Sự Sao Chép DNA ở Prokaryote - 123doc

Cấu trúc xoắn kép của DNA Double helix structure of DNA {a Key features of b Partlal chamlcal structura c} Space-filling model ONA structure Base pairing in DNA fo Sen ¢ Pyr

SỰ SAO CHÉP

DNA

DNA là vật chất di truyền

On of Caroon ct Space-fiing model of

base pairing Gcudle heltc double Peto

Thi nghiém cua Frederick Griffith

(1928)

"hen sits: pneumonize Rough strain—S pneumonize

Thi nghiém vé bién nap cua Griffith

Surcoch: scrsir Sunde ͆51g-: #r® 1 =

meat ity = jerass an W2L+€ Ives

So r i :

`

Bots ;

nes

4iiits „ Tecced ' toyell

= ——_

Ex 1z li»,

ew

DNA mang tin hiéu di truyén

Năm1944 nhóm Avery, McCarty, McLeod

xác định rõ nguyên nhân gây biên nạp là

gì?

Tế bào S + (protease,

RNAase)—› Chuột chết

Tế bào S + (DNAase)—› Chuột sống

—> DNA là nhân tố biến nạp

Oswald T Avery

aimee bai dự Dis > ms ara ng

rt

* 1952 — Alfred [TRÀ TN me = = Hershey va Martha

Chase kết luận vat liệu di truyền của phage T; là DNA

rome ri@uiô) al #z fey t-~ 5 vG&

‹

"4 l4f0( bệ: Reuill 0i 2 te vu Màrluoi

*

to dis oclge

xi

1

1

Cees Le

’

3

}

ae ===" he

1

2

rr

1

wt 1⁄4: tra m + ne aid can Sinlno Earri3l

lEslsae9se ~” oe Kaine —

vai choreing

Most MP in nae hactene | cells Most Sis in the bquid

with the viral promeing

r `

| DNA la vat chat di truyén

Vat chat di truyén trong co thé sinh vat co nhiém vu

truyén lai tinh trang tO di trudéc xong doi sau, trén 3

nguyén tac:

® Vật chất này phải có tinh bền vững về thông tin đối với

cầu trúc, chức năng, sự phát triển và sự sinh sản của tế

bao

@ Co kha nang ty tai ban mét cach chinh xac sao cho té bao

con có thông tin đi truyền giống như tế bào mẹ

® Có khá năng thay đổi, giúp sinh vật biến dị, thích ứng, và

tiễn hóa

Cấu trúc xoắn kép của DNA

(Double helix structure of DNA)

{a) Key features of (b) Partlal chamlcal structura (c} Space-filling model

ONA structure

Base pairing in DNA

fo Sen ¢ Pyrimidine

Adsnine (A) Thymine (T} —_ thymine (T)

— cytosine (C)

¢ Pairing

Suger *« 2 bonds

= _ * 3 bonds

Đặc điêm của mô hình câu trúc xoăn kép DNA cua

Watson va Crick

* Phan tir DNA cé hai chudi day polynucleotide quan nhau theo chiéu

tay phai (right-handed fashion)

* Hai day nay déi ximg nhau, cùng song hành theo từng cặp base

tương ứng, theo qui ước đâu 5” là gôc, đâu 3` là đuôi

* Day co bản còn gọi là dây xương sống (The DNA backbone) được

hình thành bởi đường và photphase với những base đính hai bên

trong dây

+ Chuỗi xoăn kép cho phép các base purine và pirimidine có cầu trúc

phẳng xếp chồng khít lên nhau ở bên trong phân tử DNA, hạn chế

sự tiệp xúc của chúng với nước Chúng đính thẳng góc với dây

xoan

+ Các nguyên tử đường và các nhóm phosphate xoay ra ngoài hình

thành liên kết với nước đám báo tính ôn định cho phân tử

Đặc điêm của mô hình câu trúc xoăn kép DNA

cua Watson va Crick

Những base này ở trên hai dây đối xứng nhau được noi liền bởi cau noi hydrogen: A-T và G-C Cầu nối hydrogen rat dé bi tach ra (vi dụ như nhiệt độ cao) đề tạo thành hai dây đơn Cặp base tương ứng A-T và C-G được gol bang thuat ngữ chuyên môn là

“complement base pair” Nối C-G (3 câu nói) bền hơn nói A-T (2 cầu nôi)

Các cặp base cách nhau 0,34 nm trên dây xoắn DNA Mỗi một góc quay hoàn toàn (3609) của dây xoăn (helix) có độ dài 3,4 nm

Do đó, mỗi đoạn xoăn như vậy có tât cả 10 cặp base Đường kính của một góc quay là 2nm

Kết quả của cấu trúc dây xoắn kép tạo ra những rãnh chính (major groove) va nhimg ranh phy (minor groove) Ca hai ranh nay co kích thước đủ rộng cho phép những phân tử protein tiệp xúc với những base

PO, nucleotide £o,

\

| N base

(5') CH,

.“ O >

Ds Bo

`

‹4' €Deoxyribose” 'Ì : zCH , bang) `

ne

OH 3>

(5') CH,

0, nucleotide

| :

vở |

a bond

om

“a

`”

`

at

+ 2”

.“ O >

Ds Bo

`

3:) | i Đề

~ OH 2 Anti-parallel

strands

PO, nucleotide

\

| N base

(6')CH; > oO

AY) \ Deoxyribose/” AW)

3 8 Ko

OH

Tính 6n định và những biến

động của DNA

- Tính ổn định của DNA là kết quả của hai quá

trình: sao chép và sL' a sai

‹ Các biến đổi của DNA: đột biến, tái tổ hợp,

các gen nhảy

chép bán

bảo tôn

‹Ổ Các cơ chế

sửa sai

DNA

Các mô hình sao chép ĐNA Cac mo hinh sao chep DNA

$ Mô hình bán bảo tôn (Semiconservative model):vao dau qua (a) Hypothesis 1: (b) Hypothesis 2: (c) Hypothesis 3:

trinh sao chép hai mach của chuỗi xoăn kép tách rời nhau môi Semi-conservative Conservative replication Dispersive replication

mạch đơn được dùng làm khuôn đề tông hợp mạch mới Kết qua tre tre tra

là một phân tử DNA ban đâu sẽ tạo ra hai phân tử con giông hệt

nhau, mỗi phân tử con được hình thành từ một mạch cũ và một

mạch mới

ệ Mô hình bảo tồn (Conservafive model): hai mạch gốc vẫn duy

trì và bắt cặp trở lại sau khi tự sao chép Một trong hai phân tử

DNA mới là phan tr DNA gốc (bao gồm hai mạch cñ), phân tử

còn lại bao gôm vật liệu mới hoàn toan x

lệ Mô hình phân tan (Dispersive model): phan tr DNA goc bi cat bon,

ra thành nhiêu đoạn mạch đôi hoạt động như dây nên (template) ‘<<

dé tong hợp ra những đoạn mạch đôi mới Những đoạn mạch đôi 2

như vay hop lại thành dây xoăn kép DNA hoàn chỉnh, với các z

doan day DNA cua day goc và dây mới xen kẽ ea

Thí nghiệm của Meselson và Stahl

Sự sao chép của DNA có tính chất bán bảo tồn

ma in Llaw Liam tinh chat ban

es we an io tả

BAO ee YN, L) bảo tôn

cultured in wansteredta

diem ma (im ‘ig ‘SECOND REPLCATICN

ery weg jee „ 2antrtuge 4 ‘VA í WAS

mon ee | |

(5) (M) Pa [| PUA AVA

Ofadie Viare Lor ar an, Te

Isotopes of nitrogen (non-radioactive) were used in this experiment

Su sao chép DNA 6 prokaryote va eukaryote

Origin of replication / Parental strand

~ Daughter strand Su Sao

xe scat " eo ry chép DNA

Bubbie | Replication fork 0 Vi khuan:

C2 e© Two daughter DNA molecules mot

tapfiez:iot (a) In eukaryotes, DNA replication begins replicon

om at many sites along the giant ONA

molecule of each chromosome,

|

2 circular daughter DNA matecule: Replicon: don VỊ SaO chép Figure 5-6 Molecular Biology of the Ccll, 4th Edition

Figues § 2 Molen or Biolngy 0% ran se, 4r+ =trian

Sự sao chép được tiễn hành đồng thời tại nhiều

diém trén phan tty DNA cua eukaryote

SU’ KHO! DAU SAO CHEP O E.coli

` oar Nhom enzyme helicase

a SSS SS -š có nhiệm vụ tách mạch

b | == Chúng bám lên một

/Ƒ mạch đơn, cắt đứt liên

-_ nu” đôi

Chúng sử dụng năng lượng từ quá trình phân giải ATP

Strand separation initiates at the origin

GATCTINTTNITTT TTATNOARA

The onan has

3 13-b> repeals

4i d 4 & bp woeals

D-sA monomers

bind al € bp repeais

oe TRINH TU KHOI DAU

19 ce repeat SAO CHEP G E.coli

fechcabsn fires

@ Bo

«Nhom enzyme helicase: tach mach déi DNA thành mạch đơn

* Cac protein SSB (single-stranded

binding proteins) : 6n dinh mach don da được tách rời

- Tổng hợp mạch DNA mới (daughter DNA)

— Gắn các nueleotide tì d theo nguyên tắc bé sung

— DNA polymerase II

modified nucleotide

ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG

CUA DNA POLYMERASE

* Téng hop mach moi tlr

mạch khuôn bang cach

gắn lần lượt các

nucleotide tự do:

— Vào nucleotide cuối củaœ

“mdi” (primer) bat cap sa

trên mạch khuôn

— Theo chiều 5'—›3'

Mạch tới và mạch chậm

(Leading & Lagging strands)

Replication fork / Replication bubble

Sự sao chép bắt đầu bằng việc

tong hop méi RNA (RNA

Dac tinh cua DNA polymerase III primers)

— Chỉ có thể tổng hợp mạch mới

khi đã có sẵn “mỗi” bắt cặp trên

mạch khuôn

RNA primer: được tổng hợp

bởi primase

DNA polymerase |

— Loại bỏ mỗi RNA và tổng hợp

DNA thay thế

Telomeres

6

9

rowing

fork 8

6

6

telomerase RNA == Telomerase and its function

N < À telomerase pratein al ở

Xã i | “fingers” parental stran Ride / ïE=—']IIGG(íGTTGGGGTTGGGGTTG

region of —— “incomplete, newly synthesized lagging strand telomerase RNA TELOMERASE

used as template BINDS

⁄Z IEEEE-TSSoeneeoerrooocrrẻ direction of

Telomerase Structure CC tự toiomero

TELOMERASE —

Reverse transcriptase (RNA-templated talomerasa with bound RNA template

with RNA template to DNA synthesis) 3

bind to DNA strands alii: eckdee | AAC CGECAA

site of telomerase COMPLETION OF

\ A BY DNA POLYMERASE

rest af newly ~“thumb IDNA templated chromosome synthesized DNA synthesis)

telomere | MESSI TIGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTIG SGGTr6 DNA ¡SG ỊIAACCCC (CCCCAACCCCAACCCC,

Figure 5-42 Molecular Biology of the Call, 4th Edition DNA

polymerase

= CHĨA BA

& :

pol merase lII lagging strand Keplication | < “poten SAO CHEP

fork movement

polymerase ,Primase

sit RNA primer

, Polymerase IY § _„- Šinple-sranded

Okazaki fragment

strand

A polymerase III

3? (EEENHETETETSI <

Ligas

direction of replication GHI

Leading-—— c= <— Lagging

Ể THE COLL Peart Catsoe FiggY É LÍ 6 2300) 927 (299) mem Amo ome

SSB = single-stranded binding proteins

NUT XOAN TAI

CHIA BA

SAO CHEP

DNA replicases have & comman set of functions

Helicase Prev ous Okarad trapmant

ucnnector jo ns eicase lo lwo Solymercses units nitlation sits!

Current for next

\ Okazasi Okazaki

INS polymerase catalytic suburits +

fragment fragment

Shing clamp SS surrounds CNA

Pn-ase

Clame

Arrowhead indicates

35 3e-d reste sawIE2 su

DNA topoisomerase I

ons end cithe UNA

rotste relative to thy oth ch

the two ands of the DNA double helix can now rotate relative to

each other, relieving accumulated

strain

_OH

cH ~~1Vca | tử

vé †0DGI8GTY 3f0S3

ụ the active site the original phosphodiester bond

CH eneryy is stored in the phosphotyrosine

i linkage, making the reaction reversible

DNA copoisomercse covale tly [

ate =a UMS phasphe-

spuntenevus re formation

of the phosphodiester bond

$® CH regenerates both the DNA

HO helix and the DNA

topvisomerase tre tea ones pf the DNA dock:

helix cen nave rotate restive to

vech ollver, relieving 21-12 etUet,

eưal+

Figure 3-29 port * of 2 Wolxcular Biology of toe Co | sth Editic Figure 5-25 part 2 of 2_ Molecular Biol of the Cell, 4th Edition

DNA topoisomerase IT

hws cule: DNA

double helicns that

ave intericcked |

topaisnomerase |

?

t- SS

= reversal of

4 the covalent

3 type II BNA attachment

topoisa marasa SS of the tona-

| oe ` tweetsibie ‘ Y isomerase

Tete restores

orange dour helix double helix

and forming a

prole ni gate

*

Figurs §27 pad icf 2 Moleculsr Diolozy v* the Cell 4th [dit ga

two circular

DNA double

helices that are separated

the tupoison erase

gale opens antl shits

1o lạt & sacord DNA

helix pase Figure 5-27 part 2 af 2 Molecular Bl

rapid rotation ofthe DNA helix neaded here

` ES

leading-strand template

lagging strand template

“DNA polymerase

a an leading strand

-newly synthesized DNA chain

Figure 5-24 Molecular Biology of the Cell, 4th Edttion

DNA topoisomerase IT

DNA double

helix 1 topoisorerase ATPase domain

“DNA

double helix 2

AIP binding and 0ASSIng of resealing break dimerization of ATPase helix 4 | in helix 2: \ damains; double-strand through break in release of DNA doub break in helix 2 helix 2 helix 1 helix 1

Figura 5-26 part 1 of 2 Molecular Biology of the Cell 4th26 part 2 of 2, Molecular Biology of the Cell, 4th Edition