TÁI BẢN ADN (NHÂN ĐÔI ADN)

BÀI TẬP
MÔN: SINH HỌC PHÂN TỬ
 NHÓM 2 :
1, Nguyễn Xuân Lực
2, Hồ Văn Khước
3, Nguyễn Văn Long
4, Ung Như Huy
5, Ngô Sỹ Nam
6, Nguyễn Hoài Nam
7, Trịnh Vĩnh Hiếu
8, Phạm Thị Mỹ Kiều
9, Nguyễn Đức Huy
10, Lê Đức Linh

 CHỦ ĐỀ : TÁI BẢN
ADN (NHÂN ĐÔI ADN ,
SAO CHÉP ADN)


MỞ ĐẦU
•

từ khi sự sống xuất hiện trên trái đất, sinh vật đã trải qua rất nhiều
giai đoạn tiến hóa để có được như ngày hôm nay. nhưng nhờ đâu
mà sinh vật có thể tiến hóa từ thấp đến cao, từ đơn sơ đến phức
tạp được như vậy. ADN chính là câu trả lời. sự biến đổi ADN đã làm
cho sinh vật ngày càng phong phú và đa dạng. tuy nhiên, dù chúng
tiến hóa cao tới đâu, phức tạp tới đâu thì chúng vẫn mang đặc điểm
giống với những sinh vật trước, đó là do duy truyền. và một trong
quá trình quan trọng, đảm bảo quá trình truyền đạt thông tin di
truyền được nguyên vẹn qua các thế hệ. Đó là tái bản ADN

KHÁI NIỆM


ADN là 1 chất di truyền ở
cấp độ phân tử , việc truyền
đạt thông tin di truyền trên
AND từ thế hệ của tế bào mẹ
sang tế bào con thông qua cơ
chế nhân đôi ADN . còn truyền
đạt thông tin di truyền từ nhân
ra thế bào chất thông qua cơ
chế phiên mã và dịch mã.


Quá trình tái bản ADN (nhân đôi ADN , sao chép
ADN)
1 , thời điểm và vị trí
- pha S của kì trung gian giữa 2 lần phân bào
- diển ra trong nhân tế bào

2 ,Thành pần tham gia:
- DNA mẹ: Khuôn mẫu cho quá trình nhân đôi.
- Nuclêôtit tự do môi trường nội bào cung cấp (dưới dạng ATP, TTP, GTP, XTP): là
nguyên liệu cho quá trình lắp ráp tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit bổ sung. Ngoài ra
còn cần thêm các loại ribônuclêôtit loại A, U, G, X cho quá trình tổng hợp đoạn
RNA mồi.
- Enzim: Gyraza (tháo xoắn phân tử DNA mẹ), Helicaza (cắt các liên kết hiđrô giữa
hai mạch đơn của phân tư DNA mẹ để giải lộ các mạch khuôn, tạo chạc ba tái

bản), RNA pôlimeraza hay Primaza (tổng hợp các đoạn RNA mồi có đầu 3’ - OH
tự do), DNA pôlimeraza (lắp ráp các nuclêôtit tự do thành chuỗi pôlinuclêôtit bổ
sung dựa trên mạch khuôn gốc của DNA), Ligaza (nối các đoạn Okazaki thành
chuỗi pôlinuclêôtit hoàn chỉnh). - Năng lượng: Từ ATP.
- Thành phần khác:
Prôtêin B (đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi), Prôtêin SSB (căng mạch đơn, ngăn
cản sự đóng xoắn trở lại của các mạch khuôn) ...


3 , nguyên tắc
- Nguyên tắc bổ sung: giữa các nuclêôtit tự do môi trường nội bào cung cấp
với các nuclêôtit tương ứng trên mạch khuôn của DNA, trong đó: A liên kết
với T bằng 2 liên kết hiđrô, G liên kết với X bằng 3 liên kết hiđrô và ngược
lại. Quá trình lắp ráp nuclêôtit được thực hiện theo chiều 5’ 3’.
Nguyên tắc bán bảo toàn: trong mỗi phân tử DNA con có một mạch cũ (của
DNA mẹ) và một mạch mới (được lắp ráp từ nuclêôtit tự do).

4, Cơ chế
- Diễn biến quá trình nhân đôi gồm các giai đoạn sau (Đánh dấu --> tháo
--> cắt --> căng --> mồi --> lắp ráp --->nối --->hoàn chỉnh) - Giai đoạn khởi
đầu nhân đôi: Gồm các thao tác: Đánh dấu điểm khởi đầu nhân đôi Tháo
xoắn phân tử DNA mẹ Cắt các liên kết hiđrô giữa hai mạch đơn để tạo ra
chạc ba tái bản (chạc chữ Y) Căng các mạch đơn, ngăn cản sự đóng xoắn
trở lại, chuẩn bị khuôn sẵn sàng cho quá trình tổng hợp mạch bổ sung.
- Giai đoạn tổng hợp mạch bổ sung: Để tiến hành tổng hợp mạch bổ
sung, trước hết enzim RNA pôlimeraza có nhiệm vụ tổng hợp các đoạn mồi
(gồm khoảng 10 ribônuclêôtit) để tạo ra đầu 3’ - OH trên hai mạch khuôn
của DNA mẹ theo nguyên tắc bổ sung (A U, T A, G X, X G). Trong đó, trên
mạch khuôn 3’ - 5’ có một đoạn mồi ở đầu 3’; trên mạch khuôn 5’ - 3’ có
nhiều đoạn mồi được tổng hợp với khoảng cách giữa hai đoạn liên tiếp

khoảng từ 1000 - 2000 nuclêôtit.


Sau đó, enzim DNA pôlimeraza có nhiệm vụ nối tiếp đoạn mồi và
tiến hành tổng hợp kéo dài mạch bổ sung, bằng cách sử dụng các
nuclêôtit tự do môi trường nội bào cung cấp và năng lượng để liên
kết bổ sung các nuclêôtit này tương ứng với các nuclêôtit trên mạch
khuôn của DNA mẹ theo chiều 5’ - 3’ (A T, G X và ngược lại). Đặc
biệt, trên mạch khuôn 3’ - 5’, quá trình lắp ráp kéo dài mạch bổ sung
xảy ra liên tục; còn trên mạch khuôn 5’ - 3’, quá trình tổng hợp
mạch bổ sung xảy ra ngắt quãng, tương ứng với một đoạn mồi là
một đoạn mạch khoảng 1000 - 2000 nuclêôtit (gọi là đoạn Okazaki).
Khi việc lắp ráp nucleotit hoàn tất, các đoạn mồi sẽ được enzim loại
bỏ và thay thế vào đó la các trình tự nucleotit và nhờ enzim ligaza,
các đoạn Okazaki sẽ được nối lại với nhau để tạo ra mạch bổ sung
hoàn chỉnh.


5 , phương trình tổng quát
Các nucleotic liên kết với nhau nhờ liên kết phosphodieste giữa nhóm - của
nucleotide này với nhóm của nucleotide bên cạnh ()
N1 ATP

AMP

N2 GTP ADN-polimerase
N3 CTP

GMP
CMP

N4 TTP

TMP(n1+n2+n3+n4)

+ (P-P)n1,n2,n3,n4 (pirophotphat)

6 , Các giai đoạn
a, Giai đoạn khởi đầu: Tháo xoắn phân tử DNA
-Mô hình phân tử của DNA vòng ở vi khuẩn hay virus cho ta một khái niệm
chung về các cấu hình có thể có của một phân tử DNA. Dạng thứ nhất là siêu
xoắn. Dạng thứ hai có cấu trúc lơi hơn, thường là do bị đứt một chỗ trên một
trong hai mạch của phân tử DNA. Dạng thứ ba tương ứng với cấu trúc thẳng
do sự cắt đứt trên cả hai mạch trong phân tử DNA. Trong đó, dạng siêu xoắn
là dạng cơ bản về cấu trúc và chức năng.



•

Như vậy, để bắt đầu tái bản, phân
tử DNA phải được tháo xoắn nhờ vào
hoạt động của các enzyme có tên là
topoisomerase.
Có
hai
loại
topoisomerase. Loại I tháo dạng siêu
xoắn, chúng gắn vào phân tử DNA và
cắt một trong hai mạch. Sau khi giải

phóng một phân tử DNA đã được tháo
xoắn, các enzyme này sẽ nối lại chỗ
đứt. Enzyme loại I được biết rõ nhất là
protein
ω
của E.
coli. Các
topoisomerase loại II có khả năng tháo
các nút nảy sinh do các biến đổi cấu
trúc của chuỗi xoắn kép bằng cách cắt
đứt cả hai mạch DNA. Enzyme được
biết rõ nhất là gyrase của E.
coli. Gyrase sử dụng năng lượng từ sự
thủy phân ATP để tháo xoắn DNA.
Tách rời hai mạch đơn tại điểm khởi
đầu tái bản


•

Ở E.coli, OriC chứa bốn vị trí gắn với protein khởi đầu có tên là Dna A. Mỗi
vị trí có kích thước 9bp. Sự tổng hợp các protein này gắn liền với tốc độ
tăng trưởng tế bào vì thế việc khởi đầu tái bản DNA cũng gắn liền với tốc
độ tăng trưởng. Ở tốc độ tăng trưởng cao, các nhiễm sắc thể của vi khuẩn
có thể bắt đầu lần tái bản thứ hai trước khi lần tái bản thứ nhất kết thúc tại
hai điểm khởi đầu mới. Vì vậy, mỗi tế bào con sẽ nhận được một nhiễm sắc
thể đang được tái bản một phần.

•

-Quá trình tái bản bắt đầu khi DNA OriC quấn quanh một phức hợp
protein Dna A gồm 30-40 phân tử, mỗi phân tử gắn với một ATP. Điều này
đã thúc đẩy sự tách rời hai mạch tại ba trình tự lặp 13bp giàu A – T, cho
phép protein Dna B gắn vào. Dna B là một DNA hehicase, nằm trong phức
hợp primosome. Các helicase phá vỡ liên kết hydro giữa các base nhờ
năng lượng thủy phân ATP. Có nhiều loại helicase cùng hoạt động đồng
thời: Một số gắn trên mạch 3’ – 5’ như các Rep, số khác gắn trên mạch 5’ –
3’ như helicase II và III.

•

-Các mạch đã tách rời sẽ được ổn định dưới dạng mạch đơn nhờ các
protein SSB (Single Strand Binding – liên kết với mạch đơn). Các protein
này gắn lên khắp phần mạch đơn làm cho hai mạch không kết hợp trở lại
được. Mạch khuôn được sử dụng đến đâu thì các protein SSB được giải
phóng khỏi khuôn đến đó.


• b, Giai đoạn kéo dài: Tổng hợp
mồi RNA
•

•

Các DNA polymerase chỉ có thể tổng
hợp DNA bằng cách kéo dài một mồi
RNA đã bắt cặp sẵn trên khuôn. Như
đã biết, mồi này được tổng hợp nhờ
hoạt tính của enzyme primase có
trong phức hợp primosome.

Sự tổng hợp mạch mới diễn ra theo
kiểu bán gián đoạn, kéo dài mồi RNA


•

•

•

•

+DNA polymerase III là một phức hợp dimer. Mỗi phần gồm nhiều đơn vị
gắn với nhau, chịu trách nhiệm tổng hợp một mạch đơn DNA nhằm đảm
bảo cho tốc độ tổng hợp của cả hai mạch bằng nhau. Đơn vị α có hoạt tính
polymerase thật sự. Đơn vị ε có chức năng đọc sửa nhờ hoạt tính
exonuclease 3’- 5’, từ đó làm tăng tính chính xác trong tái bản. Đơn vị β
giúp gắn polymerase vào DNA. Đây là nhân tố duy trì, khác nhau ở hai
mạch khuôn, quy định độ dài của đoạn DNA được tổng hợp ở mạch tới
(dài) khác với ở mạch chậm (ngắn).
+DNA polymerase III bắt đầu tái bản trên mỗi mạch khuôn bằng cách
gắn vào mạch (nhờ đơn vị β) và lắp các nucleotide bổ sung vào vị trí tương
ứng, kéo dài đoạn mồi RNA đã bắt cặp sẵn trên khuôn từ đầu 3’OH tự do
của mồi (nhờ đơn vị α). Các DNA polymerase có tính đặc hiệu cao, chỉ
thêm nucleotide vào đầu 3’OH của mạch đang tổng hợp.
+Ngoài chức năng polymer hóa theo hướng 5’ - 3’, DNA polymerase
III còn có khả năng sửa sai nhờ hoạt tính exonuclease theo hướng 3’- 5’.
Exonuclease là hoạt tính enzyme cắt DNA từ đầu mút một mạch. Trên
đường di chuyển để tổng hợp mạch mới, nếu gặp chỗ nucleotide vừa lắp
sai vị trí, DNA polymerase III sử dụng hoạt tính exonuclease 3’- 5’ cắt lùi lại

để bỏ nucleotide sai và lắp cái đúng vào rồi tiếp tục tái bản (đơn vị ε).
+Quá trình tái bản DNA ở E.coli diễn ra với tốc độ nhanh, có thể đến
50.000 nucleotide/phút.


-Hoàn chỉnh sợi mới tổng hợp
Trên mạch chậm, sau khi mỗi
đoạn DNA được kéo dài, mồi
RNA bị dời đi nhờ hoạt tính
exonuclease 5’–3’ của DNA
polymerase I và sẽ bị enzyme
RNase H phân hủy. Các chỗ
trống mà mồi để lại sẽ được thay
bằng trình tự DNA một cách
chính xác nhờ kết hợp hoạt tính
polymerase 5’ – 3’ (kéo dài đầu 3’
của đoạn Okazaki trước) với hoạt
tính exonuclease 3’ – 5’ (đọc và
sửa sai) của DNA polymerase I.
Cuối cùng, ligase sẽ nối tất cả
các đoạn DNA trên mạch mới
tổng hợp lại với nhau.


• c, Giai đoạn kết thúc tái bản và phân chia tế bào
•
•
•
•
•

•

•

•
•

-Hai chạc ba tái bản sẽ gặp nhau ở khoảng 180o đối diện với OricC. Quanh vùng kết
thúc này có vài điểm làm dừng lại sự tái bản bằng cách gắn với một sản phẩm của gen tus,
đó là một nhân tố kỳm hãm hoạt động helicase của Dna B.
-Khi sự tái bản hoàn tất, hai phân tử DNA vòng vẫn còn dính với nhau. Một
topoisomerase loại II có tên là topoisomerase IV sẽ tách rời chúng để sau đó hai nhiễm sắc
thể con sẽ được phân phối vào hai tế bào con.
-Tái bản DNA eukaryote
Sự tái bản ở eukaryote vẫn còn những điều chưa tường tận nhưng các dữ liệu thu
được cho thấy hệ thống này khá gần với hệ thống tái bản ở prokaryote. Khác biệt chủ yếu là
ở các loại DNA polymerase tham gia vào quá trình.
-Điểm khởi đầu tái bản và giai đoạn khởi đầu:
+Vì sự phức tạp trong cấu trúc của chất nhiễm sắc, tốc độ di chuyển của các chạc ba
tái bản ở eukaryote chỉ đạt khoảng 50 bp/giây. Với tốc độ này, nếu chỉ sử dụng hai chạc ba tái
bản, phải mất 30 ngày mới tái bản xong một phân tử DNA nhiễm sắc thể điển hình của động
vật hữu nhũ với kích thước 105 kb. Do đó cần phải có nhiều đơn vị tái bản trong một tế bào,
điển hình như ở động vật hữu nhũ là 50.000 – 100.000 đơn vị tái bản.
+Ở eukaryote, có khoảng 20 – 50 đơn vị tái bản khởi đầu cùng lúc tại mỗi thời điểm,
xuyên suốt phase S. Phần tái bản sớm nhất chủ yếu bao gồm nguyên nhiễm sắc chất
(euchromatin), tức là phần DNA có hoạt động phiên mã. Trong khi đó, dị nhiễm sắc chất
(heterochromatin) được hoạt hóa muộn hơn và phần DNA của tâm động (centromere) và
đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere) được tái bản sau cùng. Điều này phản ánh khả năng đáp
ứng khác nhau của những cấu trúc nhiễm sắc chất với nhân tố khởi đầu.
+Các trình tự khởi đầu ở động vật hữu nhũ chưa được phân lập nhưng người ta tin

rằng sự khởi đầu của mỗi đơn vị tái bản có lẽ diễn ra tùy ý bên trong một vùng khởi đầu có
thể dài đến vài kb và là một phần của trình tự DNA lặp lại trung bình.
+Khác với prokaryote, các đơn vị tái bản của eukaryote chỉ khởi đầu một lần trong mỗi
chu trình tế bào. Một protein gọi là nhân tố cho phép (licensing factor) cần thiết cho sự khởi
đầu và tái hoạt hóa chỉ có khả năng tiếp cận vào nhân khi màng nhân tan đi, vì thế ngăn chặn
được việc tái khởi đầu trước hạn định.



•
•
•
•

•
•

•
•

Polymerase β: Có chức năng giống DNA polymerase I ở prokaryote, nghĩa là
tổng hợp đi kèm với sửa sai và hoàn chỉnh mạch mới sau khi mồi RNA được
loại bỏ.
Polymerase δ và polymerase ε : Có chức năng kéo dài DNA. Trong đó khả
năng tổng hợp đoạn DNA dài nhất thuộc về polymerase δ với sự trợ giúp của
PCNA. Cả hai enzyme này đều có khả năng đọc và sửa sai.
Polymerase : Được tìm thấy trong ti thể, chức năng chưa rõ.
+Ngoài các polymerase kể trên, hệ thống tái bản ở eukaryote còn có sự
tham gia của nhiều protein chuyên biệt như PCNA (Proliferating Cell Nuclear
Antigen - kháng nguyên trong tế bào đang phân chia) có chức năng hoạt hóa

các polymerase δ và ε, các nhân tố tái bản A và C (Replication Factor, RF -A,
RF - C) cần cho hoạt động của các polymerase α và δ...
-Tái bản ở đoạn cuối nhiễm sắc thể (telomere replication):
+Hai đoạn cuối của nhiễm sắc thể dạng thẳng không thể được tái bản
đầy đủ bởi vì không thể kéo dài DNA từ đầu 5’ của mạch mới tổng hợp sau
khi đã loại bỏ mồi RNA. Do đó thông tin di truyền sẽ mất dần khỏi DNA sau
mỗi đợt tái bản.
+Để giải quyết vấn đề này, đoạn cuối mỗi nhiễm sắc thể eukaryote bao
gồm hàng trăm bản sao một trình tự đơn giản, không mã hóa (ví dụ như
TTAGGG ở người) với đầu 3’ nhô ra so với đầu 5’.
+Telomerase là một enzyme duy trì độ dài của telomere. Enzyme này có
chứa một phân tử RNA ngắn. Một phần trình tự của RNA này bổ sung với
trình tự lặp của telomere, do đó nó có thể hoạt động như một mạch khuôn để
kéo dài các trình tự lặp từ đầu 3’ tự do của telomere bằng cách tổng hợp rồi
dịch chuyển liên tiếp nhiều lần.


•

•

+Các eukaryote đơn bào, chẳng
hạn như nấm men, nhờ vào hoạt
động của telomerase mà duy trì
telomere, từ đó bảo vệ tế bào khỏi
sự mất thông tin di truyền. Thế
nhưng ở các sinh vật eukaryote
đa bào, ở các tế bào sinh dưỡng,
gen mã hóa telomerase bị kỳm
hãm. Vì thế, qua mỗi đợt phân

bào, các nhiễm sắc thể ngắn dần
đi cho đến khi chạm tới các trình
tự mã hóa của DNA, tế bào sẽ già
đi và chết. Trong nuôi cấy tế bào
sinh dưỡng, hầu hết các tế bào
chỉ phân chia 30-40 hoặc 50 lần
rồi chết.
+Ở các tế bào ung thư, sự
tái hoạt hóa hoạt động của
telomerase khiến cho các tế bào
này có khả năng bất tử.


CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG
NGHE