Quá trình nhân đôi ADN

I. KHÁI NIỆM

Nhân đôi ADN là quá trình tạo ra hai phân tử ADN con có cấu trúc giống hệt phân tử ADN mẹ ban đầu. 

Quá trình nhân đôi có thể din ra ở pha S kì trung gian của chu kì tế bào (trong nhân của sinh vật nhân thực) hoặc ngoài tế bào chất (ADN ngoài nhân: ti thể, lục lạp) để chuẩn bị cho phân chia tế bào. 

Quá trình nhân đôi ADN diễn ra theo các nguyên tắc: 

  • Nguyên tắc bổ sung: A – T, G – X. 
  • Nguyên tắc bán bảo toàn: trong mỗi phân tử ADN con thì một mạch là mới tổng hợp còn mạch kia là của ADN mẹ. 
  • Nguyên tắc nửa gián đoạn: một mạch được tổng hợp liên tục, còn mạch kia bị tổng hợp từng đoạn một sau đó các đoạn mới được nối vào nhau. 

Vai trò: giúp cho thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác được truyền đạt nguyên vẹn.

Các thành phần tham gia:

  • Hai mạch đơn của phân tử ADN mẹ.
  • Các nucleotit tự do trong môi trường (A, T, G, X) để tổng hợp mạch mới và các ribonucleotit A, U, G, X để tổng hợp đoạn mồi. 
  • Hệ thống các enzyme tham gia vào quá trình tái bản gồm: 

Enzyme

Chức năng

Gyraza, Helicaza

Gyraza (tháo xoắn phân tử ADN mẹ), Helicaza (cắt các liên kết hiđrô giữa hai mạch đơn của phân tử ADN mẹ để lộ mạch khuôn, tạo chạc ba tái bản)

ARN pôlimeraza

Tổng hợp đoạn mồi ARN bổ sung với mạch khuôn

ADN pôlimeraza

Gắn các nuclêôtit tự do ngoài môi trường vào liên kết với các nuclêôtit mạch khuôn để tổng hợp mạch mới

Ligaza

Nối các đoạn Okazaki thành mạch mới

II. QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI ADN

Quá trình nhân đôi ADN được diễn ra theo trình tự gồm 3 bước sau: 

Bước 1:  Phân tử ADN mẹ tháo xoắn:

Nhờ các enzim tháo xoắn, 2 mạch đơn của phân tử ADN mẹ tách nhau dần tạo nên chạc chữ Y và để lộ ra 2 mạch khuôn, trong đó một mạch có đâu 3’, còn mạch kia có đầu 5’.

Bước 2: Tổng hợp các mạch ADN mới:

Enzim ARN-pôlimeraza tổng hợp đoạn mồi, tiếp theo enzim ADN-pôlimeraza lần lượt liên kết các nuclêôtit tự do từ môi trường nội bào với các nuclêôtit trên mỗi mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung. Vì enzim ADN-pôlimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’ → 3’ nên:

  • Trên mạch khuôn có đầu 3’ thì mạch bổ sung được tổng hợp liên tục theo chiều 5’→ 3’cùng chiều với chiều tháo xon.
  • Trên mạch khuôn có đầu 5’ thì mạch bổ sung được tổng hợp ngắt quãng tạo nên các đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki cũng theo chiều 5’→ 3’ ngược chiều với chiều tháo xoắn, sau đó các đoạn này được nối lại với nhau nhờ enzim nối ADN – ligaza.

Bước 3: Hai phân tử mới được tạo thành 

Mạch mới tổng hợp đến đâu thì 2 mạch đơn (một mạch được tổng hợp và một mạch cũ của phân tử ban đầu) đóng xoắn lại với nhau tạo thành hai phân tử ADN con. 

Kết thúc quá trình nhân đôi: Hai phân tử ADN con được tạo thành có cấu trúc giống hệt nhau và giống ADN mẹ ban đầu. 

Hình 1 : Quá trình nhân đôi ở 1 chạc chữ Y

Ở sinh vật nhân thực, quá trình nhân đôi diễn ra ở nhiều điểm tái bản khác nhau (nhiều đơn vị tái bản). Ở sinh vật nhân sơ chỉ xảy ra tại một điểm (đơn vị tái bản).

Chú ý:

  • Mỗi đơn vị tái bản gồm có hai chạc chữ Y phát sinh từ một điểm khi đầu và được nhân đôi theo hai hướng.
  • Trong một đơn vị tái bản số đoạn mồi cung cấp cho quá trình nhân đôi bằng số đoạn okazaki + 2.

Ý nghĩa của quá trình nhân đôi: 

  • Nhân đôi ADN trong pha S của kì trung gian để chun bị cho quá trình nhân đôi nhiễm sắc thể và chuẩn bị cho quá trình phân chia tế bào. 
  • Nhân đôi ADN giải thích sự truyền đạt thông tin di truyền một cách chính xác qua các thế hệ.

Luyện bài tập vận dụng tại đây!