Tái bản gen ở virus, prokaryote, eukaryote

Đề tài: Tái bản gen ở virus,
prokaryote, eukaryote

Thành viên thực hiện:


Bạn biết gì về sự tự nhân đôi AND???

•

Là quá trình hình thành hai phân tử ADN mới từ phân tử ADN ban đầu

•

Là cơ sở cho sự tự nhân đôi NST trong quá trình phân bào

•

Vị trí: trong nhân tế bào đối với động vật nhân thực và vùng nhân tế bào đối với sinh vật nhân sơ

•

Thời điểm: Xảy ra trong pha S của kì trung gian


Đặc điểm chung

1.

Các liên kết hydro giữa hai mạch phải bị phá vỡ

2.

Phải có sự tham gia của cả 4 loại nucleosides triphosphates: dATP, dTTP, dGTP, dCTP

3.

Phải có đoạn mồi(primer) để bắt cặp với mạch khuôn

4.

Có sự tham gia của các enzyme đặc hiệu

+) topoisomerase

+) helicase

+) protein SSB

+) primase

+) RNA mồi

+) DNA polymerase


Topoisomerase

Chức năng: tháo xoắn tại điểm gốc và duỗi thẳng
mạch ADN

Helicase

Chức năng: cắt đứt liên kết hidro, tạo nên 2 chạc ba tái bản ở hai
bên điểm gốc và hoạt động suốt chiều dài mạch AND dọc theo
mạch khuôn


Protein SSB
Chức năng: làm căng mạch tạo điều kiện cho việc sao chép được dễ
dàng

Primase
Chức năng: tạo đoạn mồi (ARN prime) có
khoảng 10 ribonucleotde


DNA polymerase
•

Đây là enzyme chủ yếu của sự tái bản, chịu trách nhiệm tổng hợp hai chuỗi DNA ở chạc tái bản.

•

Có ba loại DNA polymerase khác nhau, được ký hiệu là I, II và II.

•

Cơ chế và vai trò của các enzyme DNA polymerase cũng rất khác nhau.

ADN polymerase I: cắt ARN mồi tổng hợp mạch polinucleotide
ADN polymerase II: sửa sai khi nối các đoạn okazaki
ADN polymerase III: Lắp ráp nu, kéo dài mạch đơn mới


ADN ligase

Chức năng: nối các đoạn okazaki


Vài nét về VIRUS
*
* Virus
Virus là
là dạng
dạng sống
sống đơn
đơn giản,
giản, chưa
chưa có
có cấu
cấu tạo
tạo tế
tế bào.
bào. Có
Có nhiều
nhiều hình
hình dạng
dạng và
và kích

kích thước
thước khác
khác nhau:
nhau: hình
hình que,
que, hình
hình cầu,
cầu, hình
hình đa
đa diện
diện nhiều
nhiều mặt…..
mặt…..

Cấu
Cấu tạo
tạo :: -Vỏ
-Vỏ ngoài
ngoài là
là protein
protein
-Bên
-Bên trong
trong lõi
lõi là
là acid
acid nucleic.
nucleic.

*Virus

*Virus sống
sống kí
kí sinh
sinh bắt
bắt buộc
buộc trong
trong tế
tế bào
bào sống
sống của
của mọi
mọi sinh
sinh vật
vật (( vi
vi khuẩn,
khuẩn, động
động vật
vật và
và thực
thực vật
vật ))

*Loại
*Loại virus
virus kí
kí sinh
sinh vi
vi khuẩn
khuẩn gọi
gọi là

là thực
thực khuẩn
khuẩn thể
thể -- bacteriophage,
bacteriophage, viết
viết tắt
tắt là
là phage.
phage. Khi
Khi xâm
xâm nhiễm
nhiễm vào
vào tế
tế bào
bào vật
vật
chủ,
chủ, phần
phần lõi
lõi của
của virus
virus được
được đưa
đưa vào
vào tế
tế bào
bào vật
vật chủ,
chủ, phần
phần vỏ

vỏ protein
protein nằm
nằm bên
bên ngoài
ngoài tế
tế bào,
bào, không
không tham
tham gia
gia quá
quá trình
trình
tái
tái bản
bản của
của virus.
virus.


***Phần
***Phần vỏ
vỏ Virus
Virus (( Capsid
Capsid )) :: Cấu
Cấu tạo
tạo bởi
bởi các
các capsom
capsom ,, mỗi
mỗi capsom

capsom do
do 1
1 số
số phân
phân tử
tử protein
protein tạo
tạo nên
nên

***Phần
***Phần lõi
lõi của
của virus
virus cấu
cấu tạo
tạo từ
từ DNA
DNA hoặc
hoặc RNA.
RNA.
DNA
DNA mạch
mạch kép
kép
DNA
DNA mạch
mạch đơn
đơn
RNA

RNA mạch
mạch kép
kép
RNA
RNA mạch
mạch đơn
đơn


Do
Do có
có sự
sự đa
đa dạng
dạng như
như trên,
trên, Các
Các bộ
bộ gen
gen của
của virus
virus được
được sao
sao chép
chép theo
theo các
các cơ
cơ chế
chế khác
khác nhau:

nhau:

Các
Các DNA
DNA mạch
mạch kép
kép 
 Kiểu
Kiểu bán
bán bảo
bảo tồn,
tồn, cơ
cơ chế
chế okazaki
okazaki giống
giống như
như ở
ở vi
vi khuẩn
khuẩn và
và sinh
sinh vật
vật eukaryote.
eukaryote.

Các
Các DNA
DNA mạch
mạch đơn
đơn 

 Tái
Tái bản
bản nhờ
nhờ tổng
tổng hợp
hợp mạch
mạch (-)
(-) ,, tạo
tạo dạng
dạng tái
tái bản
bản vòng
vòng kép,
kép, từ
từ mạch
mạch (-)
(-) tổng
tổng hợp
hợp nên
nên Bộ
Bộ gen
gen của
của virus.
virus.

Các
Các RNA
RNA mạch
mạch đơn
đơn 

 Tái
Tái bản
bản nhờ
nhờ enzyme
enzyme phiên
phiên mã
mã ngược
ngược tổng
tổng hợp
hợp cDNA
cDNA mạch
mạch kép,
kép, sau
sau đó
đó phiên
phiên mã
mã tạo
tạo RNA
RNA của
của bộ
bộ gen.
gen.

Các
Các RNA
RNA mạch
mạch kép
kép 
 Tái
Tái bản

bản gen
gen giống
giống như
như virus
virus RNA
RNA mạch
mạch đơn
đơn..


Tái bản vật chất di truyền ở virus DNA mạch kép ( double – stand DNA)
Đại
Đại diện
diện điển
điển hình:
hình: Papovaviridae
Papovaviridae (( gây
gây bệnh
bệnh HPV),
HPV), adenoviridae(
adenoviridae( gây
gây bệnh
bệnh viêm
viêm họng,viêm
họng,viêm phổi…),
phổi…), herpesviridae
herpesviridae (( gây
gây bệnh
bệnh thủy
thủy đậu,

đậu, zona…),
zona…), Poxviridae
Poxviridae (( gây
gây
bệnh
bệnh đậu
đậu mùa…),
mùa…), hepadnaviridae
hepadnaviridae (( HBV
HBV gây
gây bệnh
bệnh viêm
viêm gan
gan B
Bở
ở người),….
người),….

Nguyên
Nguyên liệu
liệu của
của quá
quá trình
trình tái
tái bản:
bản: Các
Các nucleotid
nucleotid (( A.
A. T.
T. G.

G. C
C ))
Enzyme
Enzyme mở
mở xoắn
xoắn topoisomerase
topoisomerase

Enzyme
Enzyme helicase
helicase

Enzyme
Enzyme primase-RNA
primase-RNA polymerase
polymerase
Các
Các enzyme
enzyme tham
tham gia
gia vào
vào quá
quá trình
trình tái
tái bản
bản
Enzyme
Enzyme DNA
DNA polymerase
polymerase III

III

Enzyme
Enzyme Rnase
Rnase

Enzyme
Enzyme DNA
DNA polymerase
polymerase II
Enzyme
Enzyme DNA
DNA lygase
lygase


Quá trình tái bản
•

Khởi
Khởi đầu
đầu tái
tái bản
bản DNA,
DNA, enzyme
enzyme mở
mở xoắn
xoắn topoisomerase
topoisomerase gắn
gắn vào

vào phân
phân tử
tử DNA
DNA mạch
mạch kép
kép làm
làm cho
cho phân
phân
tử
tử giãn
giãn xoắn
xoắn

•

Enzyme
Enzyme helicase
helicase xúc
xúc tác
tác cắt
cắt các
các liên
liên kết
kết hydro
hydro giữa
giữa các
các bazo
bazo nito
nito tạo

tạo nên
nên chạc
chạc chữ
chữ Y(
Y( còn
còn gọi
gọi là
là chạc
chạc
tái
tái bản)
bản)

•

2
2 mạch
mạch đơn
đơn của
của phân
phân tử
tử DNA
DNA tách
tách rời
rời nhau,
nhau, nhờ
nhờ sự
sự tham
tham gia
gia của

của protein
protein SSB
SSB (single
(single strand
strand binding
binding
protein)
protein) làm
làm cho
cho trạng
trạng thái
thái mở
mở xoắn
xoắn được
được bền
bền vững.
vững. Mỗi
Mỗi phân
phân tử
tử protein
protein SSB
SSB sẽ
sẽ bám
bám vào
vào 88 nucleotit
nucleotit
trên
trên mạch
mạch đơn,
đơn, mạch

mạch khuôn
khuôn được
được sử
sử dụng
dụng đến
đến đâu
đâu các
các phân
phân tử
tử protein
protein SSB
SSB được
được giải
giải phóng
phóng đến
đến đó
đó

•

Tại
Tại vị
vị trí
trí khởi
khởi đầu
đầu tái
tái bản,
bản, phức
phức hợp
hợp enzyme

enzyme primase-RNA
primase-RNA polymerase
polymerase bám
bám vào
vào các
các mạch
mạch đơn
đơn của
của chạc
chạc
tái
tái bản
bản và
và tổng
tổng hợp
hợp nên
nên các
các RNA
RNA mồi
mồi tạo
tạo các
các nhóm
nhóm OHOH- tự
tự do
do trên
trên RNA
RNA mồi
mồi ở
ở vị
vị trí

trí 3’C
3’C


•

Enzyme DNA polymerase III tổng hợp mạch mới theo chiều từ 5’-3’

•

Vì vậy 2 mạch sẽ được tổng hợp ngược chiều nhau, 1 mạch tổng hợp liên tục, mạch còn lại gián đoạn

•

Mạch liên tục (leading strand) có chiều từ 3’-5’: chỉ cần 1 phân tử RNA mồi tham gia quá trình tổng hợp

•

Mạch gián đoạn( lagging strand) có chiều từ 5’-3’: cần nhiều phân tử RNA mồi. Các RNA mồi gắn trên
từng đoạn ngắn của mạch khuôn tạo các đầu 3’ OH- tự do, đây là điểm khởi đầu cho quá trình tái bản

•

Sau khi các RNA mồi gắn vào mạch khuôn,các mạch đơn DNA ngắn được tổng hợp theo nguyên tắc bổ
sung (mỗi đoạn có từ 1000-2000Nu )  gọi là đoạn okazaki


•

Sau khi tổng hợp các đoạn okazaki cho đến hết chiều dài của mạch, enzyme Rnase tiến vào làm nhiệm

vụ phân hủy các RNA mồi tạo ra các “lỗ hổng” trên mạch khuôn. Lúc này enzyme DNA polymerase I
xúc tác tổng hợp các Nu lấp đầy các “lỗ hổng” đó

•

Enzyme DNA lygase nối các đọan okazaki lại với nhau tạo thành mạch đơn hoàn chỉnh

•

Kết quả từ 1 phân tử DNA ban đầu sau tái bản 2 phân tử DNA mới giống nhau và giống phân tử DNA
khuôn

•

Mỗi mạch đơn mới được tổng hợp cùng mạch khuôn xoắn lại tạo nên phân tử DNA xoắn kép mới.


Tái bản vật chất di truyền của virus DNA mạch đơn
Đại diện điển hình: phage X174, phage M13,…

Cơ
Cơ chế
chế

•

Sợi đơn DNA của phage nối thành vòng gọi là sợi dương (+)

•

Sau đó, sợi dương (+) được phiên mã tạo mRNA của virus, quá trình dịch mã tạo nên protein sớm là các enzyme
của virus.

•

Nhờ các đầu dính nối lại thành vòng kín, được sử dụng làm khuôn tổng hợp một sợi đơn mới theo nguyên lý Chargaff
gọi là sợi âm (-).

•

Sợi dương (+) và sợi âm (-) tạo nên vòng DNA kép gọi là dạng tái bản RF1 ( RF1 – Replicating Form )

•

Dạng tái bản RF1 sử dụng hệ enzyme virus và các bào quan của tế bào chủ để tạo nên hàng loạt dạng tái bản RF 2.

•

Các RF2 tái bản tạo các đoạn DNA của phage mạch thẳng. Vỏ protein lắp ráp với lõi DNA tạo nên các phage mới , phá vỡ tế bào, tiếp tục xâm nhiễm các tế bào khác.


Tái bản vật chất di truyền của virus RNA mạch đơn
Đại
Đại diện
diện điển
điển hình
hình :: virus
virus đốm
đốm thuốc
thuốc lá,

lá, xoăn
xoăn lá
lá khoai
khoai tây,
tây, xoăn
xoăn lá
lá cà
cà chua,
chua, Retrovirus,
Retrovirus, virus
virus HIV,
HIV, virus
virus cúm
cúm …..
…..

Cơ
Cơ chế
chế

Sau
Sau khi
khi xâm
xâm nhiễm,
nhiễm, RNA
RNA của
của virus
virus được
được đưa
đưa vào

vào tế
tế bào
bào chủ.
chủ.

-

Virus
Virus sử
sử dụng
dụng hệ
hệ thống
thống enzyme
enzyme phiên
phiên mã
mã ngược
ngược tổng
tổng hợp
hợp 11 mạch
mạch đơn
đơn cDNA
cDNA (( mạch
mạch đơn
đơn DNA
DNA bổ
bổ sung
sung –– Complement
Complement DNA
DNA ).
).

-

cDNA
cDNA mạch
mạch đơn
đơn được
được cấu
cấu trúc
trúc lại,
lại, dạng
dạng xoắn
xoắn kép,
kép, mạch
mạch thẳng.
thẳng.

-

cDNA
cDNA xoắn
xoắn kép
kép dạng
dạng thẳng
thẳng chuyển
chuyển thành
thành cDNA
cDNA xoắn
xoắn kép
kép dạng

dạng vòng
vòng

-

Phân
Phân tử
tử cDNA
cDNA của
của virus
virus có
có thể
thể tái
tái tổ
tổ hợp
hợp với
với bộ
bộ gen
gen của
của tế
tế bào
bào chủ
chủ và
và gắn
gắn vào
vào bộ
bộ gen
gen 
 tạo
tạo nên

nên các
các provirus
provirus (( tiền
tiền virus
virus ))

.


Tế
Tế bào
bào chủ
chủ phân
phân chia,
chia, nhờ
nhờ đó
đó các
các provirus
provirus được
được nhân
nhân lên
lên với
với số
số lượng
lượng lớn
lớn

Khi
Khi gặp
gặp điều

điều kiện
kiện bất
bất lợi,
lợi, provirus
provirus tách
tách ra
ra khỏi
khỏi bộ
bộ gen
gen của
của tế
tế bào
bào chủ,
chủ, tổng
tổng hợp
hợp nên
nên RNA
RNA virus,
virus, đồng
đồng thời
thời tổng
tổng
hợp
hợp nên
nên Protein
Protein vỏ.
vỏ.

Phần
Phần vỏ

vỏ protein
protein lắp
lắp ghép
ghép với
với phần
phần lõi
lõi RNA
RNA của
của virus
virus để
để tạo
tạo thành
thành các
các virion,
virion, sau
sau 1
1 thời
thời gian
gian ngắn,
ngắn, các
các virion
virion
chuyển
chuyển thành
thành virus
virus trưởng
trưởng thành
thành ,đi
,đi xâm
xâm nhiễm

nhiễm vào
vào tế
tế bào
bào mới.
mới.


Tái bản vật chất di truyền ở virus RNA mạch kép

Đại
Đại diện
diện điển
điển hình
hình :: Retrovirus
Retrovirus

Cơ
Cơ chế
chế :: Tái
Tái bản
bản gen
gen giống
giống như
như virus
virus RNA
RNA mạch
mạch đơn,
đơn, do
do vật
vật chất

chất di
di truyền
truyền của
của virus
virus ở
ở dạng
dạng RNA
RNA mạch
mạch kép
kép
nhưng
nhưng khi
khi xâm
xâm nhiễm
nhiễm tế
tế bào
bào chủ,
chủ, chỉ
chỉ có
có 11 mạch
mạch mang
mang thông
thông tin
tin di
di truyền
truyền được
được đưa
đưa vào
vào tế
tế bào.

bào.


Sự nhân lên của virus HIV trong tế bào người



HIV là 1 loại retrovirus, là loại virus có enzyme phiên mã ngược reverse trancriptase,giúp
phiên mã. ngược từ RNA  DNA



Virus HIV được cấu tạo : lớp áo ngoài có các gai glicprotein trên bề mặt, vỏ capsid, Vật chất di truyền là
2 phân tử RNA giống nhau, có enzyme phiên mã ngược



Virus HIV sau khi xâm nhiễm tế bào chủ, vỏ protein capsid được loại bỏ, giải phóng 2 phân tử RNA
giống nhau.



Virus chỉ sử dụng 1 mạch đơn RNA để làm nhiệm vụ nhân lên, mạch đơn RNA còn lại sẽ dần tiêu biến.
Nhờ enzyme phiên mã ngược RNA được phiên mã ngược thành DNA mạch đơn  Sau đó thành DNA
mạch kép.


DNA mạch kép cài xen vào DNA của tế bào chủ, tạo thành dạng tiền virus.

Các gen của tiền virus được phiên mã  tạo thành các mRNA . Các RNA này vừa là vật chất di truyền của thế hệ sau, 1

phần tham gia dịch mã để tạo nên vỏ protein của virus.

Phần vỏ protein và lõi mang vật chất di truyền của virus được đóng gói lại, tạo thành hạt virus chưa
có áo ngoài. Mỗi hạt bao gồm : 2 RNA, enzyme phiên mã ngược và vỏ capsid.

Virus nảy chồi và rời khỏi tế bào chủ.


Tái bản gen ở prokaryote

Gồm 3 giai đoạn:

 Bắt đầu
 Kéo dài
 Kết thúc


BẮT ĐẦU

•

Protein B nhận biết điểm gốc(Ori) và gắn chặt vào đó

•

Enzyme topoisomerase gắn vào phân tử DNA mạch kép, cắt đứt 1 trong 2 mạch làm
cho phân tử DNA dãn xoắn

•

Enzyme helicase cắt đứt liên kết hydro giữa các base, tạo nên chạc ba chữ hình chữ
Y, gọi là chạc ba tái bản

•

Protein SSB gắn vào các mạch đơn DNA, làm cho trạng thái mở xoắn được bền
vững.

•

Phức hợp enzyme primase-RNA polymerase bám vào các mạch đơn của chạc tái
bản, tổng hợp nên các ARN mồi




QT tái bản bắt đầu từ 1 điểm (điểm khởi đầu sao chép – origin) sau đó lan ra
theo 2 hướng đến khi đụng vào nhau ở điểm nối đối diện, tạo thành 2 NST
vòng xoắn.



Vị trí đứt khởi đầu tái bản thường nằm ở những vùng ADN có chứa nhiều trình
tự A-T, dài từ 100 - 200bp.



Vi khuẩn chỉ có một đơn tái bản (replicon)