Nguồn gốc, quá trình tiến hóa của DNA và hệ thống nhân đôi DNA (p-2)

Sự tiến hóa của các cơ chế đặc thù liên quan đến sự nhân đôi của DNA: Hai nghiên cứu điển hình. Sự hiểu biết thêm của chúng ta về nguồn gốc và sự tiến hóa của DNA và bộ máy nhân đôi DNA chắc chắn sẽ thu được nhiều ích lợi từ việc giải trình tự các hệ gene mới, đặc biệt là từ protist và virus.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguồn gốc, quá trình tiến hóa của DNA và hệ thống nhân đôi DNA (p-2) Nguồn gốc, quá trình tiếnhóa của DNA và hệ thốngnhân đôi DNA (p-2)Sự tiến hóa của các cơ chế đặcthù liên quan đến sự nhân đôicủa DNA: Hai nghiên cứu điểnhình.Sự hiểu biết thêm của chúng ta vềnguồn gốc và sự tiến hóa của DNAvà bộ máy nhân đôi DNA chắcchắn sẽ thu được nhiều ích lợi từviệc giải trình tự các hệ gene mới,đặc biệt là từ protist và virus. Tuynhiên việc đào sâu hiểu biết củachúng ta về lô gic mang tính lịchsử ẩn trong nhiều mặt khác nhaucủa chính quá trình nhân đôi cũngrất quan trọng. Điều này đòi hỏinhiều số liệu thực nghiệm hơn trênmột số lượng các sinh vật lớn hơnđể có được những tri thức mới từsinh học phân tử so sánh. Chúng tasẽ kết thúc chương này bằng việcthảo luận hai ví dụ minh họa chonhận định này:Ví dụ thứ nhất nói đến các tập hợpprotein khác nhau thực hiện quátrình tổng hợp và xử lý các đoạnOkazaki ở Prokaryote vàEukaryote. Ở Pro. DNApolymerase III trực tiếp sử dụngRNA primer được tổng hợp từDnaG (một đơn phân) để tạo ra mộtđoạn Okazaki đầy đủ (1000 cặpbase). Một protein duy nhất, DNAPolymerase I có thể vừa phân hủyRNA primer bằng hoạt tínhexonuclease 5->3 và lấp vào chỗtrống bằng hoạt tính polymerasecủa nó. Cơ chế tổng hợp và xử lýcác đoạn Okazaki ở Eu. dường nhưphức tạp hơn và ít hợp logic,thậm chí không muốn nói là kỳquái. Đoạn RNA primer được tổnghợp bởi Eu. primase trước hết đượckéo dài trong tế bào bằng DNApolymerase α để tạo ra một primerhỗn hợp RNA-DNA (khoảng 30cặp base) và được tổng hợp thànhđoạn Okazaki đầy đủ (khoảng 100-150 cặp base) bằng DNApolymerase δ. Vai trò của DNApolymerase α khá là khó hiểu vìDNA polymerase δ có thể tổng hợpđoạn Okazaki đầy đủ chỉ từ RNAprimer in vitro. Hơn nữa DNApolymerase α không có hoạt tínhsửa Nu 3->5 exonuclease cần thiếtcho việc copy DNA một cách chínhxác. Vì vậy quá trình xử lý đoạnOkazaki ở Eu. đòi hỏi đoạn RNAprimer và cả đoạn DNA có khảnăng chứa lỗi do DNA polymeraseα tổng hợp phải bị loại bỏ. Quátrình này liên quan đến hoạt độngkế tiếp nhau của ba protein: RPA,Dna2 và FEN-1. DNA polymeraseδ trước tiên sẽ thế chỗ đoạn RNAprimer và đoạn DNA do DNApolymerase α tổng hợp. ChuỗiDNA đơn sau đó sẽ được bao bọcbởi RPA, có chức năng vừa ức chếquá trình thế chỗ của DNApolymerase δ tiếp tục vừa kíchthích hoạt động của protein Dna2.Chuỗi Nu bị thế chỗ sau đó có thểbị cắt bởi hoạt tính endonucleasecủa Dna2, chừa lại một đuôi chuỗiđơn ngắn và cuối chúng chuỗi nàysẽ bị phân hủy bởi flap-endonuclease FEN-1. (Hình 7)Điều thú vị là RPA, Dna2 và FEN-1 được bảo tồn ở Archaea mặc dùthiếu vắng gene tương đồng DNApolymerase α trong hệ gene củaarchaea. Trong quan điểm truyềnthống của tiến hóa (từ pro. đơn giảnđến eu. phức tạp), hệ thống nhânđôi của Eu. là một phiên bản cỉatiến của hệ thống của archaea. Ýnghĩa của điều này là gì? Sự cảitiến nào đã thu được từ việc cóthêm sự hiện diện của một DNApolymerase không có khả năng sửalỗi trong hệ thống? Có hay khôngkhả năng là chính hệ thống nhânđôi của archaea thực tế có nguồngốc từ Eu, và cơ chế xử lý đoạnOkazaki ở Archaea là di tích củamột thời khi Pol α vẫn còn hiệndiện? Để trả lời câu hỏi này chúngta cần biết nhiều hơn về vai trò củaPol α và các nhân tố hoạt độngkhác ở bộ máy nhân đôi của Eu .vàArchaea. Nói chung hệ thống nhânđôi DNA của Archaea không chỉ làphiên bản đơn giản của hệ thốngEu. (với ít các protein thực hiệncũng chức năng đó) nhưng cũng làmột hệ thống hiệu quả hơn. Ví dụtốc độ polymer hóa ở Archaea vàPro. là như nhau mặc dù kích thướcchuỗi Okazaki là như nhau ởArchaea và Eu. (ngắn hơn nhiều sovới ở Pro.)Hình 7: Tổng hợp đoạn Okazaki ởba lãnh giới và ở T4. Ở vi khuẩn vàở T4 chuỗi Okazaki được tổng hợpnhanh và có chiều dài lớn bởi mộtDNA polymerase duy nhất, sử dụngRNA primer. Ở Eu. đoạn Okazakiđược tổng hợp chậm và có chiềudài ngắn lần lượt bởi primase 2tiểu phần, một DNA pol. không cókhả năng đọc lỗi và một DNA Pol.δ/ ε. RNA primer là đường gạchđậm, mũi tên đậm ám chỉ đoạnDNA được tổng hợp bởi Pol. alpha.Các lỗi giả định quy cho Pol. αđược chỉ định bằng các dấu sao. ỞArchaea, phân tích trên máy tínhgợi ý rằng một primase giống nhưở Eu. tổng hợp RNA primer vàchuỗi DNA được kéo dài bằngDNA Pol thuộc họ B (hoặc họ D).Các bằng chứng thực nghiệm nóilên rằng tốc độ tổng hợp DNA ởArchea khá nhanh trong khi chiềudài đoạn Okazaki là như nhau ởArchaea và Eukarya.Câu chuyện thứ hai nói về cấu trúccủa protein đeo kẹp ở Pro. Chúngta đã thấy rằng, mặc dù protein kẹpvà protein đeo kẹp là các proteintương đồng ở ba lãnh giới, chúngtương tác với các protein nhân đôikhông tương đồng ở một phía ở Pronhưng lại ở phía khác ởArchaea/Eukarya (đặc biệt là vớiDNA polymerase ở các họ khácnhau). Ở E. Coli protein tải kẹpchứa các tiểu đơn vị gọi là t, γ, δ,δ, đều là protein tương đồng vớiprotein RFC ở Archaea/Eukarya.Cùng gene này (dnaX) mã hóa chotiểu ...