TÌM HIỂU VỀ ĐỘT BIẾN GEN VÀ HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA

ĐẠI HỌC HUẾ
ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
--------

TIỂU LUẬN
SINH HỌC PHÂN TỬ
ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ ĐỘT BIẾN GEN
VÀ HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA
Liên kết
hydrogen

(a) Cấu trúc
của ADN

ARN

Giảng viên hướng dẫn:

Học viên: Hoàng Quốc Huy

PGS.TS. Nguyễn Bá Lộc

Lớp:

Động vật học - Sinh học

Khoá học: 2012-2014

Huế, 12/2012


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

MỤC LỤC
A. ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................3
B. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............4
I. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU..............................................................................4
II. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU..........................................................................4
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................4
C. NỘI DUNG ĐỀ TÀI.........................................................................................5
PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘT BIẾN GENE...................................................5
I. KHÁI NIỆM ĐỘT BIẾN GENE.......................................................................5
II. NGUYÊN NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN GENE....................................................5
III.PHÂN LOẠI ĐỘT BIẾN GENE.....................................................................5
3.1. Dựa vào hiệu quả tác động lên kiểu hình......................................................5
3.1.1. Các đột biến dòng mầm và đột biến soma..................................................5
3.1.2. Các đột biến hình thái..................................................................................5
3.1.3. Các đột biến khuyết dưỡng..........................................................................6
3.1.4. Các đột biến gây chết và đột biến có điều kiện...........................................6
3.2. Căn cứ vào hiệu quả tác động lên DNA.........................................................6
3.2.1. Đột biến cảm ứng.........................................................................................6
3.2.1.1. Các đột biến thay thế base........................................................................6
3.2.1.2. Đột biến dịch khung.................................................................................5
3.2.2. Đột biến ngẫu nhiên.....................................................................................6
3.2.2.1. Các đột gây ra bởi bộ máy tái bản DNA..................................................8
3.2.2.2. Sai sót trong khi tái bản do các base........................................................8
3.2.2.3. Các đột biến dịch khung tự phát trong khi tái bản...................................9
3.2.2.4. Các đột biến tự phát gây ra bởi deamine hóa...........................................9

IV. CÁC TÁC NHÂN GÂY ĐỘT BIẾN..............................................................10
4.1 Các tác nhân hóa học.......................................................................................10
4.1.1. Đột biến gây ra bởi các tác nhân tương tự nucleoside................................10
4.1.2. Đột biến gây ra bởi sự alkil hóa của các base.............................................10
4.2. Các tác nhân vật lý..........................................................................................10
4.2.1 Bức xạ tử ngoại.............................................................................................10
4.2.2. Các tia gamma và tia X................................................................................11
4.3. Hồi biến .....................................................................................................11
V. HẬU QUẢ CỦA ĐỘT BIẾN GENE...............................................................11
VI. VAI TRÒ VÀ Ý NGHĨA................................................................................11
PHẦN II: CÁC HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA.................................................12
I. QUANG PHỤC HOẠT......................................................................................13
1.1. Khái niệm .....................................................................................................13
1.2. Hệ thống enzime.............................................................................................13
1.3. Cơ chê quang phục hoạt.................................................................................14
Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

2


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

II. SỬA CHỮA BẰNG CẮT BỎ..........................................................................16
2.1 Khái niệm .....................................................................................................16
2.2. Phân loại .....................................................................................................16
2.2.1. Sửa chữa bằng cách cắt các base.................................................................16
2.2.1.1. Khái niệm..................................................................................................16
2.2.1.2. Hệ thống enzime.......................................................................................16
2.2.1.3. Cơ chế .....................................................................................................17
2.2.2. Sửa sai bằng cắt bỏ các nucleotide..............................................................17

2.2.2.1. Khái niệm..................................................................................................17
2.2.2.2. Hệ thống enzime.......................................................................................17
2.2.2.3 Cơ chế .....................................................................................................18
2.2.3. Sửa sai đối với base bắt cặp sai...................................................................19
2.2.3.1. Khái niệm..................................................................................................19
2.2.3.2. Hệ thống enzime.......................................................................................19
2.2.3.3. Cơ chế .....................................................................................................19
III. SỬA SAI BẰNG LÀM MẤT NHÓM ALKYL.............................................22
IV. SỬA SAI DỰA VÀO TÍNH TƯƠNG ĐỒNG...............................................22
VI. SỬA SAI ĐỨT MẠCH KÉP..........................................................................23
VI. HỆ THỐNG SOS.............................................................................................25
D.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................27
I. KẾT LUẬN .....................................................................................................27
II. KIẾN NGHỊ .....................................................................................................27
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................29

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

3


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

A. ĐẶT VẤN ĐỀ

T

rong suốt quá trình sống của sinh vật, các tế bào chịu tác động của nhiều tác nhân
có khả năng gây tổn hại đến DNA, tạo nên hàng loạt hệ thống sai hỏng DNA
theo nhiều cách khác nhau, và do vậy tạo nhiều đột biến. Các tác nhân đó có thể là các

tác nhân vật lý: tia tử ngoại (UV) có trong ánh sáng mặt trời, tia X, tia phóng xạ α, β, γ
hay các chất hóa học ở môi trường xung quanh hoặc do đột biến tự phát xảy ra trong
quá trình tái bản. Sự tổn hại đối với DNA được tích lũy sau một thời gian dài có thể là
nguyên nhân chuyển tế bào sang trạng thái ung thư hoặc gây nên những hậu quả
nghiêm trọng đối với tế bào và sự sinh trưởng phát triển của cơ thể.
Vì vậy, để tăng cường khả năng sống sót của tế bào, hàng loạt cơ chế sửa chữa di
truyền đã tồn tại và đang hoạt động để phục hồi hiệu quả các đột biến ngẫu nhiên và
nhân tạo, nhờ đó mà làm cho tỉ lệ đột biến tự nhiên thấp. Nếu hệ thống sửa sai nay bị
sai hỏng thì sẽ dẫn đến tỉ lệ đột biến cao.
DNA là phân tử duy nhất mà khi bị biến đổi hay bị phá hỏng vẫn có khả năng
sửa chữa cho tế bào, cơ chế này rất đa dạng và có tính hiệu quả cao.
Ở các loài sinh vật khác nhau thì sự hình thành các hệ thống tự vệ cũng khác
nhau, ngoài những nguyên tắc chung cũng có những hệ thống đặc thù cho từng loài,
tuy nhiên tất cả đều vì mục đích bảo vệ cho bộ máy di truyền giảm tỉ lệ đột biến thấp
nhất có thể được.
Do đó mà tôi đã chọn đề tài :"Tìm hiểu về đột biến gen và các hệ thống sửa
chữa DNA", để qua đó có thể hiểu và nắm rõ các nguyên nhân xảy ra đột biến và cơ
chế bảo vệ của nó.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

4


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

B. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
I. Mục đích nghiên cứu:
- Biết được nguyên nhân và hiểu rõ cơ chế xảy ra đột biến.

- Đi sâu tìm hiểu các cơ chế sửa sai DNA.
II. Đối tượng nghiên cứu:
- Phân tử DNA.
III. Phương pháp nghiên cứu:
- Tham khảo các giáo trình, các bài giảng.
- Thu thập tài liệu trên các web site và một số tạp chí.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

5


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

C. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỘT BIẾN GENE
I. Khái niệm đột biến gene:
Đột biến gene (gene mutation) là những biến đổi rảy ra ngay bên trong cấu trúc
của một gene hoặc một vùng nhỏ của bộ gene, liên quan chủ yếu tới sự thay đổi trình
tự nucleotide vốn có của nó (kiểu dại), làm phát sinh các allele mới.
Đột biến gene có thể xảy ra do biến đổi trình tự các nucleotide trong gene, đột
biến gene không phát hiện được khi quan sát tế bào học.
Trong tự nhiên tất cả các gene đều có đột biến được gọi là đột biến tự nhiên hay
ngẫu phát. Các đột biến tự nhiên thường xuất hiện rất ít.
II. Nguyên nhân đột biến gene:
Đột biến gene có thể xảy ra do quá trình tái bản,hoặc do trong bộ gene có các
vùng dễ phát sinh gây đột biến gọi là các "điểm nóng", hoặc các tổn thương tự phát
dưới ảnh hưởng của các tác nhân lý hóa của môi trường ngoài.
III. Phân loai đột biến gene:
Đột biến gene có thể phân thành nhiều loại khác nhau:

3.1. Dựa vào hậu quả tác động lên kiểu hình:
3.1.1. Các đột biến dòng mầm và đột biến soma:
- Các đột biến dòng mầm (germ-line mutation) xảy ra khi các sinh vật đa bào
sinh sản hữu tính có thể trải qua các đột biến trong tế bào sinh dục của chúng và truyền
lại cho thế hệ sau qua các đột biến giao tử này. Đây là trường hợp đột biến gene trội và
lặn liên quan nhiễm sắc thể thường và nhiễm sắc thể giới tính.
Ví dụ: Các bệnh bạch tạng, mù màu, máu khó đông, tế bào hồng cầu hình liềm.

Hồng cầu hình liềm

Bệnh bạch tạng

- Ngược lại các đột biến xảy ra trong tế bào soma có thể làm thay đổi kiều hình
của cá thể mang đột biến, nhưng tính trạng này chỉ dừng lại ở cá thể đó mà không di
truyền lại cho đời con được vì đột biến này không ảnh hưởng đến giao tử.
Ví dụ: Đột biến làm xuất hiện đốm màu trên nội nhủ có đốm của hạt ngô Ấn Độ.
(kiểu hình dại màu đỏ tía, nhưng một đột biến gây bất hoạt gene tạo màu làm nội nhủ
có màu trắng với các đốm màu).
3.1.2. Các đột biến hình thái:
Là loại đột biến có thể dễ dàng thấy được bằng mắt thường, có thể phân biệt với
các kiểu dại nhờ các biến đổi bên ngoài của chúng. Vì vậy mà chúng còn gọi là đột
biến biểu kiến hay đột biến nhìn thấy.
Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

6


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Ví dụ: Bệnh bạch tạng do gene mã hóa cho enzyme tyrosinase bị đột biến, từ đó

sắc tố melanine không được tổng hợp, kết quả những cá thể đồng hợp về allele lặn có
lông và da trắng bạch, mắt có màu hồng hoặc xanh nhạt.
3.1.3. Các đột biến khuyết dưỡng:
Đối với các sinh vật đơn bào như vi khuẩn và nấm men, do số lượng các đặc
điểm hình thái quan sát được là rất hạn chế, vì vậy người ta phải dựa vào đặc tính dinh
dưỡng chung nhất của các kiểu hình đột biến (không có khả năng sinh trưởng trêm môi
trường đơn giản).
- Các cơ thể kiểu dại có thể sinh trưởng trên môi trường tối thiểu thậm chí chỉ có
muối và đường như glucose. Chúng được gọi là các thể nguyên dưỡng (phototroph), vì
chúng có thể tạo nên các acid amin. các nucleotide, các vitamin và các hợp chất khác
cần thiết cho việc duy trì sự sống.
- Các thể khuyết dưỡng (auxotoph: thể đột biến về dinh dưỡng) không thể sống
được trên môi trường tối thiểu mà cần phảo đưa thêm vào một hay nhiều hợp chất bổ
sung để tồn tại.
3.1.4. Các đột biến gây chết và đột biến có điều kiện:
- Đột biến gây chết (lethal mutation) là những đột biến làm cho những cơ thể
mang chúng không thể tồn tại được.
Ví dụ: Đột biến gây bất hoạt trong gene mã hóa cho các tiểu đơn vị RNA
polymerase làm cho cơ thể đột biến không thể tổng hợp được RNA và do đó không thể
sống sót được.
+ Nếu các sinh vật đơn bào có các đột biến gây chết thì sẽ chết ngay lập tức.
+ Đối với các sinh vật lưỡng bội có thể mang đột biến này ở trạng thái dị hợp mà
không sao cả. Hầu hết các đột biến gây chết là lặn và chúng chỉ phát huy tác dụng khi
chúng ở trạng thái đồng hợp tử.
-Đột biến có điều kiện (conditional mutation):
Là các đột biến chỉ gây chết chỉ xảy ra với những điều kiện nào đó.
Ví dụ: Đột biến tạo ra một protein bị biến đổi mà nó dẽ dàng bị biến tính dưới tác
dụng của nhiệt độ so với protein kiểu dại của chúng.
Tuy nhiên cũng có các đột biến có thể là các đột biến có điều kiện nhưng không
gây chết có điều kiện.

3.2. Căn cứ vào hiệu quả tác động lên DNA (đột biến điểm):
Đột biến điểm là các biến đổi nhỏ trên một đoạn DNA, thường liên quan đến một
cặp base đơn của DNA hoặc một số ít cặp base kề nhau. Đột biến điểm làm thay đổi
gene kiểu dại (wild-type gene).
Về nguồn gốc đột biến điểm được phân làm: Đột biến ngẫu phát (spontaneous)
và đột biến cảm ứng (induced).
3.2.1. Đột biến cảm ứng:
Là dạng đột biến xuất hiện với tần số đột biến tăng lên khi xử lí có mục đích
bằng các tác nhân đột biến hoặc tác nhân môi trường đã được biết.
3.2.1.1. Các đột biến thay thế base (base substitution):
- Đồng hoán và dị hoán:
+ Đồng hoán (transition):
Là dạng đột biến trong đó một purin này được thay thế bằng một purin khác
(A G hoặc G A) hoặc một pyrimidine thay bởi một pyrimidine khác (T C hoặc
C T).

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

7


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

+ Dị hoán (transvertion):
Là dạng đột biến trong đó một purin được thay thế bằng một pyrimidine hoặc
ngược lại (A T, A C, G C, G T).
- Các đột biến nhầm nghĩa và vô nghĩa:
+ Đột biến nhầm nghĩa (missense mutation):
Biến đổi nghĩa một codon kéo theo sự thay thế một acid amin. Hiệu quả của nó
phụ thuộc vào vị trí và tính chất của amino acid bị biến đổi.

Chuỗi β
HbS
HbC
HbE

Vị trí
amino
acid
6
6
26

thay thế amino
acid
Glu
Glu
Glu

Val
Lys
Lys

thay đổi ở βmRNA
GAA
GAA
GAA

GUA
AAA
AAA

Kiểu thay thế ở gene
β-globin
Dị hoán
A
Đồng hoán G
Đồng hoán G

T
A
A

Bảng 1: Các đột biến nhầm nghĩa điển hình ở chuỗi β-globin ở người.
Ví dụ: Bệnh hồng cầu hình liềm (sickle-cell disease). Bằng cách phân tích và so
sánh trình tự amino acid các chuỗi β-globin (146 acid amin) của hai protein này,
Vernon Ingram phát hiện rằng chúng chỉ khác nhau một amino acid ở vị trí thứ sáu,
trong HbA là glutamic và trong HbS và valine. Rõ ràng đây là đột biến dị hoán:A T
+ Đột biến vô nghĩa (nonsense mutation):
Biến đổi một base ở codon có nghĩa bên trong trình tự mã hóa của gene trở thành
codon kết thúc chuỗi. Đột biến này gây ra chuỗi polypeptid ngắn bất thường và không
có hoạt tính.
Ví dụ: Các dạng thiếu máu vùng biển β-globin là do đột biến điểm ở các codon
17 hoặc 39 của gene β-globin.
Ngược lại nếu đột biến làm biến đổi codon kết thúc thành codon có nghĩa dẫn
đến hậu quả là làm cho chuỗi polypeptid dài hơn bình thường. Đây là trường hợp đột
biến đặc biệt của đột biến nhầm nghĩa.
Ví dụ: Dạng hemoglobin constant spring (HbCS). Phân tử mRNA của chuỗi
alpha bình thường có codon kết thúc là UAA với polypeptid dài 141 amino acid, còn ở
mRNA dạng bệnh này nó là CAA mã hóa cho glutamine, với chuõi alpha có tới 172
amino acid.

+ Các đột biến im lặng và đột biến trung tính:
Các đột biến này làn biến đổi thành phần base của một codon nhưng mà vẫn mã
hóa cùng một acid amin, vì vậy mà còn gọi là đột biến im lặng (silent mutation) hay
đột biến đồng nghĩa (synonimous). Phần lớn các đột biến này xảy ra ở vị trí thứ ba
của các codon, chúng xảy ra với tốc độ cao hơn nhiều so với các vị trí khác. Đây cũng
được coi là bằng chứng quan trọng của thuyết tiến hóa Kimura (thuyết trung tính về sự
tiến hóa phân tử).
3.2.1.2. Đột biến dịch khung (meshift mutation):
Là dạng đột biến mất hoặc xen thêm một base trong gene dẫn đến khung đọc mã
dịch chuyển một base kể từ vị trí bị biến đổi cho đến cuối gene.
Hậu quả là vùng protein được tổng hợp tương ứng sẽ bị biến đổi đáng kể.
Ví dụ: Dạng hemoglobin wayne (HbW1) do mất một base thứ ba của codon thứ
138 trên chuỗi α (141 acid amin) gây hậu quả là ba amino acid ở các vị trí thứ 139-141
sát đầu C của polypeptid bị biến đổi, đồng thời do codon kết thúc ở vị trí 142 cũng bị
biến đổi đã kéo dài thêm 5 amino acid.
Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

8


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Mức độ
Ở mức độ DAN

Kiểu đột biến
Đồng hoán

Đảo hoán

Thêm/Mất

Ở mức độ
protein

Đột biến đồng
nghĩa

Đột biến nhầm
nghĩa
Loại bải thủ
Loại không bảo thủ

Đột biến vô nghĩa

Đột biến dịch
khung

Kết quả và ví dụ
Pyrimidine thay bởi một pyrimidine khác, purin
này được thay thế bằng một purin khác:
AT GC, GC AT,
CG TA, TA CG
Purin được thay thế bằng một pyrimidine hoặc
ngược lại:
AT CG, AT TA, GC TA, GC CG,
TA GC, TA AT, CG AT, CG GC.
Thêm vào hoặc mất đi một hoặc một số cặp base
của DNA (thêm/mất base được gạch dưới):
AAGACTCCT AAGAGCTCCT

AAGACTCCT AAACTCCT
Codon đặc biệt mã hóa cùng một acid amin :
AGG AGA
Arg
Arg
Codon tạo thành mã hóa cho acid amin khác
Mã hóa cho acid amin có cùng bản chất hóa học:
AAA CGG
Lys
Arg
kiềm
kiềm
Mã hóa cho acid amin khác về bản chất hóa học:
UUU
UCU
phenylalanin
serine

Codon kết thúc chuỗi
CAG UAG
Gln
Stop
Thêm vào một cặp base:
AAG ACT CCT AAG AGC TCC T...
Mất một cặp base:
AAG ACT CCT AAA CTC CT...

3.2.2. Đột biến ngẫu nhiên (spontaneos mutations):
Về nguyên tắc, tất cả các đột biến đều phải có một nguyên nhân, nhưng đôi khi
các đột biến xảy ra mà không có tác nhân gây đột biến. Các đột biến tự phát như vậy

có nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra mà không phải từ bên ngoài.
Đột biến ngẫu nhiên là loại đột biến xuất hiện khi không có sự xử lý của tác nhân
đột biến.
Đột biến ngẫu nhiên được tính là tỉ lệ cơ sở của đột biến và được dùng để ước
chừng biến dị di truyền tự nhiên trong quần thể. Tần số đột biến ngẫu nhiên thấp nằm
trong khoảng 10-5-10-8, vì vậy đột biến cảm ứng là nguồn đột biến quan trọng trong
phân tích di truyền.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

9


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

3.2.2.1. Các đột biến gây ra bởi bộ máy tái bản DNA:
Dù cho sự tái bản được coi là chính xác nhưng không phải là hoàn hảo, như thế
một số đột biến nào đó xảy ra có thể đơn thuần là do tổng hợp sai. Tần số kết cặp base
sai có thể là 10-5 và bản thân DNA polymerase có khả năng đọc sửa trong khi tổng hợp
DNA, nhờ vậy mà hạn chế phát sinh đột biến do tái bản (10-5x10-5=10-10).
Ví dụ: Hiệu quả tái bản không chính xác được thể hiện rõ ở nòi đột biến của
E.coli gọi là gene gây đột biến (mutator). Các vi khuẩn này thường có nhiều sai sót
trong tái bản. Tỉ lệ đột biến của chúng cao hơn so với bình thường. Hiện giờ người ta
đã lập được bản đồ gene cho một số đột biến gene munator. Chẳng hạn đó là gene
mutD mã hóa cho tiểu đơn vị epsilon của DNA polymerase III hoàn chỉnh. Đây là
polipeptid cho enzyme hoạt tính đọc sửa exonuclease 3 /
5/. Nếu không có hoạt tính
này thì đọc sửa không thể xảy ra do đó sẽ để lại nhiều đột biến. Các đột biến trong các
gene mutH, mutL, mutS cũng là các đột biến mutator. Chúng không sủa được các base
kết cặp sai.

3.2.2.2. Sai sót trong khi tái bản do các base DNA.
Các base trong DNA thường tồn tại một trong hai trạng thái biến đổi qua lại giữa
chúng gọi là dạng hỗn biến (tautomer). Hiện tượng hỗ biến (tautomerism) xảy ra có
thể đơn thuần là sự sắp xếp lại của các liên kết và do sự thay đổi vị trí của các nguyên
tử hydro trong các base.
Các dạng phổ biến (bền vững) của các adenine và các cytosine là các dạng amino
chúng có thể sắp xếp lại thành các dạng hiếm imino kém bền hơn. Chính sự thay đổi vị
trí của các hydro làm thay đổi đặc tính base trong tái bản. Hậu quả là dẫn tới sự kết cặp
nhầm trong tái bản, do đó trong các lần tái bản tiếp theo sẽ tạo ra các thể đột biến đồng
hoán tương ứng.
Ví dụ: DNA trong bố mẹ có chứa cặp CG, trong lúc tái bản C chuyển thành dạng
imino (hiếm) và kết cặp nhầm với A thay vì G, tạo thành cặp C-A trong một DNA con.
Trong lần tái bản tiếp theo A sẽ kết cặp bình thường với T tạo ra cặp T-A thay chỗ cho
cặp CG trước đây. Đó là cơ chế của đột biến đồng hoán CG TA.
Guanine và thymine có dạng phổ biến là keto và dạng hiếm là enol. Nếu các dạng
hiếm như enol của guanine xảy ra nó sẽ kết cặp với thymine thay vì cytosine trong khi
tái bản. Vì vậy trong những lần tái bản tiếp theo thymine vốn ở vị trí kết cặp sai trong
lần tái bản đầu sẽ kết cặp với adenine sẽ tạo ra đột biến đồng hoán GC AT. Tương tự
ta thấy các dạng đột biến tự phát này chủ yếu là các đồng hoán.
Từ hai ví dụ trên cho thấy khả năng xuất hiện đột biến hai chiều (GC TA),
nghĩa là phục hồi các đột biến đồng hoán tự phát nhờ các đột biến ngược (back
mutation) hay hồi biến thực (true reversion).

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

10


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

3.2.2.3. Các đột biến dịch khung tự phát trong khi tái bản:
Các tác nhân xen vào giữa (intercalating agents) là nhóm tác nhân quan trọng
gây biến đổi DNA, bao gồm các thuốc nhuộm acridine, chúng là các phân tử mô
phỏng các base và có thể xen vào giữa các base nitơ của chuỗi xoắn kép DNA . Bằng
cách đó chúng có thể gây ra sự xen thêm hoặc mất một cặp nucleotide trên gene (vì
acridine có kích thước gấp đôi một nucleotide), dẫn đến khung đọc mã thay đổi các
protein được tổng hợp thường không có hoạt tính.
3.2.2.4. Các đột biến tự phát gây ra bởi deamine hóa:
Các đột biến tự phát có thể xảy ra bằng cơ chế kết cặp sai khác trong tái bản
DNA. Chẳng hạn các base đặc biệt là cytosine, có xu hướng mất đi nhóm amine của
chúng trong quá trình gọi là deamine hóa (demination). Kiểu deamine hóa phổ biến
nhất là đảo cytosine thành uracil, thường thì không dẫn tới đột biến, bởi vì tế bào có cơ
chế tách bỏ uracil (nhờ enzyme uracil-DNA glycosylase). Enzyme này cắt liên kết
giữa uracil và deoxyribose của nó, để rồi một cặp khác tới bổ sung một cytosine vào
gốc đường này để nó kết hợp với guanine ở sợi đối diện.

DNA một số sinh vật có chứa một lượng nhỏ các base sửa đổi thêm vào 4 loại
thông thường. Phổ biến nhất là 5-methylcytosine (5mC), nó có thể kết cặp chính xác
với guanine như các cytosine chuẩn. Tuy nhiên các vị trí chứa 5mC trong DNA có thể
trở thành các “điểm nóng” cho các đột biến tự phát thông qua deamine hóa. Điều này
đã được chứng minh bằng cách sử dụng HNO 2 để đề amine hóa cytosine thành uracil,
sau đó uracil kết cặp với adenine trong tái bản, kết quả là tạo ra đột biến đồng hoán
GC thành AT. Mặt khác nó deamine hóa adenine thành hypoxanthine (có thể kết cặp
với C giống như Gene) và sẽ gây ra đồng hoán ngược lại AT thành GC.
IV. Các tác nhân gây đột biến:
Các đột biến gene xảy ra có thể do sai sót trong quá trình tái bản, hoặc do bộ
gene có các vùng dễ phát sinh gây đột biến gọi là các "điểm nóng", hoặc các tổn
thương tự phát dưới ảnh hưởng của các tác nhân lý-hóa từ môi trường ngoài.
4.1 Các tác nhân hóa học:
4.1.1. Đột biến gây ra bởi các chất tương tự nucleoside:

Một số hợp chất hóa học có thể làm tăng tần số hỗ biến và qua đó gây ra các đột
biến.
Ví dụ: 5-bromodeoxyuridine (brdU hay5-BU) một chất giống như thymine ngoại
trừ thay một nguyên tử Bromine cho một nhóm methyl ở vị trí 5. Tuy nhiên , một khi
5-BU được kết hợp vào chỗ của thymidine, nó có thể gây rắc rối từ chỗ 5-BU có xu
hướng tăng cường bật sang hỗ biến enol có thể kết cặp base giống như C thay vì T, tạo
ra cặp 5-BU-G. Và ở lần tái bản sau tạo thành cặp GC thay chỗ AT. Kết quả tạo ra
đồng hoán AT GC. Do hỗ biến mà 5-BU có thể gây đồng hoán hai chiều AT GC.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

11


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Một hóa chất gây đột biến khác là 2-aminopurine (2-AP), chất tương tự của
DNA, có thể kết cặp với T. Khi bị proton hóa, 2-AP có thể kết nhầm với C để gây đột
biến đồng hoán AT GC ở lần tái bản sau.

a)

b)

4.1.2. Đột biến gây ra bởi sự ankil hóa của các base:
Một số chất trong môi trường là chất có ái lực với điện tử (electrophyle), chúng
tìm các chất trung tâm tích điện âm trong các phân tử khác và bám vào. Nhiều chất
khác trong môi trường được chuyển hóa trong cơ thể thành các hợp chất có ái lực điện
tử. Một trong nhưng trung tâm điện tích âm rõ nhất trong sinh học là phân tử DNA.
Mỗi nucleotide chứa một điện tích âm toàn phần trên phosphat và các điện tích âm

từng phần trên các base. Khi các chất ái lực điện tử bắt gặp các trung tâm tích điện âm
này, chúng sẽ tấn công, thông thường là gắn thêm các nhóm chứa carbon gọi là nhóm
ankyl. Quá trình đó gọi là ankyl hóa (ankylation).
Nhiều tác nhân gây ung thư là các chất ái lực điện tử dường như hoạt động bằng
cách tấn công DNA và ankyl hóa nó. Nhiều tác nhân đột biến được sử dụng trong
phòng thí nghiệm để gây tạo các đột biến cũng là tác nhân ankyl hóa.
Ví dụ: Khi xử lý bằng ethylmethane sulfonat (EMS), hóa chất này nhường nhóm
C2H5- cho DNA mà cụ thể là cho O6-alkylguanine. Base được ankyl hóa này cặp với
thymine thay vì cytosine. Kết quả sinh ra đồng hoán GC AT ở lần tái bản sau.

4.2. Các tác nhân vật lý (Đột biến cảm ứng hay phóng xạ):
Trong số tác nhân phóng xạ gây đột biến, các tia tử ngoại, tia gamma và tia X là
phổ biến trong tự nhiên và trong các thí nghiệm gây đột biến. Chúng khác nhau chủ
yếu về năng lượng, do đó kiểu tổn thương DNA do chúng gây ra cũng khác nhau.
4.2.1. Bức xạ tử ngoại (Ultraviolet radiation=UV):
Bức xạ tử ngoại tương đối yếu do đó tổn thương do nó gây ra là tương đối nhỏ.
Ví dụ: Hai pyrimidine nằm kề nhau trên cùng một sợi liên kết ngang với nhau tạo
thành các dimer, thông thường là dimer thymine. Tổn thương này biểu hiện ở sự biến
dạng của chuỗi xoắn kép và cản trở sự kết cặp của các base purin trong tái bản. Hậu

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

12


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

quả là làm chết tế bào hoặc tạo ra đột biến do sự lắp sai nucleotide vào vị trí đối diện
với dimer trong khi tái bản.
Loại bức xạ cực tím làm tổn thương DNA nặng nhất có bước sóng khoảng

260nm, tức là vùng sóng mà DNA hấp thụ mạnh nhất, bức xạ này có nhiều trong ánh
sáng mặt trời và có nguy cơ gây ung thư da.

4.2.2. Các tia gamma và tia X:
Các tia này chứa nhiều năng lượng hơn tia UV, có thể tương tác trực tiếp với
phân tử DNA. Chúng ion hóa các phân tử xung quanh DNA và tạo thành các gốc tự do
có phản ứng cao có thể tấn công DNA, làm biến đổi các base hoạc làm đứt các sợi.
4.3. Hồi biến (reversion):
Các đột biến điểm đặc biệt là đột biến dịch khung, có thể có hiệu quả mạnh mẽ,
nhưng chúng có thể hồi biến (đột biến ngược) tức là quay trở lại kiểu hình ban đầu.
Các đột biến gây ra bởi các base tương đồng hoặc acid nitơ có thể hồi biến bằng cách
tiếp tục xử lý bằng chính tác nhân đó.Tuy nhiên có một số chất như hydroxylamine chỉ
phản ứng đặc thù với cytosine và làm phát sinh đồng hoán một chiều GC AT, cho
nên các đột biến do hydroxylamine gây ra thì không thể hồi biến chính nó, nhưng có
thể hồi biến nhờ tác nhân đồng hoán hai chiều.
V. Hậu quả của đột biến gene:
Các đột biến gene nói chung làm suy yếu hoặc làm biến đổi chức năng gene hơn
là tăng cường chức năng của nó, từ đó ảnh hưởng lên các đặc tính sinh lý-hóa sinh của
tế bào cũng như sức sống và sức sinh sản của cơ thể nói chung.
VI. Vai trò và ý nghĩa:
Đột biến gene được xem là cơ sở của hiện tượng đa hình di truyền trong quần thể
và là nguồn biến dị di truyền sơ cấp vô cùng pong phú và đa dạnh trong quá trình chọn
lọc và tiến hóa. Người ta lợi dụng đặc tính biến đổi này của sinh vật để xây dựng các
phương pháp gây đột biến khác nhau và có thể kết hợp lai hữu tính hoặc sử dụng kỹ
thuật di truyền để cải biến bộ gene của các vật nuôi, cây trồng về các tính trạng cần
quan tâm.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

13

Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

PHẦN II: CÁC HỆ THỐNG SỬA CHỮA DNA
I. QUANG PHỤC HOẠT:
1.1. Khái niệm:
Quang phục hoạt (photoreactivation) là kiểu sửa sai xảy ra dưới tác dụng của ánh
sáng, nên còn gọi là sửa chữa ngoài ánh sáng (light repair).
1.2. Hệ thống enzyme:
Sửa chửa ngoài ánh sáng được xúc tác bởi enzyme DNA photolyase.
Dưới tác động của tia cực tím, có bước sóng khoảng <300nm thì các pyrimidine
nằm gần nhau trên cùng một mạch DAN có xu hướng kết cặp với nhau, hình thành cấu
trúc cyclobutane, tạo nên các pyrimidine dimer (cặp thymine hay cytosine), kết quả là
các nucleotid bị kết cặp đó sẽ không liên kết bổ sung với các nucleotid trên mạch kia
được, làm cho cấu trúc DNA bị biến đổi.

Thymine

Thymine dimer

Photolyase là enzyme sửa chữa DAN, nó sửa chữa những hư hỏng do DNA tiếp
xúc với ánh sáng tia cực tím, bằng cách phá vỡ các pyrimidine dimer, Cơ chế của
enzyme này đòi hỏi phải nhìn thấy ánh sáng nên còn được gọi là sửa sai ngoài ánh
sáng.

Hình ảnh DNA
photolyase

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

14


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Tất cả các photolyase đều có hai choromophore ( chất bắt màu ) là:
+ FADH2 (1,5 - đihidroflavin adenine dinucleotide):
Sự tạo thành FAH2:

+ Bản chất của choromophore thứ hai chia làm hai nhóm:
* Enzyme của nấm men và E.coli sử dụng pterin (folate coenzyme).

pterin
* Nhóm kia dùng deazaflavin:
Methenyl tetra hydro folate (MTHF): Có tác dụng hấp thu ánh sáng màu xanh
lam.
Các enzyme này hoạt động trong tế bào ở nhiều loài khác nhau từ: Mycoplasma,
động vật và cả ở bách cầu của người, riêng nấm men có hai enzyme khác nhau. Vào
ban ngày các sinh vật thường chịu tác động của ánh sáng, nên cơ chế quang phục hồi
có vai trò quan trọng trong sửa sai DNA.
Các Mycoplasma, sinh vật đơn bào đơn giản nhất hiện nay, chỉ có vài trăm gen,
nhưng đã dành một trong số đó cho quang tái hoạt hóa.
1.3. Cơ chế quang phục hoạt:
Quang phục hoạt là cơ chế sửa sai ngoài ánh sáng, khác với cơ chế sửa sai trong
tối. Cơ chế sửa chửa dimer thymine bởi enzyme này được hình dung như sau:

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

15

Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

- Phát hiện và bám vào vị trí DNA tổn thương: enzyme nhận biết gắn đặc hiệu
vào dimer trong tối. Các oligothimidilate là cơ chất rất tốt cho enzyme. Oligo (dt) 18 với
trung bình là 3,5 dimer được gắn nhẹ vào 2 phân tử enzyme.
- Enzyme hấp thụ ánh sáng có bước sóng 320 - 370 nm, và được kích hoạt để cắt
đứt các liên kết vốn tạo ra dimer, làm phục hồi trạng thái bổ sung giữa các base của hai
sợi. Như vậy khi chỗ sai hỏng hấp thụ ánh sáng (theo bước sóng đặc hiệu), năng lượng
được sử dụng nhờ phức hợp enzyme - DNA ổn định biến thymine dimer thành
monomer.
- Enzyme rời khỏi DNA và hư hại đã được sửa xong
Sau đây là cơ chế sửa chữa:

Methenyl tetra hydro
folate (MTHF)

Các MTHF hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và chuyển năng lượng đó cho
FADH tạo dạng FADH giàu năng lượng, sau đó FADH chuyển electron vào carbonyl
của dimer, từ đó phá vỡ liên kết cyclobutan giữa các thymine. Làm cho hai thymine
tách rời nhau như ban đầu.
Hình ảnh minh họa cơ chế quang phục hoạt:

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

16


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

II. SỬA CHỬA BẰNG CẮT BỎ (excision repair pathway):
2.1. Khái niệm:
Excision repair là hình thức sửa sai bằng cách cắt bỏ không cần ánh sáng nhờ các
nuclease, sau đó thay bằng các base đúng.
Hình thức này do không cần đến ánh sáng nên còn gọi là sửa sai trong tối (dark
repair)
2.2. Phân loại:
Hình thức này có thể xảy ra theo nhiều cách khác nhau: Sự tách bỏ DNA hư hại
và thay bằng DNA mới có thể bằng cách cắt bỏ base hoặc cắt bỏ nucleotide.
Nhìn chung có nhiều cơ chế sửa chữa khác nhau với những enzime khác nhau,
nhưng chung qui lại các enzime đều thực hiện theo một nguyên tắc cơ bản dưới đây:

2.2.1. Sửa sai bằng cách cắt các base (base excision repair):
2.2.1.1 Khái niệm:
Sửa sai bằng cách cắt các base là sự tách bỏ DNA hư hại và thay bằng DNA mới
bằng cách cắt bỏ base sai hỏng.
2.2.1.2. Hệ thống enzyme:
Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

17


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Sự cắt bỏ sai hỏng nhờ các enzyme:
DNA glycosylase (enzyme N - glycosylase).
AP endonuclease.
Deoxiribophosphodiesterase.
DNA polymerase

DNA ligase
2.2.1.3. Cơ chế cắt bỏ base:
- N - glycosylase nhận biết các base bị biến đổi và các điểm mất purin hay
pirimidine, hoặc sự biến dạng cấu trúc xoắn do sai lệch tạo ra và thủy giải liên kết N glycosilic nối base với đường.

-

Enzyme AP endonuclease cắt liên kết đường và photphat gần base bị biến
đổi.

- Sau đó enzyme thứ ba: deoxiribophosphodiesterase loại bỏ từng nucleotide kế
tiếp nhau ở đoạn bị sai hỏng.

- Tiếp theo, DNA polymerase lấp đầy khoảng trống với các nucleotide bổ sung
với sợi khuôn còn lại.
- Enzyme DNA ligase sẽ gắn khe hở giữa hai đầu 3/ - 5/ .

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

18


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Trong tế bào tồn tại một số DNA glycosylase cắt uracil ra khỏi DNA . Uracil
được tạo thành do đột biến mất nhóm amin ngẫu nhiên ở cytocine, dẫn đến đột biến
đồng hoán thay C bằng T. Enzyme này phát hiện ra uracil trên DNA như là một bất
thường, chúng sẽ cắt bỏ và sửa sai.
Sơ đồ cơ chế cắt bỏ base kết cặp sai:

2.2.2. Sửa sai bằng cách cắt các nucleotide (nucleotide excision repair):
Tổn thương base hàng loạt kể cả dimer thymine, cũng có thể tách bỏ trực tiếp mà
không cần đến sự giúp đỡ của enzyme DNA glycolase.
2.2.2.1. Khái niệm:
Sửa sai bằng cách cắt các base là sự tách bỏ DNA hư hại và thay bằng DNA mới
bằng cách cắt bỏ nucleotide sai hỏng.
2.2.2.2. Hệ thống enzyme:
Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

19


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Sự cắt bỏ vùng có nhiều thymine dimer (do UV) hoặc vùng nối chéo giữa các
mạch được thực hiện nhờ incision nuclease (nuclease rạch mạch hay tạo khấc trên
DNA như phức hợp: Urv-A, Urv-B, Urv-C), cùng các enzime khác: DNA polymerase,
DNA ligase.
2.2.2.3. Cơ chế cắt bỏ nucleotid
- Nhận biết dimer hoặc các vùng nối chéo giữa các mạch trên DNA.
- Dưới tác dụng của incision nuclease hiệu chỉnh, hình thành vết đứt trên DNA
bằng cách thủy giải liên kết phosphodiester. Enzyme này thường là các protein nhỏ có
phân tử khối 30000 dalton. Tất cả những enzyme được biết tới nay đều cắt DNA ở vị
trí sát cạnh chỗ sai hỏng.
- Kết quả là đầu 5/ rời ra và trở thành cơ chất cho hoạt tính exonuclease 5 / sang 3/
của DNA polymerase I.
- Sau khi đoạn DNA có chứa dimer pyrimidine được cắt bỏ thì đoạn DNA mới
được trùng hợp theo chiều 5/ sang 3/ dưới tác dụng của DNA polymerase I.
- Sau đó chỗ đứt trên sợi DNA còn lại sau quá trình trên được nối bằng enzyme
ligase.

Cơ chế sửa sai bằng cách cắt các nucleotide:

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

20


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Ví dụ: Ở E.coli, enzyme chủ chốt của quá trình này là urvABC endonuclease (vì
nó chứa ba polipeptide của các gen urvA, urvB, urvC). Enzyme này cắt một đoạn dài
12 - 13 nucleotide từ một đoạn mạch, tùy thuộc vào sai hỏng ảnh hưởng lên một
nucleotide (alkin hóa) hoặc hai nucleotide (dimer). Sự thủy giải được thực hiện ở liên
kết phosphodiester thứ 8 đầu 5/ đến chỗ hỏng và phía 3/ liên kết thứ 4 hay 5. Khoảng
trống này sẽ được lấp đầy nhờ DNA polymerase I. Và cuối cùng, DNA ligase sẽ hàn
gắn các khe hở.
* Cấu trúc mạch kép bổ sung cho nhau của DNA cho phép, nếu thông tin bị mất
do cắt bỏ sai hỏng trên một mạch có thể sao chép lại được dựa vào mạch đơn nguyên
bổ sung kia.Tuy nhiên một số sai hỏng liên quan một lúc cùng hai mạch cũng có thể
được sửa chửa. Các mất đoạn hay xen đoạn nucleotide, hay nối chéo giữa các mạch
cũng có thể được phục hồi nhờ sự thay thế tương ứng bằng tái tổ hợp. Thậm chí đứt
đôi cả hai mạch cùng chỗ, được coi là năng nhất trong các sai hỏng, có thể được gắn
liền lại nhờ ligase hay tái tổ hợp.
2.2.3. Sửa sai đối với các base bắt cặp sai (froofreading for base-pair
matching):
2.2.3.1. Khái niệm:
Đây là quá trình được thực hiện xảy ra trong sao chép DNA, đảm bảo sự mọc dài
chính xác của mạch đang được tổng hợp.
2.2.3.2. Hệ thống Enzyme:
Dam methylase.

MutS, MutL, MutH.
Exonuclease 3/ 5/ của DNA polymerase
DNA helicase II.
Protein SSB.
DNA polymerase III.
DNA ligase.
2.2.3.3. Cơ chế sửa chữa base kết cặp sai
- Các enzime MutS, MutL, MutH sẽ nhận biết các vị trí sai hỏng của DAN trong
quá trình sao chép của nó.
- Sau đó dưới tác dụng của enzime cắt đặc hiệu exonuclease sẽ cắt các nucleotide
bổ sung bị sai trên mạch khuôn.
- Dưới tác dụng của enzime bám sợi đơn SSB và enzime DNA polymerase sẽ bổ
sung mạch khuôn.
- DNA ligase sẽ lấp đầy khoảng trống.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

21


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

Sơ đồ cơ chế sửa chữa các base kết cặp sai:

* Sự bắt cặp cẩn thận của DNA polymerase đảm bảo sự chính xác trong sao
chép. Trước khi thực hiện phản ứng polime hóa nối các nucleotide, nucleotide
triphosphat mới phải bắt cặp với base bổ sung trên mạch khuôn. Nếu sự bắt cặp sai xảy
ra, DNA polymerase loại bỏ nucleotide bắt cặp sai.
Thậm chí, trước khi nucleotide mới ráp vào,enzyme dò lại cặp base cuối, nếu
chúng không bắt cặp thì thì sự polime hóa tiếp theo sau sẽ bị dừng. Cặp nucleotide ở

đầu cuối 3/ bắt cặp sai sẽ bị loại bỏ bởi hoạt tính exonuclease 3 / 5/ của DNA
polymerase. Khi sự bắt cặp của cấu trúc mạch kép đã đúng thì quá trình polime hóa
mới được tiếp tục.
Hoạt tính đọc sửa đối với các base kết cặp sai là đặc tính của nhiều DNA
polymerase đảm bảo sự mọc dài chính xác của mạch đang tổng hợp. Tuy nhiên trong
trường hợp cần thiết, DNA polymerase có thể bỏ qua chỗ sai và chép tiếp nhờ cơ chế
sao chép "úp sấp sai hỏng".

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

22


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

III. SỬA SAI BẰNG LÀM MẤT NHÓM ALKIL (dealkilation):
Enzyme alkiltransferase có thể sửa trực tiếp các sai hỏng. Chúng cắt nhóm alkil
từ chất nitrosoguanine và ethylmethnesulfonate và gắn vào vị trí O-6 guanine.
Một ví dụ về việc sửa trực tiếp các sai hỏng là sự chuyển nhóm methyl (-CH3) từ
chất có khả năng gây ung thư là O-6 methylguanine sang gốc cisteine của enzyme O-6
methylguanine- DNA methyltransferase (MTase). Enzyme tách nhóm alkil ra khỏi
phosphodiester bằng cách alkil hóa các cisteine khác. Khác với protein điển hình,
protein thụ thể bất hoạt không thuận nghịch khi alkil hóa... Các MTase hiện diện ở
E.coli, nấm men, và tế bào người.
Sự tổng hợp MTase ở E.coli (39-kDa, sản phẩm của gene ada, được cảm ứng khi
có tác nhân alkil hóa như N-methyl-N/-nitrosoguanidine. Protein này, được biến đổi
bởi nhóm alkil tách từ phosphodiester, điều hòa dương các enzyme sửa sai do alkil
hóa, gồm cả chính mình. MTase đã được alkil hóa gắn vào hộp (A 3N3A3GCGCA) của
gene ada trước đoạn điều hòa regulon các promoter, hoạt hóa phiên mã. Sự đề kháng
tăng cao đối với các tác nhân alkil hóa được thực hiện bằng nâng cao nồng độ protein

này trong tế bào.

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

23


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

IV. SỬA SAI DỰA VÀO TÍNH TƯƠNG ĐỒNG (Homology-dependent
repair system):
Một hệ thống sửa sai quan trọng đã phát hiện tính chất bổ sung đối song song của
hai mạch đơn DNA để phục hồi đoạn sai hỏng trở về trạng thái bình thường ban đầu.
* Cơ chế:
Trong hệ thống này, đoạn DNA sai hỏng bị cắt bỏ và thay bằng một đoạn
nucleotide mới được tổng hợp bổ sung với sợi khuôn đối diện. Sự sửa sai xảy ra qua
sợi khuôn và nguên tắc của sự sao chép DNA đảm bảo sự sửa sai hoàn thành với độ
chính xác cao-đó là sự giải phóng sai hỏng (error-free). Có hai hệ thống chủ yếu để
loại bỏ sự sai hỏng:
- Hệ thống sửa chửa sai hỏng phát hiện trước khi sao chép.
- Hệ thống sửa chửa sai hỏng phát hiện trong quá trình diễn biến sao chép (sửa
sai sau sao chép).
Sơ đồ minh họa:

Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

24


Tìm hiểu về đột biến gen và hệ thống sửa chữa DNA

V. SỬA SAI ĐỨT MẠCH KÉP (repair of double-strand break):
Khi cả hai sợi của chuổi xoắn kép bị đứt ở cùng một vị trí, được gọi là đột biến
đứt mạch đôi, có thể gây ra sai hình nhiễm sắc thể, làm chết tế bào hoặc tạo ra trạng
thái tiền ung thư. Tế bào sử dụng nhiều protein và con đường sửa sai đứt gãy mạch đôi
là thực hiện tái tổ hợp trong giảm phân xảy ra như sau:
* Cơ chế:
Trên mỗi nhiễm sắc thể xảy ra sự đứt mạch đôi và kết quả ăn mòn các đầu mút ở
đoạn ngắn của DNA sợi đơn. Đầu 3 / của một trong những sợi này "xâm lấn" vào một
chromatid.
Đoạn "xâm lấn" làm mồi cho tổng hợp các base bị mất của nó nhờ sự sử dụng sợi
đối song song của chromatid như là sợi khuôn. Sự tổng hợp mới này sẽ tạo ra một
vòng sợi đơn lai với một sợi đơn không xâm lấn. Vì vậy tạo ra một vùng dị hợp tử nhỏ
"Dd" và sử dụng như mạch khuôn để tổng hợp các base bị mất trên sợi đó. DNA
polymerase sẽ lấp đầy chỗ trống và enzyme ligase sẽ nố các đầu mút xảy ra trong cấu
trúc đặc biệt giống với trao đổi chéo hai sợi đơn. Cấu trúc này cũng chứa các đoạn bắt
cặp không tương đồng đơn giản.
Trao đổi chéo hai sợi đơn được gọi là cấu trúc holliday (holliday structure) do
holliday phát hiện vào 1960.

Mô hình bẻ gãy sợi đôi nhờ trao đổi chéo:
Học viên Hoàng Quốc Huy ------- Chuyên nghành Động Vật học

25