Quá trình nhân đôi ADN diễn ra như thế nào và ở đâu?

Quá trình nhân đôi ADN là gì?

Quá trình tự nhân đôi của ADN là quá trình sao chép một phân tử ADN sợi kép để tạo ra hai phân tử ADN giống hệt nhau. Đây là một trong những quá trình cơ bản nhất diễn ra trong tế bào. Mỗi khi tế bào phân chia, hai tế bào con được tạo thành phải chứa chính xác thông tin di truyền, hay ADN, giống như tế bào mẹ. Thông tin này phải được sao chép tuyệt đối chính xác, không được phép có bất kỳ sai lệch nào. Để đảm bảo điều này, mỗi chuỗi ADN đóng vai trò như một khuôn mẫu để sao chép.

Quá trình nhân đôi ADN trải qua 3 giai đoạn chính:

Trong quá trình phân tách, hai sợi của chuỗi ADN xoắn kép tách rời nhau tại một vị trí gọi là điểm gốc. Một loạt các enzyme và protein phối hợp hoạt động để chuẩn bị cho quá trình nhân đôi. Cuối cùng, enzyme ADN polymerase đóng vai trò chủ đạo trong việc lắp ráp các sợi ADN mới. Quá trình nhân đôi là chung cho mọi tế bào, nhưng vẫn có thể xuất hiện một số biến thể nhỏ tùy thuộc vào cơ quan và loại tế bào.

Nguyên tắc nhân đôi ADN

Quá trình tự nhân đôi của ADN được thực hiện dựa trên ba nguyên tắc cơ bản: nguyên tắc bán bảo toàn, nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc nửa gián đoạn.

Việc thực hiện quá trình nhân đôi ADN theo các nguyên tắc trên đảm bảo rằng thông tin di truyền được truyền đạt một cách nguyên vẹn từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Quá trình tự nhân đôi ADN diễn ra ở đâu?

Quá trình nhân đôi ADN chủ yếu diễn ra ở pha S của kỳ trung gian trong chu kỳ tế bào. Tuy nhiên, vị trí chính xác của quá trình tự nhân đôi có thể khác nhau tùy thuộc vào việc sinh vật đó là nhân sơ hay nhân thực, ADN trong nhân hoặc ngoài tế bào chất. Điều này nhằm chuẩn bị tốt nhất cho quá trình phân chia tế bào.

Yếu tố tham gia quá trình nhân đôi ADN

Quá trình nhân đôi ADN là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự phối hợp hoạt động của nhiều yếu tố khác nhau. Sau đây là những yếu tố chính tham gia vào quá trình này:

ADN mẹ (ADN mạch khuôn)

ADN mạch khuôn, còn được gọi là ADN mẹ hoặc sợi ADN gốc, chịu trách nhiệm trong quá trình sao chép gen. Các nucleotit được lựa chọn cẩn thận để liên kết chặt chẽ với ADN mẹ, tạo ra một bản sao chính xác và đầy đủ, đồng thời đảm bảo sự truyền đạt thông tin gen một cách chính xác qua các thế hệ.

Nguyên liệu môi trường

Trong quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở tế bào, mạch ADN mới được tổng hợp thông qua sự tương tác của các nucleotit tự do (bao gồm A, T, G và X). Đồng thời, các ribonucleotit A, U, G và X tham gia vào việc tổng hợp đoạn mồi. Toàn bộ quá trình này tuân theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotit, trong đó các cặp nucleotit phù hợp sẽ liên kết với nhau để hình thành nên các phân tử ADN mới.

Protein

Quá trình nhân đôi ADN phụ thuộc vào sự hoạt động của các protein gắn đặc hiệu. Các protein này bao gồm:

Enzyme

Enzyme là một thành phần không thể thiếu trong quá trình nhân đôi ADN. Các enzyme này bao gồm:

Năng lượng

Năng lượng chính cung cấp cho quá trình nhân đôi ADN là năng lượng ATP.

Quá trình tự nhân đôi của ADN diễn ra như thế nào?

Quá trình nhân đôi ADN diễn ra theo ba giai đoạn chính: tháo xoắn, tổng hợp và tạo ra hai phân tử con.

Các phân tử ADN tháo xoắn

ADN trong tế bào thường có độ dài lớn và chứa nhiều cặp nucleotit. Với kích thước này, việc tồn tại trong không gian chật hẹp của tế bào sẽ gặp khó khăn. Do đó, phân tử ADN phải cuộn lại và đóng xoắn để có thể phù hợp với giới hạn không gian của tế bào. Tuy nhiên, khi bắt đầu quá trình nhân đôi, phân tử ADN này cần được tháo xoắn.

Tổng hợp mạch ADN mới

Trong quá trình nhân đôi ADN, enzyme ARN-pôlimeraza tổng hợp đoạn mồi, sau đó enzyme ADN-pôlimeraza liên kết các nucleotit tự do từ môi trường nội bào với các nucleotit trên mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung. Vì enzyme ADN-pôlimeraza chỉ tổng hợp mạch mới theo chiều 5’ → 3’, nên:

Khi mạch khuôn có đầu 3′, mạch bổ sung sẽ được tổng hợp liên tục theo chiều 5′ → 3′, cùng chiều với chiều tháo xoắn.

Trên mạch khuôn có đầu 5’, mạch bổ sung được tổng hợp một cách gián đoạn, tạo thành các đoạn ngắn gọi là đoạn Okazaki, cũng theo chiều 5’→ 3’ nhưng ngược chiều với chiều tháo xoắn. Các đoạn Okazaki này sau đó được nối lại với nhau nhờ enzyme nối ADN – ligaza.

Hai phân tử mới được tạo thành

Kết quả của quá trình tự nhân đôi của ADN

Khuyến cáo y khoa: Các bài viết của Phòng khám Đa khoa Phương Nam chỉ có tính chất tham khảo, không thay thế cho việc chẩn đoán hoặc điều trị y khoa.