Cơ chế nhân đôi DNA

Trình tự phân tử từng bước tháo xoắn chuỗi xoắn kép và tạo ra hai bản sao chính xác, từ lúc khởi tạo cho đến khi nối đoạn Okazaki cuối cùng.

Definition

Cơ chế nhân đôi DNA là tập hợp các bước enzyme phối hợp mà qua đó một tế bào tách hai sợi của một chuỗi DNA kép tại chạc nhân đôi và sử dụng mỗi sợi làm khuôn để tổng hợp một sợi bổ sung theo hướng 5'→3', tạo ra hai phân tử con bán bảo toàn.

Scope

Chủ đề này mô tả cách một chạc nhân đôi được hình thành và cách DNA được tổng hợp trên cả hai sợi khuôn. Nó bao gồm nhận diện và tháo xoắn điểm khởi đầu, tổng hợp mồi, giới hạn đối song song buộc tổng hợp sợi dẫn liên tục và sợi trễ không liên tục, các thành phần của replisome, và việc nối các đoạn thành các sợi con nguyên vẹn. Độ chính xác và sửa chữa chỉ được đề cập trong phạm vi chúng là nội tại của bước kéo dài.

Core questions

• Sự nhân đôi được bắt đầu tại một điểm khởi đầu cụ thể như thế nào thay vì bất kỳ đâu trên nhiễm sắc thể?
• Tại sao một sợi phải được tạo ra liên tục và sợi kia thành các đoạn ngắn?
• Những protein nào tạo thành replisome và mỗi protein đóng góp gì?
• Các đoạn sợi trễ không liên tục được nối thành một sợi liên tục như thế nào?

Key theories

Giới hạn khuôn đối song song

Vì hai sợi chạy theo hướng ngược nhau và polymerase chỉ kéo dài theo hướng 5'→3', một sợi (dẫn) được sao chép liên tục về phía chạc trong khi sợi kia (trễ) được sao chép thành các đoạn Okazaki rời rạc ra xa chạc.

Tiến trình chạc bán bảo toàn

Mỗi sợi mẹ đã tách rời làm khuôn cho một sợi mới, do đó chạc tạo ra hai chuỗi kép, mỗi chuỗi chứa một sợi cũ và một sợi mới, như đã được Meselson và Stahl chứng minh bằng thực nghiệm.

Mechanisms

Một protein khởi đầu liên kết với điểm khởi đầu và, cùng với helicase, tháo xoắn chuỗi kép để tạo thành một chạc hai chiều. Các protein liên kết sợi đơn bao phủ các sợi lộ ra và primase tổng hợp các đoạn mồi RNA ngắn. Các DNA polymerase nhân đôi, được giữ vào khuôn bởi các kẹp trượt được nạp bởi bộ nạp kẹp, kéo dài các đoạn mồi: sợi dẫn được tạo ra liên tục, và sợi trễ được tạo ra dưới dạng các đoạn Okazaki, mỗi đoạn bắt đầu bằng một đoạn mồi mới. Các đoạn mồi sau đó được loại bỏ, các khoảng trống được lấp đầy, và DNA ligase hàn gắn các vết đứt còn lại để tạo ra hai chuỗi kép con liên tục.

Clinical relevance

Vì bộ máy nhân đôi là thiết yếu và hoạt động nhanh chóng trong các tế bào đang phân chia, một số thành phần của nó là mục tiêu của nghiên cứu kháng khuẩn và chống ung thư; các lỗi tại chạc là một nguồn gây đột biến. Đây là ngữ cảnh giáo dục, không phải lời khuyên lâm sàng.

History

Mô hình bán bảo toàn, được ngụ ý bởi cấu trúc xoắn kép năm 1953 và được Meselson và Stahl xác nhận vào năm 1958, đã đặt ra khuôn khổ; khám phá của Reiji Okazaki về các đoạn sợi trễ ngắn và enzym học của Kornberg sau đó đã tiết lộ bản chất không liên tục, đa protein của chạc nhân đôi hiện được mô tả trong sách giáo khoa.

Key figures

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

Seminal works

• meselson1958
• watson2013

Frequently asked questions

Đoạn Okazaki là gì?

Các đoạn DNA ngắn được tổng hợp không liên tục trên sợi trễ; chúng sau đó được nối lại bởi DNA ligase thành một sợi liên tục.

Tại sao cần có đoạn mồi?

DNA polymerase chỉ có thể kéo dài một đầu 3' đã bắt cặp bazơ hiện có, vì vậy một đoạn mồi RNA ngắn được tạo ra bởi primase cung cấp điểm khởi đầu cho quá trình tổng hợp.