trong quá trình nhân đôi ADN , trên mỗi chạc chữ Y sự tổng hợp 2 mạch mới bổ sun…
Chúng ta cùng phân tích câu hỏi: “Trong quá trình nhân đôi ADN, trên mỗi chạc chữ Y sự tổng hợp 2 mạch mới bổ sung cho 2 mạch khuôn khác nhau như thế nào? Vì sao có hiện tượng này?”
Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần hiểu rõ cơ chế hoạt động của enzyme ADN polimerase và đặc điểm của hai mạch ADN.
Bước 1: Hiểu về cấu trúc và nguyên tắc bổ sung của ADN
Như các em đã học, ADN có cấu trúc xoắn kép, gồm hai mạch polinucleotit xoắn quanh một trục chung. Hai mạch này liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung:
* A liên kết với T bằng hai liên kết hydro.
* G liên kết với X bằng ba liên kết hydro.
Điều này có nghĩa là trình tự các bazơ nitơ trên một mạch sẽ quy định trình tự các bazơ nitơ trên mạch còn lại.
Bước 2: Cơ chế nhân đôi ADN và sự hình thành chạc chữ Y
Quá trình nhân đôi ADN bắt đầu khi enzim helicase tháo xoắn và làm tách hai mạch đơn của phân tử ADN mẹ tại một điểm gọi là “nguồn gốc nhân đôi”. Sự tách này tạo ra một cấu trúc có hình dạng giống chữ Y, gọi là “chạc chữ Y”. Quá trình nhân đôi sẽ diễn ra trên cả hai nhánh của chạc chữ Y này.
Bước 3: Sự tổng hợp mạch mới trên mỗi chạc chữ Y
Trên mỗi chạc chữ Y, hai mạch khuôn (hai mạch đơn của ADN mẹ) sẽ được sử dụng làm khuôn để tổng hợp nên hai mạch polinucleotit mới. Tuy nhiên, sự tổng hợp này diễn ra khác nhau trên hai mạch khuôn.
* Sự khác biệt trong chiều tổng hợp: Enzyme ADN polimerase chỉ có khả năng tổng hợp mạch polinucleotit mới theo chiều từ 5′ đến 3′. Điều này có nghĩa là ADN polimerase chỉ có thể thêm các nucleotide vào đầu 3′ của mạch đang được tổng hợp.
* Đối với mạch khuôn có chiều 3′ đến 5′: Mạch khuôn này có chiều 3′ đến 5′. Khi ADN polimerase di chuyển dọc theo mạch khuôn này, nó sẽ tổng hợp mạch mới theo chiều 5′ đến 3′ một cách liên tục. Mạch mới được tổng hợp này được gọi là mạch dẫn (leading strand).
* Đối với mạch khuôn có chiều 5′ đến 3′: Mạch khuôn này có chiều 5′ đến 3′. Vì ADN polimerase chỉ tổng hợp theo chiều 5′ đến 3′, nó không thể tổng hợp mạch mới một cách liên tục dọc theo mạch khuôn này. Thay vào đó, sự tổng hợp trên mạch khuôn này diễn ra theo từng đoạn ngắn. Các đoạn này được gọi là các đoạn Okazaki (Okazaki fragments). Mỗi đoạn Okazaki được tổng hợp theo chiều 5′ đến 3′. Sau đó, một enzyme khác là ligase sẽ nối các đoạn Okazaki này lại với nhau để tạo thành một mạch polinucleotit mới hoàn chỉnh. Mạch mới được tổng hợp theo cách này được gọi là mạch trễ (lagging strand).
Bước 4: Giải thích “vì sao có hiện tượng này?”
Hiện tượng tổng hợp hai mạch mới khác nhau trên mỗi chạc chữ Y là do hai nguyên nhân chính:
1. Nguyên tắc bổ sung: Quá trình nhân đôi ADN tuân theo nguyên tắc bổ sung. Mỗi bazơ trên mạch khuôn sẽ được ghép với một bazơ bổ sung tương ứng để tạo thành mạch mới. Ví dụ, nếu mạch khuôn có A thì mạch mới sẽ có T, nếu mạch khuôn có G thì mạch mới sẽ có X, và ngược lại.
2. Đặc điểm hoạt động của enzyme ADN polimerase: Đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự khác biệt trong cách tổng hợp. Enzyme ADN polimerase chỉ có khả năng hoạt động theo một chiều duy nhất là từ 5′ đến 3′. Do hai mạch khuôn của ADN mẹ có chiều ngược nhau (một mạch 3′-5′ và một mạch 5′-3′), nên khi ADN polimerase tiến hành tổng hợp mạch mới, nó sẽ có hai cách tiếp cận khác nhau với hai mạch khuôn này, dẫn đến sự hình thành mạch dẫn và mạch trễ.
Tóm lại, trên mỗi chạc chữ Y, một mạch mới được tổng hợp liên tục (mạch dẫn) theo chiều 5′-3′ vì nó được tổng hợp dựa trên mạch khuôn có chiều 3′-5′. Mạch còn lại được tổng hợp không liên tục dưới dạng các đoạn Okazaki (mạch trễ) theo chiều 5′-3′ vì nó được tổng hợp dựa trên mạch khuôn có chiều 5′-3′, và các đoạn này sau đó được nối lại bởi enzyme ligase. Tất cả đều dựa trên nguyên tắc bổ sung và đặc điểm hoạt động của enzyme ADN polimerase.
Hy vọng với phần giải thích chi tiết này, các em đã hiểu rõ hơn về cơ chế nhân đôi ADN. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!
Đáp án:
Nguyên nhân là do enzim ADN polimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’→3’ nên trên mạch c có chiều 3’→5’, còn trên mạch 5’→ 3’ thì được tổng hợp gián đoạn.