Sao chép và sửa chữa DNA

Trước khi một tế bào phân chia, nó sao chép toàn bộ bộ gen của mình với độ chính xác đáng kinh ngạc, và một mạng lưới các hệ thống sửa chữa liên tục khắc phục những hư hỏng và lỗi mà nếu không có chúng sẽ làm hỏng trình tự di truyền.

Definition

Sao chép DNA là quá trình sao chép bán bảo toàn bộ gen, trong đó mỗi sợi khuôn của cha mẹ tạo khuôn cho một sợi bổ sung mới, và sửa chữa DNA là tập hợp các con đường enzyme phát hiện và sửa chữa các hư hỏng và lỗi sao chép.

Scope

Chủ đề này bao gồm sao chép bán bảo toàn và thí nghiệm Meselson-Stahl, chạc sao chép với mạch dẫn đầu và mạch đi theo cùng các đoạn Okazaki, vai trò của các DNA polymerase, helicase, primase và ligase, quá trình đọc sửa và độ chính xác của quá trình tổng hợp, cũng như các con đường sửa chữa chính bao gồm sửa chữa sai cặp, sửa chữa cắt bỏ bazơ và nucleotide, và sửa chữa đứt gãy sợi đôi. Nó đề cập đến cách trình tự được sao chép và bảo tồn; cách trình tự thay đổi bất chấp các hệ thống này được đề cập trong phần đột biến.

Core questions

• Thí nghiệm Meselson-Stahl đã chứng minh quá trình sao chép là bán bảo toàn như thế nào?
• Tại sao hai sợi tại một chạc sao chép phải được tổng hợp khác nhau?
• Quá trình đọc sửa và sửa chữa sai cặp đạt được tỷ lệ lỗi rất thấp của bộ gen như thế nào?
• Những con đường sửa chữa nào xử lý những loại hư hỏng DNA nào?

Key concepts

• Sao chép bán bảo toàn và thí nghiệm Meselson-Stahl
• Chạc sao chép, sợi dẫn đầu và sợi đi theo, các đoạn Okazaki
• DNA polymerase, helicase, primase và ligase
• Đọc sửa và độ chính xác của quá trình sao chép
• Sửa chữa sai cặp, cắt bỏ và đứt gãy sợi đôi

Mechanisms

Helicase tháo xoắn sợi đôi, primase đặt các mồi RNA, và DNA polymerase kéo dài các sợi mới theo chiều năm phẩy đến ba phẩy, liên tục trên sợi dẫn đầu và dưới dạng các đoạn Okazaki sau đó được nối bởi ligase trên sợi đi theo; quá trình đọc sửa của polymerase và sửa chữa sai cặp sau sao chép, cùng với các con đường cắt bỏ đối với hư hỏng hóa học và tia cực tím, giữ cho tỷ lệ đột biến cực kỳ thấp.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết trong sửa chữa DNA gây ra các rối loạn di truyền và khuynh hướng ung thư, chẳng hạn như bệnh khô da sắc tố (xeroderma pigmentosum) do sửa chữa cắt bỏ nucleotide bị lỗi và hội chứng Lynch do thiếu hụt sửa chữa sai cặp, trong khi các enzyme sao chép là cơ sở của quá trình khuếch đại DNA trong phòng thí nghiệm.

History

Meselson và Stahl đã xác nhận quá trình sao chép bán bảo toàn vào năm 1958 bằng cách sử dụng DNA được đánh dấu mật độ, Kornberg đã phân lập DNA polymerase đầu tiên, và các đoạn Okazaki được phát hiện vào cuối những năm 1960 đã giải quyết cách sợi đi theo được tạo ra; các con đường sửa chữa đã được lập bản đồ dần dần thông qua di truyền học vi khuẩn và người trong các thập kỷ tiếp theo.

Key figures

• Matthew Meselson
• Franklin Stahl
• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki

Seminal works

• meselsonStahl1958

Frequently asked questions

Các đoạn Okazaki là gì?

Chúng là những đoạn DNA ngắn được tổng hợp không liên tục trên sợi đi theo vì sợi đó chỉ có thể được tạo ra theo hướng ngược lại với chuyển động của chạc; một enzyme gọi là DNA ligase sau đó nối chúng thành một sợi liên tục.

Tế bào giữ cho quá trình sao chép chính xác như thế nào?

Các DNA polymerase đọc sửa khi chúng tổng hợp, loại bỏ các nucleotide sai cặp, và một hệ thống sửa chữa sai cặp riêng biệt quét DNA mới được tạo ra sau đó, cùng nhau giảm tỷ lệ lỗi xuống khoảng một lỗi trên một tỷ bazơ.