Chương 3
Mỗi lần một tế bào chia đôi, nó phải chép lại toàn bộ cuốn sổ gốc — nhanh, chính xác đến kinh ngạc, và tự sửa lỗi nếu lỡ sai. Đây là bước “sao chép” trong dòng thông tin, nhìn ở cấp từng enzyme.
Nối với Gene A–Z: ý “hai sợi bổ sung, mỗi sợi làm khuôn” bạn đã gặp. Ở đây ta xem dàn thợ enzyme nào làm việc đó, và vì sao một sợi phải làm “giật cục”.
Nguyên tắc nền gọi là bán bảo tồn (semiconservative): hai sợi DNA tách ra, mỗi sợi cũ làm khuôn để dựng một sợi mới bổ sung → được hai phân tử con, mỗi phân tử giữ một sợi cũ + một sợi mới. Nhờ giữ lại một sợi cũ làm bản mẫu mà bản sao rất trung thực.
Để tổng hợp một sợi mới cần đủ ba thứ (nhớ bộ ba này là nắm được cả chương):
Mỗi DNA con = 1 sợi cũ + 1 sợi mới. Vì luôn có một sợi cũ (nguyên gốc) làm bản mẫu để đối chiếu, nên sợi mới được dựng đúng theo quy tắc bắt cặp → sai sót rất ít.
| Thợ (enzyme) | Việc |
|---|---|
| Helicase | Tháo xoắn, tách hai sợi (như mở khóa kéo) |
| SSB | Bám giữ sợi đơn, không cho chúng dính lại |
| Gyrase/topoisomerase | Gỡ siêu xoắn dồn phía trước chạc (nhắc Ch.2) |
| Primase | Đặt mồi RNA |
| DNA pol III | Thợ chính: kéo dài sợi mới, tốc độ cao |
| DNA pol I | Cắt mồi RNA và vá lại bằng DNA |
| DNA ligase | Nối các đoạn cho liền mạch |
Đọc-sửa (proofreading): các DNA pol có hoạt tính exonuclease 3′→5′ — gắn nhầm một chữ thì lùi lại cắt bỏ rồi lắp đúng, ngay trong lúc chép. Riêng pol I có thêm hoạt tính exonuclease 5′→3′ để dọn mồi RNA. Chính khả năng vừa chép vừa tự soát này giúp tỉ lệ lỗi cực thấp.
Có một trục trặc hình học thú vị. Hai sợi khuôn chạy ngược chiều nhau (Ch.2), nhưng polymerase chỉ biết lắp theo một chiều 5′→3′. Khi chạc mở ra, một sợi “thuận chiều” được chép liền một mạch; sợi kia “ngược chiều” đành phải chép thành từng đoạn ngắn lùi dần, rồi nối lại:
Sợi chép liền gọi là sợi dẫn đầu (leading); sợi chép “giật cục” gọi là sợi theo sau (lagging), và các mẩu ngắn của nó mang tên đoạn Okazaki. Ở vi khuẩn, nhiễm sắc thể vòng có một điểm khởi đầu duy nhất (oriC), và sao chép chạy ra cả hai hướng cùng lúc.
Vì hai sợi khuôn ngược chiều, mà polymerase chỉ lắp được theo một chiều 5′→3′. Một sợi hợp chiều thì chép liền; sợi kia buộc phải chép lùi từng đoạn ngắn rồi nối. Một luật “chỉ đi một chiều” sinh ra toàn bộ sự bất đối xứng này.
Nguyên tắc giống hệt vi khuẩn (bán bảo tồn, 5′→3′, leading/lagging), chỉ khác về quy mô: nhiễm sắc thể thẳng và dài nên có nhiều điểm khởi đầu mở cùng lúc (nhiều “bong bóng” sao chép), nhiều loại DNA polymerase hơn, và việc sao chép gắn chặt với chu kỳ phân chia tế bào.
Nhưng nhiễm sắc thể thẳng đẻ ra một rắc rối mà nhiễm sắc thể vòng không có: vấn đề đầu mút. Ở sợi theo sau, khi cắt bỏ mồi RNA tại chính đầu mút, không còn đầu 3′ nào phía trước để lấp vào → mỗi lần sao chép, đầu mút ngắn đi một chút.
Giải pháp của tế bào: ở hai đầu nhiễm sắc thể có telomere — những đoạn lặp vô nghĩa làm “vùng đệm hy sinh”, mòn dần thay cho gene thật. Một enzyme tên telomerase có thể kéo dài telomere trở lại; nó hoạt động mạnh ở tế bào gốc và tế bào sinh dục, nhưng yếu ở tế bào thường — nên telomere của ta ngắn dần theo tuổi (một yếu tố của lão hóa). Điều đáng sợ: nhiều tế bào ung thư kích hoạt lại telomerase để không bao giờ cạn telomere → phân chia “bất tử”. Vì vậy telomerase là một đích thuốc chống ung thư. (Bạn sẽ gặp lại chính ý này ở môn Di truyền.)
Dù đã có đọc-sửa, vẫn còn lọt lỗi. Tế bào có thêm vài lớp sửa chữa, và tất cả đều dựa trên cùng một ý đẹp: hai sợi bổ sung nhau, nên một sợi hỏng thì sợi kia còn nguyên làm bản mẫu để khôi phục (lại là lợi ích của xoắn kép).
Hỏng hệ sửa chữa → đột biến tích lũy → ung thư. Ví dụ bệnh khô da sắc tố (xeroderma pigmentosum) do không sửa được tổn thương UV. Mặt khác, tế bào thiếu khả năng sửa chữa (như đột biến BRCA) lại nhạy hơn với một số thuốc — đó là cơ sở của liệu pháp nhắm trúng đích trong ung thư. Việc khám phá các cơ chế sửa chữa DNA được trao giải Nobel Hóa học 2015. (Môn Di truyền sẽ đi sâu hơn về sáu cơ chế sửa chữa.)
Bấm 🔊 để nghe phát âm trên YouGlish.
| English | Tiếng Việt / giải thích |
|---|---|
| Replication | Sự sao chép DNA |
| Semiconservative | Bán bảo tồn (1 sợi cũ + 1 mới) |
| Template | Khuôn (sợi cũ) |
| Primer | Mồi (RNA ngắn khởi đầu) |
| Replication fork | Chạc sao chép |
| Helicase | Enzyme tháo xoắn |
| SSB protein | Protein bám giữ sợi đơn |
| Primase | Enzyme tổng hợp mồi |
| DNA polymerase I / III | Enzyme tổng hợp DNA (III chính; I dọn mồi) |
| Proofreading (exo 3′→5′) | Hoạt tính đọc-sửa |
| DNA ligase | Enzyme nối các đoạn |
| Leading / Lagging strand | Sợi dẫn đầu / theo sau |
| Okazaki fragments | Đoạn Okazaki |
| Origin (oriC) | Điểm khởi đầu sao chép |
| Telomere / Telomerase | Đầu mút / enzyme kéo dài đầu mút |
| Mismatch repair | Sửa bắt cặp sai |
| Excision repair | Sửa bằng cắt bỏ |