Lý thuyết môn Sinh học phân tử nội dung về "Sao chép ADN"

lOMoARcPSD| 36667950 Note:
- Tại sao ADN Poly II không sửa sai ở Proka?
- Cấu trúc siêu xoắn dương, siêu xoắn âm là sao vẫn chưa hiểu BÀI 2: SAO CHÉP ADN - Khái niệm ADN
- Mô hình sao chép ADN: bảo tồn, bán bảo tồn, phân tán
- ADN polymerase: polymer hóa, exonuclease 5’-3’, exonuclease 3’-5’, vai trò: ở proka và euka
- Quá trình sao chép ADN Ở tế bào nhân sơ
Khởi đầu: Pr B gắn vào Ori, gyrase, helicase, SSB pr
Kéo dài: tạo mồi (primase), trên sợi sớm, sợi muộn
Kết thúc: vòng lồng ghép (catena) => topoisomerase II
Cấu trúc theta, giải pháp siêu xoắn: topoisomerase I,II
• Ở tế bào nhân thực: so sánh với nhân sơ
• Ở ty thể: cấu trúc hình chữ D - Các kiểu sao chép ADN: • Sao chép dạng thẳng:
Cho ADN sợi đôi dạng thẳng
Bị ngắn đi sau mỗi lần sao chép
Khắc phục: ở T7 ( thành lập phức nối) , ở Lambda ( vòng hóa bộ gen ) Sao
chép Theta, lăn vòng: cho ADN dạng vòng Phage Lambda Phage M13 - Quá trình sửa sai: • Sửa sai khi sao chép
• Sửa sai khi không sao chép Vì sao cần sao chép ADN?
- Vì nó là khởi đầu cho quá trình sinh sản
- Vì ADN là nơi cất giữ thông tin di truyền
- Khi tb phân chia, ADN phải được sao chép để đảm bảo thông tin di truyền có thể chuyển cho tế bào con
- Khi có các yếu tố vật lý, hóa học tác động làm hư hỏng ADN => có ADN thay thế để sửa chữa lOMoARcPSD| 36667950
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
MÔ HÌNH SAO CHÉP ADN: - 3 giả thuyết :
+ Bảo tồn: ptu ADN con gồm 2 chuỗi hoàn toàn mới
+Bán bảo tồn: ADN con gồm 1 chuỗi ADN mẹ và 1 chuỗi mới
+Phân tán: phá vỡ bộ khung của ADN mẹ, gắn thêm vào những đoạn mới -
Meselson và Stahl: cm cơ chế sao chép là bán bảo tồn - TN chứng minh: +Lần đầu nuôi ở N15
+Các lần sao chép tiếp theo nuôi ở N14
+Các vạch: N15-15 nặng nhất ở vạch dưới cùng, N14-15 ở giữa, N14-14 ở trên cùng
- Phản ứng sao chép: d(NMP)n + dNTP => d(NMP)n+1 + PPi d(NMP)n : 1 polymer có n
desoxyribonucleotid dNTP : desoxyribonucleotid triphosphat
- Các yếu tố cần thiết cho quá trình sao chép ADN: • Khuôn mẫu • Mg2+
• 4 loại desoxyribonucleotid triphosphat (dNTP) : A,T,G,C • Enzyme ADN polymerase • Primase • RNAse H • ADN ligase
• SSB Protein – single strand binding protein lOMoARcPSD| 36667950 • Helicase • Topoisomerase I,II ADN POLYMERASE
- 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 I,II,III: đều có chức năng kéo dài chuỗi, chức năng sửa lỗi
- DNA pol I: có thêm hoạt tính hủy mồi
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
SAO CHÉP Ở TẾ BÀO NHÂN NGUYÊN THỦY: lOMoARcPSD| 36667950
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 Kéo dài sao chép: Tại 1 chạc 3 sao chép: - Tạo mồi:
• Là ARN cung cấp đầu 3’-OH tự do • Kích thước 5-10 base
• Enzim tạo mồi: Primase + N-protein = Primosome (phức hợp có hoạt tính)
(Nhận diện vị trí gắn mồi) Trên sợi sớm
- 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 mạch 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
Kết thúc sao chép: lOMoARcPSD| 36667950
- Kết thúc sao chép, 2 sợi DNA lồng vào nhau => vòng lồng ghép Cần topoisomerase II
(gyrase) để tách 2 DNA ra với nhau CẤU TRÚC THETA:
- Sao chép tại 1 điểm duy nhất ở Prokaryot
- Có hình giống chữ theta
- Để tạo ra các sợi đơn để sao chép, hai sợi ADN gốc phải vặn xoắn => tạo cấu trúc siêu xoắn
dương ( xoắn kép cùng chiều, số vòng tăng )
- Kết thúc sao chép: 2 sợi ADN con lồng vào nhau => tháo xoắn dẫn đến siêu xoắn âm ( xoắn
ngược chiều và làm giảm số vòng ) (gyrase)
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
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 lOMoARcPSD| 36667950
- Polymerase Delta: tổng hợp sợi sớm
- Polymerase Alpha: tổng hợp sợi muộn
- Polymerase Beta: sửa sai
Sao chép ở TBNT khác TBNS: 3 điểm khác nhau
- Tốc độ di chuyển ADN Polymerase chậm hơn: Do ADN đóng cuộn với pr trong NST và dài
hơn, polymerase trượt trên sợi thẳng sẽ nhanh hơn là trên sợi cuộn.
- Tốc độ sao chép nhanh hơn: do nhân thực có nhiều replicon và nhiều enzyme
- Các đoạn okazaki nhỏ hơn: khoảng 40-300 base
SAO CHÉP ADN TY THỂ:
- Enzyme sao chép: ADN Polymerase Gamar
- Bắt đầu từ một sợi ADN gốc
- Sao chép chưa đc nửa đường thì bắt đầu sao chép sợi còn lại => Tạo thành cấu trúc chữ D -
Topoisomerase II: tách đôi 2 vòng kép của ADN ty thể
CÁC KIỂU SAO CHÉP:
Sao chép kiểu dạng thẳng: cho ADN sợi đôi, dạng thẳng
Vấn đề: Bộ gen ngắn hơn sau mỗi lần sao chép
Nguyên nhân: Vì là mạch thẳng nên khi hủy mồi, chỗ đoạn mồi bị hủy đi không có đầu 3’-OH tự
do để ADN poly có thể tổng hợp theo hướng 5’-3’ nên bộ gen bị ngắn đi ở đầu 5’ Giải quyết:
Ở Phage T7: thành lập phức nối
Ở Phage Lambda: vòng hóa bộ gen nhờ trình tự cos Phage T7:
- Bộ gen là ADN sợi đôi, dạng thẳng
- Trình tự cos: 160bp đầu tiên bên trái ghép đôi với 160bp cuối cùng bên phải lOMoARcPSD| 36667950 Sao chép
kiểu Theta và lăn vòng: cho ADN sợi đôi, dạng vòng 1. Kiểu Theta:
- Sao chép xảy ra 2 chiều cùng một lúc tại 1 điểm Ori tại sợi sớm và sợi muộn - Sản
phẩm là 2 sợi ADN mạch vòng 2. Kiểu lăn vòng:
- Phân tử ADN bị cắt khía một mạch đơn, để lộ 3’ –OH và 5’ –P
- 3’-OH dùng mạch đơn còn lại làm khuôn và kéo dài , đầu 5’ bị đẩy ra khỏi vòng dưới dạng
sợi đơn và dùng làm khuôn để tổng hợp sợi muộn. -
Sản phẩm là ADN mạch thẳng Phage Lambda:
- Bộ gen là ADN sợi đôi, dạng thẳng
- Vị trí cos ở 2 đầu mút dài 12 nu
- Khi xâm chiếm vào E.coli, nhờ có vị trí
cosmà các nu có thể bắt liên kết H lại với nhau, vòng hóa bộ gen
- Quá trình sao chép: gồm hai giai đoạn
• Giai đoạn sớm (~15’): sao chép theo mô hình theta
• Giai đoạn muộn: sao chép theo kiểu lăn vòng. Chưa biết nn tại sao lại biến đổi như v
• Sản phẩm: ADN thẳng kéo dài chứa nhiều bản sao liên tiếp của bộ gen Phage, cách nhau bằng trình tự cos.
• Terminase: nhận diện trình tự cos, cắt ADN dài thành nhiều bản sao đơn của Phage với
các vị trí cos ở 2 đầu Phage M13:
- Bộ gen là ADN sợi đơn, vòng lOMoARcPSD| 36667950
- Không có gen mã hóa cho ADN poly riêng nên phải lệ
thuộc hoàn toàn vào bộ máy sinh tổng hợp của E.coli -
Quá trình sao chép:
• Vùng Promoter có dạng kẹp tóc sợi đôi để ARN
poly gắn vào tạo mồi => ADN poly III có thể tham
gia và tổng hợp ADN sợi đôi, gọi là thể sao chép 1 – RF1
• Sao chép theo kiểu lăn vòng: gp2 endonuclease cắt
khía ADN của RF1 tại vị trí đặc hiệu. Sự sao chép
diễn ra và gp2 cắt phân tử phức một lần nữa để hoàn tất bản sao
• Sản phẩm: 1 ptu ADN vòng đơn (ssADN - sợi thẳng được nối lại) + 1 ptu ADN sợi đôi RF1
• Các ptu ssADN bị thế ra cần được bao bởi các SSB SỬA SAI:
1. Sửa sai trong quá trình sao chép:
- Tần suất sai sót invitro: 10-5, invivo: 10-9
- TB nhân nguyên thủy: ADN poly I và III vừa polymer hóa vừa sửa sai nhờ hoạt tính
exonuclease 3’-5’ ( nếu gặp base sai, ADN Poly sẽ lùi lại và cắt bỏ theo hướng 3’-5’ )
- TB nhân thật: ADN polymerase Beta và E, ADN polymerase Alpha không có hoạt tính sửa sai -
Ty thể: Polymerase Garma không có hoạt tính sửa exonuclease
2. Sửa sai khi không sao chép:
Enzyme chuyên biệt ( cỡ 50 enzyme ) sẽ đi dò tìm lỗi sai và sửa
- 20 enzyme rà soát dọc ADN dò tìm các base bị biến đổi hóa học
- 5 enzyme đảm nhận cho các liên kết cộng hóa trị
- Một số cho trường hợp bắt cặp sai