sự nhân đôi và sửa chữa của DNA ( DNA replication and repair)

Các thành phần tham gia quá trình nhân đôi của DNAdnaA gắn vào trình tự DNA mạch gốc Primasome dnaB helicase tháo xoắn DNA của sợi gốc dnaC gắn dnaB dnaG primase tổng hợp RNA primer DNA

SỰ NHÂN ĐÔI VÀ SỬA CHỮA CỦA DNA

(DNA REPLICATION AND REPAIR)

SƠ ĐỒ TRUYỀN THÔNG TIN DI TRUYỀN

DNA

1

1 NHÂN ĐÔI CỦA DNA (REPLICATION_DNA SYNTHESIS)

2 SAO MÃ (TRANSCRIPTION_RNA SYNTHESIS)

3 DỊCH MÃ (TRANSLATION_PROTEIN SYNTHESIS)

CÁC BASE (PURINE VÀ PYRIMIDINE)

[structure of deoxyadenosine]

Nucleoside

Nucleotide

• polynucleotide chain

• 3’,5’-phosphodiester bond

ii) Structure of theDNA double helixCấu trúc chuỗi polynucleotide của DNA

5’

3’

A-T base pair

G-C base pair

Chargaff’s rule: The content of A equals the content of T,

and the content of G equals the content of C

in double-stranded DNA from any species

Liên kết Hydro giữa các base

Mạch đôi của DNA

DNA LÀ CỐT LÕI CỦA NST

DNA LÀ CỐT LÕI CỦA NST

Cấu trúc của chromatin

2 vòng DNA quấn quanh khối

Lõi gồm 8 phân tử histone quấn quanh bởi DNA

N-TERMINAL TAIL ACCESSIBLE

CẤU TRÚC NUCLEOSOME

Histone octamer = (H2A-H2B)2 + (H3/H4)2

VAI TRÒ CỦA HISTONE

HISTONE

SỬA LỖI SAO MÃ

NHÂN ĐÔI

DNA

Acetyl hóa Methyl hóa Phosphoryl hóa Ubiquitin hóa ADP-ribosyl hóa

…

Sự nén khối và tháo nén của chromosome trong vòng đời tế bào

Telomeres và sự lão hóa

Metaphase chromosome

centromere telomeretelomere

telomere structure

youngsenescent

Telomeres “caps” bảo vệ 2 đầu tận cùng của NST, là trình tự lập liên tiếp 5-8 bp giàu cặp GC Bảo vệ NST

Trước quá trình tái sắp xếp và sát nhập của các NST.

(TTAGGG)many

(TTAGGG)few

• hoạt tính telomerase (enzyme) hoạt động tùy theo chiều dài của telomere ở tế bào

mầm

• sự giảm hoạt tính của telomerase ở các tế bào soma khác nhau và sự cắt ngắn của

NST ở mỗi vòng đời của tế bào

<1 to >12 kb

Các tế bào bão hòaPhân bào

Sự nhân đôi của DNA và cấu trúc NST ở phase S của vòng đời TB

Sự nhân đôi sợi DNA (mỗi ~150 kb)

Quả bóng nhân đôi

2 mạch con DNA được sinh raHình thành các quả bóng nhân đôi

Sự nhân đôi đồng thời

Sự nhân đôi DNA mạch gốc của NST

5’

3’

3’5’

5’

3’

3’5’

3’5’5’

3’

SỰ NHÂN ĐÔI BẮT ĐẦU BẰNG VIỆC XÁC

SSB DUY TRÌ SỰ TÁCH ĐÔI

CỦA ĐOẠN DNA

SỰ NHÂN ĐÔI DIỄN RA TẠI NGÃ BA NHÂN ĐÔI

•PRIMASE

•POLYMERASE

•HELICASE

PHỨC HỢP PROTEIN TẠI NGÃ BA NHÂN ĐÔI

DNA POLYMERASE III

SSB PROTEINS

HELICASEPRIMASE

DNA POLYMERASE IDNA LIGASE OKAZAKI FRAGMENT

Topoisomerase giữ 2 mạch DNA tách rời trong quá trình tháo xoắn bởi helicase.

SSB cố định 2 mạch đơn DNA trạng thái tách rời và giúp báo hiệu

polymerase trượt nhân bản từ mạch khuôn

SỰ NHÂN ĐÔI DIỄN RA TẠI NGÃ BA NHÂN ĐÔI

•PRIMASE

•POLYMERASE

•HELICASE

dNTP GẮN

VÀO CHUỖI DNA ĐANG KÉO DÀI TẠI

VỊ TRÍ 3’

Các thành phần tham gia quá trình nhân đôi của DNA

dnaA gắn vào trình tự DNA mạch gốc

Primasome

dnaB helicase (tháo xoắn DNA của sợi gốc)

dnaC gắn dnaB

dnaG primase (tổng hợp RNA primer)

DNA gyrase nhận biết đầu âm cuộn xoắn DNA tại ngã 3 nhân

đôi Rep protein helicase (tháo xoắn DNA tạo ngã 3)

SSB gắn vào sợi đơn DNA

DNA pol III polymerase nhân đôi sơ cấp.

DNA pol I loại bỏ primer và gắn liền các đoạn ngắn DNA DNA ligase gắn liền các đoạn ngắn DNA bằng lk 3’, 5’-

phosphodiester

Đặc điểm của các DNA polymerases

DNA polymerases of E coli_

pol I pol II pol III (core) Polymerization: 5’ to 3’ yes yes yes

Vùng đọc sửa exonuclease: 3’ to 5’ yes yes yes

Sửa sai exonuclease: 5’ to 3’ yes no no

DNA polymerase III là enzyme chính thực hiện nhân đôi

DNA polymerase I giữ vai trò nhân đôi gắn các đoạn ngắn và cắt xén các primer trên mạch chậm và sửa sai Được dùng để tạo DNA tái tổ hợp

• Tất cả DNA polymerases cần primer với đầu 3’ có nhóm OH tự do

• Tất cả DNA polymerases xúc tác gắn trực tiếp theo chiều theo chiều 5’ to 3’

• 1 số DNA polymerases có khả năng xúc tác vùng đọc sửa 3’ đến 5’ (proofreading)

SỰ NHÂN ĐÔI DNA CẦN RẤT NHIỀU

ENZYME KHÁC NHAU

SỰ NHÂN ĐÔI

DNA

DNA POLYMERASE

PRIMASE HELICASE

RIBONUCLEASE H DNA LIGASE

TOPOISOMERASE

CƠ CHẾ VƢỢT NUCLEOTIDE LỖI CỦA

DNA POLYMERASE

QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI DIỄN RA TẠI NHIỀU VỊ TRÍ & THEO 2 HƯỚNG

LÀ ĐẦU

MÚT CỦA NST

CẤU TRÚC

TELOMERE

SỰ BẮT CẶP HOOGSTEEN CỦA DNA

Gặp trên đoạn DNA giàu G ở promoter của gen và ở telomere.

VẤN ĐỀ KHI NHÂN ĐÔI DNA TẠI TELOMERE

THÁO XOẮN KHÓ

KHIẾM KHUYẾT TRONG CƠ

CHẾ NHÂN ĐÔI DNA

HELICASE ĐẶC BIỆT

TELOMERASE

LỖI TRÊN DNA LUÔN ĐƢỢC KIỂM TRA

CƠ CHẾ SỬA SAI

• Đột biến xảy ra trong quá trình nhân đôi DNA và có thể được sửa chữa đồng thời bởi cơ chế đọc sửa của DNA polymerase

• Đột biến không được sửa chữa theo cơ chế đọc sửa, sự bắt cặp sai được sửa chữa bằng cơ chế cắt xén.

• Đột biến phát sinh bất cứ thời điểm nào cũng được sửa chữa bằng cơ chế cắt xén (cắt xén base hoặc nucleotide).

Sửa chữa bắt cặp sai (hậu nhân đôi) (giảm sự nhân đôi DNA sai 1.000 lần)

methyl hóa ở adenine

• đột biến trên mạch mới được nhậnbiết ở vị trí methyl hóa

• các đột biết được sửa chữa bằng cơ chế cắt xén

• sau khi sửa chữa, mạch nhân đôi mới tạo thành được

methyl hóa

Sửa chữa bằng sự cắt xén

ATGCUGCA TT GATAG TACGGCGTAACTATC

thymine dimer

AT AG TACGGCGTAACTATC

AT GCCGCATTGAT AG TACGGCGTAACTATC

ATGCCGCATTGATAG TACGGCGTAACTATC

excinuclease

DNA polymerase b

DNA ligase(~30 nucleotides)

Cytosine có thể sửa chữa bằng khử amin (Deamination)

Ở các bệnh di truyền, hơn 30% các base đơn bị biến đổi xảy ra ở vị trí 5’-mCpG-3’

5-methylcytosine không thể sửa chữa bằng khử amin.

thymine 5’-methyl-

cytosine

Hoạt động sửa chữa DNA

elephant

cow

hamsterrat

mouseshrew

Sự tương quan của hoạt động sửa chữa DNA ở tế bào sợi (fibroblast cells) từ các dòng tế bào đông vật có vú theo quãng đời

Những nhược điểm của hoạt động sửa chữa DNA

Hầu hết các nguyên nhân gây ảnh hưởng đến nhiễm sắc thể và các đột biến gen; dễ dẫn đến ungthư, các thể ung thư máu (leukemias)

• Xeroderma pigmentosum (khô sắc tố da)

• nguyên nhân do đột biến gene bao gồm sửa chữa cắt xén nucleotide (nucleotide excision repair)

• nguy cơ ung thư da và các thể khác của nó (melanoma) tăng trên 1000 lần khi tiếp xúc ánh.

• Ataxia telangiectasia (hội chứng giãn mạch)

• nguyên nhân do DNA bị tổn thương

• nguy cơ tăng khi tiếp xúc tia X

• có liên quan đến tăng nguy cơ gây ung thư vú.

• Fanconi anemia (suy tủy xương bẩm sinh)

• nguyên nhân do gen bao gồm cả do hoạt động sữa chữa DNA

• nguy cơ tăng khi tiếp xúc tia X và ánh nắng mặt trời

• Bloom syndrome

• nguyên nhân do đột biến gen bên trong DNA helicase

• nguy cơ tăng khi tiếp xúc tia X

• Nhạy cảm khi tiếp xúc ánh nắng mặt trời

• Cockayne syndrome

• nguyên nhân do ảnh hưởng của quá trình sao mã và sửa chữa DNA

• Nhạy cảm khi tiếp xúc ánh nắng mặt trời

• Werner’s syndrome

• nguyên nhân do đột biến gen bên trong DNA helicase

• sự lão hóa non.

Các câu hỏi trắc nghiệm lƣợng giá

Câu 1: Base nitơ trong thành phần acid nucleic dẫn

Câu 2: Ở điều kiện sinh lý, DNA trong nhiễm sắc thể có

các đặc điểm, trừ

A Có cấu trúc phụ thuộc các pha trong chu kỳ tế bào

B Có những chỗ xoắn cuộn chặt phân bố không đều

C Quấn quanh các phức hợp protein histone

D Khó tương tác với các phức hợp protein giữ nhiệm vụ sao mã

E Không thể phân biệt được với DNA trong ty thể

Câu 3: Liên quan đến tổng hợp DNA, câu nào

sau đây ĐÚNG

A DNA nhân đôi theo cơ chế bán bảo tồn

B Quá trình tổng hợp DNA xảy ra theo chiều 3’-5’

C DNA polymerase giúp nhận biết điểm khởi đầu

D DNA gyrase giúp DNA mở xoắn dễ dàng

E Tất cả các câu trên đều đúng.

Câu 4: Quá trình nhân đôi DNA bắt đầu

bằng hiện tƣợng.

A Tạo đoạn mồi

B Tách chuỗi DNA đôi thành chuỗi đơn

C Tháo xoắn chuỗi DNA

D Nhận diện các vị trí Ori

E Các câu trên đều sai

Câu 5: Trong quá trình nhân đôi DNA, ngã ba

nhân đôi là nơi xảy ra các quá trình sau, trừ.

A Các protein SSB gắn kết với DNA

B Helicase tháo xoắn mạnh mẽ

C Primase tổng hợp đoạn mồi

D Polymerase gắn các nucleotide tự do vào đoạn DNA

đang được tổng hợp

E Ligase liên tục nối các đoạn okazaki