Quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở đâu? Theo nguyên tắc nào?

Nhân đôi ADN là một trong những quá trình được diễn ra trong tế bào có vai trò sao chép từ một phân tử ADN mẹ để tạo thành 2 phân tử ADN con có cùng cấu trúc ADN hoàn toàn giống nhau. Để hiểu rõ hơn về quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở đâu? theo nguyên tắc nào? Mời các bạn cùng theo dõi bài viết sau đây nhé.

Quá trình nhân đôi ADN là gì?

Quá trình nhân đôi ADN là một quá trình sao chép của một phân tử ADN (sợi kép) để tạo ra hai phân tử ADN hoàn toàn giống hệt nhau, quá trình sao chép ADN là một trong những quá trình cơ bản hay xảy ra trong tế bào. Mỗi lần tế bào phân chia, 2 tế bào con sẽ được hình thành và sao chép toàn bộ thông tin di truyền hoặc DNA giống như tế bào mẹ.

Thông tin sao chép này cần phải chính xác gần như tuyệt đối và không có bất cứ sai lệch nào. Để có thể đảm nhận được giai đoạn này mỗi chuỗi ADN hoạt động như một khuôn mẫu để đảm quá trình sao chép ADN luôn chính xác.

Nguyên tắc nhân đôi ADN

Quá trình nhân đôi ADN được diễn ra theo 3 nguyên tắc đó là: bán bảo toàn, bổ sung và nửa gián đoạn. Điều này được diễn ra sẽ giúp cho thông tin được truyền đạt nguyên vẹn từ thế hệ này sang thế hệ khác.

• Nguyên tắc bán bảo toàn: Được thể hiện rõ khi ADN của con sẽ giữ lại một trong 2 mạch của ADN mẹ trong quá trình nhân đôi. Sự bảo toàn này không chỉ xuất hiện trong ADN con mà chúng sẽ còn được duy trì tính ổn định qua các chu kỳ nhân đôi tiếp theo.
• Nguyên tắc bổ sung: Quá trình này được diễn ra liên tục từ khi bắt đầu quá trình nhân đôi ADN cho đến khi kết thúc. Có thể nhận thấy nguyên tắc bổ sung này khi Nucleotit A liên kết với Nucleotit T (A – T) bằng 2 liên kết Hydro và ngược lại. Trong khi đó, 3 liên kết Hydro sẽ giúp liên kết Nucleotit G với Nucleotit X (G – X) và ngược lại.
• Nguyên tắc nửa gián đoạn: Được thể hiện thông qua một mạch sẽ được tổng hợp liên tục, còn mạch kia sẽ được tổng hợp từng đoạn và sau khoảng một thời gian các đoạn mới sẽ được nối vào nhau.

Có thể nhận thấy kết quả của quá trình nhân đôi ADN theo các nguyên tắc này sẽ giúp cho toàn bộ thông tin di truyền sẽ được sao chép một cách chính xác và nguyên vẹn nhất từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở đâu?

Thông thường quá trình nhân đôi ADN sẽ được diễn ra ở pha S của kỳ trung gian trong chu kỳ tế bào. Vị trí diễn ra của quá trình này có thể khác nhau tùy thuộc vào là sinh vật nhân sơ hay sinh vật nhân thực, hoặc ADN nằm ở trong nhân hay ngoài tế bào chất nhằm chuẩn bị cho sự phân chia tế bào luôn được diễn ra tốt nhất.

• Đối với sinh vật nhân sơ: Sẽ được diễn ra ở tế bào chất (ở plasmit của vi khuẩn) khi mà các nhiễm sắc thể trong tế bào đang ở trang thái duỗi xoắn cực đại. Cụ thể là ở pha S của kỳ trung gian.
• Đối với sinh vật nhân thực: Được diễn ra ở nơi chính đó là tại nhân tế bào, lục lạp và ở ty thể. Ở người và động vật không có lục lạp nên quá trình nhân đôi chỉ ở 2 vị trí đó là nhân tế bào và ty thể.

Các yếu tố tham gia vào quá trình nhân đôi ADN

Có 5 yếu tố quan trọng luôn trực tiếp tham gia vào quá trình nhân đôi ADN đó là: ADN mạch khuôn (ADN mẹ), nguyên liệu môi trường, protein, enzyme và năng lượng.

ADN mạch khuôn (ADN mẹ)

ADN mạch khuôn hay còn gọi là ADN mẹ hoặc sợi ADN gốc, có chức năng chính trong quá trình sao chép gen. Các nucleotit được chọn lọc một cách kỹ lưỡng để tạo sự liên kết chặc chẽ với ADN mẹ nhằm tạo ra một bản sao chính xác và đầy đủ, nhằm lưu trữ truyền đạt thông tin di truyền chính xác từ thế hệ này sang thế khác.

Nguyên liệu môi trường

Trong quá trình nhân đôi ADN trong tế bào, việc tổng hợp chuỗi mới diễn ra thông qua tương tác của các nucleotide tự do, bao gồm adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C), để tạo thành một chuỗi ADN mới. Đồng thời, các ribonucleotide, bao gồm adenine (A), uracil (U), guanine (G) và cytosine (C) sẽ tham gia vào tổng hợp đoạn mồi.

Quá trình này tuân theo nguyên tắc bổ sung giữa các nucleotide, trong đó các cặp nuclêôtit tương ứng sẽ kết hợp với nhau một cách chính xác, tạo thành các phân tử ADN mới.

Protein

Các loại protein được gắn đặc hiệu có vai trò rất quan trọng trong quá trình nhân đôi ADN. Có 6 loại protein trực tiếp tham gia bao gồm:

• Dna A: gắn vào thời điểm đầu sao chép.
• Dna B: giúp tạo phức nhằm thúc đẩy Dna B liên kết với ADN.
• REP & DNA: giúp tạo dãn xoắn trên ADN.
• IHF và FIS: liên kết với ADN.
• SSB: ngăn cho 2 mạch ADN mới tạo thành không liên kết lại với nhau.
• TBP: hỗ trợ chạc tái bản dừng lại.

Enzyme

Enzyme là một thành phần vô cùng quan trọng trong quá trình diễn ra nhân đôi ADN, bao gồm:

• Enzyme Gyrase: làm giảm sức cân bằng, tháo xoắn ADN mẹ (ADN gốc), hiểu đơn giản là phá vỡ các liên kết của photphodieste.
• Enzyme Helicase: giúp phá vỡ tính liên kết Hydro nhằm tách 2 mạch phân tử ADN thành 2 mạch đơn ở ADN con.
• Enzim ARN Polimeraza: giúp tổng hợp đoạn mồi gắn với mạch khuôn của ADN mẹ.
• Enzim ADN Polimeraza: tổng hợp ADN và đọc sửa những sai sót (loại II và III), cắt chuỗi và tạo chuỗi (loại I)

Năng lượng

Năng lượng cung cấp chính cho quá trình này đó là năng lượng ATP.

Quá trình nhân đôi ADN được diễn ra như thế nào?

Quá trình nhân đôi ADN được diễn ra trong 3 giai đoạn: tháo xoắn ADN, tổng hợp và tạo 2 phân tử con.

Tháo xoắn ADN

Thông thường, ADN trong tế bào dài và chứa nhiều cặp nucleotide, và với kích thước này, nó sẽ gặp hạn chế trong không gian hạn chế của tế bào. Do đó, nó sẽ tự cuộn lại và xoắn trở thành một cấu trúc gọi là xoắn kép để phù hợp với không gian trong tế bào. Khi quá trình nhân đôi diễn ra, phân tử ADN sẽ được mở ra từ cấu trúc xoắn kép. Quá trình mở ra này bao gồm các bước sau:

Đầu tiên, enzyme helicase phá vỡ các liên kết hydrogen giữa các cặp nucleotit (A với T, C với G) để mở ra cấu trúc xoắn kép của phân tử ADN.

Hai chuỗi ADN đơn được tách ra để tạo thành một cấu trúc giống chữ ‘Y’ được gọi là ngã ba sao chép. Hai chuỗi này sẽ được sử dụng như mẫu để tạo ra các chuỗi ADN mới.

Chuỗi ADN được sắp xếp theo hướng từ 3′ → 5′ (đối với chuỗi nằm gần ngã ba sao chép), được gọi là chuỗi dẫn đầu. Chuỗi còn lại, từ 5′ → 3′ (ở phía xa ngã ba sao chép), được gọi là chuỗi trễ. Mỗi chuỗi sẽ được sao chép theo hướng khác nhau tùy thuộc vào hướng của sự sắp xếp.

Tổng hợp mạch ADN mới

Enzim ARN-polimeraza đầu tiên tổng hợp đoạn mồi. Sau đó, enzim ADN-polimeraza nối các nucleotide tự do từ môi trường nội bào với các nucleotide trên mỗi mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung. Vì enzim ADN-polimeraza chỉ hoạt động trong hướng 5’ → 3’:

• Trên mạch khuôn có đầu 3’, mạch mới được tổng hợp liên tục theo hướng 5’ → 3’, cùng hướng với việc tháo xoắn.
• Trên mạch khuôn có đầu 5’, mạch mới được tổng hợp ngắt quãng, tạo thành các đoạn ngắn được gọi là đoạn Okazaki, theo hướng 5’ → 3’ ngược lại với việc tháo xoắn. Các đoạn này sau đó được nối lại với nhau bởi enzim nối ADN – ligaza.

Hai phân tử mới được tạo thành

Cuối cùng, hai phân tử ADN con sẽ được hình thành qua các bước sau:

• Sau khi tất cả các bazơ đã được trùng khớp với nhau (A – T, C – G), enzyme exonucleases dần loại bỏ các đoạn mồi và các nucleotit được lấp đầy vào vị trí tương ứng.
• Enzyme ADN ligase liên kết các đoạn ADN lại với nhau, tạo thành hai sợi kép liên tục.
• Quá trình sao chép kết thúc khi hai phân tử ADN con mới được tạo thành tự động xoắn lại thành dạng chuỗi kép, giữ cấu trúc tương tự như ADN mẹ.

Kết quả của quá trình nhân đôi ADN

Từ một phân tử ADN mẹ ban đầu sau khi trải qua quá trình tự nhân đôi 1 lần sẽ tạo ra 2 ADN con. 2 ADN con này có đặc điểm giống hệt nhau và giống với ADN mẹ ban đầu (nếu có khác chỉ khác 1 phần với tỉ lệ rất thấp).

Trong phân tử ADN con có 1 mạch đơn mới được tổng hợp và 1 mạch đơn cũ được lấy từ ADN mẹ.

Với những thông tin chia sẻ trên về quá trình nhân đôi ADN cũng như các nguyên tắc cơ bản, diễn biến hình thành và kết quả của quá trình này. Hy vọng với những thông tin này sẽ bổ sung thêm cho các bạn thêm nhiều kiến thức hữu ích cũng như giải đáp những thắc mắc liên quan đến cơ chế sinh học quan trọng này nhé.

>> Xem thêm: So sánh ADN và ARN: Có điểm gì giống và khác nhau?