Đang tải... (xem toàn văn)
KHÁI NIỆM: ADN là 1 chất di truyền ở cấp độ phân tử , việc truyền đạt thông tin di truyền trên AND từ thế hệ của tế bào mẹ sang tế bào con thông qua cơ chế nhân đôi ADN . còn truyền đạt thông tin di truyền từ nhân ra thế bào chất thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã. Quá trình tái bản ADN (nhân đôi ADN , sao chép ADN): thời điểm và vị trí, Thành phần tham gia, nguyên tắc, Cơ chế, phương trình tổng quát Các nucleotic liên kết với nhau nhờ liên kết phosphodieste giữa nhóm của nucleotide này với nhóm của nucleotide bên cạnh () N1 ATP AMP N2 GTP GMP + (PP)n1,n2,n3,n4 (pirophotphat) N3 CTP CMP N4 TTP TMP(n1+n2+n3+n4) Các giai đoạn: Giai đoạn khởi đầu: Tháo xoắn phân tử DNA, Giai đoạn kéo dài: Tổng hợp mồi RNA, Giai đoạn kết thúc tái bản và phân chia tế bào
BÀI TẬP MÔN: SINH HỌC PHÂN TỬ NHÓM : 1, Nguyễn Xuân Lực 2, Hồ Văn Khước 3, Nguyễn Văn Long 4, Ung Như Huy 5, Ngô Sỹ Nam 6, Nguyễn Hoài Nam 7, Trịnh Vĩnh Hiếu 8, Phạm Thị Mỹ Kiều 9, Nguyễn Đức Huy 10, Lê Đức Linh CHỦ ĐỀ : TÁI BẢN ADN (NHÂN ĐÔI ADN , SAO CHÉP ADN) MỞ ĐẦU • từ sống xuất trái đất, sinh vật trải qua nhiều giai đoạn tiến hóa để có ngày hôm nhờ đâu mà sinh vật tiến hóa từ thấp đến cao, từ đơn sơ đến phức tạp ADN câu trả lời biến đổi ADN làm cho sinh vật ngày phong phú đa dạng nhiên, dù chúng tiến hóa cao tới đâu, phức tạp tới đâu chúng mang đặc điểm giống với sinh vật trước, truyền trình quan trọng, đảm bảo trình truyền đạt thông tin di truyền nguyên vẹn qua hệ Đó tái ADN KHÁI NIỆM ADN chất di truyền cấp độ phân tử , việc truyền đạt thông tin di truyền AND từ hệ tế bào mẹ sang tế bào thông qua chế nhân đôi ADN truyền đạt thông tin di truyền từ nhân bào chất thông qua chế phiên mã dịch mã Quá trình tái ADN (nhân đôi ADN , chép ADN) , thời điểm vị trí - pha S kì trung gian lần phân bào - diển nhân tế bào ,Thành pần tham gia: - DNA mẹ: Khuôn mẫu cho trình nhân đôi - Nuclêôtit tự môi trường nội bào cung cấp (dưới dạng ATP, TTP, GTP, XTP): nguyên liệu cho trình lắp ráp tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit bổ sung Ngoài cần thêm loại ribônuclêôtit loại A, U, G, X cho trình tổng hợp đoạn RNA mồi - Enzim: Gyraza (tháo xoắn phân tử DNA mẹ), Helicaza (cắt liên kết hiđrô hai mạch đơn phân tư DNA mẹ để giải lộ mạch khuôn, tạo chạc ba tái bản), RNA pôlimeraza hay Primaza (tổng hợp đoạn RNA mồi có đầu 3’ - OH tự do), DNA pôlimeraza (lắp ráp nuclêôtit tự thành chuỗi pôlinuclêôtit bổ sung dựa mạch khuôn gốc DNA), Ligaza (nối đoạn Okazaki thành chuỗi pôlinuclêôtit hoàn chỉnh) - Năng lượng: Từ ATP - Thành phần khác: Prôtêin B (đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi), Prôtêin SSB (căng mạch đơn, ngăn cản đóng xoắn trở lại mạch khuôn) , nguyên tắc - Nguyên tắc bổ sung: nuclêôtit tự môi trường nội bào cung cấp với nuclêôtit tương ứng mạch khuôn DNA, đó: A liên kết với T liên kết hiđrô, G liên kết với X liên kết hiđrô ngược lại Quá trình lắp ráp nuclêôtit thực theo chiều 5’ 3’ Nguyên tắc bán bảo toàn: phân tử DNA có mạch cũ (của DNA mẹ) mạch (được lắp ráp từ nuclêôtit tự do) 4, Cơ chế - Diễn biến trình nhân đôi gồm giai đoạn sau (Đánh dấu > tháo > cắt > căng > mồi > lắp ráp ->nối ->hoàn chỉnh) - Giai đoạn khởi đầu nhân đôi: Gồm thao tác: Đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi Tháo xoắn phân tử DNA mẹ Cắt liên kết hiđrô hai mạch đơn để tạo chạc ba tái (chạc chữ Y) Căng mạch đơn, ngăn cản đóng xoắn trở lại, chuẩn bị khuôn sẵn sàng cho trình tổng hợp mạch bổ sung - Giai đoạn tổng hợp mạch bổ sung: Để tiến hành tổng hợp mạch bổ sung, trước hết enzim RNA pôlimeraza có nhiệm vụ tổng hợp đoạn mồi (gồm khoảng 10 ribônuclêôtit) để tạo đầu 3’ - OH hai mạch khuôn DNA mẹ theo nguyên tắc bổ sung (A U, T A, G X, X G) Trong đó, mạch khuôn 3’ - 5’ có đoạn mồi đầu 3’; mạch khuôn 5’ - 3’ có nhiều đoạn mồi tổng hợp với khoảng cách hai đoạn liên tiếp khoảng từ 1000 - 2000 nuclêôtit Sau đó, enzim DNA pôlimeraza có nhiệm vụ nối tiếp đoạn mồi tiến hành tổng hợp kéo dài mạch bổ sung, cách sử dụng nuclêôtit tự môi trường nội bào cung cấp lượng để liên kết bổ sung nuclêôtit tương ứng với nuclêôtit mạch khuôn DNA mẹ theo chiều 5’ - 3’ (A T, G X ngược lại) Đặc biệt, mạch khuôn 3’ - 5’, trình lắp ráp kéo dài mạch bổ sung xảy liên tục; mạch khuôn 5’ - 3’, trình tổng hợp mạch bổ sung xảy ngắt quãng, tương ứng với đoạn mồi đoạn mạch khoảng 1000 - 2000 nuclêôtit (gọi đoạn Okazaki) Khi việc lắp ráp nucleotit hoàn tất, đoạn mồi enzim loại bỏ thay vào la trình tự nucleotit nhờ enzim ligaza, đoạn Okazaki nối lại với để tạo mạch bổ sung hoàn chỉnh 5 , phương trình tổng quát Các nucleotic liên kết với nhờ liên kết phosphodieste nhóm - nucleotide với nhóm nucleotide bên cạnh () N1 ATP AMP N2 GTP ADN-polimerase N3 CTP GMP CMP N4 TTP TMP(n1+n2+n3+n4) + (P-P)n1,n2,n3,n4 (pirophotphat) , Các giai đoạn a, Giai đoạn khởi đầu: Tháo xoắn phân tử DNA -Mô hình phân tử DNA vòng vi khuẩn hay virus cho ta khái niệm chung cấu hình có phân tử DNA Dạng thứ siêu xoắn Dạng thứ hai có cấu trúc lơi hơn, thường bị đứt chỗ hai mạch phân tử DNA Dạng thứ ba tương ứng với cấu trúc thẳng cắt đứt hai mạch phân tử DNA Trong đó, dạng siêu xoắn dạng cấu trúc chức • Như vậy, để bắt đầu tái bản, phân tử DNA phải tháo xoắn nhờ vào hoạt động enzyme có tên topoisomerase Có hai loại topoisomerase Loại I tháo dạng siêu xoắn, chúng gắn vào phân tử DNA cắt hai mạch Sau giải phóng phân tử DNA tháo xoắn, enzyme nối lại chỗ đứt Enzyme loại I biết rõ protein ω E coli Các topoisomerase loại II có khả tháo nút nảy sinh biến đổi cấu trúc chuỗi xoắn kép cách cắt đứt hai mạch DNA Enzyme biết rõ gyrase E coli Gyrase sử dụng lượng từ thủy phân ATP để tháo xoắn DNA Tách rời hai mạch đơn điểm khởi đầu tái • Ở E.coli, OriC chứa bốn vị trí gắn với protein khởi đầu có tên Dna A Mỗi vị trí có kích thước 9bp Sự tổng hợp protein gắn liền với tốc độ tăng trưởng tế bào việc khởi đầu tái DNA gắn liền với tốc độ tăng trưởng Ở tốc độ tăng trưởng cao, nhiễm sắc thể vi khuẩn bắt đầu lần tái thứ hai trước lần tái thứ kết thúc hai điểm khởi đầu Vì vậy, tế bào nhận nhiễm sắc thể tái phần • -Quá trình tái bắt đầu DNA OriC quấn quanh phức hợp protein Dna A gồm 30-40 phân tử, phân tử gắn với ATP Điều thúc đẩy tách rời hai mạch ba trình tự lặp 13bp giàu A – T, cho phép protein Dna B gắn vào Dna B DNA hehicase, nằm phức hợp primosome Các helicase phá vỡ liên kết hydro base nhờ lượng thủy phân ATP Có nhiều loại helicase hoạt động đồng thời: Một số gắn mạch 3’ – 5’ Rep, số khác gắn mạch 5’ – 3’ helicase II III • -Các mạch tách rời ổn định dạng mạch đơn nhờ protein SSB (Single Strand Binding – liên kết với mạch đơn) Các protein gắn lên khắp phần mạch đơn làm cho hai mạch không kết hợp trở lại Mạch khuôn sử dụng đến đâu protein SSB giải phóng khỏi khuôn đến • b, Giai đoạn kéo dài: Tổng hợp mồi RNA • • Các DNA polymerase tổng hợp DNA cách kéo dài mồi RNA bắt cặp sẵn khuôn Như biết, mồi tổng hợp nhờ hoạt tính enzyme primase có phức hợp primosome Sự tổng hợp mạch diễn theo kiểu bán gián đoạn, kéo dài mồi RNA • • • • +DNA polymerase III phức hợp dimer Mỗi phần gồm nhiều đơn vị gắn với nhau, chịu trách nhiệm tổng hợp mạch đơn DNA nhằm đảm bảo cho tốc độ tổng hợp hai mạch Đơn vị α có hoạt tính polymerase thật Đơn vị ε có chức đọc sửa nhờ hoạt tính exonuclease 3’- 5’, từ làm tăng tính xác tái Đơn vị β giúp gắn polymerase vào DNA Đây nhân tố trì, khác hai mạch khuôn, quy định độ dài đoạn DNA tổng hợp mạch tới (dài) khác với mạch chậm (ngắn) +DNA polymerase III bắt đầu tái mạch khuôn cách gắn vào mạch (nhờ đơn vị β) lắp nucleotide bổ sung vào vị trí tương ứng, kéo dài đoạn mồi RNA bắt cặp sẵn khuôn từ đầu 3’OH tự mồi (nhờ đơn vị α) Các DNA polymerase có tính đặc hiệu cao, thêm nucleotide vào đầu 3’OH mạch tổng hợp +Ngoài chức polymer hóa theo hướng 5’ - 3’, DNA polymerase III có khả sửa sai nhờ hoạt tính exonuclease theo hướng 3’- 5’ Exonuclease hoạt tính enzyme cắt DNA từ đầu mút mạch Trên đường di chuyển để tổng hợp mạch mới, gặp chỗ nucleotide vừa lắp sai vị trí, DNA polymerase III sử dụng hoạt tính exonuclease 3’- 5’ cắt lùi lại để bỏ nucleotide sai lắp vào tiếp tục tái (đơn vị ε) +Quá trình tái DNA E.coli diễn với tốc độ nhanh, đến 50.000 nucleotide/phút -Hoàn chỉnh sợi tổng hợp Trên mạch chậm, sau đoạn DNA kéo dài, mồi RNA bị dời nhờ hoạt tính exonuclease 5’–3’ DNA polymerase I bị enzyme RNase H phân hủy Các chỗ trống mà mồi để lại thay trình tự DNA cách xác nhờ kết hợp hoạt tính polymerase 5’ – 3’ (kéo dài đầu 3’ đoạn Okazaki trước) với hoạt tính exonuclease 3’ – 5’ (đọc sửa sai) DNA polymerase I Cuối cùng, ligase nối tất đoạn DNA mạch tổng hợp lại với • c, Giai đoạn kết thúc tái phân chia tế bào • • • • • • • • • -Hai chạc ba tái gặp khoảng 180o đối diện với OricC Quanh vùng kết thúc có vài điểm làm dừng lại tái cách gắn với sản phẩm gen tus, nhân tố kỳm hãm hoạt động helicase Dna B -Khi tái hoàn tất, hai phân tử DNA vòng dính với Một topoisomerase loại II có tên topoisomerase IV tách rời chúng để sau hai nhiễm sắc thể phân phối vào hai tế bào -Tái DNA eukaryote Sự tái eukaryote điều chưa tường tận liệu thu cho thấy hệ thống gần với hệ thống tái prokaryote Khác biệt chủ yếu loại DNA polymerase tham gia vào trình -Điểm khởi đầu tái giai đoạn khởi đầu: +Vì phức tạp cấu trúc chất nhiễm sắc, tốc độ di chuyển chạc ba tái eukaryote đạt khoảng 50 bp/giây Với tốc độ này, sử dụng hai chạc ba tái bản, phải 30 ngày tái xong phân tử DNA nhiễm sắc thể điển hình động vật hữu nhũ với kích thước 105 kb Do cần phải có nhiều đơn vị tái tế bào, điển động vật hữu nhũ 50.000 – 100.000 đơn vị tái +Ở eukaryote, có khoảng 20 – 50 đơn vị tái khởi đầu lúc thời điểm, xuyên suốt phase S Phần tái sớm chủ yếu bao gồm nguyên nhiễm sắc chất (euchromatin), tức phần DNA có hoạt động phiên mã Trong đó, dị nhiễm sắc chất (heterochromatin) hoạt hóa muộn phần DNA tâm động (centromere) đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere) tái sau Điều phản ánh khả đáp ứng khác cấu trúc nhiễm sắc chất với nhân tố khởi đầu +Các trình tự khởi đầu động vật hữu nhũ chưa phân lập người ta tin khởi đầu đơn vị tái có lẽ diễn tùy ý bên vùng khởi đầu dài đến vài kb phần trình tự DNA lặp lại trung bình +Khác với prokaryote, đơn vị tái eukaryote khởi đầu lần chu trình tế bào Một protein gọi nhân tố cho phép (licensing factor) cần thiết cho khởi đầu tái hoạt hóa có khả tiếp cận vào nhân màng nhân tan đi, ngăn chặn việc tái khởi đầu trước hạn định • • • • • • • • Polymerase β: Có chức giống DNA polymerase I prokaryote, nghĩa tổng hợp kèm với sửa sai hoàn chỉnh mạch sau mồi RNA loại bỏ Polymerase δ polymerase ε : Có chức kéo dài DNA Trong khả tổng hợp đoạn DNA dài thuộc polymerase δ với trợ giúp PCNA Cả hai enzyme có khả đọc sửa sai Polymerase : Được tìm thấy ti thể, chức chưa rõ +Ngoài polymerase kể trên, hệ thống tái eukaryote có tham gia nhiều protein chuyên biệt PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen - kháng nguyên tế bào phân chia) có chức hoạt hóa polymerase δ ε, nhân tố tái A C (Replication Factor, RF -A, RF - C) cần cho hoạt động polymerase α δ -Tái đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere replication): +Hai đoạn cuối nhiễm sắc thể dạng thẳng tái đầy đủ kéo dài DNA từ đầu 5’ mạch tổng hợp sau loại bỏ mồi RNA Do thông tin di truyền dần khỏi DNA sau đợt tái +Để giải vấn đề này, đoạn cuối nhiễm sắc thể eukaryote bao gồm hàng trăm trình tự đơn giản, không mã hóa (ví dụ TTAGGG người) với đầu 3’ nhô so với đầu 5’ +Telomerase enzyme trì độ dài telomere Enzyme có chứa phân tử RNA ngắn Một phần trình tự RNA bổ sung với trình tự lặp telomere, hoạt động mạch khuôn để kéo dài trình tự lặp từ đầu 3’ tự telomere cách tổng hợp dịch chuyển liên tiếp nhiều lần • • +Các eukaryote đơn bào, chẳng hạn nấm men, nhờ vào hoạt động telomerase mà trì telomere, từ bảo vệ tế bào khỏi thông tin di truyền Thế sinh vật eukaryote đa bào, tế bào sinh dưỡng, gen mã hóa telomerase bị kỳm hãm Vì thế, qua đợt phân bào, nhiễm sắc thể ngắn dần chạm tới trình tự mã hóa DNA, tế bào già chết Trong nuôi cấy tế bào sinh dưỡng, hầu hết tế bào phân chia 30-40 50 lần chết +Ở tế bào ung thư, tái hoạt hóa hoạt động telomerase khiến cho tế bào có khả CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE [...]... sử dụng hai chạc ba tái bản, phải mất 30 ngày mới tái bản xong một phân tử DNA nhiễm sắc thể điển hình của động vật hữu nhũ với kích thước 105 kb Do đó cần phải có nhiều đơn vị tái bản trong một tế bào, điển hình như ở động vật hữu nhũ là 50.000 – 100.000 đơn vị tái bản +Ở eukaryote, có khoảng 20 – 50 đơn vị tái bản khởi đầu cùng lúc tại mỗi thời điểm, xuyên suốt phase S Phần tái bản sớm nhất chủ yếu... hai tế bào con -Tái bản DNA eukaryote Sự tái bản ở eukaryote vẫn còn những điều chưa tường tận nhưng các dữ liệu thu được cho thấy hệ thống này khá gần với hệ thống tái bản ở prokaryote Khác biệt chủ yếu là ở các loại DNA polymerase tham gia vào quá trình -Điểm khởi đầu tái bản và giai đoạn khởi đầu: +Vì sự phức tạp trong cấu trúc của chất nhiễm sắc, tốc độ di chuyển của các chạc ba tái bản ở eukaryote... trên mạch mới tổng hợp lại với nhau • c, Giai đoạn kết thúc tái bản và phân chia tế bào • • • • • • • • • -Hai chạc ba tái bản sẽ gặp nhau ở khoảng 180o đối diện với OricC Quanh vùng kết thúc này có vài điểm làm dừng lại sự tái bản bằng cách gắn với một sản phẩm của gen tus, đó là một nhân tố kỳm hãm hoạt động helicase của Dna B -Khi sự tái bản hoàn tất, hai phân tử DNA vòng vẫn còn dính với nhau Một... được tái bản sau cùng Điều này phản ánh khả năng đáp ứng khác nhau của những cấu trúc nhiễm sắc chất với nhân tố khởi đầu +Các trình tự khởi đầu ở động vật hữu nhũ chưa được phân lập nhưng người ta tin rằng sự khởi đầu của mỗi đơn vị tái bản có lẽ diễn ra tùy ý bên trong một vùng khởi đầu có thể dài đến vài kb và là một phần của trình tự DNA lặp lại trung bình +Khác với prokaryote, các đơn vị tái bản. .. rõ +Ngoài các polymerase kể trên, hệ thống tái bản ở eukaryote còn có sự tham gia của nhiều protein chuyên biệt như PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen - kháng nguyên trong tế bào đang phân chia) có chức năng hoạt hóa các polymerase δ và ε, các nhân tố tái bản A và C (Replication Factor, RF -A, RF - C) cần cho hoạt động của các polymerase α và δ -Tái bản ở đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere replication):... (telomere replication): +Hai đoạn cuối của nhiễm sắc thể dạng thẳng không thể được tái bản đầy đủ bởi vì không thể kéo dài DNA từ đầu 5’ của mạch mới tổng hợp sau khi đã loại bỏ mồi RNA Do đó thông tin di truyền sẽ mất dần khỏi DNA sau mỗi đợt tái bản +Để giải quyết vấn đề này, đoạn cuối mỗi nhiễm sắc thể eukaryote bao gồm hàng trăm bản sao một trình tự đơn giản, không mã hóa (ví dụ như TTAGGG ở người) với... ε có chức năng đọc sửa nhờ hoạt tính exonuclease 3’- 5’, từ đó làm tăng tính chính xác trong tái bản Đơn vị β giúp gắn polymerase vào DNA Đây là nhân tố duy trì, khác nhau ở hai mạch khuôn, quy định độ dài của đoạn DNA được tổng hợp ở mạch tới (dài) khác với ở mạch chậm (ngắn) +DNA polymerase III bắt đầu tái bản trên mỗi mạch khuôn bằng cách gắn vào mạch (nhờ đơn vị β) và lắp các nucleotide bổ sung... tổng hợp mạch mới, nếu gặp chỗ nucleotide vừa lắp sai vị trí, DNA polymerase III sử dụng hoạt tính exonuclease 3’- 5’ cắt lùi lại để bỏ nucleotide sai và lắp cái đúng vào rồi tiếp tục tái bản (đơn vị ε) +Quá trình tái bản DNA ở E.coli diễn ra với tốc độ nhanh, có thể đến 50.000 nucleotide/phút -Hoàn chỉnh sợi mới tổng hợp Trên mạch chậm, sau khi mỗi đoạn DNA được kéo dài, mồi RNA bị dời đi nhờ hoạt... tái bản của eukaryote chỉ khởi đầu một lần trong mỗi chu trình tế bào Một protein gọi là nhân tố cho phép (licensing factor) cần thiết cho sự khởi đầu và tái hoạt hóa chỉ có khả năng tiếp cận vào nhân khi màng nhân tan đi, vì thế ngăn chặn được việc tái khởi đầu trước hạn định • • • • • • • • Polymerase β: Có chức năng giống DNA polymerase I ở prokaryote, nghĩa là tổng hợp đi kèm với sửa sai và hoàn... dần đi cho đến khi chạm tới các trình tự mã hóa của DNA, tế bào sẽ già đi và chết Trong nuôi cấy tế bào sinh dưỡng, hầu hết các tế bào chỉ phân chia 30-40 hoặc 50 lần rồi chết +Ở các tế bào ung thư, sự tái hoạt hóa hoạt động của telomerase khiến cho các tế bào này có khả năng bất tử CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE