Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 4: Tính ổn định của DNA (DNA replication)

Trịnh Thị Thu Thủy 
BM: SHPT & CNVS Khoa CNSH 
Chương IV: Tính ổn định của DNA 
(DNA replication) 
TÁI	
  BẢN	
  GEN	
  (DNA	
  REPLICATION)	
  
•  Tái bản đảm bảo tính đặc trưng ổn định của mỗi 
loài và truyền đạt thông tin di truyền qua các thế 
hệ. 
TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA DNA 
Cấu trúc: 
 - 2 mạch xoắn kép bổ xung 
 - Cấu tạo hóa học các nucleotide 
Hoạt động: 
 - Cơ chế tái bản: sao chép thông tin di truyền từ 1 thành 2 bản 
 - Cơ thế kiểm tra, sửa chữa sai sót 
I.	
  NGUYÊN	
  TẮC	
  CHUNG	
  CỦA	
  TÁI	
  BẢN	
  
•  Tái bản là việc sao chép thông tin từ sợi 
DNA ban đầu. Kết quả là tạo ra 2 sợi DNA 
giống hệt nhau. 
•  Tái bản theo nguyên tắc bán bảo toàn 
(semi-conservative): Một sợi cũ làm khuôn, 
tổng hợp thêm 1 sợi mới. 
–  Do Watson & Crick dự đoán 
– Được chứng minh bởi Meselson và Stahl 
(1958) 
1.THÍ	
  NGHIỆM	
  MESELSON-­‐STAHL	
  
•  Đối tượng: E.coli 
•  Phương pháp: Đánh dấu đồng vị phóng xạ 
N15 kết hợp li tâm siêu tốc (ultra-
centrifuge) 
•  Thực hiện 
1.  Nuôi E.coli trên môi trường có N15 
(nặng) 
2.  Chuyển sang môi trường có N14 (Nhẹ) 
3.  Tiến hành thu tế bào sau 1, 2, 3 thế hệ 
và li tâm để xác định tỉ trọng. 
•  Trước khi li tâm trộn dịch tế bào với CsCl 
•  Tỷ trọng xác định theo 3 mức 
–  Nặng: Gồm N15 
–  Trung bình: gồm N14 và N15 
–  Nhẹ: gồm N14 
SƠ	
  ĐỒ	
  THÍ	
  NGHIỆM	
  MESELSON-­‐STAHL	
  
Thí nghiệm của Matthew 
Meselson và Franklin Stahl 
(1958) 
Sự tái bản theo nguyên tắc bản bảo thủ 
Nguyên tắc bán bảo 
thủ: giữ lại một mạch 
đơn cũ và một mạch 
đơn mới được tổng hợp 
Kết	
  quả	
  
•  Ban đầu: 100% sợ nặng 
•  Sau 1 thế hệ: 100% sợi trung bình 
•  Sau 2 thế hệ: 50% sợi trung bình, 50% sợi 
nhẹ 
•  Sau 3 thế hệ? 
•  Sau 4 thế hệ?? 
2.CÁC	
  NGUYÊN	
  TẮC	
  CHUNG	
  CỦA	
  TÁI	
  BẢN	
  
•  Tái bản theo kiểu bán bảo toàn và gián 
đoạn 
•  Sự tái bản bắt đầu tại một hoặc nhiều vị trí 
đặc biệt trên phân tử DNA và diễn ra theo 2 
hướng ngược nhau. Điểm bắt đầu gọi là 
điểm khởi đầu tái bản (ori) 
•  Mỗi chạc tái bản gọi là một đơn vị tái bản 
•  Tại mỗi chạc tái bản đầu tiên diễn ra quá 
trình tổng hợp mồi (do các DNA 
polymerase không có khả năng tự kéo dài) 
•  Do sự tổng hợp DNA luôn diễn ra theo 
chiều 5’-3’ nên sự tổng hợp trên 2 sợi 
khuôn là không giống nhau, một sợi nhanh 
và một sợi chậm. 
ĐIỂM	
  KHỞI	
  ĐẦU	
  TÁI	
  BẢN	
  
Mô hình chung 
II. Tái bản DNA ở 
prokaryote 
-  Xảy ra chỉ ở 1 điểm trên phân tử DNA vòng của prokaryote 
-  vùng DNA được sao chép từ 1 điểm khởi đầu được gọi là đơn vị 
tái bản-replicon 
CÁC	
  ENZYME	
  THAM	
  GIA	
  TÁI	
  BẢN	
  
•  Protein nhận biết và bám vào điểm khởi 
đầu tái bản (ori) để hình thành phức hợp 
mở (ở E.coli là dnaA) 
•  DNA gyrase: mở cuộn DNA siêu xoắn phía 
trước mỗi chạc tái bản 
•  Helicase: tháo xoắn các sợi DNA mạch 
kép, hình thành các vùng sợi đơn (ở E.coli 
là dnaB) 
•  Primase: Tổng hợp các đoạn mồi RNA (ở 
E.coli là protein dnaG 
CÁC	
  ENZYME	
  THAM	
  GIA	
  TÁI	
  BẢN	
  (Nếp)	
  
•  Protein SSB (single strand binding protein): 
bám vào vùng DNA sợi đơn do Helicase 
tách ra, giữ tạm thời không cho DNA xoắn 
lại. 
•  DNA polymerase III: là enzyme chính tham 
gia quá trình tổng hợp DNA, có hoạt tính 
polymerase 5’-3’ và hoạt tính exonuclease 
3’-5’ 
CÁC	
  ENZYME	
  THAM	
  GIA	
  TÁI	
  BẢN	
  (Nếp)	
  
•  DNA polymerase I: vừa cắt bỏ dần đoạn 
mồi RNA nhờ hoạt tính exonuclease 5’-3’, 
vừa kéo dài đoạn Okazaki để lấp chỗ trống 
(ở E.coli là DNA polymerase) 
•  DNA ligase: Nối các đoạn Okazaki với nhau 
tạo thành đoạn liên tục 
Tái bản DNA ở prokaryote 
Các nhân tố tham gia vào quá trình sao chép	
  
1.  Topoisomerase: tháo xoắn dạng DNA siêu xoắn thành dạng thẳng 
Topoisomerase	
  
Topoisomerase I: gắn vào DNA và cắt một trong hai sợi đơn. 
Sau khi tạo được DNA thẳng thì enzyme này nối chỗ đứt lại 
Topoisomerase II: Cắt cả hai mạch của phân tử DNA 
(gyrase của E.coli) 
Tạo chạc tái bản 
Các nhân tố tham gia vào quá trình sao chép	
  
v  Helicase: phá vỡ liên kết hydro giữa các bazơ trên 2 
sợi đơn bổ sung 
Tái bản DNA ở prokaryote 
- Một số gắn trên 
mạch theo hướng 
3’-5’ : các protein 
của gen Rep 
-  Một số khác gắn 
t r ê n m ạ c h t h e o 
h ư ớ n g 5 ’ - 3 ’ : 
helicase II và III 
Tái bản DNA ở prokaryote 
Các nhân tố tham gia vào quá trình sao chép	
  
v DNA polymerase: 
 + DNA pol I: tổng hợp lấp chỗ trống khi đoạn mồi 
tách ra 
 DNA polymerase I chỉ chứa một chuỗi polypeptide 
 + DNA pol II: có chức năng đọc sửa 3’ – 5’ 
exonuclease, kéo dài chuỗi 
 + DNA polymerase III : là một holoenzyme phức 
chứa 7 polypeptide khác nhau (α, β, 2γ, δ, ε, µ, 2θ) tổng 
hợp mạch bổ sung từ đầu 3’OH tự do của mỗi mồi RNA 
Tái bản DNA ở prokaryote 
Các nhân tố tham gia vào quá trình sao chép	
  
v  SSB: protein gắn sợi đơn, 
làm 2 mạch đơn không kết 
hợp lại với nhau 
v ligase: nối tất cả các chỗ 
gián đoạn trên mạch mới. 
đơn vị sao chép ở SV tiền nhân (replicon)	
  
đứt	
  tại	
  một	
  điểm	
  của	
  1	
  trong	
  2	
  mạch	
  đơn	
  DN đứt tại một điểm của 1 
trong 2 mạch đơn DNA A	
  
Tái bản DNA ở prokaryote 
-  Cắt tại một điểm của 1 trong 2 mạch đơn DNA 
-  Tại điểm bắt đầu tái bản: thường nằm ở những vùng 
DNA có chứa nhiều trình tự AT (100 - 200bp) 
CƠ	
  CHẾ	
  TÁI	
  BẢN	
  Ở	
  E.coli	
  
•  Là đại diện của tế bào Prokaryote 
•  Quá trình tái bản là cơ chế phức tạp 
có sự tham gia của nhiều yếu tố. 
•  Gồm 3 giai đoạn 
–  Giai đoạn khởi đầu 
–  Giai đoạn kéo dài 
–  Giai đoạn kết thúc 
GIAI	
  ĐOẠN	
  KHỞI	
  ĐẦU	
  (iniNaNon)	
  
•  Bắt đầu từ điểm khởi đầu tái bản Ori 
–  Các protein nhận biết điểm Ori được 
tổng hợp, bám vào sợi sợi DNA tạo cấu 
trúc nucleoprotein 
–  Cấu trúc này mở xoắn vùng DNA giàu 
AT để hình thành phức hợp mở 
–  Hai phân tử Helicase chui vào mở xoắn 
tạo 2 chạc tái bản (replication fork) 
CHẠC	
  BA	
  TÁI	
  BẢN	
  Ở	
  NST	
  VÒNG	
  
•  1. Nhiễm sắc thể dạng 
vòng ở vi khuẩn