Tái bản DNA

I. Chứng minh tái bản DNA theo cơ chế bán bảo thủ

1. Cơ chế tái bản bán bảo thủ

1.1. Cơ chế tái bản ở prokaryote

Đặc điểm cơ bản của sự tái bản đó là tái bản theo phương thức bán bảo thủ (semiconservative replication). Tái bản bán bảo thủ nghĩa là trong hai chuỗi của tất cả các phân tử DNA bao giờ cũng có:

- Một chuỗi của DNA cũ (từ một trong hai chuỗi của DNA mẹ).

- Một chuỗi của DNA mới (mới được tổng hợp).

Mỗi một lần tái bản đều có sự tách rời của hai chuỗi của DNA mẹ, đồng thời mỗi chuỗi mẹ tiến hành sao chép để cho một chuỗi con, chuỗi này sau đó lại kết hợp với chuỗi mẹ.

Vị trí mở xoắn kép và tổng hợp DNA mới cùng một lúc trên DNA gọi là chạc ba tái bản (replication fork) do cấu trúc của vùng tái bản có hình chữ Y. Sự tổng hợp DNA mới gắn liền với việc mở xoắn DNA cũ.

1.2. Cơ chế tái bản ở eukaryote

Sự tái bản ở tế bào eukaryote phức tạp hơn so với ở tế bào prokaryote nhưng cơ chế của sự tái bản ở eukaryote cũng tương tự như ở prokaryote và tiến hành theo các nguyên tắc:

- Hai hướng.

- Bổ sung, đối song song, theo chiều 5’ 3’.

- Không liên tục ở một trong hai chuỗi.

- Cần những RNA primer.

Tuy nhiên, có một số điểm khác như sau:

- Trong khi ở prokaryote chỉ có một điểm khởi đầu, thì sự tái bản ở eukaryote bắt đầu cùng một lúc ở nhiều điểm khởi đầu. Điều này là cần thiết do DNA của eukaryote có chiều dài rất lớn.

- Vận tốc phát triển của chạc ba tái bản ở eukaryote (khoảng 50 nucleotide/s) chỉ bằng 1/10 so với ở E. coli.

2. Thí nghiệm của Meselson và Stahl

Những thí nghiệm của Meselson và Stahl (1957) đã chứng minh lý thuyết tái bản DNA theo kiểu bán báo thủ (Hình 4.1). Các tác giả trên đã nuôi cấy E. coli trong nhiều thế hệ trong một môi trường chứa 15NH4Cl làm nguồn cung cấp nitrogen duy nhất. Bằng cách này, DNA được tổng hợp có 15N (15N là một chất phóng xạ nặng hơn chất phóng xạ thông thường 14N). Ở một thời điểm nhất định (thời điểm 0), các tác giả này đã chuyển nuôi cấy vào một môi trường chứa 14NH4Cl. Tiếp đến, sau từng thời gian đều đặn, họ phân tích DNA chiết xuất từ vi khuẩn bằng phương pháp ly tâm theo gradient CsCl

Hình 4.1. Minh họa sự tái bản bán bảo thủ. Sơ đồ trình bày sự hợp thành các sợi đôi DNA sau

0, 1, và 2 vòng sao chép. H: chuỗi nặng (15N), L: chuỗi nhẹ (14N).

Kết quả thực nghiệm cho thấy:

- Ở thời điểm 0: chỉ có một phân tử tương ứng với DNA nặng 15N.

- Sau một thế hệ trong môi trường chứa 14N: những phân tử DNA gồm một chuỗi nặng 15N (chuỗi mẹ) và một chuỗi nhẹ 14N (mới được tổng hợp).

- Sau hai thế hệ trong môi trường chứa 14N: có hai phân tử lai (gồm một chuỗi nặng và một chuỗi nhẹ) và hai phân tử đều gồm những chuỗi nhẹ không có chuỗi nặng.

II. Mô hình tái bản DNA-chạc ba tái bản

1. Mô hình tái bản

Mô hình tái bản được nghiên cứu trên thể nhiễm sắc của vi khuẩn E. coli, DNA có dạng mạch vòng sợi đôi (Hình 4.2). Để tự tái bản DNA phải tháo ra đơn giản ở một vị trí nhất định và nơi đó xuất hiện chạc ba tái bản (Hình 4.3).

Thí nghiệm của Cairns. Sử dụng nucleotide được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ trong môi trường đang phân chia, ta sẽ biết được tiến trình tái bản do hạt bạc xuất hiện dưới kính hiển vi điện tử.

Hình 4.2. DNA dạng mạch vòng sợi đôi. Chiều dài thực tế 1,6 mm (4,7×106  bp).

2. Chạc ba tái bản

Hình 4.4 mô tả cấu trúc của chạc ba tái bản. Nhờ vào phương pháp phóng xạ ảnh tự ghi, người ta nhận thấy sự tái bản thực hiện theo hai hướng (bidirectional synthesis). Đồng thời cũng chứng minh được vi khuẩn E. coli (prokaryote) có duy nhất một điểm gốc tái bản, đó là điểm mà hai chuỗi xoắn kép của DNA mẹ được tách ra, tương ứng với hai chạc ba tái bản phát triển ngược chiều nhau. Chuỗi DNA sau khi tách ra được dùng làm khuôn mẫu cho sự tổng hợp DNA mới (Hình 4.5).

Hình 4.3. Sự tái bản của phân tử DNA sợi đôi mạch vòng của E. coli.

 A: sự chuyển động không cuộn lại của các nhánh trong quỹ đạo tái bản, không có các vị trí quay tự do, gây ra sự cuộn lại quá chặt của phần không được tái bản. B: cơ chế sợi đơn bị đứt (nick) phía trước của chạc ba tái bản cho phép sự quay xảy ra.

Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc của các chạc ba tái bản. 

(a): Chạc ba đơn trình bày sợi chủ (leading strand) được tổng hợp liên tục và sợi thứ (lagging strand) được tổng hợp gián đoạn. (b): Chạc ba đôi, phổ biến trong hầu hết mọi sự tái bản DNA của genome. (c): Các hướng hình học của sự tái bản DNA, mũi tên ngắn chỉ sự chuyển động dịch mã của chạc ba, mũi tên dài và cong chỉ sự quay vòng DNA cần thiết quanh các chạc ba.

Hình 4.5. Hình ảnh dưới kính hiển vi điện tử. 

Phân tử DNA mạch vòng nhỏ của E. coli có chiều dài thực tế 0,01 mm (3.000 bp) tái bản bằng kiểu θ. Các đoạn DNA bố mẹ và con được trình bày trong hình vẽ.

Hình 4.6 so sánh sự khác nhau giữa tái bản DNA không định hướng và tái bản theo hai hướng. Trong tái bản không định hướng, chỉ có một chạc ba tái bản. Trong khi tái bản theo hai hướng yêu cầu hai chạc ba tái bản. Mũi tên cong chỉ hướng chuyển động của các chạc ba. Hầu hết DNA tái bản theo hai hướng.

 Hình 4.6. Tái bản DNA không định hướng và theo hai hướng

Hình 4.7 và 4.8 mô tả phương thức hợp nhất các vòng tái bản DNA ở ruồi giấm (D. melanogaster). Quá trình tái bản diễn ra đồng thời trên hàng chục ngàn vị trí khác nhau của phân tử DNA và tạo thành các vòng tái bản, các vòng tái bản sau đó sẽ mở rộng theo hai hướng để cuối cùng hợp nhất với nhau tạo thành hai phân tử DNA.

Hình 4.7. Hình ảnh dưới kính hiển vi điện tử của một đoạn nucleotide ở ruồi giấm.

Phân tử DNA sợi đôi dài 30 kb cho thấy có 7 vòng tái bản.

Hình 4.8. Phương thức hợp nhất các vòng tái bản DNA của ruồi giấm. 

Hai gốc tái bản được trình bày trên hình vẽ, các mũi tên nhỏ chỉ hướng chuyển động của các chạc ba tái bản.

3. Tái bản DNA theo vòng tròn quay

Trường hợp bacteriophage λ (thực khuẩn thể λ) có vật chất di truyền là một phân tử DNA mạch thẳng sợi đôi, khi ta chuyển chúng vào vi khuẩn thì các đầu dính kết DNA (cos) của nó gắn lại theo dạng vòng tròn. Sự dính kết lại này là do hoạt động của enzyme DNA ligase giúp tạo lại dạng xoắn. Khi đó, sự tái bản DNA tiến hành theo cơ chế vòng tròn quay (Hình 4.9).

Hình 4.9. Tái bản vòng tròn quay ở bacteriophae l.

DNA được tổng hợp mới có màu nhạt. Sợi thay thế được tái bản trong các đoạn ngắn.

III. Bản chất xoắn của DNA-Các giai đoạn của sự tái bản

Hình 4.10 mô tả toàn bộ quá trình tái bản DNA. Quá trình này trải qua ba giai đoạn chính sau:

1. Mở xoắn

Trước tiên ta thấy quá trình mở xoắn của hai sợi DNA cần thiết phải có một enzyme rất quan trọng đó là helicase (còn gọi là enzyme mở xoắn).

Chẳng hạn, trên phân tử E. coli chỉ có một gốc tái bản (ký hiệu là ori C) dài 245 bp. Có ít nhất 8 enzyme hoặc protein tham gia vào giai đoạn khởi đầu của sự tái bản. Những enzyme-protein này mở xoắn DNA ở gốc ori C và thiết lập một phức hợp tiền mồi (prepriming complex) để chuẩn bị cho những phản ứng của giai đoạn sau. 

Một phức hợp khoảng 20 protein Dna A được kết hợp với một vùng của ori C bắt đầu cho quá trình mở xoắn và khởi đầu sự tái bản. Phản ứng này cần ATP và một protein giống như histone của vi khuẩn (HU). Tiếp đó, protein Dna C giúp protein Dna B gắn vào vùng ori C, Dna B chính là helicase sẽ mở xoắn DNA theo hai hướng để tạo ra hai chạc ba tái bản. Các phân tử protein liên kết sợi đơn (single stranded binding protein, protein SSB) gắn vào chuỗi đơn DNA để ổn định chuỗi này. Enzyme gyrase (DNA topoisomerase II) mở xoắn để tạo siêu xoắn trái (-). Enzyme primase (protein Dna G) sẽ xúc tác tổng hợp RNA primer để gắn vào khuôn mẫu DNA.

2. Kéo dài-Tổng hợp chuỗi Okazaki

Giai đoạn kéo dài bao gồm sự tổng hợp cùng một lúc hai chuỗi DNA. Một chuỗi được tái bản cùng hướng phát triển của chạc ba sẽ liên tục (sợi chủ), còn chuỗi kia sẽ không liên tục bao gồm các đoạn Okazaki (sợi thứ). Các nucleotide gắn vào đầu 3’ tự do, và kéo dài chuỗi ra nhờ enzyme DNA polymerase III theo chiều 5’®3’. Trong giai đoạn này, nhiều enzyme đã tham gia vào sự tổng hợp hai chuỗi DNA tại chạc tái bản. DNA helicase tiếp tục tách hai chuỗi DNA mẹ, DNA gyrase mở xoắn, protein SSB ổn định những chuỗi DNA đơn đã được tách ra, DNA ligase gắn các đoạn Okazaki trên sợi thứ.

Sinh tổng hợp DNA trong tế bào cùng một lúc diễn ra trên rất nhiều vị trí (20.000- 60.000) suốt chiều dài khổng lồ của DNA khuôn mẫu. Ở các vị trí đó, enzyme helicase giúp DNA chuyển từ dạng siêu xoắn sang dạng dãn (hai sợi DNA tách ra) với tốc độ 10 μm/giờ. Với tốc độ này, để helicase có thể chạy suốt chiều dài chuỗi DNA trong một tế bào cây đậu ngựa (DNA dài tổng cộng khoảng 9 m) phải mất hơn một thế kỷ. Trong thực tế, công việc này chỉ mất khoảng 15-40 giờ.

Chuỗi DNA xoắn kép như vậy được tách đôi ở các vị trí sẽ xảy ra sinh tổng hợp, hình thành các chạc ba. Ở chạc ba, cả hai chuỗi DNA mạch đơn đều được sử dụng làm khuôn mẫu cùng một lúc. Trên một chuỗi, sinh tổng hợp sẽ diễn ra theo chiều từ 5’®3’ cùng chiều với chiều phát triển của chạc tái bản. Trên sợi còn lại, sinh tổng hợp vẫn diễn ra theo chiều 5’®3’ nhưng ngược chiều với chiều phát triển của chạc tái bản, và chỉ thực hiện được từng đoạn ngắn độ 1.000 nucleotide (đoạn Okazaki). Trong khi di chuyển từng quãng, enzyme primase sẽ tổng hợp những đoạn RNA primer ngắn (11±1 nucleotide) để từ đó DNA được tiếp nối nhờ DNA polymerase III. Khi đoạn Okazaki mới được hoàn chỉnh, RNA primer được tách ra nhờ DNA polymerase I (hoạt tính exonulease 5’®3’) và được thay thế bởi DNA cũng nhờ tác dụng của cùng enzyme. Các khe hở còn lại giữa các đoạn Okazaki được DNA ligase gắn và DNA trở lại dạng chuỗi xoắn kép: một phân tử DNA mới được hình thành (Hình 4.11).

3. Kết thúc

Cuối cùng, hai chạc ba tái bản gặp nhau ở phía đối diện của nhiễm sắc thể vòng của E. coli. Người ta biết rất ít về những phản ứng của giai đoạn này. Có thể hoạt động của một loại DNA topoisomerase là cần thiết để tách hai phân tử DNA vòng đã được tổng hợp. Quá trình phân đôi hai phân tử DNA trong tế bào con khi phân chia tế bào cũng chưa được biết rõ.

IV. Khái niệm mồi

Tái bản DNA chỉ xảy ra khi có sự khởi động mồi. Thường mồi (primer) là đoạn RNA ngắn gắn trước đầu DNA.

Quan sát chạc ba tái bản ta thấy DNA polymerase gắn nhóm phosphate vào đầu 3’- OH tự do. Tuy nhiên, lúc đầu chưa có đầu 3’-OH tự do, do đó ở ngay điểm gốc tái bản enzyme RNA polymerase (enzyme primase) sẽ hoạt động tạo nên một đoạn mồi ngắn để có đầu 3’-OH tự do, nhờ đó DNA polymerase mới bắt đầu hoạt động tái bản.

Hình 4.11. Hai sợi DNA mới được tổng hợp theo hai kiểu khác nhau

Nghiên cứu tái bản ở bacteriophage M13 (DNA một sợi vòng). Gọi DNA + (M13) là sợi (+). Từ sợi (+) tạo ra dạng tái bản (-), sợi (-) này sẽ dùng làm khuôn tạo ra sợi (+) khác. 

DNA polymerase sẽ không hoạt động, nếu không có mồi ghép đôi vào sợi (+) đầu tiên. Enzyme RNA polymerase sẽ tổng hợp đoạn mồi bằng cách bổ sung một số nucleotide vào vị trí khởi đầu tái bản, tạo nên đầu 3’-OH tự do. RNA polymerase bao gồm các đơn vị a₂, β, β’ và σ. Chất kháng sinh rifampicin có tác dụng ức chế đơn vị β, khi đó RNA polymerase sẽ bị ức chế và M13 không có hiện tượng tái bản. Như vậy, chính RNA polymerase giữ vai trò khởi động để sau đó DNA polymerase mới bắt đầu hoạt động tái bản được. Vì vậy, đầu tiên phải có một đoạn mồi gắn với DNA bằng liên kết cộng hóa trị, và đoạn mồi này do RNA polymerase tổng hợp nên.

Tiếp tục, đoạn mồi RNA sẽ bị loại ra bởi DNA polymerase (khác với DNA polymerase tái bản ở trên). DNA polymerase này bắt đầu gắn các nucleotide vào đầu 3’- OH tự do, và sau cùng enzyme DNA ligase nối các đoạn tái bản này lại (Hình 4.12).

Hình 4.12. Tổng hợp các đoạn Okazaki. Quá trình này đòi hỏi sự gắn mồi, kéo dài, loại bỏ RNA, làm đầy các khoảng trống và hàn các điểm đứt. Primase tổng hợp đoạn mồi RNA, DNA polymerase III kéo dài đoạn mồi RNA thành đoạn Okazaki ở sợi thứ, DNA polymerase I sử dụng dịch mã điểm đứt để thay thế đoạn mồi RNA bằng DNA, và cuối cùng DNA ligase hàn điểm đứt. Như vậy, việc tái bản DNA cần các enzyme sau:

- Helicase: mở xoắn để tách sợi DNA đang xoắn.
- SSB: gắn trên DNA một sợi để sợi luôn luôn ở tình trạng mở.
- RNA polymerase (primase): tác động hình thành đoạn mồi RNA.
- DNA polymerase I: loại bỏ đoạn mồi RNA.
- DNA polymerase III (khác với loại trên) tác động tổng hợp DNA bằng cách kéo dài đoạn mồi RNA.
- DNA ligase: gắn các đoạn Okazaki đã tổng hợp với nhau.

Từ các nghiên cứu về tái bản DNA của bacteriophage M13, người ta đã đưa ra sơ đồ giả thuyết về sự biến đổi DNA một sợi của M13 thành dạng sao chép tái bản (RF).

Và quan sát trên chạc ba tái bản đang phát triển, ta có thể theo dõi được sự tái bản liên tục và không liên tục của các đoạn DNA mới bổ sung cho sợi DNA khuôn mẫu.

V. Enzyme tái bản

1. 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.

1.1. DNA polymerase I

Do Kornberg phát hiện năm 1955. DNA polymerase I của E. coli mang chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử là 109.000 Da với ba hoạt tính riêng biệt. Nhiệm vụ chính của DNA polymerase I là xúc tác cho quá trình lắp ráp các dNTP từng cái một vào đầu 3’ tự do của đoạn mồi đang gắn trên DNA khuôn mẫu. Kết quả là sợi DNA mới sẽ dài dần về phía đầu 3’ (Hình 4.13).

Hình 4.13. Các thành phần cần thiết cho sinh tổng hợp DNA

DNA polymerase I của E. coli còn có hoạt tính exonuclease (hoạt tính cắt các chuỗi nucleotide ở các đầu tự do của DNA) 3’®5’ xúc tác cho sự thoái hóa bậc thang từ đầu 3’ của cả DNA sợi đôi và sợi đơn khi không có dNTPs. Trong trường hợp có dNTPs, hoạt tính exonuclease trên sợi đôi sẽ bị ức chế bởi hoạt tính polymerase. Trong quá trình tổng hợp DNA, hoạt tính exonuclease thực hiện chức năng đọc sửa bằng cách cắt bỏ những nucleotide lắp ráp sai.

Ngoài ra, enzyme này còn có hoạt tính exonulease 5’®3’ xúc tác cho sự chuyển chỗ của các nucleotide từ đầu 5’ của điểm đứt và bổ sung tức thời các nucleotide từ đầu 3’ tạo ra chuyển động của điểm đứt dọc theo DNA.

1.2. DNA polymerase II và DNA polymerase III

Khởi đầu, enzyme DNA polymerase I được xem như giữ vai trò chủ yếu trực tiếp trong tái bản DNA. Nhưng sau đó, người ta quan sát thấy ở E. coli đột biến không có DNA polymerase I mà vẫn có sự tái bản, và phát hiện rằng chính DNA polymerase III giữ vai trò tái bản DNA. Nghiên cứu tính chất và so sánh ba loại enzyme trên người ta nhận thấy DNA polymerase III mới là enzyme thực sự điều khiển tổng hợp DNA. Trong khi đó DNA polymerase I chỉ có vai trò loại bỏ RNA mồi nhờ cắt đầu 5’®3’ và thay vào chỗ RNA mồi bằng DNA khác, còn DNA polymerase II chưa rõ tác dụng, có lẽ nó tham gia vào quá trình sửa chữa (thay một đoạn DNA hỏng bằng một đoạn DNA bình thường)

hoặc thay thế DNA polymerase I khi có khó khăn trong tổng hợp DNA.

Về tốc độ làm việc, các DNA polymerase rất khác nhau. Trong một giây, DNA polymerase I gắn được 10 dNTP trong khi DNA polymerase II chỉ gắn được 0,5 dNTP và DNA polymerase III gắn tới 150 dNTP.

2. Các topoisomer và DNA topoisomerase

2.1. Topoisomer

Giả sử có hai phân tử DNA mạch vòng có cùng trình tự nucleotide. Nhưng hai phân tử này có thể có số vòng (linking number-Lk) khác nhau trong phân tử. Số vòng ở đây được định nghĩa là số lần của một chuỗi DNA quấn xung quanh một chuỗi khác. Những trường hợp này được gọi là topoisomer. Topoisomer có các dạng sau:

2.1.1. Dạng lỏng lẻo (relaxed DNA)

Ở dạng này sức căng của xoắn kép là tối thiểu. Đó là dạng cấu trúc ổn định nhất của phân tử.

2.1.2. Dạng siêu xoắn (supercoiled DNA)

Trục của xoắn kép có thể cuộn xung quanh mình tạo thành một siêu xoắn. Có hai dạng siêu xoắn sau:

- Siêu xoắn dương (+). Số vòng tăng, xoắn kép xoắn cùng chiều (xoắn phải) tạo thành dạng siêu xoắn dương (positive supercoil).

- Siêu xoắn âm (-). Số vòng giảm, xoắn kép xoắn theo chiều ngược lại (chiều trái) tạo thành dạng siêu xoắn âm (negative supercoil), Phần lớn những phân tử DNA trong tự nhiên ở dạng siêu xoắn âm.

2.2. DNA topoisomerase

Enzyme DNA topoisomerase (là một enzyme nuclease thuận nghịch) có tác dụng thay đổi số Lk của DNA. Các DNA topoisomerase có tác dụng thêm vào hoặc loại bớt những siêu xoắn trong phân tử DNA xoắn kép. Có hai loại DNA topoisomerase sau:

2.2.1. DNA topoisomerase I

DNA topoisomerase I tồn tại ở cả prokaryote lẫn eukaryote và có tác dụng sau:

- Cắt một chuỗi DNA và tháo một vòng xoắn sau vị trí cắt.

- Nối lại chuỗi DNA đã bị cắt bởi liên kết phosphodiester mới. DNA sau khi được tái tạo lại có cấu trúc lỏng lẻo hơn (Hình 4.14).

Hình 4.14. Cơ chế hoạt động của topoisomerase I. Enzyme cắt một sợi đơn của DNA sợi đôi, chuyển sợi nguyên vẹn qua chỗ đứt gãy, sau đó hàn chỗ đứt gãy lại. Quá trình này tăng số Lk lên 1

2.2.2. DNA topoisomerase II

Ở prokaryote, DNA topoisomerase II có tên là DNA gyrase. DNA topoisomerase II có tác dụng cắt tạm thời hai chuỗi của DNA, có tác dụng sắp xếp lại siêu xoắn, tạo ra siêu xoắn trái (-) của chuỗi DNA xoắn kép (Hình 4.15). Phản ứng này cần 1 ATP.

Ở eukaryote, DNA topoisomerase II cũng được tìm thấy nhưng ít được nghiên cứu.

3. Helicase và protein SSB

3.1. Helicase

Enzyme helicase (còn có tên là enzyme deroulase) có nhiệm vụ giúp chuỗi DNA từ dạng siêu xoắn sang dạng dãn thành hai sợi đơn bằng cách cắt các liên kết hydrogen giữa những base bổ sung. Dạng cấu trúc này cần thiết cho các đoạn trên chuỗi DNA mà ở đó có nhu cầu sinh tổng hợp. Phản ứng này cần sự có mặt của ATP (Hình 4.16).

Hình 4.15. Hoạt động của topoisomerase II ở chạc ba sao chép

3.2. Protein SSB

Các protein SSB liên kết phối hợp với DNA sợi đơn nhưng không liên kết với DNA sợi đôi. Chúng được xem như là các chất phản ứng trong tạo dòng phân tử xuất phát từ chỗ chúng có khả năng phá vỡ sự ổn định của các cấu trúc thứ cấp bên trong sợi nucleotide; tăng nhanh sự tái ủ của các polynucleotide bổ trợ và tăng hoạt tính của các DNA polymerase bằng cách loại bỏ các cấu trúc thứ cấp bên trong sợi là những yếu tố ngăn cản sự tiến triển của các enzyme này (Hình 4.17). Nhờ tính chất này, các protein SSB trở thành các chất phản ứng hữu ích trong xác định trình tự DNA.

Hình 4.16. Hoạt động của enzyme helicase. 

DNA helicase tách rời hai sợi của chuỗi xoắn kép. Khi ATP được bổ sung vào DNA helicase được liên kết với sợi đơn, thì helicase di chuyển với một độ phân cực xác định trên DNA sợi đơn. Độ phân cực nghĩa là DNA helicase được liên kết với khuôn mẫu sợi thứ trên chạc ba tái bản.

4. DNA ligase

Có nhiệm vụ nối hai đầu 3’-OH và 5’-PO4 của hai đoạn DNA rời thành một đoạn liên tục. Một mối hàn như vậy cần một năng lượng là 2ATP (đối với eukaryote) hoặc NAD+  (đối với vi khuẩn).

Hình 4.17. Liên kết của protein SSB lên DNA sợi đơn. 

Một lượng giới hạn của SSB liên kết với 4 trong 9 phân tử DNA sợi đơn. Khi bổ sung thêm protein SSB, nó sẽ liên kết với các protein SSB đã liên kết từ trước. Chỉ sau khi protein SSB bao bọc hoàn toàn các phân tử DNA sợi đơn ban đầu, thì nó mới tiếp tục liên kết với các phân tử DNA sợi đơn khác.

Hình 4.18. DNA ligase hàn các điểm đứt giữa các nucleotide gần nhau

Đặc điểm của DNA ligase là không làm việc với các sợi DNA đơn (single strand) mà chỉ hàn nối các đoạn DNA ở dạng chuỗi xoắn kép. Khi nối DNA, có thể gặp 2 trường hợp: đầu so le-đầu dính (protruding ends-cohesive ends) hoặc đầu bằng (blunt ends).

Trường hợp đầu so le, các nucleotide nằm trên phần so le của hai đoạn DNA phải tương đồng thì DNA polymerase mới hoạt động được.

Tài liệu tham khảo/đọc thêm

1. Phạm Thành Hổ. 2003. Di truyền học. NXB Giáo dục, Hà Nội.

2. Lê Đức Trình. 2001. Sinh học phân tử của tế bào. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

3. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K and Watson JD. 2002. Molecular Biology of the Cell. 3rd ed. Garland Publishing, Inc. New York, USA.

4. Karp G. 2002. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA.

5. Lewin B. 2000. Gene VII. Oxford University Press, Oxford, UK.

6. Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL and Darnell J. 2004. Molecular Cell Biology. 5th ed. Freeman and Company, New York, USA.

7. Watson JD, Hopkins NH, Roberts JW and Weiner AM. 2004. Molecular Biology of the Gene. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. California, USA.

8. Weaver RF. 2003. Molecular Biology. 2nd ed. McGraw-Hill Company, New York, USA

Nguồn: Giáo trình sinh học phân tử- Nguyễn Hoàng lộc (Chủ biên)