Quá trình nhân đôi DNA

Trong tế bào động vật, sự nhân đôi của ADN xảy ra ở nhân và ti thể.

Quá trình nhân đôi ADN được thực hiện theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn.

Gyraza - enzym tháo xoắn

ARN polimeraza – enzym tổng hợp mồi

ADN polimeraza – enzym tổng hợp chuỗi

Ligaza – enzym nối

Thứ tự tác động của các enzym là: Gyraza → ARN polimeraza → ADN polimeraza → ligaza

Gọi số phân tử tham gia tái bản là x

Sau 5 lần tái bản tạo ra: x.2⁵ phân tử con

Số mạch polinu tổng hợp từ môi trường là x.2⁵.2 – x.2 = 2x.(2⁵ – 1) = 62

Giải ra, x = 1

T ở môi trường tế bào chất liên kết với A ở trên mạch khuôn

1 phân tử ADN tạo ra 30 mạch pôlinuclêôtit mới, cùng với 2 mạch của ADN ban đầu

→ Số ADN được tạo thành là (30 + 2)/2 = 16

1 phân tử ADN ban đầu nhân đôi bao nhiêu lần cũng luôn tạo ra chỉ hai ADN chứa mạch pôlinuclêôtit cũ.

→ Số phân tử ADN cấu tạo hoàn toàn từ nguyên liệu của môi trường là 16 – 2 = 14

Số mạch đơn sau một số lần nhân đôi là: 180+12 = 192 mạch.

Ta có số lần nhân đôi là $6 \times 2 \times {2^k} = 192 \to k = 4$

Ban đầu có n phân tử chỉ chứa N¹⁵

Chuyển sang môi trường N¹⁴, nhân đôi 5 lần

→ tạo ra n.2⁵ = 512 phân tử ADN

→ n = 16

Theo qui tắc bán bảo toàn

→ 16 phân tử chỉ chứa N¹⁵ tạo ra 32 phân tử chứa 1 mạch N¹⁴, 1 mạch N¹⁵. Và 480 phân tử chỉ chứa N¹⁴

Trên mạch khuôn 5’-3’ mạch mới được tổng hợp ngắt quãng do enzim ADN polymeaza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’-3’.

Đáp án đúng là 1-e; 2-b; 3-a; 4-d; 5-c

Gyraza : Tháo xoắn phân tử ADN mẹ

Helicaza: Cắt các liên kết hiđrô giữa hai mạch đơn của phân tử ADN mẹ để lộ mạch khuôn, tạo chạc ba tái bản

ARN pôlimeraza: Tổng hợp đoạn mồi ARN bổ sung với mạch khuôn

ADN pôlimeraza: Gắn các nuclêôtit tự do ngoài môi trường vào liên kết với các nuclêôtit mạch khuôn để tổng hợp mạch mới

Ligaza: Nối các đoạn Okazaki thành mạch mới

Số nuclêôtit của gen ban đầu:

A = T₁ + A₁  = 30 + 60 = 90

G = X₁ + G₁ = 120 + 80 = 200

ADN tự sao 1 lần → cần A = T = 90 nu và G = X = 200 nu

Các phát biểu đúng là (2), (4)

(1) Sai vì ADN polimerase tổng hợp mạch mới theo chiều 5’ - 3’ nhưng không kết hợp với đầu 5’

(3) Sai vì gen được mã hóa không liên tục các đoạn intron xen kẽ exon.

Số nucleotit của gen là: \(N = \frac{{2L}}{{3,4}} = 1600\)

Ta có N/2 = A₂ + T₂ +G₂ +X₂ = 800 ↔ 4X₂ + 2X₂ +4/3X₂ +X₂ =800 →X₂ =25/3X₂=800 →X₂ = 96

A=A₂ + T₂ = 6X₂ =576

ADN này nhân đôi liên tiếp 2 lần, môi trường nội bào đã cung cấp số nucleôtit loại A là: A_mt = A×(2² – 1)=1728

Các câu trả lời đúng là 2, 4

1, 3, 5 sai vì đây là các đặc điểm giống nhau trong tái bản ADN ở sinh vật nhân sơ và nhân thực

2 đúng vì ở sinh vật nhân thực quá trình nhân đôi do nhiều loại enzim tham gia hơn so với sinh vật nhân sơ

4 đúng vì SVNT có nhiều đơn vị tái bản, SVNS chỉ có 1 đơn vị tái bản

Gen có chiều dài là 5100Å → N= (5100 : 3,4) × 2= 3000 nuclêôtit

Gen có số liên kết hidro là 3900.

Ta có hệ phương trình $\left\{ \begin{gathered}2A + 3G = 3900 \hfill \\2A + 2G = 3000 \hfill \\\end{gathered}  \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{gathered}A = T = 600 \hfill \\G = X = 900 \hfill \\\end{gathered}  \right.$

Gen nhân đôi 2 lần thì lấy ở môi trường số nucleotide các loại là

A_MT =T_MT = A × (2²-1) = 1800

G_MT =X_MT = G × ( 2²-1) = 2700

Tính từ điểm khởi đầu là O và đi về 2 phía thì I và IV là đoạn mạch tổng hợp gián đoạn vì chúng có chiều 5'-3'.

Khi phân tích sản phẩm nhân đôi thấy có những đoạn ADN ngắn khoảng vài trăm cặp nuclêôtit, các đoạn ngắn đó chính là các đoạn Okazaki → loại C, D.

Enzim ADN pôlimeraza có vai trò tổng hợp mạch bổ sung cho mạch gốc của gen.

Enzim ligaza nối các đoạn Okazaki lại với nhau thành mạch hoàn chỉnh.

N = 5100 : 3,4 × 2 = 3000 nuclêôtit.

A = 3000 × 1 : 3 = 1000 → G = 1500 - 1000 = 500 nuclêôtit.

Số liên kết H của gen là: 2 × 1000 + 3 × 500 = 3500

Tổng số liên kết H được hình thành sau 2 lần nhân đôi là: 3500 × 2 × (2² – 1) = 21000

Hệ gen người có nhiều điểm khởi đầu sao chép, các điểm khởi đầu này tạo ra nhiều đơn vị tái bản cùng thực hiện quá trình nhân đôi ADN cùng một lúc làm cho tốc độ sao chép hoàn chỉnh bộ gen người nhanh hơn rất nhiều. 

Để xác định được ADN được nhân đôi theo nguyên tắc nào, người ta dùng phương pháp đánh dấu phóng xạ trên các nuclêôtit và theo dõi kết quả nhân đôi ADN.