Sự bền vững của DNA với thời gian và qua nhiều thế hệ docx

Sự bền vững của DNA với thời gian và qua nhiều thế hệ
1. DNA bị biến đổi ngay cả không sao chép




Sự mất amin của các base (desamination)

DNA là những phân tử rất dài, nhưng mảnh (đường kính: 20 Ao), lại thường
xuyên chịu tác động môi trường bên trong và bên ngoài tế bào nên dễ có
những đứt gãy, biến đổi ngay cả khi không có sao chép.

Người ta tính ra rằng DNA của tế bào người mỗi ngày mất 5000
purin do quá trình mất purin (depurination): dưới tác dụng của nhiệt liên kết
N-glycosil bị thủy phân.

Quá trình biến đổi làm mất amin (desamination): biến cytosin thành uracin.
Mỗi ngày tế bào người có khoảng 100 biến đổi như vậy. Con người cũng
thường xuyên chịu tác động của tia tử ngoại làm tạo ra các dimer thymine.


2. Trình tự nucleotid được duy trì với mức chính xác rất cao qua nhiều
thế hệ

Dùng các nucleotid và các enzyme DNA polymerse để tổng hợp DNA
in vitro. Sai sót trong trường hợp này là 10-5. Như vậy sao chép trong ống
nghiệm có mức chính xác cao, nhưng đối chiếu lên các sinh vật thì mức sai
sót này hãy còn quá lớn.

Bằng cách đánh giá tần số các đột biến mới xuất hiện trong quần thể lớn và
theo dõi biến đổi enzyme nào đó trong nuôi cấy mô tế bào, người ta tính

được rằng trong cơ thể sinh vật sai sót trong khi sao chép in vivo là
1.10-9.

Đánh giá tốc độ biến đổi trong tiến hóa cũng khẳng định mức chính xác rất
cao trong sao chép in vitro.

3. Các hệ thống bảo vệ DNA

Trong tế bào có một loạt hệ thống để bảo vệ DNA:

- Các sinh vật tiền nhân và nhân thực đều chứa các enzyme có nhiệm vụ
methyl hóa ở những điểm nhất định. Các enzyme cắt hạn chế của mỗi dòng
vi khuẩn không cắt DNA của chúng vì đã được methyl hóa ở những điểm cần
thiết, còn DNA ngoại lai vì không được methyl hóa ở những điểm nhất định
nên bị cắt.

Tế bào còn có các hệ thống sửa sai (repair system):

+ Sửa sai bắng cách cắt bỏ rồi tổng hợp sợi mới

Các enzyme DNA polymerase I, II, III đều có hoạt tính polymerase hóa, còn
có hoạt tính exonuclease theo hướng 5-3.


+ Sửa sai nhờ cơ chế tái tổ hợp

Ngay cả khi không có sao chép vẫn có hệ thống bảo vệ: do DNA có hai
mạch, khi sai hỏng trên một mạch, có thể dựa vào mạch còn lại để tổng hợp
đoạn sai hỏng.

Một số enzyme đặc hiệu phát hiện sự bắt cặp sai, như trong trường hợp mất
purin. Có khoảng 50 enzyme chuyên phát hiện và sửa các sai hỏng trên phân
tử DNA.





4. Sửa sai do phục quang hồi

Dưới tác dụng của tia tử ngoại, làm các timin đứng gần nhau sẽ gắn lại tạo
thành dimertimin.

Khi trở lại ánh sáng, ánh sáng sẽ kích thích một enzyme cắt bỏ
dimerthymin tạo timin bình thường. Hiện tượng ánh sáng kích thích
một enzyme cắt bỏ dimerthymin gọi là quang phục hồi.
Ở tế bào vi khuẩn hoặc tế bào eukaryote bị sai hỏng nặng do chiếu tia UV, tia
X hoặc do tác dụng của các hóa chất gây đột biến, hệ thống sửa sai khẩn cấp
được khởi động, tăng cường sửa sai. Ở E.coli, hệ thống này có liên quan với
2 protein được mã hóa bởi gene LexA và RecA. Protein LexA là một chất ức
chế, nó gắn vào hộp SOS, chồng lấp các promotor của các gene SOS, ngăn
cản sự mã nhóm các gen của hệ thống SOS. Một vài sản phẩm của DNA bị
tổn thương sẽ làm hoạt hóa protease recA. Protein recA bị hoạt hóa sẽ cắt
bỏ protein lexA, cho phép các gen của hệ thống SOS phiên mã. Phẩn
ứng của hệ thống SOS xảy ra trong thời gian ngắn nhưng phức tạp. Nó bao
gồm các quá trình làm tăng hoạt tính tái tổ hợp, thay đổi trong khởi sự sao
chép, ức chế nuclease và kích thích phục hồi sao chép và chuyển sai hỏng
thành sửa sai úp sấp (error-prone replication). Tế bào bây giờ sẽ xảy ra sự sao
chép nhanh hơn bình thường.

+ Nếu sửa sai kịp, tế bào ổn định, sinh trưởng trở lại

+ Nếu không sửa sai kịp thì tế bào phải chấp nhận hoặc chết hoặc bị đột biến