Điều gì xảy ra khi ADN bị hư hại?

Sự thật là ADN bên trong một tế bào của bạn bị phá hủy hàng vạn lần một ngày. Nhân con số đó với khoảng trăm nghìn tỉ tế bào trong cơ thể bạn và ta có khoảng 10 mũ 18 sai sót trong ADN mỗi ngày Và vì ADN là khuôn mẫu tạo nên protein cần thiết cho tế bào cơ thể hoạt động sự hư hoại này sẽ dẫn đến hậu quả cực kì nghiêm trọng, ví dụ như ung thư. Vậy làm cách nào mà cơ thể tránh khỏi tình trạng này?

Có nhiều dạng sai sót trong ADN như các Nucleotide tạo nên ADN bị hư hại; các Nucleotide bắt cặp không đúng dẫn đến đột biến; hay mất đoạn một hoặc hai mạch đơn làm ngăn chặn quá trình nhân đôi ADN; thậm chí đảo lộn các phần của ADN. May mắn là các tế bào của bạn hầu như luôn có cách để giải quyết các sai sót này. Việc sửa chữa những sai sót ấy nhờ vào các enzym đặc hiệu. Các enzym khác nhau sẽ phụ trách sửa chữa các lỗi khác nhau.

Thường gặp nhất là sai sót trong bắt cặp bazơ. Mỗi Nucleotide có một loại Bazơ, trong quá trình nhân đôi ADN, enzym ADN polymerase có tác dụng bắt cặp các nuclêôtít theo đúng nguyên tắc giúp tạo ra mạch mới bổ sung với mạch nguyên mẫu bao gồm Adenine(A) với Thymine(T), Guanine(G) với Cytosine(X).

Có nhiều dạng sai sót trong ADN như các Nucleotide tạo nên ADN bị hư hại.

Nhưng cứ một trong số trăm nghìn lần bổ sung, sẽ có một lần bắt cặp sai. Các enzyme hầu như nhận ra lỗi này ngay rồi phá bỏ các Nucleotide sai và thay bằng các Nucleotide đúng. Trong một số trường hợp hiếm các enzym này không nhận ra, sẽ có những protein khác đến kiểm tra lại. Nếu tìm ra sự bắt cặp sai, chúng sẽ cắt bỏ Nucleotide sai và thay thế lại. Đây gọi là cơ chế sửa chữa ghép đôi lệch.

Nhưng ADN cũng có thể bị phá hỏng sau khi đã nhân đôi. Nhiều phân tử khác nhau gây biến đổi hóa học các Nucleotide. Một phần là do tác nhân môi trường như các hợp chất trong khói thuốc lá, phần khác lại nằm trong tế bào như Hydrogen Peroxide. Một số biến đổi hóa học hay xảy ra nên sẽ có một số enzym đặc hiệu để sửa chữa các hư hại.

Tóm lại ở mỗi mức độ khác nhau, tế bào đưa ra các cơ chế sửa lỗi khác nhau. Nếu chỉ có một bazơ bị hỏng, nó có thể sửa chữa bằng cơ chế cắt bỏ bazơ. Một enzym cắt bazơ bị hỏng, và một enzym khác sẽ ở gần đó để tìm và thay thế Nucleotide đó.

Sự phá hoại của tia tử ngoại sẽ khó sửa chữa hơn. Đôi khi nó làm cho hai nucleotide gần nhau dính lại, gây phá hỏng cấu trúc xoắn kép của ADN. Hư hại này cần quá trình sửa chữa phức tạp hơn gọi là cơ chế sửa chữa cắt bỏ Nucleotide. Một nhóm protein sẽ loại bỏ một đoạn dài khoảng 24 Nucleotide và thay thế chúng bằng một đoạn hoàn toàn mới.

Các bức xạ tần số rất cao hơn như tia gamma và tia X sẽ phá hoại ADN theo cách khác. Chúng thường làm đứt một hay cả hai đoạn ADN. Đứt mạch kép là dạng nguy hiểm nhất, thậm chí còn gây chết tế bào. Có hai cách thông dụng nhất để chữa đứt mạch kép ADN gọi là tái tổ hợp tương đồng và kết nối đầu cuối có tính chất không tương đồng.

Tái tổ hợp tương đồng sử dụng các phần không bị hư hại của ADN làm mạch nguyên mẫu. Các enzym sẽ trộn lẫn các mạch hư hại và không hư hại, khiến chúng trao đổi trình tự nuclêôtít và cuối cùng bổ sung vào những đoạn còn thiếu tạo ra hai mạch đôi ADN hoàn chỉnh tách rời.

Những thay đổi trên ADN không phải lúc nào cũng xấu.

Ngược lại, kết nối đầu cuối có tính chất không tương đồng không cần sử dụng mạch nguyên mẫu. Thay vào đó, một chuỗi Protein cắt đi một vài Nucleotide và hàn hai đầu bị cắt lại để làm chúng dính lại với nhau. Quá trình này không được chính xác lắm, nó có thể khiến các gen trộn lẫn hay di chuyển lộn xộn. Nhưng nó sẽ có hiệu quả khi không có các ADN tương đồng khác.

Đương nhiên, những thay đổi trên ADN không phải lúc nào cũng xấu. Đột biến có lợi vì giúp ích cho sự tiến hóa của sinh vật. Khiếm khuyết khi sửa chữa ADN có thể dẫn đến nhiều rủi ro như lão hóa sớm và các loại ung thư, do đó chúng ta hầu hết đều muốn ADN được bảo toàn.

• Rượu làm tổn hại chuỗi phân tử DNA, dẫn đến bệnh ung thư
• Quan sát quá trình sửa chữa ADN ở thời gian thực

Từ khóa liên quan:

chuỗi adn

adn bị hư hại

tia tử ngoại

sai sót trong ADN

thay đổi trên adn

sửa chữa ADN