1. Quang phục hoạt (Photoreactivation)
Quang phục hoạt (photoreactivation) hay sửa
sai nhờ ánh sáng (light repair). Sau khi xử lý tia tử ngoại gây đột biến, nếu
đưa ra ánh sáng thì phần lớn sai hỏng được phục hồi nhờ enzyme photolyase.
Enzyme này gắn vào photodimer cắt nó thành các monomer dưới tác dụng của ánh
sáng mặt trời có bước sóng 320-370 nm. Sau
đó phục hồi các base ban đầu (hình
4.5).
2. Sửa chữa bằng cắt bỏ (excision
repair)
Phần lớn các cơ chế sửa sai khác thực
hiện theo lối cắt bỏ (excistion repair) không cần ánh sáng nhờ các nuclease,
sau đó thay vào các base đúng. Có thể xảy
ra theo nhiều cách:
+ Cắt các base (base excision repair)
Sự cắt bỏ các base sai hỏng nhờ các enzyme DNA glycosylase. Các enzyme này nhận
biết các base bị biến đổi và các điểm mất purine hay mất pyrimidine và thủy giải
liên kết N-glycosilic nối base với đường. Rồi enzyme AP endonuclease cắt liên kết
đường và phosphate gần base bị biến đổi.
Sau đó enzyme thứ ba,deoxyribophosphodiesterase
loại bỏ từng nucleotide kế tiếp nhau ở đoạn bị hỏng. Sau đó, DNA polymerase lấp đầy khoảng trống với các nucleotide bổ sung với
sợi khuôn còn lại. Enzyme DNA ligase sẽ gắn các khe hở giữa 2 đầu 3'-5' (hình
4.6).
Trong tế bào tồn tại một số DNA
glycosylase. Chẳng hạn, enzyme uracil-DNA glycosylase cắt uracil khỏi DNA.
Uracil tạo thành do đột biến mất nhóm amin ngẫu nhiên ở cytosine, dẫn đến đột
biến đồng hoán thay C bằng T. Enzyme này phát hiện ra uracil trên DNA như là một
bất thường, chúng sẽ cắt bỏ và sửa sai.
+ Cắt các nucleotide: Sự cắt bỏ
vùng có nhiều pyrimidine dimer được thực hiện nhờ enzyme exonuclease (enzyme rạch
mạch hay enzyme tạo khấc trên DNA) như phức hợp 3 enzyme được mã hóa bới gene
uvr ABC của E. coli. Phức hợp này cắt đoạn 12 nucleotide trên một mạch: 8 nucleotide
từ một đầu bị sai hỏng và 4 nucleotide của đầu còn lại. Khoảng trống của 12
nucleotide này sẽ được lấp đầy nhờ enzyme DNA polymerase I dựa vào mạch
đơn bổ sung kia của trình tự DNA gốc. DNA ligase sẽ gắn vào các khe hở.
+ Sửa sai dựa vào tính tương đồng (Homology-dependent repair system) Một hệ
thống sửa sai quan trọng đã phát hiện tính chất bổ sung đối song song của 2 mạch
đơn DNA để phục hồi đoạn sai hỏng trở lại trạng thái bình thường ban đầu. Trong
hệ thống này, đoạn DNA sai hỏng bị cắt bỏ và thay bằng một đoạn nucleotide mới
được tổng hợp bổ sung với sợi khuôn đối diện. Sự sửa sai xảy ra qua sợi khuôn
và nguyên tắc của sao chép DNA bảo đảm sự
sửa sai hoàn thành với độ chính xác cao - đó là sự giải phóng sai hỏng
(error-free). Có 2 hệ thống chủ yếu để
loại bỏ sai hỏng: Hệ thống sửa chữa sai hỏng phát hiện ra trước khi sao chép và
hệ thống sửa chửa sai hỏng phát hiện trong quá trình diễn biến sao chép (sửa sai
sau sao chép).
3. Sửa chữa kết cặp sai (Mismatch
repair)
Cơ chế sửa chữa đối với các base
kết cặp sai (proofreading for base-pair matching) được thực hiện trong sao chép
DNA. Trong quá trình sao chép, trước khi thực hiện phản ứng polymer hóa nối các
nucleotide, các nucleotide triphotphate mới phải bắt cặp bổ sung với mạch
khuôn. Nếu sự bắt cặp sai xảy ra, DNA polymerase sẽ loại bỏ nucleotide bắt cặp
sai.
Ngay cả trước khi nucleotide mới
ráp vào, enzyme dò lại cặp base cuối, nếu chúng không bắt cặp thì sự polymer
hóa tiếp theo bị dừng. Cặp nucleotide ở đầu cuối 3' bắt cặp sai sẽ bị loại bỏ nhờ hoạt
tính exonuclease3'→5' của DNA polymerase. Khi đã bắt cặp đúng, quá trình polymer
hóa mới được tiếp tục.
Hoạt tính đọc sửa đối với các
base bắt cặp sai là đặc tính của nhiều DNA polymerase đảm bảo cho sự kéo dài
chính xác của mạch đạng được tổng hợp.
4. Sửa chữa tái tổ hợp
Error-prone
Trong một số trường hợp sự sửa
sai thất bại, tính liên tục của bộ gene vẫn có thể duy trì nhờ sao chép “úp sấp
sai hỏng” (error-prone replication), DNA
polymerase có thể bỏ qua chỗ sai sao chép tiếp.
Khi cả 2 sợi của chuỗi xoắn kép bị
đứt ở cùng một vị trí, được gọi là đột biến đứt mạch đôi, có thể gây ra sai
hình nhiễm sắc thể, làm chết tế bào hoặc tạo ra trạng thái tiến ung thư. Tế bào
sử dụng nhiều protein và con đường sửa
sai đứt gãy mạch đôi là thực hiện tái tổ hợp trong giảm phân.
Quá trình sửa chữa do trao đổi chéo trong giảm phân xảy ra như sau (hình
4.7): Trên một nhiễm sắc thể xảy ra sự đứt
mạch đôi và kết quả ăn mòn các đầu mút ở đoạn ngắn của DNA sợi đơn. Đầu 3' của
một trong những sợi này "xâm lấn" vào một chromatid.
Đoạn xâm lấn làm mồi cho tổng hợp
các base bị mất của nó nhờ sử dụng sợi đối song song của chromatid như là sợi
khuôn. Sự tổng hợp mới này sẽ tạo ra một vòng sợi đơn lai với một sợi đơn không
xâm lấn. Vì vậy tạo ra một vùng dị hợp tử nhỏ "Aa" và sử dụng như mạch
khuôn để khôi phục các base bị mất trên sợi đó. DNA polymerase sẽ lấp đầy chỗ
trống và enzyme ligase sẽ nối các đầu mút xảy ra trong cấu trúc đặc biệt giống
với trao đổi chéo 2 sợi đơn. Cấu trúc này cũng chứa các đoạn bắt cặp không tương
đồng đơn giản.
Trao đổi chéo sợi
đơn được gọi là cấu trúc Holliday
(Holliday structure) do Holliday phát hiện vào những năm 1960.
5. Bảo vệ bằng hệ thống các
enzyme methylase và restriction endonuclease
Ngoài hệ thống sửa sai, tế bào còn có các hệ
thống bảo vệ DNA. Các vi khuẩn có hệ thống miễn nhiễm đáng kể với các DNA lạ.
Mặc dù trình tự các base trên phân tử DNA là cố
định, nhưng một số base bị biến đổi hoá học sau khi đã được gắn vào DNA. Cả
sinh vật tiền nhân và sinh vật nhân thực đều có các enzyme methyl hoá
(methylation) gắn nhóm –CH3 ở những điểm nhất định trên phân tử DNA. Các enzyme
này có tính đặc hiệu cao chuyên hoá cho từng dòng vi khuẩn, nên DNA của mỗi
dòng vi khuẩn được methyl hoá ở những điểm chuyên biệt nhất định tuỳ mỗi dòng.
Nhờ đó mỗi vi khuẩn dễ dàng phân biệt giữa DNA của bản thân chúng với DNA lạ
xâm nhập vào. Các enzyme cắt hạn chế (restriction enzyme) là một loại
endonuclease của mỗi dòng vi khuẩn, không cắt DNA của chúng vì đã được methyl
hoá ở những điểm nhất định.
Các cơ chế biến đổi chính DNA của
nó một cách đặc hiệu và phân huỷ hay cắt hạn chế các phân tử DNA không được đánh dấu. Hệ thống restriction-modification
(R-M) ngăn chặn DNA ngoại lai không có hoạt động chức năng nhưng có thể thực hiện
tái tổ hợp.
Hệ thống restriction-modification có 2 tính chất
căn bản
- Hoạt tính cắt hạn chế (restriction) đặc hiệu
chống sự xâm nhập của DNA ngoại lai
- Hoạt tính bảo vệ DNA của bản thân nó
Hệ thống R-M lần đầu tiên được phát hiện khi
nghiên cứu sự nhiễm phage vào vi khuẩn E. coli. Sự biến đổi thường là methyl
hoá nhóm 6 – amino của Adenin trong những trình tự đặc hiệu, trong hệ thống kiểu
II, C5 của Cytosine được methyl hoá. Restriction được thực hiện do các hệ thống
endonuclease. Chúng nhận biết các điểm đặc hiệu ít nhất ở một mạch DNA không bị biến đổi.
Endonuclease cắt đứt mạch ở nhiều điểm nhận biết và sau đó các đoạn ngắn được cắt
bằng các nuclease khác. Phần lớn các DNA bị biến đổi các các
đặc tính di truyền không ổn định. Sự methyl hoá thường mất qua sao chép
trong tế bào chủ.
Các nghiên cứu cho thấy ở E. coli B có 3 gene
liên kết chặt với nhau mã hoá cho 3 sản phẩm khuyếch tán: các polypeptid phục vụ
cho các restriction, cho sự biến đổi và tạo sự đặc hiệu của điểm nhận biết. DNA mạch kép nhạy cảm hơn với biến đổi và
restriction. Các phage mạch đơn như M13
và φX174 ít bị tác động hơn. Sự biến đổi của một mach DNA đủ để miễn nhiễm DNA lạ.
Do vậy DNA sao chép bán bảo tồn được bảo vệ bởi methyl hoá mạch khuôn.
Theo GT Di truyền VSV
Theo GT Di truyền VSV
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét