Ở sinh vật nhân thực, quá trình nhân đôi ADN xảy ra vào pha nào của chu kỳ tế bào? Trình bày cơ chế nhân đôi của một phân tử ADN chỉ chứa liên kết $$ và $$?

Quá trình nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực và cơ chế nhân đôi phân tử ADN có các liên kết A=T, G≡C có thể tóm tắt như sau: 1. Pha chu kỳ tế bào nơi xảy ra nhân đôi ADN – Ở tế bào nhân thực, nhân đôi ADN diễn ra trong pha S (Synthesis phase) của kỳ trung gian (Interphase). – Sau pha S, tế bào tiếp tục qua pha G₂ trước khi bước vào nguyên phân (M phase). 2. Nguyên tắc chung: bán bảo tồn (semiconservative) – Mỗi phân tử ADN con gồm một mạch khuôn (“mạch mẹ”) và một mạch mới được tổng hợp. – Các cặp nuclêôtit bổ sung A–T (2 H-bond) và G–C (3 H-bond) đảm bảo tính chính xác. 3. Các bước cơ bản của quá trình nhân đôi A. Khởi đầu (Initiation) 1) Nhận diện điểm khởi đầu (origins of replication): • ADN dạng xoắn kép có nhiều origin rải rác trên nhiễm sắc thể. • Protein ORC (origin recognition complex) bám vào origin. 2) Mở xoắn tại origin: • Helicase (MCM complex) tháo xoắn ADN theo hướng 5′→3′, tạo ra “vùng chạc nĩa” (replication fork). • SSB (single-stranded DNA binding proteins) giữ mạch đơn không tái xoắn. • Topoisomerase giải tỏa ứng suất siêu xoắn. B. Tổng hợp mồi và bắt đầu nhân đôi 1) Primase (một phần của DNA-polymerase α-primase) tổng hợp mồi ARN (RNA primer) dài khoảng 10–12 nuclêôtit. 2) DNA-polymerase α khởi đầu nối thêm một vài đợt nuclêôtit DNA nhưng độ processivity thấp. C. Kéo dài mạch mới (Elongation) – DNA-polymerase ε đảm nhiệm tổng hợp mạch liên tục (leading strand) theo chiều 5′→3′. – DNA-polymerase δ tổng hợp mạch gián đoạn (lagging strand) bằng các đoạn Okazaki (okazaki fragments), mỗi đoạn dài ~100–200 nt ở nhân thực. – PCNA (clamp protein) bám vào DNA giữ các polymerase trên khuôn để tăng độ processivity. D. Loại bỏ mồi và nối mạch 1) RNase H loại bỏ phần lớn mồi ARN; DNA-polymerase δ hoặc FEN1 làm sạch hoàn toàn. 2) DNA-polymerase δ điền đầy khoảng trống bằng nuclêôtit DNA. 3) DNA ligase I nối các mạch (seal the nick) tạo thành mạch liên tục hoàn chỉnh. 4. Kiểm soát và sửa sai – DNA-polymerase δ và ε có hoạt tính 3′→5′ exonuclease (proofreading) để loại bỏ nuclêôtit sai. – Các cơ chế sửa chữa bổ sung (mismatch repair, repair of breaks) đảm bảo sai sót rất thấp (khoảng 10⁻⁹–10⁻¹⁰ lỗi/nuclêôtit). 5. Kết quả – Hai phân tử ADN con, mỗi phân tử chứa một mạch cũ và một mạch mới. – Chuẩn bị cho tế bào con tiến vào pha M (nguyên phân) và phân chia nhân. Tóm lại, ở sinh vật nhân thực nhân đôi ADN diễn ra trong pha S theo cơ chế bán bảo tồn, với sự phối hợp của helicase, primase, các DNA-polymerase, protein kẹp (PCNA), ligase… để đảm bảo sao chép chính xác từng cặp A=T và G≡C.