Chương 4: Tái bản của DNA

ươ Tái b n c a DNA

ng 4 ủ

Ch ả

ả ự ụ ủ ế ừ ỏ

b n chính xác c a v t li u DT ủ ả

• Mô hình tái b n phân t DNA tìm th y trong t • Sinh s n: s liên t c c a tính k th a, đòi h i tái ậ ệ ử ế ả ấ

bào E.coli

ề ở ậ

các c th s ng là DNA s i ợ c coi là d ng s ng có c u ơ ể ố ạ ấ ố ượ

• V t ch t di truy n ấ kép (virus không đ bào) trúc t ế • Hai s i c a DNA đ ợ ủ ượ ổ ợ

c t ng h p theo 2 cách ợ ụ

ộ ợ ượ ổ ợ ổ ổ ọ

c t ng h p liên t c, còn khác nhau: m t s i đ s i kia t ng h p gián đ an (t ng h p các đ an ợ ọ ợ i v i nhau. Okazaki, sau đó các đ an này n i l ố ạ ớ ọ

ả

ả

ắ

ỗ

4.1 Các mô hình tái b n DNA: b o ả toàn, bán b o toàn và phân tán • Mô hình chu i xo n kép c a Watson và ủ i thích kh năng

ể ả

ả

Crick là chìa khóa đ gi tái b n và tái b n chinh xác c a DNA

ả

ả

• Nguyên t c b sung cho 2 s i đ n là m u

ắ

ấ

ổ

ủ ợ ơ

ả

m trong

ố

ử ẹ

ch t c a quá trình tái b n • V n đ là s phân b phân t ự con

ố ủ ề ấ phân t ử

t

ấ DNA m thành m t c a phân t 4.1.1 Mô hình bán b o toàn (Semiconservative): t ộ ả ử ủ

ử ị ắ ẹ ế ạ i và s i DNA ợ

c các phân t ả s i DNA con mà không b s p x p l ợ t o ra hòan tòan m i ớ ạ

ợ ủ ả

4.1.2 Mô hình b o toàn (Conservative): hai s i c a DNA m làm khuôn m u cho 2 s i phân ử ẹ ẫ ợ

con và đi đôi v i nhau phân t t ử ớ

4.1.3 Mô hình phân tán (Dispersive): phân t

con nh ng ề ử

DNA đ u có m t trong phân t ư ặ d ng các đ an n m r i rác trong phân t c a ử ủ ở con ử ằ ả ạ ọ

Figure 20.1

Thí nghi m c a Meselson và Stahl

ủ

ệ

Meselson và Stahl dùng k thu t ly tâm

ậ

ỹ

ồ

gradient n ng đ (dung d ch CsCl ộ

ị

Ly tâm v i t c đ cao, các phân t ộ

ớ ố

2) b đ y ử ị ẩ i vùng chênh l ch n ng đ b i l c ly

ộ ở ự

ệ

ồ

t ớ tâm

Figure 20.2

4.2 Các thành ph n c n thi

t cho

ầ

ế prokaryot

ầ tái b n DNA ở

ả

ử

DNA khuôn ở ầ

ể

1. Phân t 2. Đi m kh i đ u 3. Các protein 4. Các nucleotide 5. Các enzym

4.2.1 DNA khuôn

• Quá trình t ng h p các s i DNA m i c n

ổ

ợ

ớ ầ

có các s i DNA g c là khuôn

ợ

ợ

ọ

• Thông tin trên s i DNA g c dùng đ t o

ể ạ

nucleotide trên s i khuôn ố thông tin trên s i b sung

ợ ố • Các nucleotide l a ch n phù h p các ự ợ ợ ợ ổ

4.2.2 Đi m kh i đ u

ở ầ

ể

ở ầ

ả ả

ậ

ể ở ầ t đo n kh i đ u, 2/ phá v liên k t ạ ế

c: 1/ Nh n ế

bi hydrogen, 3/ g n enzym helicase

• Đi m kh i đ u tái b n: 245 bp • Kh i đ u tái b n tr i qua 3 b ướ ả ỡ ở ầ ắ

4.2.3 Protein

ế

t và bám vào đo n kh i ở

ạ

• AdnA: nh n bi ậ đ u tái b n ả

ầ

• Ph c h p AdnB và AdnC đi u khi n b i ở

ề

ể

ợ

ứ AdnA

• SSB có vai trò gi

ữ

cho 2 s i đ n tách ợ ơ

nhau.

Protein machinery for DNA replication

4.2.4 Nucleotide

- 4 lo i nucleotide: dATP, dGTP, dCTP và dTTP: ạ

h p ch t cao năng ấ

ầ - Đ t ng h p các nucleotide cao năng c n 2 h ệ

ợ ể ổ ố

ề

ợ th ng ph n ng enzym. ả ứ - Nucleotide có 3 vai trò: + Đ n v c u trúc ị ấ ơ c a nó là n i dung thông tin di truy n + tr t t ậ ự ủ + là ngu n năng l ợ ồ ộ ng cho h at đ ng t ng h p ộ ượ ọ ổ

4.2.5 Enzym

• Gyrase: làm gi m s c căng b ng phá v không ứ ằ ả

ỡ ng có ườ

liên t c các lk phosphodiester. Th kho ng 10 Nu thì 1 lk b phá v ỡ ụ ả

ủ ạ

ặ ự ế ợ ủ

c g i là enzym helicase. Các ọ

ợ ủ ờ

DNA b ng phá v lk hydrogen ị • Helicase: ho t tính c a helicase là đ c tính c a ủ protein AdnB và protein Rep, s k t h p c a 2 protein này đ protein cùng v i protein SSB tách r i hai s i c a phân t ỡ ượ ớ ằ ử

The Role of DNA Gyrase

Helicase

Vai trò c a DNA Gyrase

ủ

Supercoiled DNA

Gyrase

Helicase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

The Role of DNA Gyrase

Gyrase

• RNA polymerase và primase: t ng h p đo n ạ ổ ợ

ắ ọ

RNA ng n g i là m i ồ • DNA polymerase III: m t trong 2 enzym gi vai ộ ữ

trò tái b n.ả

ạ

• DNA polymerase I: có 3 ho t tính: + T o chu i DNA + C t chu i DNA theo chi u 5’-3’ + C t chu i DNA theo chi u 3’-5’ đ c và s a ỗ ỗ ỗ ạ ắ ắ ề ề ử ọ

• Ligase: n i các đo n DNA trong quá trình tái ạ

ố b n, s a ch a và tái t h p ữ ử ả ổ ợ

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

Supercoiled DNA relaxed by gyrase & unwound by helicase + proteins:

5’

SSB Proteins

Okazaki Fragments

ATP

1

Polymerase III

2

3

Lagging strand

Helicase  + Initiator Proteins

3’

base pairs

primase

5’

Polymerase III

RNA primer replaced by polymerase I & gap is sealed by ligase

5’ fi  3’

Leading strand

RNA Primer

3’

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

ợ

ở

4.3 Tái b n DNA s i kép ả prokaryot

Tái b n DNA c a ủ E.coli đ c đi u khi n ch t ch ẽ ể ượ ặ

ỉ ả

ả và ch x y ra m t l n cho m i kỳ phân bào 1. Th i gian tái b n liên quan v i các đi u ki n ệ ộ ầ ả ề ỗ ớ ờ

sinh lý, sinh hóa trong phân chia t ế

2. Th i gian đi u khi n sao cho DNA ch nhân đôi ể ề ề bào ỉ

m t lân trong quá trình phân chia

3. Kh i đ u cho tái b n ch x y ra cho đi u ki n ệ ề

bào ỉ ả ả i c a s phát tri n t ể ế ự ờ ộ ở ầ thu n l ậ ợ ủ

4.3.1 Tái b n DNA n a gián đo n

ử

ạ

ả

ả

ầ

a, Kh i đ u tái b n B, S hình thành primosome C, T ng h p s i d n đ u (Leading strand) D, T ng h p s i theo sau (Lagging strand)

ở ầ ự ổ ổ

ợ ẫ ợ

ợ ợ

DNA replication Fork

Lagging strand synthesis

Topoisomerase

PCNA

MCM proteins

RPC

Kh i đ u tái b n

ở ầ

ả

S hình thành primosome

ự

SSBs

Helicase

DNA Polymerase III

Leading Strand

DNA Ligase

DNA Polymerase I

Primase

Primer

DNA Pol III Lagging Strand

4.3.2 T ng h p DNA theo hai chi u

ề

ợ

ổ

a/ DNA Virus d ng ạ

th ngẳ b/ Plasmid c/ Ph n l n các c th ơ ể ầ ớ

s ngố

Replication of Bacterial DNA from a Single Origin

Single replication origin in bacteria.

Tóm t

ắ

trình tái b n

vi

t quá ả ở

khu nẩ

A Summary of DNA Replication in Bacteria

Eukaryot

4.4 Tái b n DNA ả

ở

ơ

ng l n h n ố ượ ớ ở E.coli – 40 phút

ờ

1. Eukaryot có kích th ướ 2. Th i gian c n tái b n 6-8h, ả ầ 3. Có nhi u đi m kh i đ u tái b n trên NST, cách nhau ở ầ ể

c và s l ả

ề

20 kb ả

ề

ế ụ

4. Tái b n 2 chi u b t đ u t ả

ắ ầ ạ ể

ủ

i 1 đi m và ti p t c khi 2 ể ở ầ

ế

ậ

prokaryot – 1.500 Nu/s

ch c tái b n c a 2 đi m kh i đ u k nhau nh p làm ạ m tộ ố

ở

ủ

5. T c đ t/b 10-100 Nu/s, ộ 6. Trong phase G1 7. DNA nhân đôi trong phase S c a chu kỳ tb 8. Có 5 DNA polymerase

Multiple Replicons in Eukaryotic DNA

• Replicon: each region served by one origin.

• Several thousand replicon in large eukaryotic cells. • 50-300 kb each

ủ

4.5 Tính chính xác c a quá trình tái b nả c p base

ở E.coli, hay

• 1 sai sót trong 1 t 1 sai sót/1.000 t ế

ỷ ặ bào • Hai c ch : tránh sai sót và s a sai sót

ử

ế

ơ