Quá trình nhân đôi DNA

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 DNA hoạt động hiệu quả.

Nguyên tắc

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 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. (Xem thêm https://www.youtube.com/watch?v=r-Kugn_xYAw)

Các enzym tham gia

Gyraza (còn được gọi là topoisomeraza II): Làm duỗi thẳng phân tử DNA.

Helicara: Tách, cắt các liên kết hidro giữa hai mạch đơn.

DNA polymeraza:

DNA polymeraza I: cắt ARN mồi, tổng hợp mạch polinucleotit mới.

DNA polymeraza II: sửa sai sau khi nối các đoạn okazaki.

DNA polymeraza III: lắp ráp nu, kéo dài mạch đơn mới.

Ligara: nối các đoạn okazaki.

Primaza (ARN 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.

Diễn biến

Ở tế bào sinh vật nhân sơ

Bước 1: Tháo xoắn phân tử DNA

Hai mạch đơn của phân tử DNA tách nhau dần tạo nên chạc hình chữ Y để lộ ra hai mạch khuôn tái bản nhờ các enzym tháo xoắn.

Bước 2: Tổng hợp mạch DNA mới

Enzym DNA polymeraza sử dụng một mạch làm khuôn tổng hợp nên mạch mới theo NTBS.

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 dẫn đầu),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).

Ở tế bào sinh vật nhân thực

Sự nhân đôi 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.

Hình ảnh

• 
• 
• 
•