Trong sinh học phân tử, quá trình nhân đôi DNA hay tổng hợp DNA là một cơ chế sao chép các phân tử DNA xoắn kép trước mỗi lần phân bào. Kết quả của quá trình này là tạo ra hai phân tử DNA gần như giống nhau hoàn toàn, chỉ sai khác với tần số rất thấp (thông thường dưới một phần vạn, xem thêm đột biến). Có được như vậy là do cơ chế nhân đôi thực hiện dựa trên nguyên tắc bổ sung, và tế bào có hệ thống tìm kiếm và sửa chữa các sai hỏng RNA hoạt động hiệu quả, có tích cực, chăm chỉ, cần cù, siêng năng nhưng vẫn chưa được các DNA khác phát hiện ra. Hiện nay, các cấu trúc của phân tử RNA có thể dễ dàng bị phá vỡ, không những thế, chúng còn ảnh hưởng trầm trọng tới những cấu trúc DNA khác. Điều đó sẽ làm ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta một cách nghiêm trọng.
Quá trình nhân đôi DNA ở tế bào sinh vật nhân sơ, sinh vật nhân thực và DNA của virut ( dạng sợi kép ) đều theo nguyên tắc bổ trợ và bán bảo toàn .Chứng minh quy trình nhân đôi DNA được triển khai theo nguyên tắc bán bảo toàn : chiêu thức sử dụng đồng vị phóng xạ .
Quá trình nhân đôi[sửa|sửa mã nguồn]
Để một tế bào phân chia, trước tiên nó phải nhân đôi DNA của nó. [11] Quá trình này được bắt đầu tại các điểm cụ thể trong DNA, được đặt làm mục tiêu bởi protein khởi tạo. [4] Trong E. coli, protein này là DnaA; trong nấm men, đây là phức hợp nhận diện gốc. [12] Các chuỗi được sử dụng bởi protein khởi tạo có xu hướng “giàu A,T” (giàu base adenine và thymine), bởi vì các cặp A-T có hai liên kết hydro (thay vì ba được hình thành trong một cặp G-X) và do đó dễ tách rời hơn. [13] Khi gốc đã được định vị, những protein khởi tạo này sử dụng các protein khác và tạo thành phức hợp tiền nhân bản, giải phóng DNA sợi kép.
DNA polymeraza có hoạt tính chiều 5 ′ – 3. Tất cả những mạng lưới hệ thống sao chép DNA đã cho một nhóm hydroxyl 3 ‘ tự do trước khi tổng hợp hoàn toàn có thể được mở màn ( quan tâm : khuôn DNA được đọc theo hướng 3 ′ đến 5 ‘ trong khi một mạch mới được tổng hợp theo hướng 5 ′ đến 3 ‘ — thường là đứt đoạn ). Bốn cơ chế riêng không liên quan gì đến nhau cho tổng hợp DNA được công nhận :
- Tất cả các dạng tế bào sống và nhiều virus DNA, các phage và plasmid sử dụng một enzym primaza để tổng hợp một mồi RNA ngắn với một nhóm 3′ OH tự do và sau đó được kéo dài bởi DNA polymeraza.
- Các retroelement (bao gồm cả retrovirus) sử dụng một RNA chuyển đổi để sao chép DNA bằng cách cung cấp một 3 ′OH tự do được sử dụng cho kéo dài bởi enzym phiên mã ngược.
- Trong Virus Adeno và họ φ29 của thể thực khuẩn, nhóm 3 ‘OH được cung cấp bởi chuỗi bên của một amino acid của bộ gen gắn protein (protein đầu cuối) mà nucleotide được DNA polymeraza thêm vào để tạo thành một đoạn mới.
- Trong các virus DNA mạch đơn – một nhóm bao gồm các circovirus, các geminivirus, parvovirus và các loại khác – và nhiều loại thực thể và plasmid sử dụng cơ chế nhân rộng vòng tròn lăn (RCR), endonuclease RCR tạo ra một vết cắt trong chuỗi gen (virus đơn lẻ) hoặc một trong các mạch DNA (plasmid). Đầu 5′ của mạch có vết được chuyển sang một dư lượng tyrosine trên nucleaza và nhóm 3 ′OH tự do sau đó được DNA polymeraza sử dụng để tổng hợp mạch mới.
Đầu tiên là cơ chế này được biết đến nhiều nhất và được sử dụng bởi những sinh vật di động. Trong cơ chế này, một khi hai mạch được tách ra, primaza bổ trợ thêm mồi RNA vào những mạch khuôn. Mạch đứng vị trí số 1 nhận được một đoạn mồi RNA trong khi mạch tụt lại nhận được 1 số ít. Mạch đứng vị trí số 1 liên tục được lê dài từ mồi bằng một DNA polymeraza với độ giải quyết và xử lý cao, trong khi đó, mạch bị trễ được lan rộng ra không liên tục từ mỗi mồi tạo thành những đoạn Okazaki. RNase vô hiệu những đoạn RNA mồi, và một DNA polymeraza có độ giải quyết và xử lý thấp khác với polymeraza nhân bản xâm nhập vào để lấp đầy khoảng trống. Khi điều này hoàn tất, hoàn toàn có thể tìm thấy một vết đơn lẻ trên mạch gốc và 1 số ít vết trên mạch kia. Ligaza hoạt động giải trí để lấp đầy những vết này, do đó triển khai xong phân tử DNA mới được nhân đôi .Primaza được sử dụng trong quy trình này khác nhau đáng kể giữa vi trùng và vi sinh vật / sinh vật nhân chuẩn. Vi khuẩn sử dụng một primaza thuộc họ siêu protein DnaG chứa một tên xúc tác của loại gấp TOPRIM. [ 14 ] Vòng TOPRIM chứa một lõi α / β với bốn sợi được bảo tồn trong một cấu trúc link giống như Rossmann. Cấu trúc này cũng được tìm thấy trong những nghành nghề dịch vụ xúc tác của topoisomerase Ia, topoisomerase II, những protein nucleaza và protein thay thế sửa chữa DNA của họ OLD tương quan đến protein RecR .
Các enzym tham gia[sửa|sửa mã nguồn]
Gyraza ( còn được gọi là topoisomeraza II ) : Làm duỗi thẳng phân tử DNA .Hêlicaza ( helicase ) : dãn xoắn và tách hai mạch đơn do cắt những link hydro .DNA polymeraza :DNA polymeraza I : cắt RNA mồi, tổng hợp mạch polinucleotide mới .DNA polymeraza II : sửa sai sau khi nối những đoạn okazaki .DNA polymeraza III : lắp ráp nu, lê dài mạch đơn mới .Ligaza : nối những đoạn okazaki .Primaza ( RNA polymeraza ) : Tổng hợp đoạn mồi .Ngoài ra còn có :
Prôtêin SSB: giúp hai mạch đơn không bị dính lại vào nhau để các enzym hoạt động.
Telomeraza : hạn chế sự cố đầu mút. Chỉ có trong tinh hoàn và buồng trứng, ở tổng thể những tế bào sinh dưỡng enzim này không hoạt động giải trí
Ở tế bào sinh vật nhân sơ[sửa|sửa mã nguồn]
Bước 1 : Tháo xoắn phân tử DNA[sửa|sửa mã nguồn]
Nhờ enzym tôpôizômêraza tháo xoắn, phân tử DNA ra khỏi trạng thái siêu xoắn của cấu trúc tôpô, sau đó những enzym hêlicaza tách hai mạch đơn của DNA ra, tạo nên chạc nhân đôi ( chạc chữ Y ) để lộ ra hai đoạn mạch đơn làm khuôn .
Bước 2 : Tổng hợp mạch DNA mới[sửa|sửa mã nguồn]
Enzym DNA polymeraza sử dụng 2 mạch đơn khuôn tổng hợp nên mạch mới theo nguyên tắc bổ trợ .Vì enzym DNA polymeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5 ‘ – 3 ‘ ( DNA polymeraza chỉ hoàn toàn có thể xúc tác lê dài mạch mới khi có sẵn đầu 3 ‘ OH tự do ) nên trên mạch khuôn có chiều 3 ‘ – 5 ‘, quy trình tổng hợp mạch mới diễn ra liên tục, mạch mới này được gọi là mạch sớm hay mạch trước ( leading strand )., trên mạch khuôn 5 ‘ – 3 ‘ quy trình tổng hợp gián đoạn tạo thành những đoạn okazaki. Mạch này tổng hợp gián đoạn và chậm hơn nên gọi là mạch ra chậm ( lagging strand ) .Sau đó những đoạn okazaki được nối lại với nhau nhờ enzym nối ligaza .
Bước 3 : Hai phân tử DNA được tạo thành ( kết thúc )[sửa|sửa mã nguồn]
Mạch mới được tổng hợp đến đâu thì 2 mạch đơn xoắn lại đến đó, tạo thành phân tử DNA con. Trong đó có một mạch được tổng hợp còn mạch kia từ DNA ban đầu (nguyên tắc bán bảo toàn).
DNA ở sinh vật nhân thực có cơ chế giống với sự nhân đôi DNA ở sinh vật nhân sơ.
Tuy nhiên, tế bào sinh vật nhân thực có nhiều phân tử DNA có size lớn. Sự nhân đôi DNA xảy ra ở nhiều điểm trong mỗi phân tử DNA tạo ra nhiều đơn vị chức năng tái bản và do nhiều loại enzym tham gia .Ở sinh vật nhân thực, quy trình tổng hợp mạch mới ở vị trí đầu mút của phân tử DNA xảy ra một hiện tượng kỳ lạ đặc biệt quan trọng gọi là sự cố đầu mút [ 1 ] .
- ^ Do đặc thù của enzym DNA polymeraza là phải có đoạn RNA mồi mới hoàn toàn có thể lê dài mạch mới. Tuy nhiên ở vị trí đầu mút của DNA, sau khi vô hiệu RNA mồi, do không có đầu 3 ‘ OH nên DNA polymeraza không hề tổng hợp đoạn nulêôtit sửa chữa thay thế, tác dụng là DNA bị ngắn dần qua những lần sao chép .
Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]
