SỰ SAO CHÉP ADN
Ths. Nguyễn Thanh Tố Nhi
SAO CHÉP ADN
Khái niệm
Sự sao chép của ADN
Sửa sai khi sao chép và khi không sao chép
KHÁI NIỆM
SAO CHÉP ADN
TẠI SAO CẦN CÓ QUÁ
TRÌNH SAO CHÉP ADN???
KHÁI NIỆM
SAO CHÉP ADN
Là sự khởi đầu cần thiết cho sự sinh sản
ADN hay ARN (ở virus) là nơi cất giữ thông tin di truyền
Tế bào phân chia, ADN phải được sao chép để đảm bảo thông
tin di truyền được chuyển cho tế bào con
Yếu tố vật lý, hóa học, … có thể tác động lên ADN phá hủy
ADN có thể sữa chữa được hoặc làm chết TB hoặc biến đổi
gen di truyền sang thế hệ sau
KHÁI NIỆM
SAO CHÉP ADN
ADN
Mạch đôi, xoắn kép: 2 chuỗi polynucleotid xoắn quanh
1 trục theo hướng ngược nhau
Đường deoxyribose (5C)
Gốc phosphat
Các base nitơ Adenin, Guanin, Cytosin và Thymin
SAO CHÉP ADN
SỰ SAO CHÉP CỦA ADN
Mô hình sao chép ADN
Các yếu tố cần thiết cho sự sao chép ADN
Các ADN polymerase
Quá trình sao chép ADN ở E.coli
Sao chép ADN ở tế bào nhân thật
Sự sao chép ở virus & phage
SAO CHÉP ADN
MÔ HÌNH SAO CHÉP ADN
3 Giả thuyết
Bảo tồn
Bán bảo tồn
Phân tán
Bảo tồn: phân tử ADN con: gồm 2 chuỗi hoàn toàn mới
Bán bảo tồn: phân tử ADN con: gồm 1 chuỗi mẹ kết hợp với 1 chuỗi mới được tổng hợp
SAO CHÉP ADN
MÔ HÌNH SAO CHÉP ADN
DNA in CsCl gradient
TN của Meselson & Stahl: CM Cơ chế sao chép là bán bảo tồn
SAO CHÉP ADN
PHẢN ỨNG SAO CHÉP
d(NMP)n + dNTP
d(NMP)n+1 + PPi
Phản ứng sao chép diễn ra giữa 3’-OH & 5’-PO4
SAO CHÉP ADN
PHẢN ỨNG SAO CHÉP
d(NMP)n + dNTP
d(NMP)n+1 + PPi
Mạch ADN được kéo dài nhờ sự thành lập liên kết phosphodiester giữa mạch cũ và nucleotid mới
SAO CHÉP ADN
CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT
Khuôn mẫu
Mg2+
4 loại deoxyribonucleotid triphosphat (dNTP): A, T, G, C
Enzyme ADN polymerase
Primase
RNAse H
ADN ligase
SSB protein – single strand binding protein
Helicase
Topoisomerase I, II
SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE
Là ADN polymerase phụ thuộc ADN
Hoạt tính
hướng 5’ – 3’
kéo dài chuỗi ADN
Xúc tác sự thành lập liên kết phosphodiester: polymer hóa theo
Exonuclease 3’ 5’
Exonuclease 5’ 3’
E. coli: ADN polymerase I, II, III, IV & V
Nhân thật: ADN polymerase α, β, γ, δ và ε
SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE
SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE
Lõi xúc tác: α (ADN polymerase), ϵ (exonuclease 3’ – 5’), θ
(kích thích exonuclease 3’ – 5’)
ح: liên kết 2 lõi xúc tác
Phức kẹp: cấu tạo bởi β
Phức γ gồm 5 protein “phức tải kẹp”: đặt kẹp lên sợi ADN
SAO CHÉP ADN
ADN POLYMERASE
Hoạt tính
DNA polymerase
I
II
III
Polymer hóa 5’ 3’
Có
Có
Có
Có
Không
Không
Exonuclease 5’ 3’ (hủy mồi)
Có
Exonuclease 3’ 5’
Có
Có
SAO CHÉP ADN
Vai trò các ADN polymerase
ADN polymerase III: enzym sao chép chính/sợi sớm, sợi muộn
ADN POLYMERASE
SAO CHÉP ADN
QUÁ TRÌNH SAO CHÉP
KHỞI ĐẦU: Tạo chạc ba/chĩa ba sao chép
Sao chép liên tục / sợi sớm
KÉO DÀI:
Sao chép không liên tục / sợi muộn
KẾT THÚC
QT SAO CHÉP
Khởi đầu sao chép
E.coli, bắt đầu
khi Protein B nhận
biết điểm khởi sự
sao chép (OriC):
giàu A-T (254 cặp
base)
QT SAO CHÉP
Khởi đầu sao chép
Gyrase (topoisomerase II)
tháo xoắn ADN
Helicase (ATP:
tách mạch
cofactor):cắt lk hydro,
giữ sợi đơn không chập lại
SSB protein gắn vào,
2 chạc ba sao chép
từ 1 bong bóng sao chép
QT SAO CHÉP
Kéo dài sao chép
Tại 1 chạc ba sao chép Tạo mồi • Là ARN cung cấp đầu 3’-OH tự do • Kích thước 5-10 base • Enzym tạo mồi: Phức hợp có hoạt tính
Primase + N-protein = Primosome
Không hoạt động được
Nhận diện vị trí gắn mồi
QT SAO CHÉP
Kéo dài sao chép
Sao chép /sợi sớm
• Sợi sớm: sợi con bổ sung với mạch khuôn 3’ 5’
• Sao chép liên tục theo hướng 5’3’
• ADN polymerase III: gắn vào mạch khuôn (3’5’),
lắp nucleotid bổ sung và kéo dài mạch
QT SAO CHÉP
Kéo dài sao chép
Sao chép/sợi muộn
• Sợi muộn: sợi con bổ sung với mạch khuôn ADN 5’3’
• Hướng sao chép 5’3’: sao chép ko liên tục
• ADN pol III gắn vào, kéo dài mồi theo hướng 5’3’ tạo
các đoạn Okazaki (1000-2000 nu)
• ADN pol I cắt bỏ mồi (exonuclease 5’ – 3’), lấp đầy các
nucleotid ADN vào chỗ trống
• Ligase
nối các đoạn
Okazaki lại
QT SAO CHÉP
Kết thúc sao chép
Sự kéo dài được giáp vòng hay đến đầu mút của ADN
Kết thúc sao chép, 2 sợi đôi ADN lồng vào nhau vòng lồng
ghép
Cần topoisomerase II (gyrase) để tách 2 ADN vòng bị lồng
vào nhau (catena)
SAO CHÉP ADN
QUÁ TRÌNH SAO CHÉP
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
Sao chép ADN theo 2 chiều cùng một lúc tạo cấu trúc siêu xoắn
dương phía trước chạc ba
Kết thúc sao chép: 2 sợi ADN con lồng nhau cần tháo xoắn
(siêu xoắn âm)
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
Giải pháp ngăn chặn siêu xoắn
Topoisomerase I:
Không cần ATP
Cắt khía 1 sợi ADN, ADN xoay quanh sợi còn lại mất xoắn
Topoisomerase II (gyrase):
Cắt 2 sợi ADN, làm mất đi vòng lồng ghép
Cần ATP
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
SAO CHÉP ADN
VAI TRÒ 1 SỐ PROTEIN
Protein
Chức năng
Protein B
Nhận biết điểm Ori
N-protein
Cho phép primase hoạt động
Primase
Tổng hợp mồi ARN
Helicase
Cắt liên kết hydro, tách mạch
SSB-protein
Ổn định sợi ADN đơn
ADN polymerase III
Tổng hợp ADN
ADN topoisomerase I
Cắt khía 1 sợi đơn ADN
ADN topoisomerase II
Cắt khía cả 2 sợi đơn ADN, tháo xoắn, cắt rời
(gyrase)
vòng catena
ADN ligase
Nối các đầu của polynucleotit đã hình thành
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP ADN Ở TBNT
replicon: đơn vị sao chép
ADN TBNT có nhiều
cerevisiae có 500 replicon,
Saccharomyces
tức 500 điểm Ori
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP ADN Ở TBNT Cơ chế: tương tự tế bào nhân nguyên thủy
Polymerase δ tổng hợp sợi sớm
Polymerase α tổng hợp sợi muộn
Polymerase β: sửa sai
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP ADN Ở TBNT
Sao chép ADN TBNT # nhân sơ:
Tốc độ di chuyển ADN polymerase chậm hơn: Do ADN đóng
cuộn trong NST & dài hơn
Tốc độ sao chép nhanh hơn: chứa lượng lớn enzym & điểm
replicon (Ori)
Các đoạn Okazaki nhỏ hơn, khoảng 40 – 300 base
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP ADN TY THỂ
Enzym sao chép: ADN polymerase γ
Bắt đầu ở 1 sợi ADN gốc
Sự sao chép tiến hành chưa được ½
tạo cấu trúc chữ D
đường bắt đầu sao chép sợi còn lại
ADN ty thể
Topoisomerase II: tách đôi 2 vòng kép
SỰ SAO CHÉP ADN
CÁC KiỂU SAO CHÉP
ADN vòng, sợi đôi có 2 kiểu sao chép: theta & lăn vòng
KIỂU THETA:
Sao chép xảy ra theo 2 chiều cùng lúc tại 1 điểm Ori
Sản phẩm ADN mạch vòng
SỰ SAO CHÉP ADN
CÁC KiỂU SAO CHÉP
KIỂU LĂN VÒNG:
1 trong 2 mạch làm khuôn, giữ nguyên
cấu trúc & xoay trong quá trình sao chép
Sản phẩm là ADN mạch thẳng
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP KIỂU DẠNG THẲNG
Vấn đề: Bộ gen ngắn hơn sau mỗi lần được sao chép
Phage T7:
thành lập phức
nối
Phage λ vòng
hóa bộ gen nhờ
trình tự cos
SAO CHÉP ADN DẠNG THẲNG Ở VIRUS & PHAGE SAO CHÉP ADN
Phage T7: bộ gen là
PHAGE T7
Trình tự cos: 160 bp
ADN sợi đôi, thẳng
đầu tiên bên trái (3’-
OH) ≈ 160 bp cuối
cùng bên phải (3’-
OH)
SAO CHÉP ADN DẠNG THẲNG Ở VIRUS & PHAGE SAO CHÉP ADN
PHAGE T7
SAO CHÉP ADN DẠNG THẲNG Ở VIRUS & PHAGE SAO CHÉP ADN
PHAGE LAMDA
Bộ gen: ADN sợi đôi, thẳng
Vị trí cos ở 2 đầu mút bộ gen dài 12 Nu: bộ gen thẳng
Khi xâm nhiễm E.coli,
vòng đôi
vòng hóa bộ gen
phage bơm ADN vào,
tránh bị cắt bởi
exonuclease
SAO CHÉP ADN DẠNG THẲNG Ở VIRUS & PHAGE SAO CHÉP ADN
PHAGE LAMDA
theo mô hình theta
GĐ sớm (kéo dài ~ 15’): sao chép
GĐ muộn: sao chép theo kiểu lăn
vòng
Sản phẩm: ADN thằng kéo dài
chứa nhiều bản sao liên tiếp, cách
nhau bằng các trình tự cos
cắt ADN dài thành nhiều bản sao
Terminase: nhận diện trình tự cos,
đơn của phage
SỰ SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP Ở VIRUS & PHAGE
PHAGE M13
Bộ gen: ADN sợi đơn, vòng
Phụ thuộc bộ máy sinh tổng hợp của E.coli
Khi xâm nhiễm
E.coli, bơm ADN
bởi SSB protein
vào & bao bọc
SỰ SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP Ở VIRUS & PHAGE
PHAGE M13
Tổng hợp ADN sợi đôi: thể sao chép RF1 nhờ cấu trúc kẹp tóc
sợi đôi trên ADN phage
Sao chép theo kiểu lăn vòng nhờ gp 2 endonuclease
Sản phẩm: ssADN vòng (sợi mới tạo ra được nối thành vòng)
ADN sợi đôi RF
SỰ SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP Ở VIRUS & PHAGE
SAO CHÉP ADN
QUÁ TRÌNH SỬA SAI
Sửa sai trong quá trình sao chép
Nhân nguyên thủy: ADN polymerase I và III vừa polymer hóa
Tần suất sai sót invitro: 10-5, invivo: 10-9
vừa sửa sai nhờ hoạt tính exonuclease 3’ – 5’
Nhân thật: ADN polymerase β, δ và ϵ; ADN polymerase α
KHÔNG có hoạt tính sửa sai
Ty thể: polymerase γ không có hoạt tính exonuclease
SAO CHÉP ADN
QUÁ TRÌNH SỬA SAI
SAO CHÉP ADN
QUÁ TRÌNH SỬA SAI
Sửa sai khi không sao chép:
Enzym chuyên biệt (~ 50 enzyme) dò tìm và sửa sai
THANKS FOR YOUR ATTENTION
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
QT SAO CHÉP
Kết thúc sao chép
Sự kéo dài được giáp vòng hay đến đầu mút của ADN
ADN vòng cần topoisomerase II để tách 2 DNA bị lồng vào nhau
SAO CHÉP ADN
CẤU TRÚC THETA
Tháo xoắn ADN tạo chẻ 3 sao chép hiện tượng siêu xoắn
Tháo xoắn sợi kép siêu xoắn (-) (ngược chiều, giảm số vòng)
Xoắn thêm siêu xoắn dương (cùng chiều, tăng số vòng)
SAO CHÉP ADN
SAO CHÉP ADN Ở TBNT
CHU KỲ TẾ BÀO
Pha G1: chuẩn bị cho sinh
tổng hợp.
Pha S: Pha tổng hợp, nhân
đôi DNA, tổng hợp histone
Pha G2: chuẩn bị cho phân
Pha M: GĐ phân chia của
chia
phân chia, chu kỳ ngừng trệ,
TB gồm 4 kỳ. Nếu TB không
TB bước vào pha G0
