sao chép DNA

Axit deoxyribonucleic, tức là DNA ( DNA là từ viết tắt của nó trong tiếng Anh), tạo thành bản sắc của mỗi tế bào, vì nó là vật liệu di truyền của nó. Khi một tế bào phân chia để tạo thành hai tế bào, thông qua nguyên phân hoặc giảm phân, các phân tử sinh học và bào quan phải nhân đôi để tạo ra mỗi tế bào mới. Trong các tế bào nhân chuẩn, DNA được tìm thấy trong nhân của tế bào và phải được sao chép chính xác để đảm bảo rằng hai tế bào mới giống hệt với tế bào đã tạo ra chúng và chúng cũng có số lượng nhiễm sắc thể chính xác. Quá trình nhân đôi DNA được gọi là  sao chép .; nó là một quá trình thiết yếu trong sự phát triển và sinh sản của tế bào, cũng như trong các quá trình sửa chữa tế bào. Quá trình sao chép DNA có một số bước và liên quan đến nhiều protein khác nhau được gọi là enzyme sao chép , cũng như RNA , axit ribonucleic.  Trong các tế bào nhân chuẩn , các tế bào tạo nên động vật và thực vật, quá trình sao chép DNA xảy ra trong pha S của chu kỳ tế bào .

Đây là những khía cạnh chính của quá trình sao chép DNA:

• Axit deoxyribonucleic, thường được gọi là DNA, là một axit nucleic có ba thành phần chính: một loại đường, deoxyribose; một nhóm phốt phát; và một cơ sở nitơ.
• Vì DNA chứa vật liệu di truyền của một sinh vật nên điều quan trọng là nó phải được sao chép chính xác khi tế bào phân chia. Quá trình sinh hóa phức tạp dẫn đến sao chép DNA được gọi là sao chép.
• Sao chép liên quan đến việc tạo ra các chuỗi DNA giống hệt nhau từ một phân tử DNA xoắn kép.
• Enzyme rất quan trọng đối với quá trình sao chép DNA, vì chúng xúc tác cho các bước rất quan trọng trong quy trình.
• Quá trình sao chép DNA nói chung là vô cùng quan trọng đối với cả sự phát triển và sinh sản của tế bào. Nó cũng rất quan trọng trong quá trình sửa chữa tế bào.

cấu trúc của dna

DNA hoặc axit deoxyribonucleic là một loại phân tử được gọi là axit nucleic. Nó bao gồm deoxyribose, một loại đường có năm nguyên tử carbon (C ₅ H ₁₀ O ₄ ), phốt phát và bazơ nitơ. DNA được tạo thành từ hai chuỗi axit nucleic hình xoắn ốc được liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi xoắn kép. Hình dạng xoắn đan xen cho phép DNA trở thành một phân tử gọi là chất nhiễm sắc và là thành phần của nhiễm sắc thể. Trước khi sao chép DNA, chất nhiễm sắc mở ra cho phép quá trình sao chép tế bào của các chuỗi DNA diễn ra.

Chuẩn bị sao chép

Bước 1: hình thành ngã ba sao chép

Trước khi quá trình sao chép DNA bắt đầu, hai chuỗi xoắn vào nhau tạo nên nó phải được tách ra. DNA được tạo thành từ bốn bazơ gọi là adenine (A), thymine (T), cytosine (C) và guanine (G), được tổ chức thành từng cặp nối hai chuỗi lại với nhau, tạo thành cầu nối. Adenine chỉ liên kết với thymine và cytosine chỉ liên kết với guanine. Để tách hai chuỗi DNA, các cầu nối được hình thành bởi các bazơ này phải bị phá vỡ. Quá trình này được thực hiện bởi một loại enzyme được gọi là DNA helicase. DNA helicase lần lượt phá vỡ liên kết hydro giữa các bazơ hình thành mỗi cầu nối giữa hai sợi, kéo chúng ra xa nhau và trong quá trình đó, biến đổi chuỗi xoắn kép thành một tổ hợp phân nhánh hình chữ Y được gọi là nhánh sao chép, như thể hiện trong nhân vật.

Do sự phân tách các chuỗi và có tính đến việc các cơ sở hình thành các cây cầu khác nhau trong mỗi chuỗi, mỗi chuỗi sẽ có thành phần khác nhau sau khi phân chia. Phần cuối của cây cầu còn lại trên mỗi sợi sau khi tách được biểu thị bằng 5′ hoặc 3′. Đầu 5′ có nhóm photphat (P) trong khi đầu 3′ có nhóm hydroxyl (OH). Tính định hướng này rất quan trọng trong quá trình sao chép, vì nó chỉ xảy ra theo hướng 5′ đến 3′. Tuy nhiên, như đã nêu, việc chia tách bộ phận tạo ra các kết thúc khác nhau trên mỗi chuỗi. Một chuỗi sẽ được định hướng theo hướng 3′ đến 5′, chuỗi dẫn đầu, trong khi chuỗi kia sẽ được định hướng từ 5′ đến 3′, chuỗi trễ. Vì thế,

sao chép bắt đầu

Bước 2: bắt đầu ràng buộc

Chuỗi chính là dễ tái tạo nhất. Sau khi các chuỗi DNA đã được tách ra, một đoạn RNA ngắn, phân tử khởi động, sẽ gắn vào đầu 3′ của chuỗi, cung cấp điểm khởi đầu cho quá trình sao chép. Các phân tử khởi đầu này được tạo ra bởi enzyme DNA primase.

Sao chép DNA: kéo dài

Bước 3: Kéo dài

Các enzyme được gọi là DNA polymerase chịu trách nhiệm tạo ra chuỗi mới thông qua một quá trình gọi là kéo dài. Có năm loại DNA polymerase khác nhau ở cả vi khuẩn và tế bào người. Ở vi khuẩn như E. coli, polymerase III là enzyme sao chép chính, trong khi polymerase I, II, IV và V chịu trách nhiệm kiểm tra và sửa chữa bất kỳ lỗi nào xảy ra trong chuỗi. DNA polymerase III liên kết với chuỗi tại vị trí bắt đầu và bắt đầu thêm các cặp bazơ bổ sung mới vào chuỗi sao chép. Trong các tế bào nhân chuẩn, các polymerase alpha, delta và epsilon là những polymerase chính tham gia vào quá trình sao chép DNA. Do quá trình sao chép diễn ra theo hướng 5′ đến 3′ trên mạch chính nên mạch mới liên tục được hình thành.

Chuỗi tụt hậu bắt đầu sao chép từ nhiều bộ khởi tạo. Mỗi mồi được ngăn cách bởi một số cơ sở. DNA polymerase thêm các đoạn DNA, được gọi là các đoạn Okazaki, vào các đoạn mạch nằm giữa các đoạn mồi. Do đó, quá trình sao chép không liên tục, vì nó luân phiên theo độ dài của chuỗi giữa các phần tử khởi tạo.

Bước 4: Chấm dứt

Khi các chuỗi liên tục và không liên tục được hình thành, một loại enzyme gọi là exonuclease sẽ loại bỏ tất cả các đoạn mồi RNA khỏi các chuỗi ban đầu. Những mồi này sau đó được thay thế bằng các bazơ tương ứng. Một exonuclease khác đọc lại DNA mới hình thành để xác minh nó, loại bỏ và thay thế bất kỳ lỗi nào có thể xảy ra trong quá trình này. Một loại enzyme khác gọi là DNA ligase nối các đoạn Okazaki thành một sợi đơn. Các đầu DNA tuyến tính có một vấn đề, vì DNA polymerase chỉ có thể thêm các nucleotide theo hướng 5′ đến 3′. Phần cuối của các sợi gốc bao gồm các chuỗi DNA lặp lại được gọi là telomere. Telomere hoạt động như những chiếc mũ bảo vệ ở phần cuối của nhiễm sắc thể để ngăn các nhiễm sắc thể gần đó hợp nhất. Một loại enzyme DNA polymerase đặc biệt gọi là telomerase xúc tác quá trình tổng hợp các chuỗi telomere ở hai đầu của DNA. Sau khi hoàn thành, chuỗi gốc và chuỗi DNA bổ sung của nó được liên kết với nhau theo kiểu xoắn kép nổi tiếng. Khi kết thúc quá trình sao chép, hai phân tử DNA được tạo ra, mỗi phân tử chứa một mạch từ phân tử ban đầu và một mạch mới được tạo ra trong quá trình sao chép.

sao chép enzyme

Sự sao chép DNA sẽ không xảy ra nếu không có sự tham gia của các enzyme xúc tác cho các bước khác nhau trong quy trình. Các enzim chính tham gia vào quá trình nhân đôi ADN của sinh vật nhân thực là:

• DNA helicase: Mở ra và tách sợi DNA kép khi nó di chuyển dọc theo chiều dài của phân tử. Do đó, nó hình thành ngã ba sao chép bằng cách phá vỡ các liên kết hydro hình thành cầu nối giữa các cặp nucleotide DNA.
• DNA primase: Một loại RNA polymerase tạo ra các đoạn mồi cho quá trình này. Mồi là các phân tử RNA ngắn hoạt động như khuôn mẫu tại điểm bắt đầu sao chép DNA.
• DNA polymerase: tổng hợp các phân tử DNA mới bằng cách thêm các nucleotide vào các sợi DNA đầu và cuối.
• Topoisomerase hoặc DNA gyrase: Mở ra và đan xen các chuỗi DNA để ngăn DNA bị rối.
• Exonucleases: Một nhóm enzyme loại bỏ các base nucleotide từ phần cuối của sợi DNA.
• DNA ligase: nối các đoạn DNA tạo thành liên kết phosphodiester giữa các nucleotide.

Bản tóm tắt

Sao chép DNA là một quá trình tạo ra các sợi DNA giống hệt nhau từ một phân tử DNA xoắn kép đơn. Mỗi phân tử DNA mới bao gồm một mạch từ phân tử ban đầu và một mạch được hình thành trong quá trình sao chép. Trước khi sao chép, DNA mở ra và các sợi của chuỗi xoắn kép tách ra. Một nhánh sao chép hình chữ Y được hình thành, đóng vai trò là khuôn mẫu để sao chép. Các phân tử mồi gắn vào các chuỗi DNA đã tách và DNA polymerase bổ sung các trình tự nucleotide mới theo hướng 5′ đến 3′.

Sự kết hợp nucleotide này liên tục trên chuỗi dẫn đầu và bị phân mảnh trên chuỗi trễ. Khi quá trình kéo dài chuỗi DNA hoàn tất, các chuỗi mới sẽ được kiểm tra lỗi, sửa chữa khi cần thiết và trình tự telomere được thêm vào các đầu của DNA.

Đài phun nước

• Reece, Jane B. và Neil A. Campbell. Sinh học Campbell . Benjamin Cummings, 2011.
• Lehninger. Nguyên tắc Hóa sinh – Omega, Phiên bản thứ 6 năm 2014