Giải chi tiết

Quá trình tái bản (sao chép) DNA là cơ chế sinh học nền tảng đảm bảo mọi tế bào con hay thế hệ sau của cơ thể đều thừa hưởng đầy đủ thông tin di truyền. Diễn biến cơ bản gồm các bước sau: 1. Khởi đầu (Initiation) - Ở sinh vật nhân sơ: khởi nguồn tại một điểm trên vòng DNA; ở sinh vật nhân chuẩn: có nhiều “điểm khởi đầu” trên từng nhiễm sắc thể. - Protein nhận biết “origin” bám lên DNA, làm khuôn sao chép khởi động. 2. Tháo xoắn (Unwinding) - Enzyme helicase phá vỡ liên kết hydro giữa hai mạch đơn, tách đôi DNA thành hai mạch khuôn. - Enzyme topoisomerase (gyrase) giải phóng ứng suất xoắn do quá trình tháo xoắn. 3. Tạo mồi (Primer synthesis) - Enzyme primase (RNA polymerase đặc biệt) tổng hợp mồi RNA ngắn (~10–20 nucleotit) trên mạch khuôn, cung cấp đầu 3’–OH để DNA polymerase hoạt động. 4. Kéo dài mạch mới (Elongation) - DNA polymerase III (ở vi khuẩn) hay DNA polymerase δ/ε (ở sinh vật nhân chuẩn) gắn các nucleotit tự do vào đầu 3’–OH của mồi, tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’. - Mạch dẫn (leading strand) được tổng hợp liên tục theo chiều tháo xoắn; - Mạch chậm (lagging strand) được tổng hợp gián đoạn thành các đoạn Okazaki ngắn. 5. Loại bỏ mồi và trám nối (Primer removal & Ligation) - DNA polymerase I (vi khuẩn) hoặc RNase H và DNA polymerase β (nhân chuẩn) loại bỏ đoạn mồi RNA rồi thay bằng DNA. - Enzyme DNA ligase ghép các đoạn Okazaki lại thành mạch liên tục, nối kín các liên kết phosphodieste. 6. Hiệu chỉnh, sửa lỗi (Proofreading & Repair) - DNA polymerase sở hữu hoạt tính 3’→5’ exonuclease, phát hiện và cắt bỏ nucleotide ghép sai, sau đó tổng hợp lại. - Các hệ thống sửa lỗi khác (mismatch repair) kiểm tra, sửa sợi mới trước khi phân chia. 7. Kết quả: hai phân tử DNA con - Mỗi phân tử gồm một mạch “cũ” (khuôn) và một mạch “mới” (sợi bổ sung) → mô hình bán bảo tồn (semi-conservative). - Hai phân tử DNA giống hệt nhau về trình tự nucleotide, đảm bảo tính chính xác của thông tin di truyền. Ý nghĩa di truyền và sinh học - Ở tế bào somatic: đảm bảo mỗi tế bào con trong quá trình nguyên phân (mitosis) mang đầy đủ bộ gen. - Ở giao tử: trong quá trình giảm phân (meiosis), mặc dù có hoán vị gen, việc tái bản DNA vẫn bảo toàn nội dung di truyền để phân phối đều cho các tinh trùng, trứng. - Ở cấp độ cơ thể: mỗi sinh vật sinh trưởng, phát triển, sửa chữa mô đều dựa trên sao chép thông tin di truyền chính xác qua các chu kỳ phân chia tế bào. - Ở cấp độ quần thể: nhờ tái bản và sửa lỗi hiệu quả, gen được bảo tồn liên tục qua các thế hệ, đồng thời tạo cơ hội cho biến dị (đột biến) nếu sai sót không được sửa, làm nguyên liệu cho tiến hóa.