DNA được sao chép như thế nào?
DNA sao chép trước khi tế bào phân chia. Trọng tâm là chiều hai mạch, chiều tổng hợp mạch mới và nguyên tắc bán bảo toàn.
Cấu trúc giúp DNA lưu giữ thông tin
Mỗi nucleotide của DNA gồm đường deoxyribose, nhóm phosphate và một trong bốn loại base A, T, G, C. Các nucleotide nối nhau bằng liên kết phosphodiester tạo thành mạch. **Trình tự các nucleotide** mang thông tin di truyền; chỉ biết số lượng nucleotide chưa đủ để biết thông tin đó.
DNA mạch kép gồm hai mạch ngược chiều: nếu một mạch được viết từ 5′ đến 3′ thì mạch đối diện đi từ 3′ đến 5′. Giữa hai mạch, A bắt cặp với T bằng hai liên kết hydrogen, G với C bằng ba liên kết hydrogen. Đây là nguyên tắc bổ sung.
Nhờ bắt cặp đặc hiệu, biết trình tự một mạch thì ta xác định được mạch còn lại. Khi hai mạch tách ra, mỗi mạch có thể làm khuôn để tổng hợp một mạch mới. Cấu trúc bền vững giúp bảo quản thông tin; khả năng tách mạch và ghép bổ sung giúp truyền đạt thông tin.
Viết mạch bổ sung và tính thành phần nucleotide
Một đoạn DNA có mạch thứ nhất là **5′–A G T C C A–3′**. Ta viết các base bổ sung ngay phía dưới và giữ hai mạch ngược chiều:
| Mạch | Trình tự |
|---|---|
| Mạch thứ nhất | 5′–A G T C C A–3′ |
| Mạch bổ sung | 3′–T C A G G T–5′ |
Nếu đề yêu cầu mạch bổ sung theo chiều 5′ → 3′, cần đọc hàng thứ hai từ phải sang trái: **5′–T G G A C T–3′**.
Với một phân tử DNA mạch kép có tổng cộng 1 600 nucleotide và A chiếm 30%, ta có A = T = 480. Phần còn lại là G + C = 640 nên G = C = 320. Các đẳng thức A = T, G = C áp dụng cho **toàn bộ DNA mạch kép**, không bắt buộc đúng trên riêng một mạch.
Tính thành phần nucleotide
Một đoạn DNA mạch kép có 600 cặp nucleotide; C chiếm 20% tổng số nucleotide. Số nucleotide mỗi loại là bao nhiêu?
Đúng. 600 cặp tương ứng 1 200 nucleotide; C = G = 240, còn A = T = 360.
600 là số cặp nucleotide. Tổng số nucleotide của hai mạch là 1 200, không phải 600.
C chiếm 20% nên C = G = 240; A và T cùng chia phần 60% còn lại.
G = C = 20% của 1 200, tức 240; không phải 120.
Lời giải
$N=2\times600=1\,200$. Do đó $C=G=1\,200\times20\%=240$; $A=T=(1\,200-480)/2=360$. Chọn A.
Tái bản: mỗi mạch cũ làm khuôn
DNA mở xoắn tại điểm khởi đầu và tạo chạc tái bản. Mỗi mạch cũ làm khuôn; DNA polymerase chỉ kéo dài mạch mới theo chiều **5′ → 3′**. Enzyme này cần đầu 3′ có sẵn của đoạn mồi để kéo dài mạch mới.
| Ở một chạc tái bản | Cách tổng hợp |
|---|---|
| Mạch dẫn đầu | Liên tục, cùng chiều chạc mở |
| Mạch theo sau | Từng đoạn Okazaki; ligase nối các đoạn sau khi mồi được thay |
Sau một lần tái bản, mỗi DNA con gồm **một mạch cũ và một mạch mới**. DNA nhiễm sắc thể ở sinh vật nhân thực thường có nhiều điểm khởi đầu.
Theo dõi mạch cũ và mạch mới
Hai mạch ban đầu luôn được bảo toàn và đi vào hai phân tử khác nhau. Nếu mọi DNA đều tái bản qua $k$ lần thì có $2^k$ phân tử; trong đó tối đa hai phân tử còn mang một mạch ban đầu.
Ví dụ chuyển một DNA có hai mạch nặng (HH) sang môi trường chỉ có nucleotide nhẹ:
| Sau lần tái bản | DNA lai HL | DNA nhẹ LL |
|---:|---:|---:|
| 1 | 2 | 0 |
| 2 | 2 | 2 |
| 3 | 2 | 6 |
Khi đề đổi môi trường qua nhiều đợt, theo dõi từng mạch cũ qua từng đợt; không áp dụng máy móc một công thức chung.
Theo dõi mạch DNA ban đầu
Một phân tử DNA tái bản liên tiếp ba lần; mọi phân tử con đều tiếp tục tái bản. Kết quả nào đúng?
Đúng. Có $2^3=8$ phân tử; hai mạch ban đầu nằm trong hai phân tử khác nhau.
Chỉ hai phân tử cuối cùng nhận hai mạch ban đầu; các phân tử còn lại gồm các mạch mới.
Sau ba lần tái bản đồng loạt có $2^3=8$ phân tử, không phải 6.
Theo nguyên tắc bán bảo toàn, hai mạch ban đầu tách nhau ngay lần tái bản thứ nhất.
Lời giải
Số phân tử cuối cùng là $2^3=8$. Hai mạch của DNA ban đầu tách nhau và mỗi mạch nằm trong một phân tử cuối cùng, nên có 2 phân tử còn chứa mạch ban đầu. Chọn A.
Những điều cần nhớ
DNA lưu giữ thông tin trong trình tự nucleotide. Hai mạch bổ sung, ngược chiều; mạch mới luôn được tổng hợp 5′ → 3′. Bán bảo toàn nói về việc giữ lại một mạch cũ trong mỗi DNA con sau một lần tái bản. Khi tính toán, phân biệt số cặp nucleotide với tổng số nucleotide.
Đang học