Khi phân tử nhân đôi, DNA được hình thành. Cách sao chép dna hoạt động. Tốc độ sao chép và độ chính xác

Sao chép DNA là quá trình sinh tổng hợp axit deoxyribonucleic. Nguyên liệu là adenosine, guanosine-cytidine và thymidine triphosphoric acid hoặc ATP, GTP, CTP và TTF.

Cơ chế sao chép DNA

Quá trình sinh tổng hợp được thực hiện với sự có mặt của cái gọi là "hạt giống" - một lượng nhất định axit deoxyribonucleic được biến đổi mạch đơn và một chất xúc tác. DNA polymerase hoạt động như một chất xúc tác. Enzyme này tham gia vào quá trình kết nối các gốc nucleotide. Hơn 1000 gốc nucleotide được kết nối trong một phút. Các gốc nucleotit trong phân tử của đoạn axit deoxyribonucleic được liên kết với nhau bằng liên kết 3 ', 5'-photphodiester. DNA polymerase xúc tác việc gắn các gốc mononucleotide vào đầu 3-hydroxyl tự do của axit deoxyribonucleic đã được biến đổi. Các đoạn nhỏ của phân tử DNA được tổng hợp đầu tiên. Chúng dễ bị tác động bởi DNA ligase và tạo thành các đoạn dài hơn của axit deoxyribonucleic. Cả hai đoạn đều được bản địa hóa trong axit deoxyribonucleic đã biến đổi được sử dụng làm điểm phát triển cho phân tử DNA tương lai và cũng là chất nền mà trên đó hình thành chuỗi axit deoxyribonucleic đối song, giống với DNA đã biến đổi về cấu trúc và trình tự của các gốc nucleotide. Quá trình nhân đôi DNA xảy ra trong quá trình phân bào giữa các kỳ phân bào, axit deoxyribonucleic tập trung ở nhiễm sắc thể và chất nhiễm sắc. Sau khi hình thành axit deoxyribonucleic mạch đơn, cấu trúc bậc hai và bậc ba của nó được hình thành. Hai sợi của axit deoxyribonucleic liên kết với nhau theo quy tắc bổ sung. Quá trình nhân đôi DNA diễn ra trong nhân tế bào.

Nguyên liệu để sinh tổng hợp các nhóm và loại ARN khác nhau là các hợp chất năng lượng cao: ATP, GTP, CTP và TTF. có thể được tổng hợp trong chúng với sự tham gia của một trong ba đoạn được chỉ định: RNA polymerase phụ thuộc DNA, polynucleotide nucleotidyltransferase và RNA polymerase phụ thuộc RNA. Đầu tiên trong số chúng được tìm thấy trong nhân của tất cả các tế bào, cũng mở trong ti thể. RNA được tổng hợp trên khuôn mẫu DNA với sự hiện diện của ribonucleoside triphosphat, các ion Mangana và Magnesium. Một phân tử RNA được hình thành bổ sung cho khuôn mẫu DNA. Để quá trình nhân đôi DNA xảy ra trong nhân, các đoạn mồi r-RNA-, t-RNA-, i-RNA- và RNA-được hình thành. Ba đầu tiên được vận chuyển đến tế bào chất, nơi chúng tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein.

Quá trình sao chép DNA diễn ra giống như quá trình dịch mã của axit deoxyribonucleic. Việc truyền tải, cũng như lưu giữ thông tin di truyền được thực hiện qua hai giai đoạn: phiên mã và dịch mã. Gen là gì? Gen là một đơn vị vật chất là một phần của phân tử axit deoxyribonucleic (ARN ở một số virut). Chứa trong các nhiễm sắc thể của nhân tế bào. Thông tin di truyền được truyền từ DNA qua RNA đến protein. Phiên mã được thực hiện trong và bao gồm tổng hợp i-RNA tại các vị trí của phân tử axit deoxyribonucleic. Cần phải nói rằng trình tự nucleotide của axit deoxyribonucleic được "viết lại" thành trình tự nucleotide của phân tử m-RNA. RNA polymerase gắn vào đoạn tương ứng của DNA, "tháo" chuỗi xoắn kép của nó và sao chép cấu trúc của axit deoxyribonucleic, gắn các nucleotide theo nguyên tắc bổ sung. Khi đoạn này di chuyển, sợi RNA được tổng hợp sẽ di chuyển ra khỏi khuôn, và chuỗi xoắn kép DNA phía sau enzyme ngay lập tức được phục hồi. Nếu RNA polymerase đến cuối vùng được sao chép, RNA sẽ di chuyển khỏi chất nền vào karyoplasm, sau đó nó di chuyển vào tế bào chất, nơi nó tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein.

Trong quá trình dịch mã, trình tự sắp xếp các nuclêôtit trong phân tử ARN thứ i được dịch mã thành trình tự sắp xếp các gốc axit amin trong phân tử prôtêin. Quá trình này diễn ra trong tế bào chất, i-RNA được kết hợp ở đây, và một polysome được hình thành.

1. Sự sao chép xảy ra khi nào?- Trong giai đoạn tổng hợp giữa các pha, rất lâu trước khi phân chia tế bào. Khoảng thời gian giữa sao chép và diễn ra quá trình nguyên phân được gọi là giai đoạn sau tổng hợp của interphase, trong đó tế bào tiếp tục phát triển và kiểm tra xem liệu quá trình nhân đôi có diễn ra chính xác hay không.

2. Nếu có 46 nhiễm sắc thể trước khi nhân đôi, thì sau khi nhân đôi sẽ có bao nhiêu nhiễm sắc thể?- Số lượng NST không thay đổi theo quá trình nhân đôi ADN. Trước khi nhân đôi, một người có 46 nhiễm sắc thể đơn (gồm một sợi kép của ADN), và sau khi nhân đôi sẽ có 46 nhiễm sắc thể kép (gồm hai sợi ADN kép giống hệt nhau nối với nhau ở tâm động).

3. Tại sao cần nhân rộng?- Để trong quá trình nguyên phân, mỗi tế bào con có thể nhận được bản sao ADN của chính nó. Trong quá trình nguyên phân, mỗi chiếc trong số 46 nhiễm sắc thể kép phân chia thành hai nhiễm sắc thể đơn; thu được hai bộ gồm 46 nhiễm sắc thể đơn; hai bộ này phân kỳ thành hai tế bào con.

Ba nguyên tắc của cấu trúc DNA

Nửa bảo thủ- mỗi ADN con chứa một sợi ADN mẹ và một sợi mới được tổng hợp.

Tính bổ sung- AT / CH. Đối diện với adenin của một sợi DNA luôn có thymine của sợi DNA kia, đối diện với cytosine luôn có guanin.

Antiparallelism- Các sợi ADN nằm đối diện nhau. Những kết thúc này không được nghiên cứu ở trường, do đó, một chút chi tiết hơn (và xa hơn trong tự nhiên).

Đơn phân của DNA là nucleotide, phần trung tâm của nucleotide là deoxyribose. Nó có 5 nguyên tử carbon (trong hình gần nhất, các nguyên tử ở deoxyribose phía dưới bên trái được đánh số). Ta nhìn: một gốc nitơ được gắn vào nguyên tử cacbon đầu tiên, axit photphoric của nucleotit này được gắn với nguyên tử thứ năm, nguyên tử thứ ba sẵn sàng gắn axit photphoric của nucleotit tiếp theo. Do đó, bất kỳ sợi DNA nào cũng có hai đầu:

5 ”-end, trên đó là axit photphoric;
Đầu 3 "có ribose trên đó.

Quy tắc chống song song là ở một đầu của sợi đôi DNA (ví dụ, ở đầu trên của hình ảnh gần nhất), một sợi có đầu 5 "và sợi kia có đầu 3". Điều quan trọng đối với quá trình sao chép là DNA polymerase chỉ có thể kéo dài đầu 3 ". Chuỗi DNA chỉ có thể phát triển ở đầu 3" của nó.

Trong hình này, quá trình nhân đôi DNA diễn ra từ dưới lên trên. Có thể thấy rằng chuỗi bên trái phát triển theo cùng một hướng, và chuỗi bên phải phát triển theo hướng ngược lại.

Hình sau chuỗi mới hàng đầu("chuỗi dẫn động") kéo dài theo cùng hướng với sự tăng gấp đôi. Chuỗi mới dưới cùng("chuỗi tụt hậu") không thể kéo dài theo cùng một hướng, vì nó có đầu 5 "ở đó, như chúng ta nhớ lại, không phát triển. Do đó, chuỗi thấp hơn phát triển với sự trợ giúp của Okazaki ngắn (100-200 nucleotide). các mảnh, mỗi mảnh phát triển theo hướng 3 ". Mỗi đoạn Okazaki phát triển từ đầu 3 "của đoạn mồi (" đoạn mồi RNA ", các đoạn mồi có màu đỏ trong hình vẽ).

Enzyme sao chép

Hướng nhân rộng tổng thể- hướng xảy ra quá trình nhân đôi ADN.
DNA của cha mẹ- DNA (mẹ) cũ.
Đám mây màu xanh lá cây bên cạnh "DNA của cha mẹ"- enzyme helicase, phá vỡ liên kết hydro giữa các gốc nitơ của chuỗi DNA cũ (mẹ).
Hình bầu dục màu xám trên các sợi DNA vừa bị xé ra khỏi nhau- Làm mất ổn định các protein ngăn không cho các sợi DNA nối với nhau.
DNA pol III- DNA polymerase, gắn nucleotide mới vào đầu 3 ”của sợi DNA trên (dẫn đầu, tổng hợp liên tục) (Bộ phận dẫn đầu).
Primase- một loại enzyme primase tạo ra mồi (phần màu đỏ từ Lego). Bây giờ chúng ta đếm các đoạn mồi từ trái sang phải:

lớp sơn lót đầu tiên vẫn chưa hoàn thành, nó đang được thực hiện bởi một cuộc họp sơ bộ ngay bây giờ;
từ đoạn mồi thứ hai, DNA polymerase xây dựng DNA - theo hướng ngược lại với hướng nhân đôi của DNA, nhưng theo hướng của đầu 3 ”;
từ đoạn mồi thứ ba, chuỗi DNA đã được xây dựng (Sợi trễ), cô ấy đã đến gần lớp sơn lót thứ tư;
đoạn mồi thứ tư là đoạn ngắn nhất vì DNA polymerase (DNA pol I) loại bỏ nó (hay còn gọi là RNA, nó không liên quan gì đến DNA, chúng tôi chỉ cần phần cuối chính xác của nó) và thay thế nó bằng DNA;
lớp sơn lót thứ năm không còn trong hình nữa, nó bị cắt hoàn toàn, và một khoảng trống vẫn ở vị trí của nó. sợi DNA (Sợi DNA) khâu khoảng trống này để sợi DNA phía dưới (tụt hậu) còn nguyên vẹn.

Siêu mô hình không chỉ ra enzyme topoisomerase, nhưng xa hơn nữa, nó sẽ xuất hiện trong tinh hoàn, vì vậy chúng ta hãy nói một vài lời về nó. Đây là một sợi dây thừng làm bằng ba sợi lớn. Nếu ba đồng chí nắm lấy ba sợi dây này và bắt đầu kéo chúng theo ba hướng khác nhau, thì rất nhanh sau đó sợi dây sẽ ngừng bung ra và cuộn lại thành những vòng chặt chẽ. Với DNA, là một sợi dây hai sợi, điều tương tự cũng có thể xảy ra nếu không có topoisomerase.

Topoisomeresis cắt một trong hai sợi của DNA, sau đó (hình thứ hai, mũi tên màu đỏ) DNA quay xung quanh một trong các sợi của nó, do đó các vòng chặt chẽ không được hình thành (ứng suất topo giảm).

Kết thúc sự sao chép thiếu

Từ siêu mô có enzym sao chép, rõ ràng là ở vị trí còn lại sau khi loại bỏ đoạn mồi, DNA polymerase hoàn thành đoạn Okazaki tiếp theo. (Thực sự dễ hiểu? Nếu có gì đó, các mảnh Okazaki trên siêu hình ảnh được biểu thị bằng các con số trong vòng tròn.) Khi bản sao trên siêu hình ảnh đạt đến kết thúc logic (bên trái), thì mảnh Okazaki cuối cùng (ngoài cùng bên trái) sẽ không có chữ “tiếp theo” , vì vậy sẽ không có ai hoàn thiện DNA trên không gian trống thu được sau khi loại bỏ đoạn mồi.

Đây là một bản vẽ khác. Sợi DNA đen đã cũ, mẹ ạ. Sự nhân đôi DNA, không giống như superpicture, xảy ra từ trái sang phải. Vì DNA mới (màu xanh lá cây) có đầu 5 "ở bên phải, nó bị tụt lại và bị kéo dài bởi các đoạn riêng biệt (Okazaki). Mỗi đoạn Okazaki phát triển từ đầu 3" của đoạn mồi (hình chữ nhật màu xanh). Các đoạn mồi, như chúng ta nhớ lại, được loại bỏ bởi DNA polymerase, nó sẽ hoàn thành đoạn Okazaki tiếp theo vào thời điểm này (quá trình này được biểu thị bằng dấu chấm lửng màu đỏ). Ở đoạn cuối của nhiễm sắc thể, không có ai để vá đoạn này, vì không có đoạn Okazaki tiếp theo nên đã có một khoảng trống. (Khoảng cach)... Như vậy, sau mỗi lần nhân đôi, cả hai đầu 5 ”của các nhiễm sắc thể con đều ngắn lại. (sao chép thiếu thiết bị đầu cuối).

Tế bào gốc (ở da, tủy đỏ, tinh hoàn) phải phân chia hơn 60 lần. Do đó, enzyme telomerase có chức năng trong chúng, giúp kéo dài các telomere sau mỗi lần sao chép. Telomerase kéo dài đầu 3 "nhô ra của DNA, để nó phát triển đến kích thước của đoạn Okazaki. Sau đó, primase tổng hợp đoạn mồi trên đó và DNA polymerase kéo dài đầu 5" chưa được sao chép của DNA.

Testiki

1. Nhân rộng là một quá trình trong đó:
A) có sự tổng hợp ARN vận chuyển;
B) xảy ra quá trình tổng hợp (sao chép) ADN;
C) Ribôxôm nhận biết các phản xạ;
D) liên kết peptit được hình thành.

2. Hãy ghép chức năng của các enzim tham gia quá trình nhân đôi ở sinh vật nhân sơ với tên gọi của chúng.

3. Trong quá trình nhân đôi ở tế bào nhân thực, loại bỏ các đoạn mồi
A) được thực hiện bởi một enzym chỉ có hoạt tính DNase
B) tạo thành các mảnh Okazaki
C) chỉ xảy ra trong mạch trễ
D) chỉ xảy ra trong lõi

4. Nếu bạn tách chiết DNA của thực khuẩn fX174, bạn sẽ thấy rằng nó chứa 25% A, 33% T, 24% G và 18% C. Bạn sẽ giải thích những kết quả này như thế nào?
A) Kết quả của thí nghiệm không chính xác; có một lỗi ở đâu đó.
B) Có thể giả định rằng phần trăm của A xấp xỉ bằng của T, điều này cũng đúng với C và G. Do đó, quy tắc Chargaff không bị vi phạm, DNA là chuỗi kép và sao chép bán bảo tồn.
B) Vì tỉ lệ phần trăm của A, T và C và G tương ứng là khác nhau nên ADN là một sợi; nó được sao chép bởi một enzym đặc biệt tuân theo một cơ chế sao chép đặc biệt với một sợi làm khuôn.
D) Vì A không bằng T và G cũng không bằng C nên ADN phải là mạch đơn, nó được nhân đôi bằng cách tổng hợp một sợi bổ sung và sử dụng dạng sợi kép này làm khuôn mẫu.

5. Sơ đồ đề cập đến sự nhân đôi DNA sợi kép. Đối với mỗi ô vuông I, II, III, chọn một enzyme có chức năng trong lĩnh vực này.

A) Cụm từ xa
B) ADN topoisomerase
C) DNA polymerase
D) DNA helicase
E) DNA ligase

6. Nuôi cấy vi khuẩn từ môi trường có đồng vị nitơ nhẹ (N-14) được chuyển sang môi trường chứa đồng vị nặng (N-15) trong một thời gian tương ứng với một lần phân chia, rồi đưa trở lại môi trường có đồng vị nhẹ của nitơ. Phân tích thành phần của ADN vi khuẩn sau một thời gian tương ứng với hai lần nhân đôi cho thấy:

Các biến thể câu trả lời	DNA
Các biến thể câu trả lời	dễ	Trung bình	nặng
MỘT	3/4	1/4	-
NS	1/4	3/4	-
V	-	1/2	1/2
NS	1/2	1/2	-

7. Một rối loạn di truyền hiếm gặp được đặc trưng bởi suy giảm miễn dịch, chậm phát triển trí tuệ và thể chất, và tật đầu nhỏ. Giả sử rằng bạn tìm thấy số lượng DNA dài và rất ngắn gần như bằng nhau trong dịch chiết DNA từ một bệnh nhân mắc hội chứng này. Enzyme nào có nhiều khả năng bị thiếu / bị lỗi nhất ở bệnh nhân này?
A) DNA ligase
B) Topoisomerase
C) DNA polymerase
D) Helicase

8. Phân tử ADN là một chuỗi xoắn kép chứa 4 loại bazơ nitơ khác nhau. Phát biểu nào sau đây về quá trình nhân đôi và hoá học ADN là đúng?
A) Trình tự các bazơ của hai chuỗi giống nhau.
B) Trong mạch kép của ADN, hàm lượng purin bằng hàm lượng pyrimidin.
C) Cả hai chuỗi đều được tổng hợp liên tục theo chiều 5 '→ 3'.
D) Sự gắn vào bazơ đầu tiên của axit nuclêic mới được tổng hợp được xúc tác bởi ADN polymeraza.
E) Hoạt động sửa lỗi của ADN polymeraza được thực hiện theo chiều 5 '→ 3'.

9. Hầu hết các polymerase DNA cũng có hoạt động:
A) thắt lưng;
B) endonuclease;
C) 5 "-exonuclease;
D) 3 ”-exonuclease.

10. DNA helicase là một loại enzyme quan trọng của quá trình sao chép DNA có chức năng tháo xoắn DNA sợi kép thành DNA sợi đơn. Một thí nghiệm nhằm làm sáng tỏ các đặc tính của enzym này được mô tả dưới đây.

Phát biểu nào sau đây về thí nghiệm này là đúng?
A) Vùng xuất hiện ở đầu gel chỉ là ssDNA, 6,3 kb.
B) Dải xuất hiện ở đáy gel được đánh dấu là DNA 300bp.
C) Nếu DNA lai chỉ được xử lý bằng DNA helicase và phản ứng hoàn thành, thì sự sắp xếp của các dải trông như thể hiện ở làn 3 trong hình b.
D) Nếu DNA lai chỉ được xử lý bằng cách đun sôi mà không xử lý helicase, thì sự sắp xếp của các dải trông như thể hiện ở làn 2 trong hình b.
E) Nếu DNA lai chỉ được xử lý bằng helicase đun sôi, thì sự sắp xếp của các dải trông như thể hiện ở làn 1 trong hình b.

Olympic cấp huyện 2001
- Olympic toàn Nga 2001
- Olympic quốc tế 2001
- Olympic quốc tế 1991
- Olympic quốc tế 2008
- Olympic cấp huyện năm 2008
- Olympic Quốc tế 2010
Toàn bộ văn bản của các kỳ thi Olympic này có thể được tìm thấy.

Nó là một phân tử có tính di truyền, do đó để nhận ra chất lượng này, nó phải sao chép chính xác chính nó và do đó bảo tồn tất cả thông tin có sẵn trong phân tử DNA ban đầu dưới dạng một trình tự nucleotide cụ thể. Điều này đạt được thông qua một quá trình đặc biệt diễn ra trước sự phân chia của bất kỳ tế bào nào trong cơ thể, được gọi là quá trình sao chép DNA.

Bản chất của quá trình sao chép DNA là một loại enzyme đặc biệt phá vỡ các liên kết hydro yếu nối các nucleotide của hai chuỗi. Kết quả là, các sợi DNA bị ngắt kết nối và các bazơ nitơ tự do "dính" ra khỏi mỗi sợi (sự xuất hiện của cái gọi là ngã ba sao chép). Một loại enzyme đặc biệt DNA polymerase bắt đầu di chuyển dọc theo sợi DNA tự do từ đầu 5 đến đầu 3 (sợi đầu), giúp gắn các nucleotide tự do, được tổng hợp liên tục trong tế bào, vào đầu 3 "-của DNA mới được tổng hợp. Trên sợi DNA thứ hai (sợi trễ) DNA mới được hình thành dưới dạng các đoạn nhỏ, bao gồm 1000-2000 nucleotide (đoạn Okazaki).

Để bắt đầu sao chép các đoạn DNA của sợi này, cần phải tổng hợp các đoạn RNA ngắn (các tính năng đặc trưng của RNA sẽ được thảo luận dưới đây) làm hạt giống, trong đó một loại enzyme đặc biệt được sử dụng - RNA polymerase (primase). Sau đó, các đoạn mồi RNA được loại bỏ, DNA được chèn vào các khoảng trống đã hình thành bằng cách sử dụng DNA polymerase I. Do đó, mỗi sợi DNA được sử dụng như một khuôn mẫu hoặc khuôn để tạo ra một sợi bổ sung, và quá trình sao chép DNA được bảo tồn một phần (tức là một sợi trong một phân tử DNA mới là “cũ”, và phân tử thứ hai là mới).

Tế bào sử dụng các enzym khác nhau để tái tạo các chuỗi dẫn đầu và chuỗi trễ. Kết quả của quá trình sao chép, hai phân tử ADN mới hoàn toàn giống hệt nhau được hình thành, chúng cũng giống với phân tử ADN ban đầu trước khi bắt đầu sao chép lại (quá trình sao chép ADN được trình bày chi tiết hơn trong Hình 3.5). DNA polymerase, giống như bất kỳ enzyme nào khác, tăng tốc đáng kể quá trình gắn các nucleotide bổ sung vào chuỗi DNA tự do, tuy nhiên, ái lực hóa học của adenine đối với thymine và cytosine đối với guanine rất lớn đến mức chúng kết hợp với nhau ngay cả khi không có DNA polymerase trong một hỗn hợp phản ứng đơn giản.

Có thể nói, phần nào đơn giản hơn, hiện tượng nhân đôi chính xác của một phân tử DNA, dựa trên sự bổ sung của các base của phân tử này, tạo nên cơ sở phân tử của tính di truyền. Tốc độ sao chép DNA ở người tương đối chậm và sẽ mất hàng tuần để sao chép DNA của bất kỳ nhiễm sắc thể nào của con người nếu quá trình sao chép bắt đầu từ một điểm duy nhất. Thực tế, trong phân tử ADN của bất kỳ nhiễm sắc thể nào, a-mỗi nhiễm sắc thể của người chỉ chứa một phân tử ADN, có nhiều vị trí bắt đầu sao chép (bản sao). Từ mỗi bản sao, quá trình sao chép tiến hành theo cả hai hướng cho đến khi các bản sao lân cận hợp nhất. Do đó, quá trình nhân đôi DNA trong mỗi nhiễm sắc thể diễn ra tương đối nhanh chóng.

Sao chép (từ tiếng Latinh là sao chép - tái tạo) là quá trình tổng hợp phân tử ADN con trên nền của phân tử ADN mẹ. Trong quá trình phân chia tiếp theo của tế bào mẹ, mỗi tế bào con nhận được một bản sao của phân tử ADN, phân tử này giống với ADN của tế bào mẹ ban đầu. Quá trình này đảm bảo truyền chính xác thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Quá trình sao chép DNA được thực hiện bởi một phức hợp enzyme phức tạp bao gồm 15-20 protein khác nhau, được gọi là bản sao.

Sao chép DNA là một sự kiện quan trọng trong quá trình phân chia tế bào. Điều cần thiết là tại thời điểm phân chia, DNA phải được sao chép hoàn toàn và chỉ một lần. Điều này được cung cấp bởi một số cơ chế điều chỉnh quá trình sao chép DNA.

Nhân rộng diễn ra trong ba giai đoạn:

1. Khởi xướng nhân rộng

2. Kéo dài

3. Chấm dứt nhân rộng.

Bộ gen của sinh vật nhân thực (cũng như các nhiễm sắc thể riêng lẻ của chúng) bao gồm một số lượng lớn các bản sao độc lập, điều này làm giảm đáng kể tổng thời gian sao chép của một nhiễm sắc thể riêng lẻ. Các cơ chế phân tử kiểm soát số lần bắt đầu sao chép hoạt động tại mỗi vị trí trong một chu kỳ phân chia tế bào được gọi là kiểm soát số lượng bản sao. Ngoài DNA nhiễm sắc thể, tế bào vi khuẩn thường chứa plasmid, là những bản sao riêng lẻ. Plasmid có cơ chế kiểm soát sao chép riêng của chúng: chúng có thể cung cấp tổng hợp chỉ một bản sao của plasmid trong mỗi chu kỳ tế bào, hoặc hàng nghìn bản sao.

Quá trình sao chép bắt đầu tại vị trí bắt đầu sao chép với sự tháo xoắn của chuỗi xoắn kép DNA, với sự hình thành ngã ba sao chép - vị trí của quá trình sao chép DNA trực tiếp. Mỗi trang web có thể hình thành một hoặc hai nhánh sao chép, tùy thuộc vào việc sao chép là đơn hướng hay hai hướng. Sao chép hai chiều phổ biến hơn. Một thời gian sau khi bắt đầu sao chép, mắt sao chép có thể được quan sát trong kính hiển vi điện tử - một phần của nhiễm sắc thể nơi DNA đã được sao chép, được bao quanh bởi các phần mở rộng hơn của DNA không được sao chép.

Trong ngã ba sao chép, DNA sao chép một phức hợp protein lớn (replicisome), enzyme quan trọng trong đó là DNA polymerase. Ngã ba sao chép di chuyển với tốc độ khoảng 100.000 cặp bazơ mỗi phút ở sinh vật nhân sơ và 500-5000 ở sinh vật nhân thực.

Cơ chế sao chép phân tử:

Các enzyme (helicase, topoisomerase) và các protein liên kết DNA sẽ tháo DNA ra, giữ cho chất nền được pha loãng và xoay phân tử DNA. Tính đúng đắn của quá trình sao chép được đảm bảo bởi sự phù hợp chính xác của các cặp bazơ bổ sung và hoạt động của DNA polymerase, có khả năng nhận biết và sửa lỗi. Sự sao chép ở sinh vật nhân thực được thực hiện bởi một số DNA polymerase khác nhau (trái ngược với sự sao chép DNA ở sinh vật nhân sơ).

DNA polymerase I hoạt động trên sợi trễ để loại bỏ các đoạn mồi RNA và tái tạo các vị trí DNA đã được tinh sạch. DNA polymerase III là enzyme sao chép DNA chính tổng hợp sợi DNA dẫn đầu và các đoạn Okazaki trong quá trình tổng hợp sợi trễ (các đoạn Okazaki là các đoạn DNA tương đối ngắn được hình thành trên sợi trễ trong quá trình sao chép DNA). Sau đó, các phân tử được tổng hợp sẽ được tháo xoắn theo nguyên tắc siêu phức hợp và nén chặt hơn nữa của DNA. Quá trình tổng hợp tiêu tốn năng lượng.

Các chuỗi của phân tử DNA phân kỳ, tạo thành một ngã ba sao chép, và mỗi chuỗi sẽ trở thành một chất nền mà trên đó một sợi bổ sung mới được tổng hợp. Kết quả là hai phân tử DNA mạch kép mới được hình thành, giống hệt với phân tử mẹ.

1. Bắt đầu.

Sự sao chép bắt đầu ở những vùng được xác định nghiêm ngặt của DNA - điểm xuất phát của sự sao chép - ori (từ nguồn gốc tiếng Anh - bắt đầu). Dưới đây là các trình tự nucleotide cụ thể - hộp DNA, được nhận biết bởi protein khởi đầu, mà các enzyme sao chép khác sau đó sẽ liên kết. Vì quá trình tổng hợp DNA chỉ xảy ra trên nền một sợi đơn, nó phải được thực hiện trước sự phân tách bắt buộc của hai sợi DNA, tức là chuẩn bị ma trận, bao gồm các quá trình sau:

· Các chuỗi xoắn DNA giải phóng chuỗi xoắn kép của DNA bằng cách sử dụng năng lượng của ATP. Vị trí bắt đầu phân kỳ của chuỗi được gọi là ngã ba sao chép vì hình chữ Y đặc trưng.

· Các topoisomerase DNA làm giảm căng thẳng topo (siêu cuộn) trong quá trình tháo xoắn DNA. Để làm được điều này, trước tiên, enzyme phá vỡ sợi DNA, sau đó gắn cộng hóa trị vào đầu bị đứt. Liên kết này có năng lượng đáng kể, do đó phản ứng là thuận nghịch và không cần chi phí năng lượng bổ sung. Hai loại topoisomerase đã được tìm thấy: topoisomerase I (giới thiệu các đứt gãy sợi đơn) và topoisomerase II (giới thiệu các đứt gãy sợi kép trong DNA).

· Các protein SSB (từ các protein liên kết DNA sợi đơn của Anh) liên kết với các vùng sợi đơn và ổn định song công không được xoắn, ngăn ngừa sự hình thành kẹp tóc.

Mẫu DNA đã sẵn sàng. Bây giờ, cần phải xây dựng một chuỗi bổ sung từ deoxyribonucleoside triphosphat (dNTP) có sẵn trong tế bào đến từng chuỗi của phân tử DNA mẹ. Các enzym xúc tác phản ứng bổ sung deoxyribonucleotide được xác định bởi DNA khuôn mẫu được gọi là DNA polymerase (DNAP).

DNA polymerase đầu tiên được A. Kornberg phát hiện ra vào năm 1957, và năm 1959, ông đã được trao giải Nobel vì đã khám phá ra cơ chế sinh tổng hợp DNA.

Các DNA được nghiên cứu nhiều nhất ở sinh vật nhân sơ là:

· DNAP I. Chức năng:

5'-3 '- exonuclease (có thể loại bỏ nucleotide 5'-tận cùng)

· DNAP II. Vai trò không được hiểu đầy đủ. Không tham gia nhân rộng.

· DNAP III. Enzyme chính của sự sao chép. Chức năng:

Polymerase (kết nối nucleotide với liên kết phosphodiester),

3'-5'-exonuclease (có thể loại bỏ nucleotide 3'-tận cùng)

DNAP có hai tính năng:

Đầu tiên, các polymerase DNA không thể bắt đầu tổng hợp DNA mà chỉ có thể thêm các đơn vị deoxyribonucleotide mới vào đầu 3'của chuỗi polynucleotide hiện có. Do đó, DNA cần phải được mồi. Đoạn mồi (primer) cần thiết cho hoạt động của DNAP bao gồm RNA (khoảng 15-17 nucleotide) và được tổng hợp bởi enzyme primase. Primase liên kết với helicase và DNA để tạo thành một cấu trúc được gọi là primosome. Sau đó DNAP III gắn vào mồi và kéo dài sợi.

Thứ hai, việc tổng hợp sợi polymerase mới chỉ được thực hiện theo hướng 5'-3 'dọc theo sợi khuôn mẫu hướng đối song song, tức là. 3'-5 '. Sự tổng hợp các chuỗi theo hướng ngược lại không bao giờ xảy ra, do đó, các chuỗi được tổng hợp trong ngã ba sao chép phải phát triển theo các hướng ngược lại. Sự tổng hợp của một chuỗi (dẫn đầu, dẫn đầu) xảy ra liên tục và chuỗi kia (tụt hậu) - trong các đoạn. Chuỗi dẫn đầu phát triển từ đầu 5 'đến đầu 3' theo hướng của ngã ba sao chép và chỉ cần một hành động bắt đầu. Sự phát triển của chuỗi tụt hậu cũng đi từ đầu 5 'đến đầu 3', nhưng theo hướng ngược lại với sự chuyển động của ngã ba sao chép. Để tổng hợp một chuỗi trễ, một số sự kiện khởi đầu phải xảy ra, kết quả là nhiều chuỗi ngắn (đoạn Okazaki) được hình thành, độ dài của chuỗi này ở sinh vật nhân sơ là 1000-2000 nucleotide.

Ở đầu mỗi đoạn Okazaki có một đoạn mồi ARN, đoạn mồi này phải được loại bỏ. ribonucleotide không được có trong DNA. DNAP I, do hoạt động 5'-3'-exonuclease, loại bỏ đoạn mồi và thay thế nó bằng deoxyribonucleotide. Khoảng trống giữa hai đoạn Okazaki liền kề được khâu lại bằng enzyme DNA ligase sử dụng năng lượng của ATP.

2. Kéo dài (kéo dài chuỗi).

Một phức hợp gồm các enzym sao chép, được gọi là bản sao, di chuyển dọc theo phân tử ADN khuôn mẫu, tháo cuộn nó và xây dựng các sợi ADN bổ sung.

3. Chấm dứt (kết thúc sao chép).

DNA chứa các vị trí kết thúc sao chép chứa các trình tự cụ thể mà các protein kết thúc liên kết, ngăn cản sự lan truyền thêm của ngã ba sao chép. Quá trình tổng hợp DNA kết thúc.

Chúng tôi đã lưu ý trước đó rằng ngoài hoạt động polymerase, DNAP còn có exonuclease 3'-5 '. Nó là cần thiết để sửa chữa, tức là loại bỏ một nucleotide được chèn không chính xác. DNAP kiểm tra kỹ lưỡng sự tương ứng của từng nucleotide với khuôn mẫu: một lần trước khi kết hợp nó vào sợi đang phát triển và lần thứ hai trước khi kết hợp nucleotide tiếp theo.

Tốc độ nhân đôi ở sinh vật nhân sơ là 500 nucleotit / giây.

Phương pháp sao chép

· Loại Θ. Ocellus nhân bản mở rộng theo các hướng ngược nhau dọc theo phân tử DNA tròn. Điều này tạo ra một cấu trúc trung gian giống với chữ cái Hy Lạp θ. Đó là đặc điểm của sinh vật nhân sơ và một số loại virut.

· Kiểu Σ (cơ cấu vòng lăn). Sự sao chép bắt đầu bằng việc phá vỡ liên kết photphodiester ở một trong các chuỗi của phân tử vòng tròn mẹ. DNAP gắn vào đầu 3 'miễn phí và tạo thành một sợi mới. Cấu trúc trung gian có hình dạng của chữ σ. Kiểu sao chép này được tìm thấy ở một số vi rút, đặc biệt, ở lambda thực khuẩn.

· Sự sao chép của các phân tử mạch thẳng với sự hình thành của một số nhánh sao chép di chuyển về phía nhau. Nó là đặc trưng của tất cả các sinh vật nhân thực và vi rút có phân tử DNA mạch thẳng.

Đặc điểm của sự sao chép ở sinh vật nhân thực

1. Sự nhân đôi xảy ra ở kì S của chu kì nguyên phân của tế bào.

2. Có nhiều bản sao trong một phân tử ADN; có nhiều điểm bắt đầu sao chép.

3. DNP polymerase:

· Α - DNA polymerase. Enzyme chính của sự sao chép. Nó cũng sở hữu hoạt động của các loài linh trưởng. Tổng hợp các mảnh vỡ của Okazaki.

· Β - DNA polymerase - enzyme sửa chữa (loại bỏ tổn thương DNA).

Γ - DNA polymerase cung cấp tổng hợp DNA ty thể

· Δ - DNA polymerase tham gia vào quá trình tổng hợp chuỗi dẫn đầu.

4. Chiều dài của các đoạn Okazaki là 100-200 nucleotide.

5. Tốc độ sao chép 50 nucleotide / giây.

6. Có một enzyme telomerase kéo dài đầu 3'của DNA trước khi sao chép, vì mỗi lần nhân đôi, chiều dài đầu 3 'của phân tử ADN mạch thẳng lại giảm đi kích thước của đoạn mồi. Rối loạn kéo dài telomere có liên quan đến quá trình sinh ung thư và lão hóa.

Như vậy, từ tài liệu đã thảo luận ở trên, chúng ta có thể kết luận rằng ý nghĩa sinh học của sao chép là tái tạo chính xác thông tin di truyền, điều này cần thiết để vật chất di truyền của tế bào con giống với vật chất di truyền của tế bào mẹ. Điều này rất quan trọng đối với sự phát triển và hoạt động bình thường của các sinh vật đa bào và đối với việc thực hiện sinh sản sinh dưỡng.

Sao chép DNA

Sao chép DNA- quá trình tổng hợp một phân tử con của axit deoxyribonucleic trên nền của phân tử ADN mẹ. Trong quá trình phân chia tiếp theo của tế bào mẹ, mỗi tế bào con nhận được một bản sao của phân tử ADN, phân tử này giống với ADN của tế bào mẹ ban đầu. Quá trình này đảm bảo truyền chính xác thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Quá trình sao chép DNA được thực hiện bởi một phức hợp enzyme phức tạp bao gồm 15-20 protein khác nhau, được gọi là eng. trở lại) .

Học lịch sử

Mỗi phân tử DNA bao gồm một sợi của phân tử mẹ ban đầu và một sợi mới được tổng hợp. Cơ chế sao chép này được gọi là bán bảo toàn. Hiện tại, cơ chế này được coi là đã được chứng minh nhờ các thí nghiệm của Matthew Meselson và Franklin Stahl (g.). Trước đây, có hai mô hình khác: "bảo toàn" - do kết quả của quá trình sao chép, một phân tử DNA được hình thành, chỉ bao gồm các chuỗi mẹ và một, chỉ bao gồm các chuỗi con; “Phân tán” - tất cả các phân tử DNA thu được do quá trình sao chép đều bao gồm các chuỗi, một số phần trong số đó được tổng hợp mới, trong khi phần khác được lấy từ phân tử DNA mẹ.

Quan điểm chung

khởi xướng nhân rộng
sự kéo dài
chấm dứt nhân rộng.

Quá trình nhân rộng được thực hiện chủ yếu ở giai đoạn khởi đầu. Điều này khá dễ thực hiện, bởi vì quá trình sao chép có thể không bắt đầu từ bất kỳ đoạn DNA nào, mà từ một đoạn được xác định nghiêm ngặt, được gọi là vị trí bắt đầu sao chép. Trong bộ gen, có thể chỉ có một hoặc nhiều vị trí như vậy. Liên quan chặt chẽ đến khái niệm về một trang web bắt đầu sao chép là khái niệm bản sao ... Bản sao là một đoạn DNA có chứa vị trí bắt đầu sao chép và sao chép khi quá trình tổng hợp DNA bắt đầu từ vị trí đó. Theo quy luật, bộ gen của vi khuẩn đại diện cho một bản sao, có nghĩa là sự sao chép của toàn bộ bộ gen là kết quả của chỉ một hành động bắt đầu sao chép. Bộ gen của sinh vật nhân thực (cũng như các nhiễm sắc thể riêng lẻ của chúng) bao gồm một số lượng lớn các bản sao độc lập, điều này làm giảm đáng kể tổng thời gian sao chép của một nhiễm sắc thể riêng lẻ. Các cơ chế phân tử kiểm soát số lần bắt đầu sao chép hoạt động tại mỗi vị trí trong một chu kỳ phân chia tế bào được gọi là kiểm soát số lượng bản sao. Ngoài DNA nhiễm sắc thể, tế bào vi khuẩn thường chứa plasmid, là những bản sao riêng lẻ. Plasmid có cơ chế kiểm soát sao chép riêng của chúng: chúng có thể cung cấp tổng hợp chỉ một bản sao của plasmid trong mỗi chu kỳ tế bào, hoặc hàng nghìn bản sao.

Quá trình sao chép bắt đầu tại vị trí bắt đầu sao chép với sự tháo xoắn của chuỗi xoắn kép DNA, với sự hình thành ngã ba sao chép - nơi nhân đôi ADN trực tiếp. Mỗi trang web có thể hình thành một hoặc hai nhánh sao chép, tùy thuộc vào việc sao chép là đơn hướng hay hai hướng. Sao chép hai chiều phổ biến hơn. Một thời gian sau khi bắt đầu nhân đôi, có thể quan sát được trong kính hiển vi điện tử. sao chép lỗ nhìn trộm - vùng của nhiễm sắc thể nơi ADN đã được sao chép, được bao quanh bởi các vùng mở rộng hơn của ADN không được sao chép.

Cơ chế sao chép phân tử

Các enzyme (helicase, topoisomerase) và các protein liên kết DNA sẽ tháo xoắn DNA, giữ chất nền ở trạng thái loãng và xoay phân tử DNA. Tính đúng đắn của quá trình sao chép được đảm bảo bởi sự phù hợp chính xác của các cặp bazơ bổ sung và hoạt động của DNA polymerase, có khả năng nhận biết và sửa lỗi. Sự sao chép ở sinh vật nhân thực được thực hiện bởi một số DNA polymerase khác nhau. Sau đó, các phân tử được tổng hợp sẽ được tháo xoắn theo nguyên tắc siêu phức hợp và nén chặt hơn nữa của DNA. Quá trình tổng hợp tiêu tốn năng lượng.

Đặc điểm của quá trình sao chép

Ghi chú (sửa)

Văn học

Bảo quản DNA trong một loạt các thế hệ: Sao chép DNA (Favorova O.O., SOZH, 1996)PDF (151 KB)
Sao chép DNA (Hoạt hình)

Quỹ Wikimedia. Năm 2010.

Xem "sao chép DNA" là gì trong các từ điển khác:

sao chép dna- - sinh tổng hợp ADN mới trên nền của ADN mẹ ... Từ điển ngắn gọn về thuật ngữ sinh hóa

Sao chép DNA- DNR biosintezė statusas T s Viêm chemija apibrėžtis Fermentų katalizuojama polinukleotidinė DNR sintezė ant DNR matricos. atitikmenys: angl. DNA sao chép rus. Sao chép DNA ryšiai: sinonimas - DNR replikacija ... Ga cuối Chemijos aiškinamasis žodynas

- (từ trễ lat. tái bản lặp lại), sao chép lại, tự sao chép, quá trình tự sao chép của các đại phân tử axit nucleic thành t, cung cấp sự sao chép chính xác của di truyền. thông tin và sự truyền tải của nó từ thế hệ này sang thế hệ khác. Cơ chế của R. ... ... Từ điển bách khoa sinh học

- (từ sự lặp lại trễ lat. replicatio) (tự tổng hợp autoreproduction, reduplication), nhân đôi của phân tử DNA (ở một số virus RNA) với sự tham gia của các enzym đặc biệt. Sự sao chép còn được gọi là sự nhân đôi của nhiễm sắc thể, nó dựa trên sự sao chép ... Từ điển Bách khoa toàn thư

- (axit deoxyribonucleic), AXIT NUCLEIC, là thành phần chính của CHROMOSOME của tế bào nhân thực và một số VIRUSES. DNA thường được gọi là "khối xây dựng" của sự sống, bởi vì nó chứa MÃ DI TRUYỀN ... ... Từ điển bách khoa khoa học và kỹ thuật

Sao chép không được quản lý- * Sao chép không phản ứng * sao chép chạy trốn sao chép nhiều lần sao chép DNA của plasmid, không liên quan đến phân chia tế bào và không bị kiểm soát bởi sự phân chia này ... Di truyền học. từ điển bách khoa

Chuỗi xoắn kép của DNA Axit Deoxyribonucleic (DNA) là một trong hai loại axit nucleic cung cấp khả năng lưu trữ, truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác và thực hiện chương trình di truyền cho sự phát triển và hoạt động của cơ thể sống. Chính ... ... Wikipedia

Biểu diễn sơ đồ của quá trình sao chép, các con số được đánh dấu: (1) sợi trễ, (2) sợi dẫn, (3) DNA polymerase (Polα), (4) DNA ligase, (5) RNA primer, (6) DNA primase, ( 7) đoạn Okazaki, (8) DNA polymerase (Polδ), (9) ... ... Wikipedia