Kiến thức về Sửa chữa và bảo vệ ADN

Sửa chữa và bảo vệ ADN1. Cơ chế sửa sai sinh học Tế bào sống có hàng loạt hệ thống sai hỏng DNA theo nhiều cách khác nhau. Tỷ lệ đột biến tự nhiên thấp do nhờ tính hiệu quả của hệ thống sửa sai này. Sai hỏng của hệ thống sửa sai này dẫn đến tỷ lệ đột biến cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kiến thức về Sửa chữa và bảo vệ ADN Sửa chữa và bảo vệ ADN1. Cơ chế sửa sai sinh họcTế bào sống có hàng loạt hệ thống sai hỏng DNA theo nhiều cách khác nhau.Tỷ lệ đột biến tự nhiên thấp do nhờ tính hiệu quả của hệ thống sửa sai này.Sai hỏng của hệ thống sửa sai này dẫn đến tỷ lệ đột biến cao.1.1. Quang phục hoạt (photoreactivation) hay sửa sai nhờ ánh sáng(light repair)Sau khi xử lý tia tử ngoại gây đột biến, nếu đưa ra ánh sáng thì phần lớn saihỏng được phục hồi nhờ enzyme photolyase. Enzyme này gắn vàophotodimer cắt nó thành các monomer dưới tác dụng của ánh sáng mặt trờicó bước sóng 320-370 nm. Sau đó phục hồi các base ban đầuSự tạo thành và sự loại bỏ dimer thymine1.2. Sửa sai bằng làm mất nhóm alkyl (dealkylation)Enzyme alkyltransferasecos thể sửa trực tiếp các sai hỏng. Chúng cắt nhómalkyl từ chất nitrosoguanine và ethylmethnesulfonate và gắn vào vị trí O-6guanine.Enzyme methyltransferase của E. coli có khả năng chuyển nhóm methyltừ chất O-6 methylguanine sang gốc cistein trên phân tử protein. Tuy nhiênhệ thống sửa sai này có thể bảo hòa nếu mức độ alkyl hóa đủ cao.* Sửa sai bằng cắt bỏ (excision repair pathway)Phần lớn các cơ chế sửa sai khác thực hiện theo lối cắt bỏ (excistion repair)không cần ánh sáng nhờ các nuclease, sau đó thay vào các base đúng.Có thể xảy ra theo nhiều cách:+ Cắt các base (base excision repair) Sự cắt bỏ các base sai hỏng nhờ cácenzyme DNA glycosylase. Các enzyme này nhận biết các base bị biến đổivà các điểm mất purine hay mất pyrimidine và thủy giải liên kết N-glycosilic nối base với đường. Rồi enzyme AP endonuclease cắt liênkết đường và phosphate gần base bị biến đổi. Sau đó enzymethứ ba, deoxyribophosphodiesterase loại bỏ từng nucleotide kế tiếp nhau ởđoạn bị hỏng. Sau đó, DNA polymerase lấp đầy khoảng trống với cácnucleotide bổ sung với sợi khuôn còn lại. Enzyme DNA ligase sẽ gắn các khehở giữa 2 đầu 3-5 .Trong tế bào tồn tại một số DNA glycosylase. Chẳng hạn, enzymeuracil-DNA glycosylase cắt uracil khỏi DNA. Uracil tạo thành do đột biếnmất nhóm amin ngẫu nhiên ở cytosine, dẫn đến đột biến đồng hoán thay Cbằng T. Enzyme này phát hiện ra uracil trên DNA như là một bất thường,chúng sẽ cắt bỏ và sửa sai.+ Cắt các nucleotide: Sự cắt bỏ vùng có nhiều pyrimidine dimer được thựchiện nhờ enzyme exinuclease (enzyme rạch mạch hay enzyme tạo khấc trênDNA) như phức hợp 3 enzyme được mã hóa bới gene uvr ABC của E. coli.Phức hợp này cắt đoạn 12 nucleotide trên một mạch: 8 nucleotide từ một đầubị sai hỏng và 4 nucleotide của đầu còn lại. Khoảng trống của 12 nucleotidenày sẽ được lấp đầy nhờ enzyme DNA polymerase I dựa vào mạchđơn bổ sung kia của trình tự DNA gốc. DNA ligase sẽ gắn vào các khe hở.Sửa sai bằng cắt bỏ nucleotide+ Đọc sửa đối với các base bắt cặp saiCơ chế đọc sửa đối với các base bắt cặp sai (proofreading for base-pairmatching) được thực hiện trong sao chép DNA. Trong quá trình sao chép,trước khi thực hiện phản ứng polymer hóa nối các nucleotide, các nucleotidetriphotphate mới phải bắt cặp bổ sung với mạch khuôn. Nếu sự bắt cặp saixảy ra, DNA polymerase sẽ loại bỏ nucleotide bắt cặp sai. Ngay cả trước khinucleotide mới ráp vào, enzyme dò lại cặp base cuối, nếu chúng không bắtcặp thì sự polymer hóa tiếp theo bị dừng. Cặp nucleotide ở đầu cuối 3 bắtcặp sai sẽ bị loại bỏ nhờ hoạt tính exonuclease3®5 của DNA polymerase.Khi đã bắt cặp đúng, quá trình polymer hóa mới được tiếp tục.Hoạt tính đọc sửa đối với các base bắt cặp sai là đặc tính của nhiềuDNA polymerase đảm bảo cho sự kéo dài chính xác của mạch đạng đượctổng hợp.+ Sửa sai dựa vào tính tương đồng (Homology-dependent repairsystem)Mô hình bẻ gãy sợi đôi nhờ trao đổi chéoMột hệ thống sửa sai quan trọng đã phát hiện tính chất bổ sung đốisong song của 2 mạch đơn DNA để phục hồi đoạn sai hỏng trở lại trạng tháibình thường ban đầu. Trong hệ thống này, đoạn DNA sai hỏng bị cắt bỏ vàthay bằng một đoạn nucleotide mới được tổng hợp bổ sung với sợi khuôn đốidiện. Sự sửa sai xảy ra qua sợi khuôn và nguyên tắc của sao chép DNA bảođảm sự sửa sai hoàn thành với độ chính xác cao - đó là sự giải phóng saihỏng (error-free). Có 2 hệ thống chủ yếu để loại bỏ sai hỏng: Hệ thống sửachữa sai hỏng phát hiện ra trước khi sao chép và hệ thống sửa chửa sai hỏngphát hiện trong quá trình diễn biến sao chép (sửa sai sau sao chép).+ Sửa sai đứt mạch kép (repair of double-strand break)Khi cả 2 sợi của chỗi xoắn kép bị đứt ở cùng một vị trí, được gọi là đột biếnđứt mạch đôi, có thể gây ra sai hình nhiễm sắc thể, làm chết tế bàohoặc tạo ra trạng thái tiến ung thư. Tế bào sử dụng nhiều protein vàcon đường sửa sai đứt gãy mạch đôi là thực hiện tái tổ hợp trong giảmphân. Quá trình sửa chữa do trao đổi chéo trong giảm phân xảy ra như sau .Trên một nhiễm sắc thể xảy ra sự đứt mạch đôi và kết quả ăn mòn các đầumút ở đoạn ngắn của DNA sợi đơn. Đầu 3 của một trong những sợi nàyxâm lấn vào một chro ...