Vietnamen’s Weblog

Time, Chances, Diligence, Intelligence: which is the most important?

Di truyền phân tử 6 – half of the DNA is a template to create the whole DNA

leave a comment »

Tại thời điểm này, ta đã biết DNA là cấu trúc xoắn kép, xoắn theo chiều tay phải (B-DNA). B-DNA tạo bởi các monomer là A, T, G, C kết nối theo chiều 5′-3′. DNA nằm trong nhân tế bào và chứa thông tin di truyền (các genes). Câu hỏi đặt ra là: trong quá trình phân bào (mitosis), làm sao để nhân đôi thông tin di truyền để 2 tế bào con đều có cùng thông tin di truyền? –  Dựa vào mỗi quan hệ ghép cặp (A-T, G-C), Watson và Crick đã đưa ra giả thuyết là “mỗi chuỗi trong phân tử DNA đóng vai trò làm mẫu (template) để tạo ra phân tử DNA hoàn chỉnh”.

Năm 1958, có 2 bằng chứng giúp chứng minh giả thuyết này:

  • Phát hiện ra một loại enzyme giúp tổng hợp các nucleotide bổ sung để ghép cặp với các nucleotide ở chuỗi DNA template, gọi là DNA polymerase.
  • Vì mỗi nucleotide có bazơ chứa nỉtogen, một thí nghiệm dùng các đồng vị phóng xa nặng của nitrogen (N15) để theo dõi qúa trình phân chia của DNA đã cho thấy mỗi nửa của phân tử DNA “không thay đổi” và đi về mỗi tế bào con. Chính sự bảo toàn “không thay đổi” này, giúp cho mỗi nữa này có thể tái tạo ra phân tử DNA hoàn chỉnh, nhờ sự trợ giúp của DNA polymerase, và giống với phân tử DNA nguyên gốc từ tế bào mẹ. Cái này được gọi là quá trình nhân đôi bán bảo toàn (semi-conservation replication), do mỗi tế bào con chứa một nửa của phân tử DNA gốc.

DNA_duplicate

Matthew Meselson và Frank Stahl đã chứng minh được rằng phân tử DNA mới là được tạo thành tử phân tử DNA gốc. Họ dùng E.Coli, nuôi cấy trong 3 môi trường:

  1. môi trường 1: chỉ có N15, sau khi E.Coli nhân đôi, N15 được gắn vào các nitrogenous base (A, T, G, C).
  2. môi trường 2: có N15, sau đó nuôi cấy tiếp trong môi trường có N14 (là nitrogen tự nhiên)
  3. môi trường 3: chỉ có N14

Matthew_Stahl_expr

Sau đó, họ thu thành 4 mẫu.

  1. Mẫu 1 là từ môi trường 1, với thời gian đủ 1 lần phân bào.
  2. Mẫu 2 là từ môi trường 2, với thời gian đủ 1 lần phân bào
  3. Mẫu 3 là từ môi trường 2, với thời gian đủ 2 lần phân bào
  4. Mẫu 4 là từ môi trường 3, với thời gian đủ 1 lần phân bào

Tiếp đến, họ kiểm tra thành phần nitrogen trong mỗi mẫu. Để làm vậy, họ tách DNA mỗi mẫu ra và cho vào trong môi trường muối có hàm lượng cao (strong salt solution). Sau đó, họ dùng may li tâm cho các mẫu với tốc độ cao. Lực li tâm sẽ làm các phân tử nặng hơn chìm xuống đáy. Các phân tử nhẹ hơn sẽ nổi ở phíả trên; tạo ra một môi trường có độ muối thay đổi từ dưới lên trên (salt gradient). Kết quả cho thấy, các phân tử ở mẫu 1, do có N15, nên nặng hơn, và chìm sâu hơn các phân tử DNA chỉ có chứa N14, ở mẫu 4. Ở mẫu 2, khi mà phân tử DNA vửa ở trong môi trường có N15 và rồi N14, các phân tử DNA chìm ở mức giữa so với DNA ở mẫu 1 và mẫu 4. Ở mẫu 3, với thời gian ở môi trường N14 gấp đôi, so với mẫu 2, họ quan sát thấy có 2 dải DNA

Matthew_Stahl_expr3

Giải thích:

  1. Mẫu 1: phân tử DNA con tạo ra dùng N15 nên nặng nhất
  2. Mẫu 4: phân tử DNA con tạo ra dùng N14 nên nhẹ nhất
  3. Mẫu 2: phân tử DNA con tạo ra dùng N15. Sau trong môi trường N14, các phân tử DNA con có một nửa của mẹ (chuỗi DNA có N15), và một nửa là chuỗi DNA mới tổng hợp (chỉ có N14) – hybrid molecule. Nên trọng lượng của nó ở lưng chừng so với mẫu 1 và 4
  4. Mẫu 3: phân tử DNA từ mẫu 2, sau khi tiếp tục ở lâu trong môi trường có N14, tiếp tục nhân đôi và lớp các phân tử DNA con được tạo ra từ phân tử mẹ có 1 chuỗi DNA chứa N15 và chuỗi DNA chứa N14. Nên mẫu 3 chửa cả các phân tử DNA chỉ toàn N14, và các phân tử DNA có cả N14 + N15. Kết quả là tạo ra 2 band DNA như hình vẽ.

Tuy nhiên, việc dự đoán về tính bản bảo toàn có thể được xác nhận. Nhưng cơ chế nhân đôi như thế nào, thì vẫn là một ẩn số vào lúc đó. Câu trả lời phải nhờ đến Athur Kornberg. Ông đã chiết xuẩt ra được một enzyme mà ông gọi là DNA polymerase và đưa vào trong môi trường muối, có DNA và các nucleotides cần thiết (A, T, G, C). Mục đích của ông là kiểm tra khả năng nhân đôi của DNA trong môi trường phi tế bào (cell-free system). Ông dùng Thymine (T) đã được đánh dấu phóng xạ (radioactive label) để theo dõi các DNA mới được tạo ra.

Konberg_expr2

Konberg_expr3

Sau khi nuôi cấy ở môi trường nhiệt độ cơ thể (37C), ông quan sát thấy các Thymine được đánh nhãn phóng xạ cùng các nucleotide khác đã tham gia vào quá trình tổng hợp nên các phân tử DNA mới. Đồng thời, khi thử loại bỏ một loại nucleotide ra, ông cũng kết luận rằng, nếu thiếu một trong 4 loại nucleotides, quá trình nhân đôi cũng không thể xảy ra. Khi thử cho DNase, một enzyme đóng vai trò làm đứt gãy chuỗi DNA, vào trong môi trường, thì quá trình nhân đôi cũng không xảy ra. Ông kết luận là quá trình replication cần một template DNA.

Sau này, các nhà khoa học khám ra ra rằng có hơn một loại DNA polymerase. Loại enzyme mà Kornberg khám phá ra, gọi là DNA polymerase I – đóng vai trò chính trong việc sửa chửa DNA. DNA polymerase III – được tìm thấy bởi Tom, con trai của Kornberg, mới đóng vai trò trong việc nhân đôi của DNA trong E.Coli. Loại còn lại, DNA polymerase II (DNA Pol II hay Pol II) là một prokaryotic DNA polymerase đóng vai trò trong việc sửa chửa DNA cho prokaryotes.

TERM:

  • DNA polymerase: là một enzyme đóng vai trò (1) sửa chữa DNA (DNA polymerase III), (2) đóng vai trò sửa chửa DNA (DNA polymerase I, DNA polymerase II)
  • DNA template: một trong 2 chuỗi của phân tử DNA, khi nó đóng vai trò làm mẫu cho quá trình tạo ra phân tử DNA con hoàn chỉnh

SUMMARY:

Quá trình nhân đôi DNA là quá trình semi-conservation replication. Nó cần sự hỗ trợ của một enzyme gọi là DNA polymerase. Có 3 loại DNA polymerase. Các nucleotides tự do trong tế bào, sẽ tham gia vào quá trình hình thành hai chuỗi DNA bổ sung vào 2 chuỗi DNA template.

References:

  1. http://www.dnaftb.org/dnaftb/20/concept/index.html

Written by vietnamen

Tháng Tám 16, 2008 lúc 3:04 chiều

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: