Giải Luyện tập và vận dụng 2 trang 19 Chuyên đề Sinh học 12

Lời giải

DNA của vi khuẩn không bị cắt bởi enzyme cắt giới hạn của chính chúng nhờ hai cơ chế phối hợp:

1. Methyl hóa DNA (cơ chế bảo vệ chủ yếu)

Vi khuẩn có hệ thống cắt giới hạn – biến đổi (*restriction–modification system*) gồm hai enzyme cùng nhận biết một trình tự đặc hiệu:

- Enzyme cắt giới hạn (*restriction endonuclease*): nhận biết một trình tự nucleotide đặc hiệu (thường là trình tự palindrome, ví dụ enzyme *Eco*RI nhận biết đoạn 5′-GAATTC-3′) rồi cắt DNA tại hoặc gần trình tự đó.
- Enzyme biến đổi (*DNA methyltransferase*): nhận biết đúng trình tự đó nhưng không cắt, mà gắn thêm nhóm methyl $-CH_3$ vào base (adenine hoặc cytosine) nằm trong trình tự nhận biết trên chính DNA của vi khuẩn.

Nhờ enzyme biến đổi, mọi vị trí nhận biết trên DNA của vi khuẩn đều được "đánh dấu" bằng nhóm $-CH_3$ từ trước. Khi trình tự đã bị methyl hóa, enzyme cắt giới hạn không còn nhận diện và không cắt được → DNA của vi khuẩn được bảo vệ.

Ngược lại, DNA lạ xâm nhập (ví dụ DNA của thể thực khuẩn – phage) chưa được methyl hóa theo kiểu của tế bào chủ → bị enzyme cắt giới hạn nhận ra và cắt phân hủy. Đây là vai trò bảo vệ tế bào của hệ thống này.

2. DNA trong tế bào sống luôn liên kết với protein (theo gợi ý của đề)

Trong tế bào, DNA không ở dạng trần mà luôn liên kết với các protein (các protein liên kết vùng nhân như HU, H-NS, IHF…). Enzyme cắt giới hạn chỉ cắt được DNA trần (đã loại bỏ protein). Vì vậy khi DNA còn gắn với protein che chắn, enzyme không tiếp cận được vị trí nhận biết để cắt.

> Đây cũng là lí do trong thực nghiệm, enzyme cắt giới hạn chỉ cắt hiệu quả sau khi DNA đã được tách chiết và loại bỏ hết protein.

Kết luận: DNA của vi khuẩn không bị enzyme cắt giới hạn sẵn có trong tế bào cắt nhờ: (1) trình tự nhận biết đã được methyl hóa (nhóm $-CH_3$ làm enzyme không nhận diện được) và (2) DNA trong tế bào sống luôn liên kết với protein nên enzyme không tiếp cận được.

Đáp số