DNA và cơ chế tái bản DNA
DNA VÀ CƠ CHẾ TÁl BẢN DNA
- Dựa vào cấu trúc
hoá học của phân tử DNA, trình bày được chức năng của DNA.
- Nêu được ý nghĩa
của các kết cặp đặc hiệu A-T và G-C.
- Phân tích được
cơ chế tái bản của DNA là một quá trình tự sao thông tin di truyền từ tế
bào mẹ sang tế bào con hay từ thế hệ này sang thế hệ sau.
Một phân tử hữu cơ cần phải có các đặc điểm cấu trúc như thế
nào để có thể đảm nhận chức năng của một vật chất di truyền?
I. CHỨC NĂNG CỦA
DNA
DNA có chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di
truyền. Thông tin di truyền dưới dạng trình tự các nucleotide trong các phân tử
DNA là đủ lớn và đa dạng nên bộ máy phân tử của tế có thể tạo ra mọi đặc điểm
của tế bào và cơ thể sinh vật. Không những chứa được nhiều thông tin, DNA còn
có khả năng tái bản chính xác, nhờ vậy thông tin di truyền của tế bào được
truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể. Hình 1.1 cho
thấy, đặc điểm cấu trúc của DNA phù hợp với chức năng như sau:
- DNA được cấu
trúc theo nguyên tắc đa phân, gồm 4 loại đơn phân là các nucleotide A, T,
G và C. Các đơn phân này dùng như các "chữ cái" có thể "ghi
mã" đủ mọi thông tin di truyền về cấu trúc và chức năng của tế bào.
- DNA được cấu
trúc kiểu chuỗi xoắn kép nên có cấu trúc bền vững, đảm bảo thông tin di
truyền được bảo quản ít bị hư hỏng.
- Các nucleotide
có khả năng liên kết theo nguyên tắc bổ sung (NTBS) nên thông tin trong
DNA có thể được truyền đạt sang mRNA qua quá trình phiên mã và từ mRNA
được dịch mã thành các phân tử protein.
- Sự kết hợp đặc hiệu A-T và G-C trong quá trình tái bản DNA đảm bảo cho thông tin di truyền trong DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
![]() |
Hình 1.1: Mô hình cấu trúc DNA theo Watson và Crick |
DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM
- Nêu
các đặc điểm cấu trúc phù hợp với chức năng của DNA.
- Tại
sao protein tạo nên các tính trạng của sinh vật nhưng không thể đảm nhận
chức năng của một vật chất di truyền?
II. TÁl BẢN DNA
Quá trình tái bản DNA được bắt đầu từ một điểm nhất định gọi
là điểm khởi đầu sao chép (Ori) và tiến hành theo hai hướng ngược nhau tạo nên
một đơn vị tái bản. Quá trình tái bản DNA có thể chia thành hai giai đoạn: khởi
đầu sao chép và tổng hợp mạch mới. Quá trình tái bản DNA ở sinh vật nhân sơ
được trình bày chi tiết sau đây.
1. Khởi đầu sao
chép
Một số protein và enzyme liên kết vào Ori và tách DNA thành
hai mạch đơn ở cả hai phía của điểm khởi đầu sao chép tạo nên chạc sao chép
hình chữ Y (H 1.2). Sau đó, enzyme RNA polymerase sử dụng mạch DNA làm khuôn
tổng hợp nên đoạn RNA ngắn được gọi là đoạn mồi, cung cấp đầu 3'-OH cho enzyme
DNA polymerase tổng hợp mạch mới.
![]() |
Hình 1.2. Sơ đồ khái quát quá trình tái bản DNA |
2. Tổng hợp mạch
DNA mới
Tại mỗi chạc sao chép, các mạch DNA được tách thành hai mạch
đơn đến đâu thì enzyme DNA polymerase tổng hợp mạch mới đến đó. Mạch mới được
kéo dài bằng cách gắn thêm nucleotide vào đâu 3' của đoạn RNA mồi theo NTBS
A-T, G-C với mạch khuôn.
Vì DNA được cấu tạo từ hai mạch ngược chiều nhau và DNA được
tách thành hai mạch đơn đến đâu được enzyme DNA polymerase tổng hợp các mạch
mới theo cùng một chiều nên một trong hai
mạch mới được tổng hợp liên tục (mạch liên tục), trong khi mạch mới còn lại
được tổng hợp thành từng đoạn ngắn gọi là Okazaki.
Sau khi các đoạn Okazaki được tổng hợp, enzyme DNA
polymerase tiến hành loại bỏ đoạn mồi và tổng hợp đoạn DNA thay thế. Tiếp đến,
một loại enzyme nối sẽ qắn các đoạn Okazaki lại với nhau ( 4 1.3).
![]() |
Hình 1.3: Quá trình tái bản DNA tại một chạc sao chép |
Kết thúc quá trình tái bản, từ một DNA tạo ra hai phân tử mới giống nhau và giống với phân tử DNA mẹ, mỗi phân tử có một mạch cũ và một mạch mới (nguyên tắc bán bảo toàn). Bộ máy phân tử của tế bào hoạt động tái bản DNA rất chính xác, đảm bảo cho thông tin di truyền trên DNA được truyền đạt gần như nguyên vẹn qua các thế hệ tế bào và cơ thể (đối với loài sinh sån vô tính).
Như vậy, DNA được tái bản theo nguyên tắc bán bảo toàn và
NTBS. Ở mỗi chạc sao chép, một mạch được tổng hợp liên tục, mạch còn lại được
tổng hợp gián đoạn.
Ở
sinh vật nhân sơ, mỗi phân tử DNA chỉ có một điểm khởi đầu sao chép duy nhất,
trong khi DNA ở sinh vật nhân thực có nhiều điểm khởi đầu sao chép nên quá
trình tái bản xảy ra đồng thời tại nhiều vùng trên một phân tử DNA. Sinh vật
nhân thực có nhiều loại DNA polymerase hơn so với sinh vật nhân sơ.
DỪNG LẠI VÀ SUY
NGẪM
- Nêu
ý nghĩa của kết cặp đặc hiệu A-T và G-C phù hợp với chức năng của DNA.
- Trình
bày quá trình tái bản DNA thể hiện sự sao chép thông tin di truyền qua các
thế hệ tế bào và cơ thể.
KHOA HỌC VÀ ĐỜI
SỐNG
Ứng dụng thực tế của
cơ chế tái bản DNA
Phương pháp tái bản DNA có thể được tiến hành trong ống
nghiệm và đem lại nhiều ứng dụng thực tiễn. Ví dụ: Nhân bản DNA lấy từ mẫu vật
để lại trên hiện trường vụ án, các nhà điểu tra có thể truy tìm được thủ phạm
cũng như xác định được danh tính nạn nhân; Việc tách chiết DNA từ vật nuôi bị
bệnh rồi tái bản tạo ra một số lượng lớn bản sao đủ để tìm ra được tác nhân gây
bệnh, qua đó đưa ra các biện pháp chữa trị cũng như phòng tránh bệnh. Tái bản
DNA là kĩ thuật cần thiết cho giải trình tự gene và hệ gene cũng như cho công
nghệ di truyền.
- DNA là vật chất
di truyền do được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân nên có đủ thông tin quy
định các tính trạng của sinh vật và cấu trúc theo NTBS nên thông tin di
truyền được truyền từ gene tới protein qua các thế hệ tế bào và cơ thể.
- DNA được tái bản
theo nguyên tắc bán bảo toàn, một mạch DNA được dùng làm khuôn tổng hợp
nên mạch mới theo NTBS. Do vậy, từ một phân tử "mẹ" tạo ra được
hai phân tử DNA "con" giống nhau và giống với phân tử DNA mẹ.
LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG
- Tỉ
lệ các cặp G-C và T-A trong phân tử DNA có ảnh hưởng đến độ bền vững của
phân tử DNA không? Giải thích.
- Kẻ
và hoàn thành bảng tóm tắt quá trình tái bản DNA vào vở theo mẫu sau:
Nơi
diễn ra |
??? |
Nguyên
tắc tái bản |
??? |
Diễn
biến |
??? |
Kết
quả |
??? |
Ý
nghĩa |
??? |
Nhận xét
Đăng nhận xét
Cảm ơn bạn đã phản hồi, chúc quý độc giả sức khỏe và thành đạt!