Sự kéo dài mặt mới được tổng hợp liên tục là nhờ
|
Câu hỏi:Trong quá trình nhân đôi ADN, vì sao trên mỗi chạc tái bản (chạc chữ Y) có một mạch được tổng hợp liên tục còn mạch kia được tổng hợp gián đoạn? Show
A.Vì enzim ADN polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’. B.Vì enzim ADN polimeraza chỉ tác dụng lên mạch khuôn có chiều 5’→3’. C.Vì enzim ADN polimeraza chỉ tác dụng lên mạch khuôn có chiều 3’→5’. D.Vì enzim ADN polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 3’→5’. Lời giải: Đáp án đúng:A.Vì enzim ADN polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’. Giải thích: Nguyên nhân là do enzim ADN polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’ nên trên mạch c có chiều 3’→5’, còn trên mạch 5’→ 3’ thìđược tổng hợp giánđoạn. Cùng Top lời giải đi tìm hiểu về ADN và kiến thức nhân đôi ADN nhé. I. Kiến thức về ADN- ADN được cấu trúc theo nguyên tắc bổ sung, nguyên tắc đa phân mà đơn phân là 4 loại nuclêôtit A, T, G, X. Nhờ được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân cho nên chỉ với 4 loại nuclêôtit nhưng có thể tạo ra vô số loại ADN khác nhau. - Phân tử ADN mạch kép luôn có số nuclêôtit loại A = T; G = X. Nguyên nhân là vì ở ADN mạch kép, A của mạch 1 luôn liên kết với T của mạch 2 và G của mạch 1 luôn liên kết với X của mạch 2. Vì vậy, nếu một phân tử ADN có số nuclêôtit loạiA#T hoặc G#X thì chứng tỏ đó là ADN mạch đơn. - ADN của sinh vật nhân thực và ADN của sinh vật nhân sơ đều có cấu trúc mạch kép. Tuy nhiên, ADN sinh vật nhân thực có dạng mạch thẳng còn ADN của sinh vật nhân sơ có dạng mạch vòng và không liên kết với prôtêin histon. ADN của ti thể, lục lạp có cấu trúc mạch vòng tương tự như ADN của vi khuẩn. - Ở trong cùng một loài, hàm lượng ADN ở trong nhân tế bào là đại lượng ổn định và đặc trưng cho loài. Vì vậy, nếu tế bào gan có hàm lượng ADN ở trong nhân là x pg thì tế bào mắt cũng có hàm lượng ADN trong nhân là x pg. - Hàm lượng ADN ở trong tế bào chất không ổn định cho nên không có tính đặc trưng cho loài. Hàm lượng ADN trong tế bào chất không ổn định vì số lượng bào quan ti thể, lục lạp không ổn định, thay đổi tùy từng loại tế bào. II. Kiến thức về nhân đôi ADN- Được gọi là nhân đôi ADN là vì từ 1 phân tử tạo thành 2 phân tử và cả 2 phân tử này hoàn toàn giống với phân từ ban đầu. - Quá trình nhân đôi ADN cần nhiều loại enzym khác nhau, trong đó mỗi loại enzym chỉ có một hoạt tính nhất định. +Enzymtháo xoắn làm nhiệm vụ tháo xoắn và tách 2 mạch của ADN. +EnzymADNpôlimerazalàm nhiệm vụ gắn các nuclêôtit tự do vào đầu 3’OH để kéo dài mạch pôlinuclêôtit theo chiều từ 5’ đến 3’. +Enzym ligazalàm nhiệm vụ nối các đoạnOkazakiđể tạo mạch pôlinuclêôtit hoàn chỉnh. - Mạch mới luôn được tổng họp kéo dài theo chiều từ 5’ đến 3’ là vì enzym ADN pôlimeraza có chức năng gắn nuclêôtit tự do vào đầu 3’OH của mạch pôlinuclêôtit. - Trong quá trình nhân đôi, trên mỗi phễu tái bản thì một mạch được tổng hợp liên tục, một mạch được tổng hợp gián đoạn. Nếu tính trên cả phân tử thì mạch nào cũng được tổng hợp gián đoạn (đầu này gián đoạn, đầu kia liên tục). - Quá trình nhân đôi được tiến hành suốt chiều dọc của phân tử ADN. Do đó, tất cả các gen trên một phân tử ADN luôn có số lần nhân đôi bằng nhau. Ví dụ, hai gen A và B cùng thuộc một phân tử ADN thì nếu gen A nhân đôi 10 lần thì gen B cũng nhân đôi 10 lần. - Quá trình nhân đôi ADN là cơ sở cho sự nhân đôi của NST, từ đó dẫn tới sự phân chia tế bào và sự sinh sản của cơ thể sinh vật. * Các lưu ý để giải nhanh về nhân đôi ADN -Mỗi loạienzymchỉ có một chức năng (ADNpôlimerazachỉ có chức năng tổng hợp nuclêôtit mới;Ligazachỉ có chức năng nối các đoạnOkazakiđể tạo mạch hoàn chỉnh).Nếuthấy đề nêu chức năng khác thì đó là phát biếu sai. -Quá trình nhân đôi luôn diễn ra theo nguyên tắc bán bảo tồn; Có khi không theo nguyên tắc bố sung. -Trong điều kiện không có đột biến thì các phân tử ADN ở trong nhân tế bào sẽ có số lần nhân đôi bằng nhau. Các phân tử ADN trong tế bào chất có sổ lần nhân đôi không bằng nhau. Vì vậy, nếu đề Bài nói rằng: “tất cả các phân tử ADN trong tế bào đều có số lần nhân đôi bằng nhau” thì đó là phát biểu sai. -Trên mỗi ADN dạng vòng thì chỉ có một điểm khỏi đầu nhân đôi ADN; Trên mỗi ADN mạch thẳng thì có nhiều điểm khói đầu nhân đôi ADN. Vì vậy, ADN của vi khuẩn, ADN của tế bào chất chỉ có 1 điểm khỏi đầu nhân đôi. III. Phương pháp giải các dạng bài tập về quá trình nhân đôi ADN1. Xác đinh số lần tự nhân đôi,số phân tử ADN và sỗ chuỗi polinucleotit được tạo ra trong quá trình nhân đôi a) Tính số phân tử ADN: 1 ADN mẹ qua 1 lần tự nhân đôi tạo 2= 21ADN con 1 ADN mẹ qua 2 lần tự nhân đôi tạo 4= 22ADN con 1 ADN mẹ qua 3 lần tự nhân đôi tạo 8= 23ADN con 1 ADN mẹ qua k lần tự nhân đôi tạo ra 2kADN con →Quak lần tự nhân đôi Tổng sốADN tạo thành=2k
Trong 2kphân tử ADN tạo thành có một phân tử ADN mẹ ban đầu. Tổng sốADN conTổng số ADN con=2k−1 Dù ở đợt tự nhân đôi nào, trong số ADN con tạo ra từ 1 ADN ban đầu, vẫn có 2 ADN con mà mỗi ADN con này có chứa 1 mạch cũ của ADN mẹ.Có nghĩa là luôn có 2 mạch ADN ban đầu. Vì vậy số ADN con còn lại có cả 2 mạch có nguyên liệu hoàn toàn từ nucleotit mới của môi trường nội bào. SốADN con có2 mạch mới hoàn toànSố ADN con có 2 mạch mới hoàn toàn=2k−2 b) Tính số chuỗi polinucleotit. Mỗi một phân tử ADN gồm có hai chuỗi polinucleotit. Sau k lần nhân đôi thì số chuỗi polinucleotit được tạo ra là: 2×2k Sau k lần nhân đôi thì số chuỗi polinucleotit có nguyên liệu hoàn toàn từ môi trường được tổng hợp là: 2×(2k−1) 2. Tính số nucleotit môi trường cung cấp cho quá trình nhân đôi. Phân tử ADN mới được tạo ra có thành phần cấu tạo và số lượng các loại nucleotit giống với phân tử ADN ban đầu. -Khi gen nhân đôi một lần: Nmt= Ngen Amt= Tmt= Agen= Tgen Gmt= Xmt= Ggen= Xgen -Từ đó nếu phân tử ADN nhân đôi k lần thì sẽ có: Nmt=N×(2k−1) Amt=Tmt=T×(2k−1)=A×(2k−1) Gmt=Xmt=G×(2k−1)=X×(2k−1) 3. Xác định số liên kếthiđrô và liên kết cộng hóa trị được hình thành và bị phá hủy trong nhân đôi. a) Tính số liên kết hiđrô (H). Số liên kết H trong một phân tử ADN là:2A + 3G= 2A + 2G + G =N + G Số liên kết H được hình thành trong lần nhân đôi thứ k là Hht= H× 2k Tổng số liên kết hidro được hình thành sau k lần nhân đôi (bao gồm cả các lần nhân đôi từ 1 → k) là: ∑H=H×(21+22+...+2k)=2H×(2k−1) Số liên kết H bị phá vỡ là trong lần nhân đôi thứ k là: H = H× 2k-1 Tổng số liên kết hidro bị phá vỡ sau k lần nhân đôi là: ∑H=H×(20+21+...+2k -1)=H×(2k−1) b) Tính số liên kết cộng hóa trị Liên kết cộng hóa trị giữa các nucleotit trong 1 mạch thì không bị phá vỡ, sau khi nhân đôi thì số lượng liên kết hóa trị tăng lên gấp đôi. Sau khi nhân đôi k lần thì số liên kết hóa trị của phân tử là HThinhthanh=HT×(2k−1) 4. Tính số đoạn mồi và đoạn Okazaki xuất hiện trong nhân đôi Xét với một chạc chữ Y: Mạch được tổng hợp liên tục có 1 đoạn mồi để khởi đầu, 0 đoạn Okazaki. Mạch được tổng hợp gián đoạn có: số đoạn mồi = số đoạn Okazaki Trong một đơn vị tái bản thì có hai chạc chữ Y → Số đoạn mồi xuất hiện trong một chạc chữ Y là Số đoạn mồi=Số đoạn okazaki+2 Trong các đặc điểm nêu dưới đây, có bao nhiêu đặc điểm có ở quá trình nhân đôi của ADN ở sinh vật nhân thực và có ở quá ?Trong các đặc điểm nêu dưới đây, có bao nhiêu đặc điểm có ở quá trình nhân đôi của ADN ở sinh vật nhân thực và có ở quá trình nhân đôi ADN của sinh vật nhân sơ?
A. 4 B. 5 C. 3 D. 2
 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. Nguyên tắcQuá 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 sung và bán bảo toàn. Chứng minh quá trình nhân đôi DNA được thực hiện theo nguyên tắc bán bảo toàn: phương pháp sử dụng đồng vị phóng xạ. Quá trình nhân đôiMở đầuĐể 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. Kéo dàiDNA polymeraza có hoạt tính chiều 5′ –3. Tất cả các hệ thống sao chép DNA đã cho một nhóm hydroxyl 3' tự do trước khi tổng hợp có thể được bắt đầu (lưu ý: 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 biệt cho tổng hợp DNA được công nhận:
Đầu tiên là cơ chế này được biết đến nhiều nhất và được sử dụng bởi các sinh vật di động. Trong cơ chế này, một khi hai mạch được tách ra, primaza bổ sung thêm mồi RNA vào các mạch khuôn. Mạch dẫn đầu nhận được một đoạn mồi RNA trong khi mạch tụt lại nhận được một số. Mạch dẫn đầu liên tục được kéo dài từ mồi bằng một DNA polymeraza với độ xử lý cao, trong khi đó, mạch bị trễ được mở rộng không liên tục từ mỗi mồi tạo thành các đoạn Okazaki. RNase loại bỏ các đoạn RNA mồi, và một DNA polymeraza có độ xử lý thấp khác với polymeraza nhân bản xâm nhập vào để lấp đầy khoảng trống. Khi điều này hoàn tất, có thể tìm thấy một vết đơn lẻ trên mạch gốc và một số vết trên mạch kia. Ligaza hoạt động để lấp đầy những vết này, do đó hoàn thành phân tử DNA mới được nhân đôi. Primaza được sử dụng trong quá trình này khác nhau đáng kể giữa vi khuẩn 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 liên kết giống như Rossmann. Cấu trúc này cũng được tìm thấy trong các lĩnh vực xúc tác của topoisomerase Ia, topoisomerase II, các protein nucleaza và protein sửa chữa DNA của họ OLD liên quan đến protein RecR. Các enzym tham giaGyraza (còn được gọi là topoisomeraza II): Làm duỗi thẳng phân tử DNA. Hêlicaza (helicase): dãn xoắn và tách hai mạch đơn do cắt các liên kết hydro. DNA polymeraza: DNA polymeraza I: cắt RNA mồi, tổng hợp mạch polinucleotide mới. DNA polymeraza II: sửa sai sau khi nối các đoạn okazaki. DNA polymeraza III: lắp ráp nu, kéo dài mạch đơn mới. Ligaza: nối các 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 tất cả các tế bào sinh dưỡng enzim này không hoạt động Diễn biếnỞ tế bào sinh vật nhân sơBước 1: Tháo xoắn phân tử DNANhờ enzym tôpôizômêraza tháo xoắn, phân tử DNA ra khỏi trạng thái siêu xoắn của cấu trúc tôpô, sau đó các 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 mớiEnzym DNA polymeraza sử dụng 2 mạch đơn khuôn tổng hợp nên mạch mới theo nguyên tắc bổ sung. Vì enzym DNA polymeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5' - 3' (DNA polymeraza chỉ có thể xúc tác kéo dài mạch mới khi có sẵn đầu 3' OH tự do) nên trên mạch khuôn có chiều 3'-5', quá 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' quá trình tổng hợp gián đoạn tạo thành các đoạn okazaki. Mạch này tổng hợp gián đoạn và chậm hơn nên gọi là mạch ra chậm (lagging strand). Sau đó các đoạn okazaki được nối lại với nhau nhờ enzym nối ligaza. Bước 3: Hai phân tử DNA được tạo thành (kết thúc)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 kích thước lớn. Sự nhân đôi DNA xảy ra ở nhiều điểm trong mỗi phân tử DNA tạo ra nhiều đơn vị tái bản và do nhiều loại enzym tham gia. Ở sinh vật nhân thực, quá trình tổng hợp mạch mới ở vị trí đầu mút của phân tử DNA xảy ra một hiện tượng đặc biệt gọi là sự cố đầu mút[1]. Hình ảnhTham khảo
Liên kết ngoài
|
