Trình bày cơ chế nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ và nhân thực, nêu những điểm khác nhau.

Cơ chế nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ và nhân thực về cơ bản đều theo mô hình “bán bảo toàn” (semiconservative) và “hai chiều” (bidirectional), nhưng có nhiều điểm khác nhau về cấu trúc nhiễm sắc thể, thành phần enzim, quy mô và cách điều hòa. Cụ thể: 1. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân sơ 1.1. Khởi đầu (Initiation) - Vị trí khởi đầu: một điểm oriC trên vòng ADN. - Protein DnaA nhận diện và bám vào oriC, làm xoắn và tách hai mạch đơn. - Helicase (DnaB) gắn vào, cùng với protein phụ trợ (DnaC) mở rộng “bọt” tháo xoắn. - SSB (single-stranded DNA binding protein) bám giữ mạch đơn để ngăn tái xoắn. 1.2. Tổng hợp mồi (Primer) - Primase (một dạng RNA polymerase) tổng hợp mồi RNA dài ~10 nt trên cả mạch khuôn dẫn hướng (leading) và mạch khuôn chậm (lagging). 1.3. Kéo dài chuỗi (Elongation) - DNA polymerase III holoenzyme gắn vào clamp β, tổng hợp mạch mới theo chiều 5′→3′: liên tục trên mạch dẫn hướng, gián đoạn tạo đoạn Okazaki trên mạch chậm. - Trên mạch chậm, các đoạn Okazaki được nối tiếp cai quản nhờ vòng lặp mạch khuôn. 1.4. Loại bỏ mồi và nối mạch (Primer removal & Ligation) - DNA polymerase I (có hoạt tính 5′→3′ exonuclease) loại bỏ từng mồi RNA và thay bằng đoạn ADN. - DNA ligase sử dụng ATP (hoặc NAD⁺) nối liền các mối nối Okazaki. 1.5. Kết thúc (Termination) - Vùng kết thúc ter có protein Tus bám giữ bánh xe tái xoắn, dừng phức hợp tái bản. - Topoisomerase II (DNA gyrase) gỡ thắt xoắn và tách vòng ADN con. 2. Nhân đôi ADN ở sinh vật nhân thực 2.1. Khởi đầu (Initiation) - Nhiều điểm khởi đầu (lên tới hàng nghìn ori) trên mỗi nhiễm sắc thể tuyến tính. - Phức hợp ORC (Origin Recognition Complex) nhận dạng ori trong pha G₁, phối hợp với Cdc6, Cdt1 để tuyển MCM helicase. - Ở đầu S-phase, sự kích hoạt bởi S-Cdk và DDK (Dbf4-dependent kinase) mở phức hợp, cho phép helicase MCM hoạt động. 2.2. Tổng hợp mồi (Primer) - Enzim primase gắn vào DNA polymerase α, tổng hợp đoạn mồi RNA–DNA hỗn hợp (RNA ~10 nt + DNA ~20 nt). 2.3. Kéo dài chuỗi (Elongation) - DNA polymerase ε đảm nhiệm tổng hợp chủ yếu mạch dẫn hướng, polymerase δ tổng hợp mạch chậm gián đoạn. - PCNA (clamp) và RPA (protein gắn mạch đơn) tương tự β-clamp và SSB ở prokaryote. 2.4. Loại bỏ mồi và nối mạch - RNase H và FEN1 loại bỏ mồi RNA; DNA pol δ tổng hợp bổ sung. - DNA ligase I kết nối cuối đoạn Okazaki. 2.5. Đóng gói lại nucleosome - Sau khi nhân đôi, histone mới và histone cũ được phân phối lên hai mạch con, có sự trợ giúp của chaperone (CAF-1, Asf1). 2.6. Xử lý tận cùng telomere - Telomerase (enzyme có thành phần RNA bản mẫu) kéo dài đoạn 3′-overhang, khắc phục hiện tượng “shortening” của mạch cuối. 3. Những điểm khác nhau chính | Thành phần/ đặc trưng | Nhân sơ (Prokaryote) | Nhân thực (Eukaryote) | |--------------------------------|---------------------------------|--------------------------------| | Hình thức nhiễm sắc thể | Vòng, 1 ori | Tuyến tính, nhiều ori | | Tốc độ tổng hợp | cao (~1000 nt/s) | chậm hơn (~50 nt/s) | | Enzim primase | tách rời | gắn cùng DNA pol α | | DNA polymerase chính | Pol III | Pol ε (dẫn hướng), Pol δ (chậm)| | Xử lý mồi RNA | DNA pol I + ligase | RNase H + FEN1 + ligase I | | Gỡ xoắn, giải supercoil | DNA gyrase (topo II) | Topo I/II | | Điều hòa chu kỳ tế bào | ít chặt chẽ | phụ thuộc checkpoint G₁/S, S | | Telomere | không cần | cần telomerase | | Đóng gói sau tái bản | không có nucleosome | gắn histone, sắp xếp lại mqh | Như vậy, mặc dù nguyên lý chung là tương tự, sinh vật nhân thực có quy mô lớn hơn, nhiều cơ chế điều hòa gắt gao và phải xử lý thêm vấn đề đóng gói lại nhiễm sắc thể và bảo vệ đầu mút telomere.