng tháitopo của ADN sang trạng thái khác. Topoisomerase II còn gọi là gyrase tạo ra các dạngsiêu xoắn âm (phải sang trái). Topoisomerase I gắn với ADN, cắt một sợi, cho phép ADNxoắn kép quay quanh một điểm làm mất đi sự xoắn (hình 8).Hình 7. Vai trò tháo xoắn ADN của topoisomerase I( />%A7a+topoisomerase+I#imgdii=hOhvm65hppfihM:&imgrc=E4l9-Q0K_XKfCM:)Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 8. Vai trò tách hai phân tử ADN mạch kép lồng vào nhau (catena) củatopoisomerase II (Gyrase)( />q=topoisomerase+II&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiJgpGk7tbWAhWGXrwKHcaGBWMQ_AUICigB&biw=1600&bih=784#imgdii=GLnt7Wkwy7NW1M:&imgrc=WlxEtOoxpMlREM:) Phần Tyrosin của topoisomerase gắn với gốc phosphat tự do trên ADN gốc vàphức hợp sẽ quay. Lúc bấy giờ, enzyme tách khỏi phức hợp và sợi ADN được tạo thành.Loại topoisomerase I tham gia vào quá trình tạo chạc ba ở vi khuẩn cũng được tìm thấy ởtế bào động vật. Hai sợi ADN lồng vào nhau được gọi là vòng lồng ghép (catena) hay ADN lồngghép và thường được tạo ra khi sao chép ADN vòng. Loại topoisomerase II thường làmmất đi vòng catena, cắt sợi ADN và để phân tử ADN sợi kép đi xuyên qua điểm cắt, tạophân tử ADN kép mới (Hình 9).c. Enzyme helicase: Các enzyme helicase cần thiết để hổ trợ cho sự tháo xoắn ADN gốc vì hai sợiđơn ADN không thể tự nhiên tách ra được Helicase cần ATP như một cofactor. Helicase dùng năng lượng tự do khi thủyphân ATP để đi dọc theo sợi ADN, làm tăng tốc độ tách hai sợi ADN.Trường ĐHKGCơ sở di truyền Có hai loại helicase khác nhau : một là Rep-protein gắn với ADN gốc, trực tiếptổng hợp sợi dẫn và di chuyển theo hướng 3'  5'. Helicase thứ hai gắn với sợi khuôn kiađể tổng hợp sợi chậm, enzyme này tạo phức hợp với primase để tạo mồi ARN.d. Các protein khác tham gia sao chép: Các SSB - protein (Single Stranded binding Protein) (protein căng mạch) giữcho các sợi đơn ADN do helicase tạo ra không chập lại với nhau. Nhờ sự hiện diện củaSSB - protein mà ADN ở dạng tháo xoắn vững chắc, lý tưởng cho việc sao chép. Nếu cácSSB - protein bị tách ra sẽ làm xuất hiện các nút kẹp tóc (hairpin loop) trong ADN gốc vànhư vậy sẽ ngăn chặn sự sao chép. 3 protein khác hỗ trợ cho việc gắn ADN polymerase và hợp đồng tác động nhưATPase, thủy phân ATP để tạo năng lượng tự do cho helicase hoạt động. Tác động hiệpđồng của các protein này trong Hình 10 và chức năng của chúng được tóm tắt trongBảng 4. Chức năng của các protein sao chép quan trọng của E. ColiPROTEINCHỨC NĂNGProtein BNhận biết điểm OriN – proteinCho phép primase hoạt độngPrimaseTổng hợp mồi ARNRep proteinTháo xoắn sợi dẫnHelicaseTháo xoắn sợi chậmSSB - proteinỔn định sợi ADN đơnADN polymerase IIITổng hợp ANDADN topoisomerase I Cắt khía một sợi đơn ANDADN topoisomerase II Cắt khía cả hai sợi đơn ANDADN ligaseNối các đầu của polynucleotid đã hình thànhe. ADN ligase: ADN ligase gồm các enzyme xúc tác hình thành liên kết phosphodiester giữacác polynucleotid được hình thành. ADN ligase liên quan tới việc tổng hợp ADN không liên tục bằng cách nối cácđoạn okazaki sau khi thay thế các đoạn mồi ARN. Chúng cũng cần thiết cho việc sửachữa các ADN hư hỏng. Cơ chế tác động của các enzyme này khác với các ADNpolymerase là do liên kết pyrophosphat của NAD+ tham giaTrường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 9. Cơ chế hoạt động của ADN ligase (NMN = Nicotinamide mononucleotide)( />%A1t+%C4%91%E1%BB%99ng+c%E1%BB%A7a+ADN+ligase&oq=C%C6%A1+ch%E1%BA%BF+ho%E1%BA%A1t+%C4%91%E1%BB%99ng+c%E1%BB%A7a+ADN+ligase&gs_l=psyab.3...444110.445319.0.445686.2.2.0.0.0.0.363.473.0j1j0j1.2.0....0...1.1.64.psyab..0.0.0....0.fvulqxoAjUw#imgrc=_2OzrYYMVuGdIM:)5. Sao chép ADN ở tế bào nhân thật:a. Cơ chế sao chép: Cơ chế tổng hợp ADN ở nhân thật cũng tương tự như ở nhân nguyên thủy.Điểm khác biệt chủ yếu là ADN ở nhân thật đóng cuộn trong nhiều nhiễm sắc thể và dàihơn. Tốc độ di chuyển ADN polymerase ở nhân thật chậm hơn rất nhiều so với nhânnguyên thủy (khoảng 50 nucleotid/giây). Nhưng tế bào nhân thật chứa tới 20 000 phân tửenzyme. Do vậy, ở nhiễm sắc thể nhân thật hình thành một lượng lớn chạc ba sao chép,khoảng 2000 hay nhiều hơn. Các đoạn okazaki nhỏ hơn, dài khoảng 40 – 300 base cũngđược tạo ra. Do đó, tốc độ sao chép ADN ở nhân thật nhanh hơn rất nhiều so với E. coli.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnĐiểm khác biệt cơ bản là ADN tế bào nhân thực có nhiều replicon, ví dụ ởSaccharomyces cerevisiae có tới 500 replicon tức là có 500 điểm Ori. Cơ chế và sự điều hòa sao chép ở nhân thật đã được nghiên cứu bằng một môhình đơn giản, đó là nghiên cứu sự sao chép ADN virus trong tế bào động vật. Hai loại virus, là Adenovirus và SV40 (virus linh trưởng) được dùng làm cácmô hình này. Cơ chế sao chép của nhiễm sắc thể vòng của SV40 cũng tương tự với cơchế sao chép từ một vị trí khởi đầu (Ori) của nhiễm sắc thể nhân thật.Hình 10. Mô hình sao chép ở nhân thật (PCNA = proliferating cell nuclear antigen =kháng nguyên tăng sinh nhân tế bào).( />%C3%A9p+%E1%BB%9F+nh%C3%A2n+th%E1%BB%B1c&oq=+M%C3%B4+hTrường ĐHKGCơ sở di truyền%C3%ACnh+sao+ch%C3%A9p+%E1%BB%9F+nh%C3%A2n+th%E1%BB%B1c&gs_l=psyab.3...88736.150750.0.151706.228.63.13.0.0.0.570.6331.2j29j7j0j1j1.42.0....0...1.1.64.psyab..188.3.411.0..0j0i8i30k1j0i24k1.100.cdyHHiXycTs#imgrc=yz4ETGGDuXUWhM:) Có hai loại polymerase tham gia vào quá trình sao chép. Polymerase d tham giatổng hợp sợi dẫn và polymerase a tổng hợp sợi chậm. Sợi chậm được thắt nút xung quanhpolymerase a, cho phép enzyme di chuyển theo hướng chạc ba sao chép, giống như sựsao chép ở nhân nguyên thủy.b. Chu kỳ tế bào: Sự sao chép ADN diễn ra như một phần của tiến trình phối hợp của sự phânchia tế bào. Chu kỳ tế bào nhân thật gồm 4 pha riêng biệt : pha M, G1, S và G2Hình 12. Chu kỳ tế bào nhân thật( />%C3%A0o+nh%C3%A2n+th%E1%BA%ADt#imgrc=93NDad11bD8EUM:) Pha G1 là thời kỳ trước khi ADN bắt đầu tổng hợp, độ dài của G1 thay đổi từphút, giờ, tuần thậm chí đến hàng năm. Tế bào không bao giờ phân chia là tế bào trong đóG1 bị ngưng trệ, thường được coi như là giai đoạn Go. Trong pha S, ADN được sao chép và lượng ADN tăng gấp đôi (Hình 13). Cáchistone mới cũng được tổng hợp trong pha này, tạo thành 2 bộ nhiễm sắc thể. Tuy nhiên,các nhiễm sắc tử vẫn dính chung cho đến khi phân chia . Pha G2 ngắn hơn pha G1, trong pha này người ta biết được ít những điều gì xảyra ở tế bào. Pha G2 kết thúc với các dấu hiệu đầu tiên của sự phân bào. Pha M hay pha phân bào dẫn đến sự hòa tan màng nhân, sự tách nhiễm sắc thểvà sự phân chia tế bào.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 12. Lượng ADN được tạo ra trong chu kỳ tế bào.( />%C4%91%C6%B0%E1%BB%A3c+t%E1%BA%A1o+ra+trong+chu+k%E1%BB%B3+t%E1%BA%BF+b%C3%A0o#imgrc=EU5RACSeRzki6M:)c. Sự sao chép của ADN ty thể và lạp thể: Ty thể (mitochrondia) và có khi cả lạp thể (chloroplast), chứa ADN polymerase.Cụ thể là ở ty thể có ADN polymerase g. Sự sao chép bắt đầu từ việc sao chép một sợicủa ADN gốc. Sự sao chép này tiến hành chưa được nửa đường thì sự sao chép của sợikia bắt đầu. Kết quả tạo nên cấu trúc D. Kết quả của quá trình sao chép là hình thành sựlồng ghép (catenation) của 2 vòng ADN và topoisomerase II cần cho việc tách đôi 2 vòngkép ADN ty thểTrường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 13. Sự hình thành cấu trúc D trong quá trình sao chép ADN ty thể.( />%E1%BA%A5u+tr%C3%BAc+D+trong+qu%C3%A1+tr%C3%ACnh+sao+ch%C3%A9p+ADN+ty+th%E1%BB%83#imgrc=Bf3U76KfA5hxFM:)6. Sự sao chép ADN virus: Vì virus có nhiều loại acid nucleic, nên sự sao chép cũng diễn ra theo nhiềucách. Trong đó, có 2 cách được đề cập sau đây. Thực khuẩn thể T7 có chứa mạch kép ADN dạng thẳng. In vivo virus T7 tạo raprimase, ADN polymerase và SSB – protein. T7 là một Bacteriophage điển hình và tạo ramột mạch đơn ADN dài, trong đó, đơn vị bộ gen (genome) được lặp lại Endonuclease đặc hiệu tạo ra các điểm cắt khía, tạo ra các phân tử ADN riêngbiệt, từ đó phân tử ADN chuyên biệt được hình thành. Retrovirus sao chép các sợi đơn của chúng tạo ra sợi ADN bổ sung bằng cáchdùng reverse transcriptase (Hình 16). ADN bổ sung này được dùng làm khuôn để tạo racác bản sao của bộ gen ARN của virus.Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 14. Sự sao chép ADN của thực khuẩn thể T7 - (a) Đầu 3’ của ADN đầu tiên đượcsao chép không đầy đủ. (b) Sự hình thành phân tử ADN rất dài chứa nhiều bản sao ADN.Nuclease cắt ADN thành những bộ gen riêng lẻ và ADN polymerase hoạt động theohướng 5’ đến 3’ hoàn chỉnh phân tử AND.( />%E1%BB%B1c+khu%E1%BA%A9n+th%E1%BB%83+T7&tbm=isch&tbs=rimg:CTtNJU2aEcg8Ijh8pdebT2hGU6XhvaFiA4sPcwSFvzuENnmOMS27LzUf1gMZ1MKlACSAlrLuglCeDMsZ7XNqHlrsqyoSCXyl15tPaEZTEVsJ3_1OJXdzVKhIJpeG9oWIDiw8RYG2YrU1J4oqEglzBIW_1O4Q2eRER_1SKxJ5lbMCoSCY4xLbsvNR_1WEfSmwbN7NHLUKhIJAxnUwqUAJIARYtGEJgBUqZoqEgmWsu6CUJ4MyxHVjxGq7to6QioSCRntc2oeWuyrEZvE78Eq7pjV&tbo=u&sa=X&ved=0ahUKEwjL1t7btdTWAhXFT7wKHZd9ABUQ9C8IHw&biw=1600&bih=784&dpr=1#imgrc=_)Trường ĐHKGCơ sở di truyềnHình 15. Enzyme reverse transcriptase tạo ra bản sao ADN của bộ gen ARN virus. Sau đócADN lại sao chép tạo ra ARN virus( />%A1o+ra+b%E1%BA%A3n+sao+ADN+c%E1%BB%A7a+b%E1%BB%99+gen+ARN+virus.+Sau+%C4%91%C3%B3+cADN+l%E1%BA%A1i+sao+ch%C3%A9p+t%E1%BA%A1o+ra+ARN+virus#imgrc=rWa9tLoSHCu36M:)III. SỬA SAI TRONG SAO CHÉP VÀ KHI KHÔNG SAO CHÉP: ADN được sao chép bởi ADN polymerase với độ chính xác cao (cứ khoảng 108– 1012 base thì có một base sai được gắn vào mỗi lần sao chép). Sự sao chép chính xáccủa phân tử ADN có tầm quan trọng sống còn đối với hoạt động bình thường của tế bào.Do thông tin cho sự lắp ráp hàng ngàn protein khác nhau, ADN có chiều dài hàng trămhoặc hàng ngàn base nên dễ xảy ra sự sai hỏng ở một vài base trong số các base đó vàđiều này có ý nghĩa rất quan trọng.1. Sửa sai trong sao chép: Người ta đã dùng các nucleotid và ADN polymerase để tổng hợp ADN in vitro(trong ống nghiệm). Sai sót trong trường hợp này là 10-5 tức là trong 100 000 nucleotidcó một sai sót. Sai sót tự nhiên thấp hơn nhiều. Ơ E. coli có 3.106 cặp base, vậy mỗi lầnsao chép theo tính toán như trong thực nghiệm phải có tới 30 sai sót. Trên thực tế khôngnhiều như vậy.Trường ĐHKGCơ sở di truyền Bằng cách đánh giá tần số các đột biến mới xuất hiện trong quần thể lớn và theodõi biến đổi enzyme nào đó trong nuôi cấy mô tế bào, người ta tính được sai sót trong cơthể sinh vật khi sao chép in vivo (trong cơ thể sinh vật ) là 10-9 tức là một sai sót trênmột tỉ base. Như vậy tế bào có 3.109 cặp base mỗi lần sao chép chỉ có 3 sai sót. Mức chính xác cao của sao chép trong cơ thể sinh vật có được nhờ các cơ chếsửa sai :- Hướng sao chép bao giờ cũng từ đầu 5’ đến 3’để việc sửa sai chính xác.- Ở nhân nguyên thủy ADN polymerase I và III vừa polymer hóa, vừa có hoạt tínhexonuclease 5’ 3’ và 3’  5’. Nếu trên đường di chuyển để polymer hóa gặp base sai,ADN – polymerase sẽ lùi lại cắt bỏ theo hướng 3’ đến 5’ (hoạt tính 3’ đến 5’)- Ở nhân thật, hoạt tính exonuclease chỉ có được ở polymerase d và e. Không tìm thấyhoạt tính exonuclease ở polymerase a, có thể do một đơn vị nhỏ của nó bị mất đi trongquá trình chiết tách enzyme này. ADN ty thể dễ bị đột biến, nhưng polymerase g của nó lại không có hoạt tínhexonuclease.2. Sửa sai khi không sao chép: Phân tử ADN có thể bị biến đổi ngay cả khi không sao chép. Các biến đổi độtbiến này xảy ra với tần số khá cao. Nhờ cơ chế sửa sai nên tần số đột biến được duy trì ởmức thấp. Các enzyme nhận biết gắn vào các trình tự sai và cắt rời đoạn sai, rồi dùngmạchđơn đúng làm khuôn mẫu để tổng hợp lại chổ bị sai cho đúng. Hàng loạt enzyme đặc hiệu làm nhiệm vụ dò tìm và sửa sai. Có khoảng 20enzyme rà soát dọc ADN để dò tìm các base bị biến đồi hóa học, mỗi enzyme có mộtchức năng chuyên biệt cho một loại sai hỏng. Khoảng 5 enzyme khác đặc hiệu cho cácliên kết cộng hóa trị sai giữa base với các chất hoá học khác hoặc giữa các base kề nhautrên một mạch. Một số enzyme khác phát hiện sự bắt cặp sai, như trường hợp mất purin.Tổng cộng có khoảng 50 enzyme chuyên biệt phát hiện và sửa các sai hỏng trên ADN.Tóm tắt:Sự sao chép chính xác của ADN nhiễm sắc thể là một sự khởi đầu cần thiết cho sựsinh sản. Sự sao chép theo cơ chế bán bảo tồn và mỗi phân tử ADN mới bao gồm mộtmạch ADN gốc và một mạch mới được tổng hợp. Sự tổng hợp ADN bị ảnh hưởng bởi cácADN polymerase chuyên biệt, mà chúng dùng các ADN có sẵn như là một khuôn mẫu.Chỉ có loại ADN polymerase III dường như cần thiết cho sự sao chép khuôn mẫu củanhân nguyên thủy. Tuy nhiên, ở các tế bào nhân thật có một số polymerase tham gia vàoquá trình sao chép. Một số protein khác cũng tham gia vào quá trình tổng hợp ADN ở cảTrường ĐHKGCơ sở di truyềnnhân thật lẫn nhân nguyên thủy. Các phân tử ADN có thể bị hư hại bởi các tác nhân khácnhau và sự hư hại này có thể được sửa chữa để hạn chế các đột biến có hại. Quá trình sửachữa được điều khiển bởi các hệ thống có sự tham gia của enzyme.Câu hỏi- Thí nghiệm chứng minh ADN sao chép bán bảo tồn?- Các enzyme và protein tham gia sao chép ADN?- Chức năng của các enzyme ADN polymerase ở nhân nguyên thủy và nhân thật?- Để đảm bảo sao chép theo đúng hướng 5’  3’ tế bào phải sao chép như thế nào trên 2mạch khuôn?- Cấu trúc q và D là gì?- Sự sao chép của virus?- Sự ổn định của thông tin di truyền nhờ các cơ chế nào?TÀI LIỆU THAM KHẢOfile:///D:/sinh%20học/Cở%20sở%20di%20truyền%20học/SAO%20CHÉP%20ADN.pdf