Bài giảng Sự sao chép ADN - Nguyễn Thanh Tố Nhi

SỰ SAO CHÉP ADN
Ths. Nguyễn Thanh Tố Nhi
Khái niệm
Sự sao chép của ADN
Sửa sai khi sao chép và khi không sao chép
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP ADNKHÁI NIỆM
TẠI SAO CẦN CÓ QUÁ 
TRÌNH SAO CHÉP ADN???
SAO CHÉP ADN
Là sự khởi đầu cần thiết cho sự sinh sản
ADN hay ARN (ở virus) là nơi cất giữ thông tin di truyền 
Tế bào phân chia, ADN phải được sao chép để đảm bảo thông 
tin di truyền được chuyển cho tế bào con
Yếu tố vật lý, hóa học,  có thể tác động lên ADN phá hủy
ADN có thể sữa chữa được hoặc làm chết TB hoặc biến đổi
gen di truyền sang thế hệ sau
KHÁI NIỆM
SAO CHÉP ADNKHÁI NIỆM
SAO CHÉP ADNADN
Mạch đôi, xoắn kép: 2 chuỗi polynucleotid xoắn quanh
1 trục theo hướng ngược nhau
Đường deoxyribose (5C)
Các base nitơ Adenin, Guanin, Cytosin và Thymin
Gốc phosphat
SỰ SAO CHÉP CỦA ADN
Mô hình sao chép ADN
Các yếu tố cần thiết cho sự sao chép ADN
Các ADN polymerase
Quá trình sao chép ADN ở E.coli
Sao chép ADN ở tế bào nhân thật
Sự sao chép ở virus & phage
SAO CHÉP ADNMÔ HÌNH SAO CHÉP ADN
Bán bảo tồnBảo tồn Phân tán
3 Giả thuyết
Bảo tồn: phân tử ADN con: gồm 2 chuỗi hoàn toàn mới
Bán bảo tồn: phân tử ADN con: gồm 1 chuỗi mẹ kết hợp
với 1 chuỗi mới được tổng hợp
TN của Meselson & Stahl: CM Cơ chế sao chép là bán bảo tồn
DNA in CsCl gradient
SAO CHÉP ADNMÔ HÌNH SAO CHÉP ADN
PHẢN ỨNG SAO CHÉP
d(NMP)n + dNTP d(NMP)n+1 + PPi
SAO CHÉP ADN
Phản ứng sao chép diễn ra giữa 3’-OH & 5’-PO4
PHẢN ỨNG SAO CHÉP
d(NMP)n + dNTP d(NMP)n+1 + PPi
SAO CHÉP ADN
Mạch ADN được kéo dài nhờ sự thành lập liên kết phosphodiester 
giữa mạch cũ và nucleotid mới
CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT
Khuôn mẫu
Mg2+
4 loại deoxyribonucleotid triphosphat (dNTP): A, T, G, C
Enzyme ADN polymerase
Primase
RNAse H
ADN ligase
SSB protein – single strand binding protein
Helicase
Topoisomerase I, II
SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE
Là ADN polymerase phụ thuộc ADN 
Hoạt tính
Xúc tác sự thành lập liên kết phosphodiester: polymer hóa theo
hướng 5’ – 3’ kéo dài chuỗi ADN
Exonuclease 5’ 3’
Exonuclease 3’ 5’
E. coli: ADN polymerase I, II, III, IV & V
Nhân thật: ADN polymerase α, β, γ, δ và ε
SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE SAO CHÉP ADN
Lõi xúc tác: α (ADN polymerase), ϵ (exonuclease 3’ – 5’), θ
(kích thích exonuclease 3’ – 5’)
ح: liên kết 2 lõi xúc tác
Phức kẹp: cấu tạo bởi β
Phức γ gồm 5 protein “phức tải kẹp”: đặt kẹp lên sợi ADN
ADN POLYMERASE SAO CHÉP ADN
Hoạt tính DNA polymerase
I II III
Polymer hóa 5’ 3’ Có Có Có
Exonuclease 5’ 3’ 
(hủy mồi)
Có Không Không
Exonuclease 3’ 5’ Có Có Có
ADN POLYMERASE SAO CHÉP ADN
Vai trò các ADN polymerase
ADN polymerase 
III: enzym sao
chép chính/sợi
sớm, sợi muộn
QUÁ TRÌNH SAO CHÉP SAO CHÉP ADN
KHỞI ĐẦU: Tạo chạc ba/chĩa ba sao chép
KÉO DÀI: 
Sao chép liên tục / sợi sớm
Sao chép không liên tục / sợi muộn
KẾT THÚC
QT SAO CHÉP
E.coli, bắt đầu
khi Protein B nhận
biết điểm khởi sự
sao chép (OriC): 
giàu A-T (254 cặp
base)
Khởi đầu sao chép
QT SAO CHÉPKhởi đầu sao chép
Gyrase (topoisomerase II) 
tháo xoắn ADN
Helicase (ATP: 
cofactor):cắt lk hydro, 
tách mạch
SSB protein gắn vào, 
giữ sợi đơn không chập lại
2 chạc ba sao chép
từ 1 bong bóng sao chép
Tại 1 chạc ba sao chép
QT SAO CHÉPKéo dài sao chép
Tạo mồi
• Là ARN cung cấp đầu 3’-OH tự do
• Kích thước 5-10 base
• Enzym tạo mồi: 
Primase + N-protein = Primosome
Nhận diện
vị trí gắn
mồi
Phức hợp có
hoạt tính
Không hoạt
động được
QT SAO CHÉPKéo dài sao chép
Sao chép /sợi sớm
• Sợi sớm: sợi con bổ sung với mạch khuôn 3’ 5’
• Sao chép liên tục theo hướng 5’ 3’ 
• ADN polymerase III: gắn vào mạch khuôn (3’ 5’), 
lắp nucleotid bổ sung và kéo dài mạch
QT SAO CHÉPKéo dài sao chép
Sao chép/sợi muộn
• Sợi muộn: sợi con bổ sung với mạch khuôn ADN 5’ 3’
• Hướng sao chép 5’ 3’: sao chép ko liên tục
• ADN pol III gắn vào, kéo dài mồi theo hướng 5’ 3’ tạo
các đoạn Okazaki (1000-2000 nu) 
• ADN pol I cắt bỏ mồi (exonuclease 5’ – 3’), lấp đầy các
nucleotid ADN vào chỗ trống
• Ligase
nối các đoạn
Okazaki lại
QT SAO CHÉPKết thúc sao chép
Sự kéo dài được giáp vòng hay đến đầu mút của ADN
Kết thúc sao chép, 2 sợi đôi ADN lồng vào nhau vòng lồng
ghép
Cần topoisomerase II (gyrase) để tách 2 ADN vòng bị lồng 
vào nhau (catena)
QUÁ TRÌNH SAO CHÉP SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA SAO CHÉP ADN
Sao chép ADN theo 2 chiều cùng một lúc tạo cấu trúc siêu xoắn 
dương phía trước chạc ba
Kết thúc sao chép: 2 sợi ADN con lồng nhau cần tháo xoắn 
(siêu xoắn âm)
CẤU TRÚC THETA SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA SAO CHÉP ADN
Giải pháp ngăn chặn siêu xoắn
Topoisomerase I: 
Cắt khía 1 sợi ADN, ADN xoay quanh sợi còn lại mất xoắn
Không cần ATP
Topoisomerase II (gyrase): 
Cắt 2 sợi ADN, làm mất đi vòng lồng ghép
Cần ATP
CẤU TRÚC THETA SAO CHÉP ADN
VAI TRÒ 1 SỐ PROTEIN SAO CHÉP ADN
Protein Chức năng
Protein B
N-protein
Primase
Helicase
SSB-protein
ADN polymerase III
ADN topoisomerase I
ADN topoisomerase II 
(gyrase)
ADN ligase
Nhận biết điểm Ori
Cho phép primase hoạt động
Tổng hợp mồi ARN
Cắt liên kết hydro, tách mạch
Ổn định sợi ADN đơn
Tổng hợp ADN
Cắt khía 1 sợi đơn ADN
Cắt khía cả 2 sợi đơn ADN, tháo xoắn, cắt rời
vòng catena
Nối các đầu của polynucleotit đã hình thành
SAO CHÉP ADN Ở TBNT SAO CHÉP ADN
ADN TBNT có nhiều
replicon: đơn vị sao chép
Saccharomyces
cerevisiae có 500 replicon, 
tức 500 điểm Ori
Cơ chế: tương tự tế bào nhân nguyên thủy
Polymerase δ tổng hợp sợi sớm
Polymerase α tổng hợp sợi muộn
Polymerase β: sửa sai
SAO CHÉP ADNSAO CHÉP ADN Ở TBNT
SAO CHÉP ADNSAO CHÉP ADN Ở TBNT
Sao chép ADN TBNT # nhân sơ: 
Tốc độ di chuyển ADN polymerase chậm hơn: Do ADN đóng
cuộn trong NST & dài hơn
Tốc độ sao chép nhanh hơn: chứa lượng lớn enzym & điểm
replicon (Ori) 
Các đoạn Okazaki nhỏ hơn, khoảng 40 – 300 base
SAO CHÉP ADNSAO CHÉP ADN TY THỂ 
Enzym sao chép: ADN polymerase γ
Bắt đầu ở 1 sợi ADN gốc
Sự sao chép tiến hành chưa được ½ 
đường