Chương 4 Tái bản của DNA

1. Chương 4Tái bản của DNA

2. Sinh sản: sự liên tục của tính kế thừa, đòi hỏi tái bản chính xác của vật liệu DT • Mô hình tái bản phân tử DNA tìm thấy trong tế bào E.coli • Vật chất di truyền ở các cơ thể sống là DNA sợi kép (virus không được coi là dạng sống có cấu trúc tế bào) • Hai sợi của DNA được tổng hợp theo 2 cách khác nhau: một sợi được tổng hợp liên tục, còn sợi kia tổng hợp gián đọan (tổng hợp các đọan Okazaki, sau đó các đọan này nối lại với nhau.

3. 4.1 Các mô hình tái bản DNA: bảo toàn, bán bảo toàn và phân tán • Mô hình chuỗi xoắn kép của Watson và Crick là chìa khóa để giải thích khả năng tái bản và tái bản chinh xác của DNA • Nguyên tắc bổ sung cho 2 sợi đơn là mấu chốt của quá trình tái bản • Vấn đề là sự phân bố phân tử mẹ trong phân tử con

4. 4.1.1 Mô hình bán bảo toàn (Semiconservative): tất cả các phân tử của phân tử DNA mẹ thành một sợi DNA con mà không bị sắp xếp lại và sợi DNA tạo ra hòan tòan mới 4.1.2 Mô hình bảo toàn (Conservative): hai sợi của phân tử DNA mẹ làm khuôn mẫu cho 2 sợi phân tử con và đi đôi với nhau 4.1.3 Mô hình phân tán (Dispersive): phân tử của DNA đều có mặt trong phân tử con nhưng ở dạng các đọan nằm rải rác trong phân tử con

5. Figure 20.1

6. Thí nghiệm của Meselson và Stahl Meselson và Stahl dùng kỹ thuật ly tâm gradient nồng độ (dung dịch CsCl2) Ly tâm với tốc độ cao, các phân tử bị đẩy tới vùng chênh lệch nồng độ bởi lực ly tâm

7. Figure 20.2

9. 4.2 Các thành phần cần thiết cho tái bản DNA ở prokaryot • Phân tử DNA khuôn • Điểm khởi đầu • Các protein • Các nucleotide • Các enzym

10. 4.2.1 DNA khuôn • Quá trình tổng hợp các sợi DNA mới cần có các sợi DNA gốc là khuôn • Các nucleotide lựa chọn phù hợp các nucleotide trên sợi khuôn • Thông tin trên sợi DNA gốc dùng để tạo thông tin trên sợi bổ sung

11. 4.2.2 Điểm khởi đầu • Điểm khởi đầu tái bản: 245 bp • Khởi đầu tái bản trải qua 3 bước: 1/ Nhận biết đoạn khởi đầu, 2/ phá vỡ liên kết hydrogen, 3/ gắn enzym helicase

12. 4.2.3 Protein • AdnA: nhận biết và bám vào đoạn khởi đầu tái bản • Phức hợp AdnB và AdnC điều khiển bởi AdnA • SSB có vai trò giữ cho 2 sợi đơn tách nhau.

13. Protein machinery for DNA replication

14. 4.2.4 Nucleotide • 4 loại nucleotide: dATP, dGTP, dCTP và dTTP: hợp chất cao năng • Để tổng hợp các nucleotide cao năng cần 2 hệ thống phản ứng enzym. • Nucleotide có 3 vai trò: + Đơn vị cấu trúc + trật tự của nó là nội dung thông tin di truyền + là nguồn năng lượng cho họat động tổng hợp

15. 4.2.5 Enzym • Gyrase: làm giảm sức căng bằng phá vỡ không liên tục các lk phosphodiester. Thường có khoảng 10 Nu thì 1 lk bị phá vỡ • Helicase: hoạt tính của helicase là đặc tính của protein AdnB và protein Rep, sự kết hợp của 2 protein này được gọi là enzym helicase. Các protein cùng với protein SSB tách rời hai sợi của phân tử DNA bằng phá vỡ lk hydrogen

16. Helicase The Role of DNA Gyrase

17. Supercoiled DNA Helicase Vai trò của DNA Gyrase Gyrase

18. The Role of DNA Gyrase Gyrase

19. The Role of DNA Gyrase Gyrase

20. The Role of DNA Gyrase Gyrase

21. The Role of DNA Gyrase Gyrase

22. The Role of DNA Gyrase Gyrase

23. The Role of DNA Gyrase Gyrase

24. The Role of DNA Gyrase Gyrase

25. The Role of DNA Gyrase Gyrase

26. The Role of DNA Gyrase Gyrase

27. RNA polymerase và primase: tổng hợp đoạn RNA ngắn gọi là mồi • DNA polymerase III: một trong 2 enzym giữ vai trò tái bản. • DNA polymerase I: có 3 hoạt tính: + Tạo chuỗi DNA + Cắt chuỗi DNA theo chiều 5’-3’ + Cắt chuỗi DNA theo chiều 3’-5’ đọc và sửa • Ligase: nối các đoạn DNA trong quá trình tái bản, sửa chữa và tái tổ hợp

28. Structures of DNA polymerase during polymerizing and editing E: exonucleolytic; P: polymerization

29. Supercoiled DNA relaxed by gyrase & unwound by helicase + proteins: 5’ SSB Proteins Okazaki Fragments ATP 1 Polymerase III 2 Helicase + Initiator Proteins 3 Lagging strand 3’ primase base pairs 5’ Polymerase III RNA primer replaced by polymerase I & gap is sealed by ligase 5’  3’ Leading strand RNA Primer 3’

30. DNA ligase seals the gaps between Okazaki fragments with a phosphodiester bond (Fig. 3.7)

31. 4.3 Tái bản DNA sợi kép ở prokaryot Tái bản DNA của E.coli được điều khiển chặt chẽ và chỉ xảy ra một lần cho mỗi kỳ phân bào • Thời gian tái bản liên quan với các điều kiện sinh lý, sinh hóa trong phân chia tế bào • Thời gian điều khiển sao cho DNA chỉ nhân đôi một lân trong quá trình phân chia • Khởi đầu cho tái bản chỉ xảy ra cho điều kiện thuận lợi của sự phát triển tế bào

32. 4.3.1 Tái bản DNA nửa gián đoạn a, Khởi đầu tái bản B, Sự hình thành primosome C, Tổng hợp sợi dẫn đầu (Leading strand) D, Tổng hợp sợi theo sau (Lagging strand)

33. DNA replication Fork

34. Lagging strand synthesis

35. Topoisomerase PCNA MCM proteins RPC

36. Khởi đầu tái bản

37. Sự hình thành primosome

38. SSBs DNA Polymerase III Helicase Leading Strand DNA Ligase DNA Polymerase I DNA Pol III Primase Lagging Strand Primer

39. 4.3.2 Tổng hợp DNA theo hai chiều a/ DNA Virus dạng thẳng b/ Plasmid c/ Phần lớn các cơ thể sống

40. Replication of Bacterial DNA from a Single Origin Single replication origin in bacteria.

41. Tóm tắt quá trình tái bản ở vi khuẩn

42. A Summary of DNA Replication in Bacteria

43. 4.4 Tái bản DNA ở Eukaryot • Eukaryot có kích thước và số lượng lớn hơn • Thời gian cần tái bản 6-8h, ở E.coli – 40 phút • Có nhiều điểm khởi đầu tái bản trên NST, cách nhau 20 kb • Tái bản 2 chiều bắt đầu tại 1 điểm và tiếp tục khi 2 chạc tái bản của 2 điểm khởi đầu kế nhau nhập làm một • Tốc độ t/b 10-100 Nu/s, ở prokaryot – 1.500 Nu/s • Trong phase G1 • DNA nhân đôi trong phase S của chu kỳ tb • Có 5 DNA polymerase

45. Multiple Replicons in Eukaryotic DNA • Replicon: each region served by one origin. • Several thousand replicon in large eukaryotic cells. • 50-300 kb each

46. 4.5 Tính chính xác của quá trình tái bản • 1 sai sót trong 1 tỷ cặp base ở E.coli, hay 1 sai sót/1.000 tế bào • Hai cơ chế: tránh sai sót và sửa sai sót