Sửa chữa và bảo vệ ADN

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:
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 saihỏng DNA theo nhiều cách khác nhau.Tỷ lệ đột biến tự nhiên thấp do nhờ tínhhiệu quả của hệ thống sửa sai này. Saihỏng của hệ thống sửa sai này dẫn đếntỷ lệ đột biến cao.1.1. Quang phục hoạt(photoreactivation) hay sửa sai nhờánh 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 enzymephotolyase. Enzyme này gắn vàophotodimer cắt nó thành các monomerdưới tác dụng của ánh sáng mặt trời cóbước sóng 320-370 nm. Sau đó phục hồicác base ban đầuSự tạo thành và sự loại bỏ dimerthymine1.2. Sửa sai bằng làm mất nhóm alkyl(dealkylation)Enzyme alkyltransferasecos thể sửa trựctiếp các sai hỏng. Chúng cắt nhóm alkyltừ chất nitrosoguanine vàethylmethnesulfonate và gắn vào vị trí O-6 guanine.Enzyme methyltransferase của E. colicó khả năng chuyển nhóm methyl từchất O-6 methylguanine sang gốc cisteintrên phân tử protein. Tuy nhiên hệ thốngsửa sai này có thể bảo hòa nếu mức độalkyl hóa đủ cao.* Sửa sai bằng cắt bỏ (excision repairpathway)Phần lớn các cơ chế sửa sai khác thựchiện theo lối cắt bỏ (excistion repair)không cần ánh sáng nhờ cácnuclease, sau đó thay vào các baseđúng. Có thể xảy ra theo nhiều cách:+ Cắt các base (base excision repair) Sựcắt bỏ các base sai hỏng nhờ các enzymeDNA glycosylase. Các enzyme này nhậnbiết các base bị biến đổi và các điểmmất purine hay mất pyrimidine vàthủy giải liên kết N- glycosilic nốibase với đường. Rồi enzyme APendonuclease cắt liên kết đường vàphosphate gần base bị biến đổi.Sau đó enzyme thứ ba,deoxyribophosphodiesterase loại bỏ từngnucleotide kế tiếp nhau ở đoạn bị hỏng.Sau đó, DNA polymerase lấp đầykhoảng trống với các nucleotide bổ sungvới sợi khuôn còn lại. Enzyme DNAligase sẽ gắn các khe hở giữa 2 đầu 3-5.Trong tế bào tồn tại một số DNAglycosylase. Chẳng hạn, enzyme uracil-DNA glycosylase cắt uracil khỏi DNA.Uracil tạo thành do đột biến mất nhómamin ngẫu nhiên ở cytosine, dẫn đến độtbiến đồng hoán thay C bằng T. Enzymenày phát hiện ra uracil trên DNA như làmột bất thường, chúng sẽ cắt bỏ và sửasai.+ Cắt các nucleotide: Sự cắt bỏ vùng cónhiều pyrimidine dimer được thực hiệnnhờ enzyme exinuclease (enzyme rạchmạch hay enzyme tạo khấc trên DNA)như phức hợp 3 enzyme được mã hóabới gene uvr ABC của E. coli. Phức hợpnày cắt đoạn 12 nucleotide trên mộtmạch: 8 nucleotide từ một đầu bị saihỏng và 4 nucleotide của đầu còn lại.Khoảng trống của 12 nucleotide này sẽđược lấp đầy nhờ enzyme DNApolymerase I dựa vào mạch đơn bổsung kia của trình tự DNA gốc. DNAligase 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 bắtcặp sai (proofreading for base-pairmatching) được thực hiện trong sao chépDNA. Trong quá trình sao chép, trước khithực hiện phản ứng polymer hóa nối cácnucleotide, các nucleotide triphotphatemới phải bắt cặp bổ sung với mạchkhuôn. Nếu sự bắt cặp sai xảy ra, DNApolymerase sẽ loại bỏ nucleotide bắtcặp sai. Ngay cả trước khi nucleotidemới ráp vào, enzyme dò lại cặp basecuối, nếu chúng không bắt cặp thì sựpolymer hóa tiếp theo bị dừng. Cặpnucleotide ở đầu cuối 3 bắt cặp sai sẽbị loại bỏ nhờ hoạt tínhexonuclease3®5 của DNA polymerase.Khi đã bắt cặp đúng, quá trình polymerhóa mới được tiếp tục.Hoạt tính đọc sửa đối với các basebắt cặp sai là đặc tính của nhiềuDNA polymerase đảm bảo cho sự kéodài chính xác của mạch đạng được tổnghợp.+ Sửa sai dựa vào tính tương đồng(Homology-dependent repair system)Mô hình bẻ gãy sợi đôi nhờ trao đổi chéoMột hệ thống sửa sai quan trọng đãphát hiện tính chất bổ sung đối songsong của 2 mạch đơn DNA để phục hồiđoạn sai hỏng trở lại trạng thái bìnhthường ban đầu. Trong hệ thống này,đoạn DNA sai hỏng bị cắt bỏ và thaybằng một đoạn nucleotide mới đượctổng hợp bổ sung với sợi khuôn đốidiện. Sự sửa sai xảy ra qua sợi khuôn vànguyên tắc của sao chép DNA bảo đảmsự sửa sai hoàn thành với độ chính xáccao - đó là sự giải phóng sai hỏng (error-free). Có 2 hệ thống chủ yếu để loại bỏsai hỏng: Hệ thống sửa chữa sai hỏngphát hiện ra trước khi sao chép và hệthống sửa chửa sai hỏng phát hiện trongquá trình diễn biến sao chép (sửa sai sausao chép).+ Sửa sai đứt mạch kép (repair ofdouble-strand break)Khi cả 2 sợi của chỗi xoắn kép bị đứt ởcùng một vị trí, được gọi là đột biếnđứt mạch đôi, có thể gây ra sai hìnhnhiễm sắc thể, làm chết tế bàohoặc tạo ra trạng thái tiến ung thư.Tế bào sử dụng nhiều protein và conđường sửa sai đứt gãy mạch đôi làthực hiện tái tổ hợp trong giảm phân.Quá trình sửa chữa do trao đổi chéo tronggiảm phân xảy ra như sau .Trên một nhiễm sắc thể xảy ra sự đứtmạch 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 chromatid.Đoạn xâm lấn làm mồ ...