Quá trình nhân đôi DNA

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

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

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

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’.

8 vi khuẩn N¹⁵ trong môi trường N¹⁴ trong 3 thế hệ

→ 8 × 2³ = 64 vi khuẩn con

Trong đó có:  

16 vi khuẩn có 2 mạch N¹⁵ và N¹⁴

48 vi khuẩn 2 mạch đều là N¹⁴

64 vi khuẩn trên nuôi trong môi trường N¹⁵ trong m thế hệ

→ 64 × 2^m vi khuẩn con

Trong tất cả các vi khuẩn con, số mạch N¹⁴ là: 16 + 48×2 = 112

→ Số mạch chứa N¹⁵ là: 64 × 2^m × 2 – 112 = 1936

→ m = 4

Tổng số vi khuẩn con được tạo ra là 64 × 2⁴ = 1024.

Tổng số nucleotide: N = L : 3,4 x 2 = 3000 nucleotide

Số nucleotide cần cho gen tự sao 5 lần là 3000 × (2⁵ – 1) = 93000

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

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'.

Theo nguyên tắc bán bảo toàn, sẽ tạo ra 2 ADN, mỗi ADN gồm 1 mạch cũ và 1 mạch mới tổng hợp.

→ ADN trong cả hai tế bào con sẽ chứa phóng xạ

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

2 x (2A + 3G) = 3800; 2 x (3G – 2A) = 1000 → A = 350; G = 400.

→ Số nu trên 1 mạch gen: A + G = 350 + 400 = 750.

→ Chiều dài gen: 750 x 3,4 = 2550 Å.

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.

Trong cơ chế tự nhân đôi ADN, các đoạn mồi được tổng hợp, sau đó bị enzim cắt bỏ là do: đoạn mồi được tổng hợp nhờ enzim ARN – pôlimeraza, nên có bản chất là một mạch đơn ARN

N = 5100 : 3,4 × 2 = 3000

A = 3000 : 2 : 3 × 2 = 1000

G = A : 2 = 500

Số liên kết H bị hủy là: 1000 × 2 × (2² – 1) + 500 × 3 × (2² – 1) = 10500

Liên kết cộng hóa trị giữa các nucleotit trong 1 mạch thì không bị phá vỡ.

%X = 50% - %A = 50% - 30% = 20%

N = X : 0,2 = 450 : 0,2 = 2250

Tổng số liên kết hóa trị được hình thành là (2250 – 2) × (2⁵ -1) = 69688

Vi khuẩn chỉ có một đơn vị tái bản.

Số đoạn mồi = số đoạn Okazaki + 2 = 50 +2 = 52

5 đơn vị tái bản ↔ có 10 chạc chữ Y

Mỗi chạc chữ Y có 1 mạch liên tục và 1 mạch gián đoạn

Xét đơn vị tái bản 1:

- có 14 đoạn Okazaki ↔ có 14 đoạn mồi

- có 2 mạch liên tục ↔ có 2 đoạn mồi

Vậy ta có thể tính số đoạn ARN mồi đã được tổng hợp để thực hiện quá trình nhân đôi ADN đoạn giữa trên là:  14 + 16 + 22 + 18 + 24 + 2 x 5 = 104