Giáo trình Sinh học phân tử - Chương 4: Tái bản DNA

Sinh học phân tử 76 
Chương 4 
Tái bản DNA 
I. Chứng minh tái bản DNA theo cơ chế bán bảo thủ 
1. Cơ chế tái bản bán bảo thủ 
1.1. Cơ chế tái bản ở prokaryote 
Đặc điểm cơ bản của sự tái bản đó là tái bản theo phương thức bán 
bảo thủ (semiconservative replication). Tái bản bán bảo thủ nghĩa là trong 
hai chuỗi của tất cả các phân tử DNA bao giờ cũng có: 
- Một chuỗi của DNA cũ (từ một trong hai chuỗi của DNA mẹ). 
- Một chuỗi của DNA mới (mới được tổng hợp). 
Mỗi một lần tái bản đều có sự tách rời của hai chuỗi của DNA mẹ, 
đồng thời mỗi chuỗi mẹ tiến hành sao chép để cho một chuỗi con, chuỗi này 
sau đó lại kết hợp với chuỗi mẹ. 
Vị trí mở xoắn kép và tổng hợp DNA mới cùng một lúc trên DNA gọi 
là chạc ba tái bản (replication fork) do cấu trúc của vùng tái bản có hình chữ 
Y. Sự tổng hợp DNA mới gắn liền với việc mở xoắn DNA cũ. 
1.2. Cơ chế tái bản ở eukaryote 
Sự tái bản ở tế bào eukaryote phức tạp hơn so với ở tế bào prokaryote 
nhưng cơ chế của sự tái bản ở eukaryote cũng tương tự như ở prokaryote và 
tiến hành theo các nguyên tắc: 
- Hai hướng. 
- Bổ sung, đối song song, theo chiều 5’ 3’. 
- Không liên tục ở một trong hai chuỗi. 
- Cần những RNA primer. 
Tuy nhiên, có một số điểm khác như sau: 
- Trong khi ở prokaryote chỉ có một điểm khởi đầu, thì sự tái bản ở 
eukaryote bắt đầu cùng một lúc ở nhiều điểm khởi đầu. Điều này là cần thiết 
do DNA của eukaryote có chiều dài rất lớn. 
- Vận tốc phát triển của chạc ba tái bản ở eukaryote (khoảng 50 
nucleotide/s) chỉ bằng 1/10 so với ở E. coli. 
Sinh học phân tử 77 
2. Thí nghiệm của Meselson và Stahl 
Những thí nghiệm của Meselson và Stahl (1957) đã chứng minh lý 
thuyết tái bản DNA theo kiểu bán báo thủ (Hình 4.1). Các tác giả trên đã 
nuôi cấy E. coli trong nhiều thế hệ trong một môi trường chứa 15NH4Cl làm 
nguồn cung cấp nitrogen duy nhất. Bằng cách này, DNA được tổng hợp có 
15
N (
15N là một chất phóng xạ nặng hơn chất phóng xạ thông thường 14N). Ở 
một thời điểm nhất định (thời điểm 0), các tác giả này đã chuyển nuôi cấy 
vào một môi trường chứa 14NH4Cl. Tiếp đến, sau từng thời gian đều đặn, họ 
phân tích DNA chiết xuất từ vi khuẩn bằng phương pháp ly tâm theo 
gradient CsCl. 
Hình 4.1. Minh họa sự tái bản bán bảo thủ. Sơ đồ trình bày sự hợp thành các sợi 
đôi DNA sau 0, 1, và 2 vòng sao chép. H: chuỗi nặng (15N), L: chuỗi nhẹ (14N). 
Kết quả thực nghiệm cho thấy: 
- Ở thời điểm 0: chỉ có một phân tử tương ứng với DNA nặng 15N. 
DNA được tách chiết và 
ly tâm để cân bằng theo 
grandient mật độ CsCl 
DNA nặng (
15
N) 
DNA lai (
15
N/
14
N) 
DNA nhẹ (
14
N) 
DNA lai 
Các phân tử 
bố mẹ gốc 
Các phân tử con 
thế hệ thứ nhất 
Các phân tử con 
thế hệ thứ hai 
Chuỗi mới 
Chuỗi mẹ 
H H 
H L L H 
L L H L L H L L 
Sinh học phân tử 78 
- Sau một thế hệ trong môi trường chứa 14N: những phân tử DNA gồm 
một chuỗi nặng 15N (chuỗi mẹ) và một chuỗi nhẹ 14N (mới được tổng hợp). 
- Sau hai thế hệ trong môi trường chứa 14N: có hai phân tử lai (gồm 
một chuỗi nặng và một chuỗi nhẹ) và hai phân tử đều gồm những chuỗi nhẹ 
không có chuỗi nặng. 
II. Mô hình tái bản DNA-chạc ba tái bản 
1. Mô hình tái bản 
Mô hình tái bản được nghiên cứu trên thể nhiễm sắc của vi khuẩn E. 
coli, DNA có dạng mạch vòng sợi đôi (Hình 4.2). Để tự tái bản DNA phải 
tháo ra đơn giản ở một vị trí nhất định và nơi đó xuất hiện chạc ba tái bản 
(Hình 4.3). 
Thí nghiệm của Cairns. Sử dụng nucleotide được đánh dấu bằng 
đồng vị phóng xạ trong môi trường đang phân chia, ta sẽ biết được tiến trình 
tái bản do hạt bạc xuất hiện dưới kính hiển vi điện tử. 
Hình 4.2. DNA dạng mạch vòng sợi đôi. Chiều dài thực tế 1,6 mm (4,7×106 bp). 
2. Chạc ba tái bản 
Hình 4.4 mô tả cấu trúc của chạc ba tái bản. Nhờ vào phương pháp 
phóng xạ ảnh tự ghi, người ta nhận thấy sự tái bản thực hiện theo hai hướng 
(bidirectional synthesis). Đồng thời cũng chứng minh được vi khuẩn E. coli 
(prokaryote) có duy nhất một điểm gốc tái bản, đó là điểm mà hai chuỗi 
xoắn kép của DNA mẹ được tách ra, tương ứng với hai chạc ba tái bản phát 
triển ngược chiều nhau. Chuỗi DNA sau khi tách ra được dùng làm khuôn 
mẫu cho sự tổng hợp DNA mới (Hình 4.5). 
Sợi đôi 
của con 
Sợi đôi 
của bố mẹ 
Sinh học phân tử 79 
Hình 4.3. Sự tái bản của phân tử DNA sợi đôi mạch vòng của E. coli. A: sự 
chuyển động không cuộn lại của các nhánh trong quỹ đạo tái bản, không có các vị 
trí quay tự do, gây ra sự cuộn lại quá chặt của phần không được tái bản. B: cơ chế 
sợi đơn bị đứt (nick) phía trước của chạc ba tái bản cho phép sự quay xảy ra. 
Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc của các chạc ba tái bản. (a): Chạc ba đơn trình bày sợi 
chủ (leading strand) được tổng hợp liên tục và sợi thứ (lagging strand) được tổng 
hợp gián đoạn. (b): Chạc ba đôi, phổ biến trong hầu hết mọi sự tái bản DNA của 
genome. (c): Các hướng hình học của sự tái bản DNA, mũi tên ngắn chỉ sự chuyển 
động dịch mã của chạc ba, mũi tên dài và cong chỉ sự quay vòng DNA cần thiết 
quanh các chạc ba. 
Hướng 
cuộn 
Quay trong 
hướng cuộn 
Chuyển động 
của chạc ba tái 
bản 
Gốc 
Điểm đứt (nick) 1 
Điểm đứt 2 
Một điểm đứt được bịt kín, một 
điểm đứt khác được tạo ra 
A B 
5’ 
5’ 
5’ 5’ 
3’ 
3’ 
3’ 
3’ 
(a) 
(b) 
(c) 
Sinh học phân tử 80 
Hình 4.5. Hình ảnh dưới kính hiển vi điện tử. Phân tử DNA mạch vòng nhỏ của 
E. coli có chiều dài thực tế 0,01 mm (3.000 bp) tái bản bằng kiểu θ. Các đoạn DNA 
bố mẹ và con được trình bày trong hình vẽ. 
Hình 4.6 so sánh sự khác nhau giữa tái bản DNA không định hướng 
và tái bản theo hai hướng. Trong tái bản không định hướng, chỉ có một chạc 
ba tái bản. Trong khi tái bản theo hai hướng yêu cầu hai chạc ba tái bản. 
Mũi tên cong chỉ hướng chuyển động của các chạc ba. Hầu hết DNA tái bản 
theo hai hướng. 
Hình 4.6. Tái bản DNA không định hướng và theo hai hướng 
Hình 4.7 và 4.8 mô tả phương thức hợp nhất các vòng tái bản DNA ở 
ruồi giấm (D. melanogaster). Quá trình tái bản diễn ra đồng thời trên hàng 
chục ngàn vị trí khác nhau của phân tử DNA và tạo thành các vòng tái bản, 
các vòng tái bản sau đó sẽ mở rộng theo hai hướng để cuối cùng hợp nhất 
với nhau tạo thành hai phân tử DNA. 
Gốc tái bản 
Gốc tái bản Gốc tái bản 
Gốc tái bản 
Tái bản không 
định hướng 
Tái bản theo 
hai hướng 
Chạc ba 
tái bản 
Chạc ba 
tái bản 
Chạc ba 
tái bản 
Tái bản đồng thời 
trong cả hai hướng Tái bản chỉ 
trong một 
hướng 
Sợi đôi bố mẹ không tái bản 
Hướng di chuyển 
của chạc ba tái bản 
Sợi con được tái bản 
Sinh học phân tử 81 
Hình 4.7. Hình ảnh dưới kính hiển vi điện tử của một đoạn nucleotide ở ruồi 
giấm. Phân tử DNA sợi đôi dài 30 kb cho thấy có 7 vòng tái bản. 
Hình 4.8. Phương thức hợp nhất các vòng tái bản DNA của ruồi giấm. Hai gốc 
tái bản được trình bày trên hình vẽ, các mũi tên nhỏ chỉ hướng chuyển động của 
các chạc ba tái bản. 
3. Tái bản DNA theo vòng tròn quay 
Trường hợp bacteriophage λ (thực khuẩn thể λ) có vật chất di truyền 
là một phân tử DNA mạch thẳng sợi đôi, khi ta chuyển chúng vào vi khuẩn 
thì các đầu dính kết DNA (cos) của nó gắn lại theo dạng vòng tròn. Sự dính 
Sự tái bản bắt đầu 
và theo hai hướng 
Gốc tái bản 
Gốc tái bản 
Sự tổng hợp khởi đầu 
ở gốc thứ hai và cũng 
theo hai hướng 
Sinh học phân tử 82 
kết lại này là do hoạt động của enzyme DNA ligase giúp tạo lại dạng xoắn. 
Khi đó, sự tái bản DNA tiến hành theo cơ chế vòng tròn quay (Hình 4.9). 
Hình 4.9. Tái bản vòng tròn quay ở bacteriophae . DNA được tổng hợp mới có 
màu nhạt. Sợi thay thế được tái bản trong các đoạn ngắn. 
III. Bản chất xoắn của DNA-Các giai đoạn của sự tái bản 
Hình 4.10 mô tả toàn bộ quá trình tái bản DNA. Quá trình này trải qua 
ba giai đoạn chính sau: 
1. Mở xoắn 
Trước tiên ta thấy quá trình mở xoắn của hai sợi DNA cần thiết phải 
có một enzyme rất quan trọng đó là helicase (còn gọi là enzyme mở xoắn). 
Chẳng hạn, trên phân tử E. coli chỉ có một gốc tái bản (ký hiệu là 
ori C) dài 245 bp. Có ít nhất 8 enzyme hoặc protein tham gia vào giai đoạn 
khởi đầu của sự tái bản. Những enzyme-protein này mở xoắn DNA ở gốc 
ori C và thiết lập một phức hợp tiền mồi (prepriming complex) để chuẩn bị 
cho những phản ứng của giai đoạn sau. 
Một phức hợp khoảng 20 protein Dna A được kết hợp với một vùng 
của ori C bắt đầu cho quá trình mở xoắn và khởi đầu sự tái bản. Phản ứng 
này cần ATP và một protein giống như histone của vi khuẩn (HU). Tiếp đó, 
protein Dna C giúp protein Dna B gắn vào vùng ori C, Dna B chính là 
helicase sẽ mở xoắn DNA theo hai hướng để tạo ra hai chạc ba tái bản. Các 
phân tử protein liên kết sợi đơn (single stranded binding protein, protein 
SSB) gắn vào chuỗi đơn DNA để ổn định chuỗi này. Enzyme gyrase (DNA 
topoisomerase II) mở xoắn để tạo siêu xoắn trái ( ). Enzyme primase 
Nuclease cắt DNA 
tạo ra nhóm 3’-OH 
và nhóm 5’-P 
Sợi có đầu tận cùng 
5’-P cũng được sao 
chép 
Các nucleotide được bổ sung vào 
nhóm 3’-OH, chiếm chỗ của sợi 
có đầu tận cùng 5’-P 
Sự kéo dài tiếp tục 
của đầu 3’ 
Hướng quay 
 3’-OH 
 5’-P 
Sinh học phân tử 83 
(protein Dna G) sẽ xúc tác tổng hợp RNA primer để gắn vào khuôn mẫu 
DNA. 
Hình 4.10. Quá trình tái bản DNA 
2. Kéo dài-Tổng hợp chuỗi Okazaki 
Giai đoạn kéo dài bao gồm sự tổng hợp cùng một lúc hai chuỗi DNA. 
Một chuỗi được tái bản cùng hướng phát triển của chạc ba sẽ liên tục (sợi 
chủ), còn chuỗi kia sẽ không liên tục bao gồm các đoạn Okazaki (sợi thứ). 
Các nucleotide gắn vào đầu 3’ tự do, và kéo dài chuỗi ra nhờ enzyme DNA 
polymerase III theo chiều 5’ 3’. Trong giai đoạn này, nhiều enzyme đã 
tham gia vào sự tổng hợp hai chuỗi DNA tại chạc tái bản. DNA helicase tiếp 
tục tách hai chuỗi DNA mẹ, DNA gyrase mở xoắn, protein SSB ổn định 
những chuỗi DNA đơn đã được tách ra, DNA ligase gắn các đoạn Okazaki 
trên sợi thứ. 
-
Polymerase III dimer 
Helicase 
Chạc ba tái bản 
DNA bố mẹ 
Primase 
RNA primer 
Các protein liên kết 
DNA sợi đơn (SSB) 
Kẹp 
Sợi chủ 
Khuôn mẫu sợi chủ 
Khuôn mẫu sợi thứ 
Ligase Polymerase I Đoạn Okazaki 
Sinh học phân tử 84 
(
ơ
- . 
5’
5’ 3’ nhưng 
ngư
). Trong khi di chuyển 
từng quãng, enzyme primase sẽ tổng hợp những đoạn RNA primer ngắn 
(11 1 nucleotide) để từ đó DNA được tiếp nối nhờ DNA polymerase III. 
Khi đoạn Okazaki mới được hoàn chỉnh, RNA primer được tách ra nhờ 
DNA polymerase I (hoạt tính exonulease 5’ 3’) và được thay thế bởi DNA 
cũng nhờ tác dụng của cùng enzyme. Các khe hở còn lại giữa các đoạn 
Okazaki đư
4.11). 
3. Kết thúc 
Cuối cùng, hai chạc ba tái bản gặp nhau ở phía đối diện của nhiễm sắc 
thể vòng của E. coli. Người ta biết rất ít về những phản ứng của giai đoạn 
này. Có thể hoạt động của một loại DNA topoisomerase là cần thiết để tách 
hai phân tử DNA vòng đã được tổng hợp. Quá trình phân đôi hai phân tử 
DNA trong tế bào con khi phân chia tế bào cũng chưa được biết rõ. 
IV. Khái niệm mồi 
Tái bản DNA chỉ xảy ra khi có sự khởi động mồi. Thường mồi 
(primer) là đoạn RNA ngắn gắn trước đầu DNA. 
Quan sát chạc ba tái bản ta thấy DNA polymerase gắn nhóm 
phosphate vào đầu 3’-OH tự do. Tuy nhiên, lúc đầu chưa có đầu 3’-OH tự 
do, do đó ở ngay điểm gốc tái bản enzyme RNA polymerase (enzyme 
primase) sẽ hoạt động tạo nên một đoạn mồi ngắn để có đầu 3’-OH tự do, 
nhờ đó DNA polymerase mới bắt đầu hoạt động tái bản. 
Sinh học phân tử 85 
4.11. Hai sợi DNA mới được tổng hợp theo hai kiểu khác nhau 
Nghiên cứu tái bản ở bacteriophage M13 (DNA một sợi vòng). Gọi 
DNA + (M13) là sợi (+). Từ sợi (+) tạo ra dạng tái bản ( ), sợi ( ) này sẽ 
dùng làm khuôn tạo ra sợi (+) khác. 
DNA polymerase sẽ không hoạt động, nếu không có mồi ghép đôi vào 
sợi (+) đầu tiên. Enzyme RNA polymerase sẽ tổng hợp đoạn mồi bằng cách 
bổ sung một số nucleotide vào vị trí khởi đầu tái bản, tạo nên đầu 3’-OH tự 
do. RNA polymerase bao gồm các đơn vị 2, β, β’ và σ. Chất kháng sinh 
rifampicin có tác dụng ức chế đơn vị β, khi đó RNA polymerase sẽ bị ức chế 
và M13 không có hiện tượng tái bản. Như vậy, chính RNA polymerase giữ 
vai trò khởi động để sau đó DNA polymerase mới bắt đầu hoạt động tái bản 
Hướng tái bản 
Sợi chủ 
Sợi thứ 
Các đoạn Okazaki 
Ligase 
DNA polymerase 
Sợi chủ 
DNA bố mẹ 
Sinh học phân tử 86 
được. Vì vậy, đầu tiên phải có một đoạn mồi gắn với DNA bằng liên kết 
cộng hóa trị, và đoạn mồi này do RNA polymerase tổng hợp nên. 
Tiếp tục, đoạn mồi RNA sẽ bị loại ra bởi DNA polymerase (khác với 
DNA polymerase tái bản ở trên). DNA polymerase này bắt đầu gắn các 
nucleotide vào đầu 3’-OH tự do, và sau cùng enzyme DNA ligase nối các 
đoạn tái bản này lại (Hình 4.12). 
Hình 4.12. Tổng hợp các đoạn Okazaki. Quá trình này đòi hỏi sự gắn mồi, kéo 
dài, loại bỏ RNA, làm đầy các khoảng trống và hàn các điểm đứt. Primase tổng hợp 
đoạn mồi RNA, DNA polymerase III kéo dài đoạn mồi RNA thành đoạn Okazaki ở 
sợi thứ, DNA polymerase I sử dụng dịch mã điểm đứt để thay thế đoạn mồi RNA 
bằng DNA, và cuối cùng DNA ligase hàn điểm đứt. 
 Primase 
RNA primer 
RNA primer Sợi thứ 
DNA polymerase III 
Đoạn Okazaki kế tiếp 
được tổng hợp 
DNA polymerase I 
DNA ligase 
Sinh học phân tử 87 
Như vậy, việc tái bản DNA cần các enzyme sau: 
- Helicase: mở xoắn để tách sợi DNA đang xoắn. 
- SSB: gắn trên DNA một sợi để sợi luôn luôn ở tình trạng mở. 
- RNA polymerase (primase): tác động hình thành đoạn mồi RNA. 
- DNA polymerase I: loại bỏ đoạn mồi RNA. 
- DNA polymerase III (khác với loại trên) tác động tổng hợp DNA 
bằng cách kéo dài đoạn mồi RNA. 
- DNA ligase: gắn các đoạn Okazaki đã tổng hợp với nhau. 
Từ các nghiên cứu về tái bản DNA của bacteriophage M13, người ta 
đã đưa ra sơ đồ giả thuyết về sự biến đổi DNA một sợi của M13 thành dạng 
sao chép tái bản (RF). 
Và quan sát trên chạc ba tái bản đang phát triển, ta có thể theo dõi 
được sự tái bản liên tục và không liên tục của các đoạn DNA mới bổ sung 
cho sợi DNA khuôn mẫu. 
V. Enzyme tái bản 
1. DNA polymerase 
Đây là enzyme chủ yếu của sự tái bản, chịu trách nhiệm tổng hợp hai 
chuỗi DNA ở chạc tái bản. Có ba loại DNA polymerase khác nhau, được ký 
hiệu là I, II và II. Cơ chế và vai trò của các enzyme DNA polymerase cũng 
rất khác nhau. 
 Mg
2+ 
(DNA)n + dNTP 
DNA polymerase 
(DNA)n+1 + PPi 
1.1. DNA polymerase I 
E. coli
3’ 4.13). 
Sinh học phân tử 88 
4.13. 
E. coli còn có hoạt tính exonuclease (hoạt tính 
cắt các chuỗi nucleotide ở các đầu tự do của DNA) 3’ 5’ xúc tác cho sự 
thoái hóa bậc thang từ đầu 3’ của cả DNA sợi đôi và sợi đơn khi không có 
dNTPs. Trong trường hợp có dNTPs, hoạt tính exonuclease trên sợi đôi sẽ bị 
ức chế bởi hoạt tính polymerase. Trong quá trình tổng hợp DNA, hoạt tính 
exonuclease thực hiện chức năng đọc sửa bằng cách cắt bỏ những 
nucleotide lắp ráp sai. 
5’
đ
đ eo DNA. 
Khởi đầu, enzyme DNA polymerase I được xem như giữ vai trò chủ 
yếu trực tiếp trong tái bản DNA. Nhưng sau đó, người ta quan sát thấy ở E. 
coli đột biến không có DNA polymerase I mà vẫn có sự tái bản, và phát hiện 
rằng chính DNA polymerase III giữ vai trò tái bản DNA. Nghiên cứu tính 
chất và so sánh ba loại enzyme trên người ta nhận thấy DNA polymerase III 
mới là enzyme thực sự điều khiển tổng hợp DNA. Trong khi đó DNA 
polymerase I chỉ có vai trò loại bỏ RNA mồi nhờ cắt đầu 5’ 3’ và thay vào 
chỗ RNA mồi bằng DNA khác, còn DNA polymerase II chưa rõ tác dụng, 
có lẽ nó tham gia vào quá trình sửa chữa (thay một đoạn DNA hỏng bằng 
một đoạn DNA bình thường) hoặc thay thế DNA polymerase I khi có khó 
khăn trong tổng hợp DNA. 
DNA khuôn mẫu 
Mg2+ 
 5’ 3’ 
 Primer 
4dNTP 
DNA polymerase I 
 5’ 3’ 
 3’ 5’ 
Sinh học phân tử 89 
150 dNTP. 
2. Các topoisomer và DNA topoisomerase 
2.1. Topoisomer 
Giả sử có hai phân tử DNA mạch vòng có cùng trình tự nucleotide. 
Nhưng hai phân tử này có thể có số vòng (linking number-Lk) khác nhau 
trong phân tử. Số vòng ở đây được định nghĩa là số lần của một chuỗi DNA 
quấn xung quanh một chuỗi khác. Những trường hợp này được gọi là 
topoisomer. Topoisomer có các dạng sau: 
2.1.1. Dạng lỏng lẻo (relaxed DNA) 
Ở dạng này sức căng của xoắn kép là tối thiểu. Đó là dạng cấu trúc ổn 
định nhất của phân tử. 
2.1.2. Dạng siêu xoắn (supercoiled DNA) 
Trục của xoắn kép có thể cuộn xung quanh mình tạo thành một siêu 
xoắn. Có hai dạng siêu xoắn sau: 
- Siêu xoắn dương (+). Số vòng tăng, xoắn kép xoắn cùng chiều 
(xoắn phải) tạo thành dạng siêu xoắn dương (positive supercoil). 
- Siêu xoắn âm ( ). Số vòng giảm, xoắn kép xoắn theo chiều ngược 
lại (chiều trái) tạo thành dạng siêu xoắn âm (negative supercoil), 
Phần lớn những phân tử DNA trong tự nhiên ở dạng siêu xoắn âm. 
2.2. DNA topoisomerase 
Enzyme DNA topoisomerase (là một enzyme nuclease thuận nghịch) 
có tác dụng thay đổi số Lk của DNA. Các DNA topoisomerase có tác dụng 
thêm vào hoặc loại bớt những siêu xoắn trong phân tử DNA xoắn kép. Có 
hai loại DNA topoisomerase sau: 
2.2.1. DNA topoisomerase I 
DNA topoisomerase I tồn tại ở cả prokaryote lẫn eukaryote và có tác 
dụng sau: 
Sinh học phân tử 90 
- Cắt một chuỗi DNA và tháo một vòng xoắn sau vị trí cắt. 
- Nối lại chuỗi DNA đã bị cắt bởi liên kết phosphodiester mới. DNA 
sau khi được tái tạo lại có cấu trúc lỏng lẻo hơn (Hình 4.14). 
Hình 4.14. Cơ chế hoạt động của topoisomerase I. Enzyme cắt một sợi đơn của 
DNA sợi đôi, chuyển sợi nguyên vẹn qua chỗ đứt gãy, sau đó hàn chỗ đứt gãy lại. 
Quá trình này tăng số Lk lên 1. 
2.2.2. DNA topoisomerase II 
Ở prokaryote, DNA topoisomerase II có tên là DNA gyrase. DNA 
topoisomerase II có tác dụng cắt tạm thời hai chuỗi của DNA, có tác dụng 
sắp xếp lại siêu xoắn, tạo ra siêu xoắn trái ( ) của chuỗi DNA xoắn kép 
(Hình 4.15). Phản ứng này cần 1 ATP. 
Ở eukaryote, DNA topoisomerase II cũng được tìm thấy nhưng ít 
được nghiên cứu. 
3. Helicase và protein SSB 
3.1. Helicase 
th . Phản 
ứng này cần sự có mặt của ATP (Hình 4.16). 
Điểm đứt Chuyển sợi 
nguyên qua 
chỗ đứt gãy 
và gắn lại 
 Lk = n Lk = n+1 
Sinh học phân tử 91 
Hình 4.15. Hoạt động của topoisomerase II ở chạc ba sao chép 
 3.2. Protein SSB 
(Hình 4.17)
. 
Bộ phận tái bản 
Tái bản 
Siêu xoắn dương (+) 
Topoisomerase II Đứt gãy DNA 
 Chuyển DNA đi 
qua chỗ đứt gãy 
Siêu xoắn âm ( ) 
Sinh học phân tử 92 
Hình 4.16. Hoạt động của enzyme helicase. DNA helicase tách rời hai sợi của 
chuỗi xoắn kép. Khi ATP được bổ sung vào DNA helicase được liên kết với sợi 
đơn, thì helicase di chuyển với một độ phân cực xác định trên DNA sợi đơn. Độ 
phân cực nghĩa là DNA helicase được liên kết với khuôn mẫu sợi thứ trên chạc ba 
tái bản. 
4. DNA ligase 
- 5’-PO4
2ATP 
(đối với eukaryote) hoặc NAD+ (đối với vi khuẩn). 
DNA-3’-OH + O-P-O-5’-DNA DNA-3’-O-P-5’-DNA 
Ligase 
 2ATP 
O 
O 
O 
O 
DNA helicase 
ATP 
ADP + P i 
Sinh học phân tử 93 
Hình 4.17. Liên kết của protein SSB lên DNA sợi đơn. Một lượng giới hạn của 
SSB liên kết với 4 trong 9 phân tử DNA sợi đơn. Khi bổ sung thêm protein SSB, 
nó sẽ liên kết với các protein SSB đã liên kết từ trước. Chỉ sau khi protein SSB bao 
bọc hoàn toàn các phân tử DNA sợi đơn ban đầu, thì nó mới tiếp tục liên kết với 
các phân tử DNA sợi đơn khác. 
Hình 4.18. DNA ligase hàn các điểm đứt giữa các nucleotide gần nhau 
Liên kết của các 
SSB bổ sung 
A B 
Enzyme- AMP 
Enzyme + ATP 
hoặc 
Enzyme + NAD 
 HO O 
O-P-O 
- - 
O - 
HO O 
O-P-O 
- - 
O 
Adenine-Ribose O-P- O- 
O - 
- 
O O 
 O O 
P 
- 
Sinh học phân tử 94 
- -
đ
. 
Tài liệu tham khảo/đọc thêm 
1. Phạm Thành Hổ. 2003. Di truyền học. NXB Giáo dục, Hà Nội. 
2. Lê Đức Trình. 2001. Sinh học phân tử của tế bào. NXB Khoa học và Kỹ 
thuật, Hà Nội. 
3. Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K and Watson JD. 2002. 
Molecular Biology of the Cell. 3
rd
 ed. Garland Publishing, Inc. New York, USA. 
4. Karp G. 2002. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. 
3
rd
 ed. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA. 
5. Lewin B. 2000. Gene VII. Oxford University Press, Oxford, UK. 
6. Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, 
Zipursky SL and Darnell J. 2004. Molecular Cell Biology. 5
th
 ed. Freeman and 
Company, New York, USA. 
7. Watson JD, Hopkins NH, Roberts JW and Weiner AM. 2004. 
Molecular Biology of the Gene. The Benjamin/Cummings Publishing Company, 
Inc. California, USA. 
8. Weaver RF. 2003. Molecular Biology. 2
nd
 ed. McGraw-Hill Company, 
New York, USA.