Quá trình tái bản DNA

Dựa trên mô hình DNA củaWatson và Crick, các giả thuyết về mô hình tái bản của DNA đã được đề xuất, gồm: A... Các đặc điểm của quá trình tái bản• Bán bảo toàn • Tổng hợp sợi DNA mới theo

QUÁ TRÌNH TÁI BẢN DNA

Chapter 6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

KHOA KHOA HỌC SINH HỌC

Nhóm: 1 Môn: Sinh học phân tử

Tp Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 6 năm 2023

1

CẤU TẠO ADN: bản chất là desoxyribonucleotid

- ADN nằm trong nhân, ty thể, lục lạp, tbc

- Mạch đôi, xoắn kép: 2 chuỗi poly xoắn quanh 1 trục theo hướng ngược nhau

- Gồm 3 tp: 1 đường, 1 bazo nito (A,T,G,C) và 1 photphat

- Các bazo nito lk với nhau bằng lk H

+ A-T bằng 2 lk H

+ G-C bằng 3 lk H (bền hơn)

- Nucleotit lk với nhau bằng lk photphodieste

- Bazo nito gắn với đường ở C1, photphat gắn với đường

ở C5

- -OH gắn đường ở C3

Các mô hình tái bản DNA Dựa trên mô hình DNA của

Watson và Crick, các giả thuyết về mô hình tái bản của

DNA đã được đề xuất, gồm: A Bảo toàn, B Bán bảo

Thí nghiệm Meselson - Stahl

Thí nghiệm Meselson – Stahl (tt)

Meselson, M., Stahl, F 1958 The replication of DNA in Escherichia coli,

Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 44 : 671 – 682.

5

Các yếu tố cần thiết cho quá trình sao chép ADN:

Các đặc điểm của quá trình tái bản

• Bán bảo toàn

• Tổng hợp sợi DNA mới theo chiều 5’ – 3’

• Quá trình tái bản bắt đầu từ Vị trí khởi đầu tái bản

• DNA mới được tổng hợp liên tục ở mạch khuôn 3’→5’

và gián đoạn trên sợi 5’→3’

Đa số các quá trình tái bản diễn ra theo kiểu nửa gián đoạn(semidiscontinuous); tái bản liên tục, tái bản cuộn vòng

(rolling circle replication)

Quá trình tái bản DNA

7

Giải pháp ngăn chặn siêu xoắn:

Topoisomerase: Phần tyrosin (3’ –OH) của topoisomerase

gắn với gốc photphat tự do (5’ –P) trên ADN gốc và phức hợp

sẽ quay Sau đó, enzym tách ra khỏi phức hợp và sợi ADN được tạo thành

1 Topoisomerase I:

- Cắt khía một sợi đơn ADN, ADN xoay quanh sợi còn lại 🡪 mất xoắn

- Không cần ATP

2 Topoisomerase II: gyrase

- Cắt mạch kép của 1 vòng ADN, làm mất đi vòng lồng ghép (catena) tạo ra 2 vòng ADN sp của qt sao chép

- Cần ATP

(4) Topoisomerase 1 and 2 - YouTube 9

Các vị trí khởi đầu tái bản ở NST eukaryote

Khởi đầu: tạo chạc 3

- Pr B đặc hiệu nhận biết điểm khởi sự sao chép (replication

orgine) OriC và gắn vào trình tự baso đặc biệt đó

- OriC: điểm đặc biệt dài khoảng 254 bp, giàu A-T

- Enzyme gyrase (thuộc nhóm topoisomerase II) 🡪 tháo xoắn

DNA

- Helicase (cần sự hỗ trợ của ATP: cofactor): cắt lk H, tách

mạch

- SSB protein gắn vào, giữ sợi đơn ko chập vào nhau ( căng

mặt) 2 chạc 3 sao chép từ 1 bong bong sao chép

SAO CHÉP Ở TẾ BÀO NHÂN NGUYÊN THỦY

Kéo dài sao chép:

- Sợi sớm: sợi con bổ sung với mạch khuôn 3’-5’

- Sao chép liên tục trên hướng 5’-3’

- DNA pol III: gắn vào mạch khuôn 3’-5’, lắp nu bổ sung và kéo dài

Trên sợi muộn:

- Sợi muộn: sợi con bổ sung với mặt khuôn 5’-3’

- Sao chép không liên tục

- DNA pol III gắn vào, kéo dài mồi theo hướng 5’-3’ tạo các đoạn Okazaki (1000-2000 nu)

- DNA pol I dùng enzim exonuclease 5’-3’ cắt bỏ đoạn mồi, lấp đầy các nucleotid vào chỗ trống

- Ligase nối các đoạn Okazaki vào với nhau

Tái bản nửa gián đoạn

• Kiểu tái bản phổ biến của nhiều vi khuẩn, virus

DNA xâm nhiễm sinh vật nhân chuẩn (eukaryotic

DNA virus), của F plasmid (quá trình tiếp hợp

của vi khuẩn), DNA lục lạp

• Một liên kết phosphodiester bị phá vỡ ở 1 sợi của

DNA dạng tròn, tạo đầu 3’OH tự do để các dNTP

gắn vào với mạch khuôn là sợi còn lại

Tái bản cuộn vòng (Rolling circle replication)

Tái bản cuộn vòng Đầu 3’ của sợi (+) đóng vai trò là

primer cho quá trình sao chép; đầu 5’ được thay thế

bởi DNA mới tổng hợp Sợi (-) là sợi khuôn 19

Tái bản cuộn vòng Sợi dẫn đầu được tổng hợp liên tục, sợichậm được tổng hợp gián đoạn với sợi khuôn là sợi dẫn đầu.

Chiều tổng hợp trên sợi dẫn đầu

Các protein tham gia quá trình tái bản 21

- Là ADN polymerase phụ thuộc ADN

- Là enzim kéo dài chuỗi poly – sử dụng mạch khuôn là ADN

để tổng hợp

- Hoạt tính: xúc tác sự thành lập liên kết phosphodieste

• Polymer hóa theo hướng 5’-3’: kéo dài chuỗi ADN

• Exonuclease 5’-3’: hủy mồi

• Exonuclease 3’-5’: sửa lỗi

DNA polymerase

- DNA polymerase I,II,III: đều có chức năng kéo dài

chuỗi, chức năng sửa lỗi

- DNA pol I: có thêm hoạt tính hủy mồi

DNA polymerase

23

DNA Polymerase không thể khởi đầu sợi DNA mới

VAI TRÒ CỦA DNA POL:

- Prokaryot (nhân sơ): DNA pol III – enzim sao

chép chính (I,II,III)

- Eukaryote (Nhân thực) :

+ Alpla: đảm nhận sao chép trên sợi muộn

+ Delta: đảm nhận sao chép trên sợi sớm

+ Garma: nằm ở ti thể đảm nhận sao chép ti thể

25

Chức năng E coli Người

Mcm2-7 (Kháng nguyên T) RPA (replication protein A) Pol α/primaseprimase

Mang helicase/primaseprimase

Ổn định sợi đơn

Priming

DnaC SSB DnaG (primase)

nuclear antigen)

Hỗ trợ bám (ATPase)

Kéo dài sợi

phức hợp αδ Pol III

RFC (replication factor C) Pol δ/primasepol ε

Loại bỏ RNA primer

Nối đoạn Okazaki

SAO CHÉP Ở TẾ BÀO NHÂN THẬT:

- Có nhiều đơn vị sao chép (replicon)

- Saccharomyces cerevisiae có 500 replicon, tức 500 điểm Ori

Cơ chế sao chép: Tương tự ở tế bào nhân nguyên thủy

- Polymerase Delta: tổng hợp sợi sớm

- Polymerase Alpha: tổng hợp sợi muộn

- Polymerase Beta: sửa sai

27

ORC: origin recognition complex

Cdc: cell division cycle Mcm: minichromosome maintenance

Cơ chế tái bản DNA ở eukaryote (bước 1 – 3)

RPA: replication protein A

Cơ chế tái bản DNA ở eukaryote (bước 4 – 5) 29

Cơ chế tái bản DNA ở eukaryote (bước 7-9) 31

CAF: chromatin

assembly factor

• DNA tái bản 1 lần duy nhất/chu kì tế bào Mức

độ của cyclin-dependent kinase (CDKs) chi phối sự

hình thành và hoạt hóa phức hợp tiền tái bản

(pre-RC)

• Sửa sai (proofreading) Tỉ lệ sai sót 10-4 - 10-5

/base pair DNA polymerase δ (exonuclease 3’ -5’)

• Kết thúc tái bản Khi các chẻ 3 tái bản gặp nhau

hay đọc đến trình tự tín hiệu chuyên biệt cho sự kết

thúc tái bản

Cơ chế tái bản DNA ở eukaryote

33

• DNA nhiễm sắc thể có thể bị ngắn đi sau mỗi lần

tái bản →NST kém bền, chết tế bào, bào quan

• Telomere được xác định bởi Barbara McClintock

(1938) và định nghĩa bởi H.M Muller; vùng tạo

bởi các trình tự lặp lại đơn giản giàu G, vd:

(TTAGGG)1000 ; rất cần thiết cho sự sống của tế

bào

• Giải pháp: telomerase terminal transferase xúc

tác sự tổng hợp de novo trình tự telomere.

Vai trò của telomere trong tái bản DNA,

lão hóa và ung thư

Hoạt tính của telomerase làm tăng thời gian sống của tế bào

Bonard, A.G, Ouellette, M., Frolkis, M., et al 1998 Extension of life-span by introduction of telomerase into human cells Science 279: 349 - 352 35

Văn Hoa Xuân

Cảm ơn Thầy

và các bạn đã theo dõi

37