Informatie

Replicatie in Eukaryoten - Biologie


Cellulaire controle van replicatie in eukaryoten

Actief groeiende (of delende) eukaryote cellen passeren een cel fietsdat is opgedeeld in vier fasen (Figuur 6.17). Cellen met dit uiterlijk zijn in M fase(voor mitose). De andere waarneembare fase is S fase (voor DNA) ssynthese). Deze twee fasen worden gescheiden door twee "gaten", G1en G2. Niet-replicerend, of rustig cellen, kan worden beschouwd als "uit de cyclus" of in een staat die wordt aangeduid als G0. Cellen op progressieve tijdstippen tijdens de S-fase hebben een toenemend DNA-gehalte.

Afbeelding 6.17. De eukaryote celcyclus

Overgang van de ene fase naar de volgende is een sterk gereguleerde gebeurtenis. Kritische controlepunten of controlepunten zijn te vinden bij de overgang van G1 naar S en bij de overgang van G2 naar M. Het controlepunt in de late G1 is de tijd voor de cel om te beoordelen of deze voldoende nucleotiden, eiwitten en andere materialen heeft om twee cellen te maken. Het controlepunt voorafgaand aan de G2/M-overgang maakt het mogelijk om eventuele noodzakelijke reparaties of correcties in het DNA uit te voeren voorafgaand aan de mitose. Verlies van controle over de overgang van G0 naar G1, of bij de andere controlepunten, genereert cellen die op een ongecontroleerde manier groeien. Deze ongepaste uitbreiding van het aantal cellen is van fundamenteel belang voor de progressie van kankers, en daarom is de studie van de moleculaire gebeurtenissen op deze controlepunten een intens actief onderzoeksgebied in celbiologie en biochemie. Een volledige behandeling van dit belangrijke onderwerp valt buiten het bestek van deze cursus. In het algemeen wordt de voortgang van de celcyclus gereguleerd door omgevingssignalen (zoals extracellulaire groeifactoren) en intracellulaire monitoren van de metabolische toestand, intactheid van DNA, enzovoort. Deze ongelijksoortige signalen treffen uiteindelijk sterk gereguleerde eiwitkinasen. Activering van bepaalde proteïnekinasen is vereist voor progressie door elk controlepunt. In het algemeen zijn er twee soorten regulering gezien.

  1. Controle van de hoeveelheid belangrijke eiwitten. De concentratie van eiwitten die cyclines worden genoemd, stijgt en daalt door de celcyclus. Sommige van de cyclinen zijn componenten van eiwitkinasen waarvan de activiteit de doorgang door de controlepunten regelt. De cyclinen moeten in een voldoende hoge concentratie aanwezig zijn om het kinase actief te laten zijn.
  2. Controle van de staat van fosforylering. Eiwitten die de celcyclus reguleren (zoals geldt voor veel regulerende eiwitten) kunnen covalent worden gemodificeerd, b.v. door fosforylering in een proces dat wordt gekatalyseerd door proteïnekinasen. De staat van fosforylering zal het activiteitsniveau van het eiwit bepalen. Dus bijvoorbeeld een sleutelproteïnekinase dat de passage door het G1 naar S-controlepunt regelt, moet zijn katalytische subeenheid in de juiste staat van fosforylering hebben, evenals voldoende hoeveelheden van zijn cycline-subeenheid.

Er worden veel onderzoekslijnen gevolgd om de regulatie van de celcyclus beter te begrijpen. Een fundamentele benadering was de isolatie van tientallen conditionele gistmutanten die defect zijn in hun voortgang door de celcyclus bij de beperkende temperatuur. Deze mutanten hebben bepaalde fenotypes, afhankelijk van in welk stadium van de celcyclus ze stoppen onder niet-permissieve omstandigheden. De complementatiegroepen die door dergelijke mutanten worden gedefinieerd, worden CDC, voor Cel NSivision Cycle fenotypes, gevolgd door een nummer. Bijvoorbeeld een eiwitkinase waarvan de activiteit nodig is voor zowel de G1/S- als de G2/M-overgang in S. cerevisiaeis het product van de CDC28 gen, en het polypeptide wordt Cdc28p genoemd.

Zodra een cel de S-fase is binnengegaan, moet elke replicatieoorsprong één keer, maar slechts één keer worden geactiveerd. Zoals hierboven besproken, is de ORC vereist voor het starten van replicatie bij een oorsprong, maar wat bepaalt wanneer de oorsprong wordt geactiveerd? Dit is een kwestie van veel lopend onderzoek, en veel van de details zijn nog onbekend. In S. cerevisiae, bindt de ORC aan specifieke DNA-sequenties, de oorsprong van replicatie, gedurende de celcyclus, niet alleen tijdens de S-fase wanneer de oorsprong actief is. Tijdens de G1-fase rekruteert ORC andere eiwitten, zoals Cdc6 en Mcm (miniCchromosoom maintenace) eiwitten, om a prereplicatie complex. Bij de G1/S-overgang worden aanvullende factoren geassocieerd met dit complex, en een cycline-afhankelijke kinase (CDK)-activiteit stimuleert de initiatie van replicatie in de S-fase. Na initiatie worden de Cdc6- en Mcm-eiwitten vrijgemaakt uit het prereplicatiecomplex, waardoor de ORC nog steeds aan de oorsprong gebonden blijft maar de replicatie niet opnieuw kan initiëren tot de volgende celcyclus. Bij zoogdieren is een intact ORC niet stabiel gebonden aan de oorsprong, maar wordt eerder een van de subeenheden, ORC1, gerekruteerd naar de oorsprong op een bepaald tijdstip tijdens G1. In zowel gist als zoogdieren markeren gebeurtenissen in G1 waarbij het pre-initiatiecomplex is betrokken echter een oorsprong voor het vuren in de volgende S-fase.

Zoals hierboven besproken, worden veel replicatieoorsprongen, en dus veel replicons, gebruikt om elk chromosoom te repliceren. Deze oorsprongen vuren niet allemaal tegelijk. In feite kunnen replicons op verschillende tijdstippen tijdens de S-fase worden gestart. Replicons die genen bevatten die actief tot expressie worden gebracht in een bepaalde cel hebben de neiging om eerder in de S-fase te repliceren dan replicons die niet tot expressie gebrachte genen bevatten. Dit is een voorbeeld van weefselspecifieke variatie in replicatietiming. De tijd tijdens de S-fase waarop een bepaalde oorsprong zal vuren, wordt vroeg in G1 bepaald, op het moment dat chromatinedomeinen in de kern worden geherpositioneerd na mitose en voordat het pre-initiatiecomplex zich vormt. Gebeurtenissen die belangrijk zijn voor de regulatie van initiatie bij de oorsprong van replicatie vinden plaats op verschillende tijdstippen tijdens G1, maar het volledige scala aan eiwitten en activiteiten die deze gebeurtenissen uitvoeren, is nog steeds onderwerp van studie.


DNA-replicatie in eukaryoten

Eukaryotische genomen zijn veel complexer en groter in omvang dan prokaryotische genomen. Eukaryoten hebben ook een aantal verschillende lineaire chromosomen. Het menselijk genoom heeft 3 miljard basenparen per haploïde set chromosomen en 6 miljard basenparen worden gerepliceerd tijdens de S-fase van de celcyclus. Er zijn meerdere replicatieoorsprongen op elk eukaryoot chromosoom. Mensen kunnen tot 100.000 replicatieoorsprongen over het genoom hebben. De snelheid van replicatie is ongeveer 100 nucleotiden per seconde, veel langzamer dan prokaryotische replicatie. In gist, dat een eukaryoot is, worden op de chromosomen speciale sequenties gevonden die bekend staan ​​als autonoom replicerende sequenties (ARS). Deze zijn gelijk aan de oorsprong van replicatie in E coli.

Het aantal DNA-polymerasen in eukaryoten is veel meer dan in prokaryoten: er zijn er 14 bekend, waarvan er vijf een belangrijke rol spelen tijdens replicatie en goed zijn bestudeerd. Ze staan ​​bekend als pol α, pol β, pol γ, pol δ, en pol ε.

De essentiële stappen van replicatie zijn dezelfde als bij prokaryoten. Voordat replicatie kan beginnen, moet het DNA als template beschikbaar worden gesteld. Eukaryotisch DNA is gebonden aan basiseiwitten die bekend staan ​​als histonen om structuren te vormen die nucleosomen worden genoemd. Histonen moeten worden verwijderd en vervolgens worden vervangen tijdens het replicatieproces, wat helpt om de lagere replicatiesnelheid bij eukaryoten te verklaren. Het chromatine (het complex tussen DNA en eiwitten) kan enkele chemische modificaties ondergaan, zodat het DNA van de eiwitten kan glijden of toegankelijk is voor de enzymen van de DNA-replicatiemachinerie. Aan de oorsprong van replicatie wordt een pre-replicatiecomplex gemaakt met andere initiatoreiwitten. Helicase en andere eiwitten worden vervolgens gerekruteerd om het replicatieproces te starten (tabel).

Verschil tussen prokaryotische en eukaryote replicatie
EigendomprokaryotenEukaryoten
Oorsprong van replicatieEnkelMeerdere
Replicatiesnelheid1000 nucleotiden/s50 tot 100 nucleotiden/s
DNA-polymerase-types514
telomeraseNiet aanwezigCadeau
RNA-primer verwijderenDNA-pol IRNase H
strengverlengingDNA pol IIIPol α, pol δ, pol
SchuifklemSchuifklemPCNA

Een helicase die de energie van ATP-hydrolyse gebruikt, opent de DNA-helix. Replicatievorken worden gevormd bij elke replicatieoorsprong terwijl het DNA zich afwikkelt. De opening van de dubbele helix veroorzaakt overwinding, of supercoiling, in het DNA vóór de replicatievork. Deze worden opgelost met de werking van topoisomerases. Primers worden gevormd door het enzym primase en met behulp van de primer kan DNA-pol de synthese starten. Drie belangrijke DNA-polymerasen zijn dan betrokken: α, δ en ε. DNA pol voegt een kort (20 tot 30 nucleotiden) DNA-fragment toe aan de RNA-primer op beide strengen en geeft vervolgens af aan een tweede polymerase. Terwijl de leidende streng continu wordt gesynthetiseerd door het enzym pol δ, de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd door pol ε. Een glijdend klemeiwit dat bekend staat als PCNA (prolifererende celkernantigeen) houdt het DNA-pol op zijn plaats zodat het niet van het DNA afglijdt. Als pol het primer-RNA op de achterblijvende streng tegenkomt, verdringt het het van de DNA-matrijs. Het verdrongen primer-RNA wordt vervolgens verwijderd door RNase H (AKA-flap-endonuclease) en vervangen door DNA-nucleotiden. De Okazaki-fragmenten in de achterblijvende streng worden samengevoegd na de vervanging van de RNA-primers door DNA. De gaten die overblijven worden afgesloten door DNA-ligase, dat de fosfodiesterbinding vormt.


Biologie 171

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Bespreek de overeenkomsten en verschillen tussen DNA-replicatie in eukaryoten en prokaryoten
  • Noem de rol van telomerase bij DNA-replicatie

Eukaryotische genomen zijn veel complexer en groter in omvang dan prokaryotische genomen. Eukaryoten hebben ook een aantal verschillende lineaire chromosomen. Het menselijk genoom heeft 3 miljard basenparen per haploïde set chromosomen en 6 miljard basenparen worden gerepliceerd tijdens de S-fase van de celcyclus. Er zijn meerdere replicatieoorsprongen op elk eukaryoot chromosoom. Mensen kunnen tot 100.000 replicatieoorsprongen over het genoom hebben. De snelheid van replicatie is ongeveer 100 nucleotiden per seconde, veel langzamer dan prokaryotische replicatie. In gist, dat een eukaryoot is, worden op de chromosomen speciale sequenties gevonden die bekend staan ​​als autonoom replicerende sequenties (ARS). Deze zijn gelijk aan de oorsprong van replicatie in E coli.

Het aantal DNA-polymerasen in eukaryoten is veel meer dan in prokaryoten: er zijn er 14 bekend, waarvan er vijf een belangrijke rol spelen tijdens replicatie en goed zijn bestudeerd. Ze staan ​​bekend als pol α, pol β, pol γ, pol δ, en pol ε.

De essentiële stappen van replicatie zijn dezelfde als bij prokaryoten. Voordat replicatie kan beginnen, moet het DNA als template beschikbaar worden gesteld. Eukaryotisch DNA is gebonden aan basiseiwitten die bekend staan ​​als histonen om structuren te vormen die nucleosomen worden genoemd. Histonen moeten worden verwijderd en vervolgens worden vervangen tijdens het replicatieproces, wat helpt om de lagere replicatiesnelheid bij eukaryoten te verklaren. Het chromatine (het complex tussen DNA en eiwitten) kan enkele chemische modificaties ondergaan, zodat het DNA van de eiwitten kan glijden of toegankelijk is voor de enzymen van de DNA-replicatiemachinerie. Aan de oorsprong van replicatie wordt een pre-replicatiecomplex gemaakt met andere initiatoreiwitten. Helicase en andere eiwitten worden vervolgens gerekruteerd om het replicatieproces te starten ((Figuur)).

Verschil tussen prokaryotische en eukaryote replicatie
Eigendom prokaryoten Eukaryoten
Oorsprong van replicatie Enkel Meerdere
Replicatiesnelheid 1000 nucleotiden/s 50 tot 100 nucleotiden/s
DNA-polymerase-types 5 14
telomerase Niet aanwezig Cadeau
RNA-primer verwijderen DNA-pol I RNase H
strengverlenging DNA pol III Pol α, pol δ, pol
Schuifklem Schuifklem PCNA

Een helicase die de energie van ATP-hydrolyse gebruikt, opent de DNA-helix. Replicatievorken worden gevormd bij elke replicatieoorsprong terwijl het DNA zich afwikkelt. De opening van de dubbele helix veroorzaakt overwinding, of supercoiling, in het DNA vóór de replicatievork. Deze worden opgelost met de werking van topoisomerases. Primers worden gevormd door het enzym primase en met behulp van de primer kan DNA-pol de synthese starten. Drie belangrijke DNA-polymerasen zijn dan betrokken: α, δ en ε. DNA pol voegt een kort (20 tot 30 nucleotiden) DNA-fragment toe aan de RNA-primer op beide strengen en geeft vervolgens af aan een tweede polymerase. Terwijl de leidende streng continu wordt gesynthetiseerd door het enzym pol δ, de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd door pol ε. Een glijdend klemeiwit dat bekend staat als PCNA (prolifererende celkernantigeen) houdt het DNA-pol op zijn plaats zodat het niet van het DNA afglijdt. Als pol het primer-RNA op de achterblijvende streng tegenkomt, verdringt het het van de DNA-matrijs. Het verdrongen primer-RNA wordt vervolgens verwijderd door RNase H (AKA-flap-endonuclease) en vervangen door DNA-nucleotiden. De Okazaki-fragmenten in de achterblijvende streng worden samengevoegd na vervanging van de RNA-primers door DNA. De gaten die overblijven worden afgesloten door DNA-ligase, dat de fosfodiesterbinding vormt.

Telomere replicatie

In tegenstelling tot prokaryotische chromosomen zijn eukaryote chromosomen lineair. Zoals je hebt geleerd, kan het enzym DNA pol alleen nucleotiden toevoegen in de richting van 5'8242 tot 3'8242. In de leidende streng gaat de synthese door tot het einde van het chromosoom is bereikt. Op de achterblijvende streng wordt DNA in korte stukken gesynthetiseerd, die elk worden geïnitieerd door een afzonderlijke primer. Wanneer de replicatievork het einde van het lineaire chromosoom bereikt, is er geen manier om de primer op het 5'-uiteinde van de achterblijvende streng te vervangen. Het DNA aan de uiteinden van het chromosoom blijft dus ongepaard, en na verloop van tijd worden deze uiteinden genoemd telomeren, kan steeds korter worden naarmate de cellen zich blijven delen.

Telomeren omvatten repetitieve sequenties die coderen voor geen bepaald gen. Bij mensen wordt een sequentie van zes basenparen, TTAGGG, 100 tot 1000 keer herhaald in de telomere regio's. In zekere zin beschermen deze telomeren de genen tegen verwijdering terwijl cellen zich blijven delen. De telomeren worden aan de uiteinden van chromosomen toegevoegd door een afzonderlijk enzym, telomerase ((Figuur)), waarvan de ontdekking hielp om te begrijpen hoe deze zich herhalende chromosoomuiteinden in stand worden gehouden. Het telomerase-enzym bevat een katalytisch deel en een ingebouwde RNA-template. Het hecht zich aan het uiteinde van het chromosoom en DNA-nucleotiden die complementair zijn aan de RNA-matrijs worden toegevoegd aan het 3'-uiteinde van de DNA-streng. Zodra het 3′-uiteinde van de lagging-strand-template voldoende lang is, kan DNA-polymerase de nucleotiden toevoegen die complementair zijn aan de uiteinden van de chromosomen. Zo worden de uiteinden van de chromosomen gerepliceerd.


Telomerase is typisch actief in kiemcellen en volwassen stamcellen. Het is niet actief in volwassen lichaamscellen. Voor hun ontdekking van telomerase en zijn werking ontvingen Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider en Jack W. Szostak ((figuur)) in 2009 de Nobelprijs voor Geneeskunde en Fysiologie.


Telomerase en veroudering

Cellen die celdeling ondergaan, blijven hun telomeren verkorten omdat de meeste somatische cellen geen telomerase maken. Dit betekent in wezen dat telomeerverkorting wordt geassocieerd met veroudering. Met de komst van de moderne geneeskunde, preventieve gezondheidszorg en een gezondere levensstijl is de levensduur van de mens toegenomen en is er een toenemende vraag naar mensen om er jonger uit te zien en een betere kwaliteit van leven te hebben naarmate ze ouder worden.

In 2010 ontdekten wetenschappers dat telomerase sommige leeftijdsgerelateerde aandoeningen bij muizen kan omkeren. Dit kan potentieel hebben in de regeneratieve geneeskunde. 1 In deze onderzoeken werden telomerase-deficiënte muizen gebruikt. Deze muizen hebben weefselatrofie, stamceldepletie, falen van het orgaansysteem en verminderde respons op weefselbeschadiging. Telomerase-reactivering bij deze muizen veroorzaakte verlenging van telomeren, verminderde DNA-schade, omgekeerde neurodegeneratie en verbeterde de functie van de testikels, milt en darmen. Reactivering van telomeer kan dus potentieel hebben voor de behandeling van leeftijdsgerelateerde ziekten bij mensen.

Kanker wordt gekenmerkt door ongecontroleerde celdeling van abnormale cellen. De cellen accumuleren mutaties, vermenigvuldigen zich ongecontroleerd en kunnen migreren naar verschillende delen van het lichaam via een proces dat metastase wordt genoemd. Wetenschappers hebben waargenomen dat kankercellen de telomeren aanzienlijk hebben verkort en dat telomerase in deze cellen actief is. Interessant is dat pas nadat de telomeren in de kankercellen waren ingekort, de telomerase actief werd. Als de werking van telomerase in deze cellen kan worden geremd door medicijnen tijdens kankertherapie, kunnen de kankercellen mogelijk worden gestopt met verdere deling.

Sectie Samenvatting

Replicatie in eukaryoten begint bij meerdere replicatieoorsprongen. Het mechanisme lijkt veel op dat van prokaryoten. Er is een primer nodig om de synthese te starten, die vervolgens wordt verlengd door DNA-polymerase omdat het nucleotiden één voor één aan de groeiende keten toevoegt. De leidende streng wordt continu gesynthetiseerd, terwijl de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd in korte stukken die Okazaki-fragmenten worden genoemd. De RNA-primers worden vervangen door DNA-nucleotiden. De DNA Okazaki-fragmenten worden door DNA-ligase tot één continue streng gekoppeld. De uiteinden van de chromosomen vormen een probleem, omdat het primer-RNA aan de 5'-uiteinden van het DNA niet kan worden vervangen door DNA en het chromosoom geleidelijk wordt verkort. Telomerase, een enzym met een ingebouwde RNA-sjabloon, verlengt de uiteinden door de RNA-sjabloon te kopiëren en een streng van het chromosoom te verlengen. DNA-polymerase kan dan de complementaire DNA-streng invullen met behulp van de reguliere replicatie-enzymen. Op deze manier worden de uiteinden van de chromosomen beschermd.

Gratis antwoord

Hoe zorgen de lineaire chromosomen in eukaryoten ervoor dat de uiteinden volledig worden gerepliceerd?

Telomerase heeft een ingebouwde RNA-matrijs die het 3'8242-uiteinde verlengt, zodat de primer wordt gesynthetiseerd en verlengd. Zo zijn de uiteinden beschermd.

Voetnoten

    Jaskelioff et al., "Telomerase-reactivering keert weefseldegeneratie om bij oude telomerase-deficiënte muizen", Natuur 469 (2011): 102-7.

Woordenlijst


Toegangsopties

Krijg volledige toegang tot tijdschriften voor 1 jaar

Alle prijzen zijn NET prijzen.
De btw wordt later bij het afrekenen toegevoegd.
De belastingberekening wordt definitief tijdens het afrekenen.

Krijg beperkte of volledige toegang tot artikelen op ReadCube.

Alle prijzen zijn NET prijzen.


DNA-replicatie in eukaryoten

De volgende stappen vinden plaats bij de replicatie van DNA in eukaryoten:

De replicatie van een DNA-molecuul begint op speciale plaatsen die replicatieoorsprongen worden genoemd. Het eukaryote DNA bevat duizenden van dergelijke replicatieoorsprongen. Een rotein initieert DNA replicatie. Het herkent deze sequenties van oorsprong en elk aan het DNA. Het scheidt de twee strengen. Deze strengen openen zich om een ​​applicatie te vormen “bubbel.” In eukaryoten worden meerdere replicatiebellen gevormd. Deze bubbels versmelten met elkaar. De replicatie van DNA verloopt dan in beide richtingen en het hele molecuul wordt gekopieerd. Er is een replicatievork bij elke en van een replicatiebel. Het is een Y-vormig gebied. Nieuwe strengen DNA verlengen deze replicatievork.

Een enzymen-DNA-polymerasen katalyseert de verlenging van nieuw DNA bij een replicatievork. De nucleotiden komen overeen met complementaire basis op de '8220oude' sjabloonstreng van DNA. Ze worden één voor één toegevoegd door DNA-polymerase. De snelheid van verlenging is ongeveer 500 nucleotiden per seconde in menselijke cellen.

De substraten voor DNA zijn nucleosidetrifosfaat. De nucleosidetrifosfaten hebben drie fosfaatgroepen zoals ATP. Elk monomeer verliest twee fosfaten en verbindt zich met het groeiende uiteinde van een DNA-streng. Hydrolyse van het fosfaat is de exergonische reactie. Daarom stimuleert het de polymerisatie van nucleotiden om DNA te vormen.

Er is een probleem met de DNA-synthese bij de replicatievork. De twee DNA-strengen zijn antiparallel (3-5 en 5-3). Hun suikerfosfaatruggengraat loopt in tegengestelde richtingen. Fosfaatgroep van elk nucleotide is gehecht aan de 5'8242 koolstof c± deoxyribose. De fosfaatgroep van één nucleotide is verbonden met de 3'8242 koolstof van het aangrenzende nucleotide. Daarom is er een ander replicatiemechanisme in beide strengen:

(a) Leidende streng: Het enzym DNA-polymerase kan alleen nucleotiden toevoegen aan het vrije 3'8242-uiteinde van een DNA-streng. Het kan het nooit toevoegen aan het 5'8242-uiteinde. Er wordt dus een nieuwe DNA-streng gevormd in 5-3'8242 richtingen. De DNA-polymerase kan een continue complementaire streng synthetiseren in de 5'8242-3 richting. Deze DNA-streng wordt de leadingistrand genoemd.

(b) Achterblijvende streng: de DNA-polymerase beweegt weg van de replicatievork om zich te verlengen in 3-5 strengen DNA. Het in deze richting gesynthetiseerde DNA wordt achterblijvend genoemd. De lagging strand wordt eerst gesynthetiseerd als een reeks segmenten. Deze stukjes worden Okazaki-fragmenten genoemd. Deze segmenten zijn ontdekt door de Japanse wetenschapper Okazaki. Deze fragmenten zijn 'ongeveer'

100 tot 200 nucleotiden lang in eukaryoten. .

4. RNA-primer

Er is nog een probleem voor DNA-polymerase. Het kan alleen een nucleotide toevoegen aan een polynucleotide dat al correct is gepaard met de complementaire streng. Dit betekent dat DNA-polymerase de synthese van een DNA-streng niet daadwerkelijk kan initiëren. Nucleotiden moeten worden toegevoegd aan het einde van een reeds bestaande keten. Deze keten van nucleotiden wordt een primer genoemd. De primer is een kort stuk RNA. Het wordt gesynthetiseerd door een ander enzym primase. Het is ongeveer 10 nucleotiden lang in ukaryoten. Er is slechts één primer nodig voor de leidende streng van nieuw DNA. Elk

Elk fragment moet een aparte primer in de lagging strand hebben. Een enzym vervangt vervolgens de RNA-nucleotiden van de primers door DNA. Een ander enzym Ligase verbindt alle DNA-fragmenten tot een streng

4- Eiwit dat de DNA-replicatie ondersteunt

F ° vloeiende eiwitten helpen bij de synthese van DNA:

4. Helicase '8211 Het is een eiwit. Het veroorzaakt het losdraaien van de dubbele helix van DNA.

S. Enkelstrengs bindend eiwit. Het zit vast aan de gescheiden strengen DNA

en laat ze niet terugdeinzen.

e fouten in het voltooide DNA-molecuul zijn slechts één op een miljard nucleotiden. Deze fouten moeten worden gecorrigeerd. Een enzym verwijdert deze fouten.


70 DNA-replicatie in eukaryoten

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Bespreek de overeenkomsten en verschillen tussen DNA-replicatie in eukaryoten en prokaryoten
  • Noem de rol van telomerase bij DNA-replicatie

Eukaryotische genomen zijn veel complexer en groter in omvang dan prokaryotische genomen. Eukaryoten hebben ook een aantal verschillende lineaire chromosomen. Het menselijk genoom heeft 3 miljard basenparen per haploïde set chromosomen en 6 miljard basenparen worden gerepliceerd tijdens de S-fase van de celcyclus. Er zijn meerdere replicatieoorsprongen op elk eukaryoot chromosoom. Mensen kunnen tot 100.000 replicatieoorsprongen over het genoom hebben. De snelheid van replicatie is ongeveer 100 nucleotiden per seconde, veel langzamer dan prokaryotische replicatie. In gist, dat een eukaryoot is, worden op de chromosomen speciale sequenties gevonden die bekend staan ​​als autonoom replicerende sequenties (ARS). Deze zijn gelijk aan de oorsprong van replicatie in E coli.

Het aantal DNA-polymerasen in eukaryoten is veel meer dan in prokaryoten: er zijn er 14 bekend, waarvan er vijf een belangrijke rol spelen tijdens replicatie en goed zijn bestudeerd. Ze staan ​​bekend als pol α, pol β, pol γ, pol δ, en pol ε.

De essentiële stappen van replicatie zijn dezelfde als bij prokaryoten. Voordat replicatie kan beginnen, moet het DNA als template beschikbaar worden gesteld. Eukaryotisch DNA is gebonden aan basiseiwitten die bekend staan ​​als histonen om structuren te vormen die nucleosomen worden genoemd. Histonen moeten worden verwijderd en vervolgens worden vervangen tijdens het replicatieproces, wat helpt om de lagere replicatiesnelheid bij eukaryoten te verklaren. Het chromatine (het complex tussen DNA en eiwitten) kan enkele chemische modificaties ondergaan, zodat het DNA van de eiwitten kan glijden of toegankelijk is voor de enzymen van de DNA-replicatiemachinerie. Aan de oorsprong van replicatie wordt een pre-replicatiecomplex gemaakt met andere initiatoreiwitten. Helicase en andere eiwitten worden vervolgens gerekruteerd om het replicatieproces te starten ((Figuur)).

Verschil tussen prokaryotische en eukaryote replicatie
Eigendom prokaryoten Eukaryoten
Oorsprong van replicatie Enkel Meerdere
Replicatiesnelheid 1000 nucleotiden/s 50 tot 100 nucleotiden/s
DNA-polymerase-types 5 14
telomerase Niet aanwezig Cadeau
RNA-primer verwijderen DNA-pol I RNase H
strengverlenging DNA pol III Pol α, pol δ, pol
Schuifklem Schuifklem PCNA

Een helicase die de energie van ATP-hydrolyse gebruikt, opent de DNA-helix. Replicatievorken worden gevormd bij elke replicatieoorsprong terwijl het DNA zich afwikkelt. De opening van de dubbele helix veroorzaakt overwinding, of supercoiling, in het DNA vóór de replicatievork. Deze worden opgelost met de werking van topoisomerases. Primers worden gevormd door het enzym primase en met behulp van de primer kan DNA-pol de synthese starten. Drie belangrijke DNA-polymerasen zijn dan betrokken: α, δ en ε. DNA pol voegt een kort (20 tot 30 nucleotiden) DNA-fragment toe aan de RNA-primer op beide strengen en geeft vervolgens af aan een tweede polymerase. Terwijl de leidende streng continu wordt gesynthetiseerd door het enzym pol δ, de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd door pol ε. Een glijdend klemeiwit dat bekend staat als PCNA (prolifererende celkernantigeen) houdt het DNA-pol op zijn plaats zodat het niet van het DNA afglijdt. Als pol in het primer-RNA op de achterblijvende streng loopt, verdringt het het van de DNA-matrijs. Het verdrongen primer-RNA wordt vervolgens verwijderd door RNase H (AKA-flap-endonuclease) en vervangen door DNA-nucleotiden. De Okazaki-fragmenten in de achterblijvende streng worden samengevoegd na de vervanging van de RNA-primers door DNA. De gaten die overblijven worden afgesloten door DNA-ligase, dat de fosfodiesterbinding vormt.

Telomere replicatie

In tegenstelling tot prokaryotische chromosomen zijn eukaryote chromosomen lineair. Zoals je hebt geleerd, kan het enzym DNA pol alleen nucleotiden toevoegen in de richting van 5'8242 tot 3'8242. In de leidende streng gaat de synthese door tot het einde van het chromosoom is bereikt. Op de achterblijvende streng wordt DNA in korte stukken gesynthetiseerd, die elk worden geïnitieerd door een afzonderlijke primer. Wanneer de replicatievork het einde van het lineaire chromosoom bereikt, is er geen manier om de primer op het 5'-uiteinde van de achterblijvende streng te vervangen. Het DNA aan de uiteinden van het chromosoom blijft dus ongepaard, en na verloop van tijd worden deze uiteinden genoemd telomeren, kan steeds korter worden naarmate de cellen zich blijven delen.

Telomeren omvatten repetitieve sequenties die coderen voor geen bepaald gen. Bij mensen wordt een sequentie van zes basenparen, TTAGGG, 100 tot 1000 keer herhaald in de telomere regio's. In zekere zin beschermen deze telomeren de genen tegen verwijdering terwijl cellen zich blijven delen. De telomeren worden aan de uiteinden van chromosomen toegevoegd door een afzonderlijk enzym, telomerase ((Figuur)), waarvan de ontdekking hielp om te begrijpen hoe deze zich herhalende chromosoomuiteinden in stand worden gehouden. Het telomerase-enzym bevat een katalytisch deel en een ingebouwde RNA-template. Het hecht zich aan het uiteinde van het chromosoom en DNA-nucleotiden die complementair zijn aan de RNA-matrijs worden toegevoegd aan het 3'-uiteinde van de DNA-streng. Zodra het 3′-uiteinde van de lagging-strand-template voldoende lang is, kan DNA-polymerase de nucleotiden toevoegen die complementair zijn aan de uiteinden van de chromosomen. Zo worden de uiteinden van de chromosomen gerepliceerd.


Telomerase is typisch actief in kiemcellen en volwassen stamcellen. Het is niet actief in volwassen lichaamscellen. Voor hun ontdekking van telomerase en zijn werking ontvingen Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider en Jack W. Szostak ((figuur)) in 2009 de Nobelprijs voor Geneeskunde en Fysiologie.


Telomerase en veroudering

Cellen die celdeling ondergaan, blijven hun telomeren verkorten omdat de meeste somatische cellen geen telomerase maken. Dit betekent in wezen dat telomeerverkorting wordt geassocieerd met veroudering. Met de komst van de moderne geneeskunde, preventieve gezondheidszorg en een gezondere levensstijl is de levensduur van de mens toegenomen en is er een toenemende vraag naar mensen om er jonger uit te zien en een betere kwaliteit van leven te hebben naarmate ze ouder worden.

In 2010 ontdekten wetenschappers dat telomerase sommige leeftijdsgerelateerde aandoeningen bij muizen kan omkeren. Dit kan potentieel hebben in de regeneratieve geneeskunde. 1 In deze onderzoeken werden telomerase-deficiënte muizen gebruikt. Deze muizen hebben weefselatrofie, stamceldepletie, falen van het orgaansysteem en verminderde respons op weefselbeschadiging. Telomerase-reactivering bij deze muizen veroorzaakte verlenging van telomeren, verminderde DNA-schade, omgekeerde neurodegeneratie en verbeterde de functie van de testikels, milt en darmen. Reactivering van telomeren kan dus potentieel hebben voor de behandeling van leeftijdsgerelateerde ziekten bij mensen.

Kanker wordt gekenmerkt door ongecontroleerde celdeling van abnormale cellen. De cellen accumuleren mutaties, vermenigvuldigen zich ongecontroleerd en kunnen migreren naar verschillende delen van het lichaam via een proces dat metastase wordt genoemd. Wetenschappers hebben waargenomen dat kankercellen de telomeren aanzienlijk hebben verkort en dat telomerase actief is in deze cellen. Interessant is dat pas nadat de telomeren in de kankercellen waren ingekort, de telomerase actief werd. Als de werking van telomerase in deze cellen kan worden geremd door medicijnen tijdens kankertherapie, kunnen de kankercellen mogelijk worden gestopt met verdere deling.

Sectie Samenvatting

Replicatie in eukaryoten begint bij meerdere replicatieoorsprongen. Het mechanisme lijkt veel op dat van prokaryoten. Er is een primer nodig om de synthese te starten, die vervolgens wordt verlengd door DNA-polymerase omdat het nucleotiden één voor één aan de groeiende keten toevoegt. De leidende streng wordt continu gesynthetiseerd, terwijl de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd in korte stukken die Okazaki-fragmenten worden genoemd. De RNA-primers worden vervangen door DNA-nucleotiden. De DNA Okazaki-fragmenten worden door DNA-ligase tot één continue streng gekoppeld. De uiteinden van de chromosomen vormen een probleem, omdat het primer-RNA aan de 5'-uiteinden van het DNA niet kan worden vervangen door DNA en het chromosoom geleidelijk wordt verkort. Telomerase, een enzym met een ingebouwde RNA-sjabloon, verlengt de uiteinden door de RNA-sjabloon te kopiëren en een streng van het chromosoom te verlengen. DNA-polymerase kan dan de complementaire DNA-streng invullen met behulp van de reguliere replicatie-enzymen. Op deze manier worden de uiteinden van de chromosomen beschermd.


Replicatie in Eukaryoten - Biologie

Een abonnement op J o VE is vereist om deze inhoud te bekijken. U kunt alleen de eerste 20 seconden zien.

De JoVE-videospeler is compatibel met HTML5 en Adobe Flash. Oudere browsers die HTML5 en de H.264-videocodec niet ondersteunen, gebruiken nog steeds een op Flash gebaseerde videospeler. We raden aan om de nieuwste versie van Flash hier te downloaden, maar we ondersteunen alle versies 10 en hoger.

Mocht dat niet helpen, laat het ons dan weten.

De meeste prokaryotische factoren die tijdens replicatie worden gebruikt, hebben equivalenten die vergelijkbare rollen spelen bij eukaryote DNA-duplicatie.

Dit proces begint bij een replicatieoorsprong, waaraan een herkenningscomplex bindt. Helicase wordt vervolgens aangetrokken door de plaats en scheidt de DNA-strengen, waardoor een bel met twee vorken ontstaat.

Primase arriveert ook en genereert RNA-primers, die, terwijl helicase beweegt, DNA-polymerase verlengt met nieuw DNA. Net als bij prokaryoten groeit de nieuw gevormde leidende streng continu, de replicatievork volgend.

Omgekeerd wordt de achterblijvende streng vervaardigd in kleine Okazaki-fragmenten, die tegenover de vork reizen.

Due to multiple factors, the DNA template used to generate the leading strand in 1/2 of this structure creates the lagging strand in the other.

Interestingly, various origins of replication exist on a linear eukaryotic chromosome, and replication terminates when their associated spheres coalesce. Primers are then eliminated via enzymes like RNAse and swapped for DNA. Afterwards, DNA ligase attaches any segments.

However, when the end primer disappears from the lagging strand, the space remains empty, and there is an uncopied stretch of DNA template abutting it. To combat this, an enzyme called telomerase affixes to the overhanging region and elongates it with a non-coding DNA sequence.

Primase and DNA polymerase act upon this extended region, creating a telomere cap that protects against loss of coding DNA from the lagging strand during multiple replications.

Thus eukaryotic DNA replication ends with two DNA molecules, each with a parental and newly-synthesized strand, numerous origins of replication, and telomeres.

6.2: Replication in Eukaryotes

Overzicht

In eukaryotic cells, DNA replication is highly conserved and tightly regulated. Multiple linear chromosomes must be duplicated with high fidelity before cell division, so there are many proteins that fill specialized roles in the replication process. Replication occurs in three phases: initiation, elongation, and termination, and ends with two complete sets of chromosomes in the nucleus.

Many Proteins Orchestrate Replication at the Origin

Eukaryotic replication follows many of the same principles as prokaryotic DNA replication, but because the genome is much larger and the chromosomes are linear rather than circular, the process requires more proteins and has a few key differences. Replication occurs simultaneously at multiple origins of replication along each chromosome. Initiator proteins recognize and bind to the origin, recruiting helicase to unwind the DNA double helix. At each point of origin, two replication forks form. Primase then adds short RNA primers to the single strands of DNA, which serve as a starting point for DNA polymerase to bind and begin copying the sequence. DNA can only be synthesized in the 5&rsquo to 3&rsquo direction, so replication of both strands from a single replication fork proceeds in two different directions. The leading strand is synthesized continuously, while the lagging strand is synthesized in short stretches 100-200 base pairs in length, called Okazaki fragments. Once the bulk of replication is complete, RNase enzymes remove the RNA primers and DNA ligase joins any gaps in the new strand.

Dividing the Work of Replication among Polymerases

The workload of copying DNA in eukaryotes is divided among multiple different types of DNA polymerase enzymes. Major families of DNA polymerases across all organisms are categorized by the similarity of their protein structures and amino acid sequences. The first families to be discovered were termed A, B, C, and X, with families Y and D identified later. Family B polymerases in eukaryotes include Pol &alpha, which also functions as a primase at the replication fork, and Pol &delta and &epsilon, the enzymes that do most of the work of DNA replication on the leading and lagging strands of the template, respectively. Other DNA polymerases are responsible for such tasks as repairing DNA damage,copying mitochondrial and plastid DNA, and filling in gaps in the DNA sequence on the lagging strand after the RNA primers are removed.

Telomeres Protect the Ends of the Chromosomes from Degradation

Because eukaryotic chromosomes are linear, they are susceptible to degradation at the ends. To protect important genetic information from damage, the ends of chromosomes contain many non-coding repeats of highly conserved G-rich DNA: the telomeres. A short single-stranded 3&rsquo overhang at each end of the chromosome interacts with specialized proteins, which stabilizes the chromosome within the nucleus. Because of the manner in which the lagging strand is synthesized, a small amount of the telomeric DNA cannot be replicated with each cell division. As a result, the telomeres gradually get shorter over the course of many cell cycles and they can be measured as a marker of cellular aging. Certain populations of cells, such as germ cells and stem cells, express telomerase, an enzyme that lengthens the telomeres, allowing the cell to undergo more cell cycles before the telomeres shorten.

Garcia-Diaz, Miguel, and Katarzyna Bebenek. &ldquoMultiple functions of DNA polymerases.&rdquo Critical Reviews in Plant Sciences 26 (2007): 105-122. [Bron]


Abstract

The remodelling of replication forks into four-way junctions following replication perturbation, known as fork reversal, was hypothesized to promote DNA damage tolerance and repair during replication. Albeit conceptually attractive, for a long time fork reversal in vivo was found only in prokaryotes and specific yeast mutants, calling its evolutionary conservation and physiological relevance into question. Based on the recent visualization of replication forks in metazoans, fork reversal has emerged as a global, reversible and regulated process, with intriguing implications for replication completion, chromosome integrity and the DNA damage response. The study of the putative in vivo roles of recently identified eukaryotic factors in fork remodelling promises to shed new light on mechanisms of genome maintenance and to provide novel attractive targets for cancer therapy.


DNA Replication in Eukaryotes

Eukaryotic genomes are much more complex and larger in size than prokaryotic genomes. The human genome has three billion base pairs per haploid set of chromosomes, and 6 billion base pairs are replicated during the S phase of the cell cycle. There are multiple origins of replication on the eukaryotic chromosome humans can have up to 100,000 origins of replication. The rate of replication is approximately 100 nucleotides per second, much slower than prokaryotic replication. In yeast, which is a eukaryote, special sequences known as Autonomously Replicating Sequences (ARS) are found on the chromosomes. These are equivalent to the origin of replication in E coli.

The number of DNA polymerases in eukaryotes is much more than prokaryotes: 14 are known, of which five are known to have major roles during replication and have been well studied. They are known as pol α, pol β, pol γ, pol δ, and pol ε.

The essential steps of replication are the same as in prokaryotes. Before replication can start, the DNA has to be made available as template. Eukaryotic DNA is bound to basic proteins known as histones to form structures called nucleosomes. The chromatin (the complex between DNA and proteins) may undergo some chemical modifications, so that the DNA may be able to slide off the proteins or be accessible to the enzymes of the DNA replication machinery. At the origin of replication, a pre-replication complex is made with other initiator proteins. Other proteins are then recruited to start the replication process ([link]).

A helicase using the energy from ATP hydrolysis opens up the DNA helix. Replication forks are formed at each replication origin as the DNA unwinds. The opening of the double helix causes over-winding, or supercoiling, in the DNA ahead of the replication fork. These are resolved with the action of topoisomerases. Primers are formed by the enzyme primase, and using the primer, DNA pol can start synthesis. While the leading strand is continuously synthesized by the enzyme pol δ, the lagging strand is synthesized by pol ε. A sliding clamp protein known as PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) holds the DNA pol in place so that it does not slide off the DNA. RNase H removes the RNA primer, which is then replaced with DNA nucleotides. The Okazaki fragments in the lagging strand are joined together after the replacement of the RNA primers with DNA. The gaps that remain are sealed by DNA ligase, which forms the phosphodiester bond.

Telomere replication

Unlike prokaryotic chromosomes, eukaryotic chromosomes are linear. As you’ve learned, the enzyme DNA pol can add nucleotides only in the 5' to 3' direction. In the leading strand, synthesis continues until the end of the chromosome is reached. On the lagging strand, DNA is synthesized in short stretches, each of which is initiated by a separate primer. When the replication fork reaches the end of the linear chromosome, there is no place for a primer to be made for the DNA fragment to be copied at the end of the chromosome. These ends thus remain unpaired, and over time these ends may get progressively shorter as cells continue to divide.

The ends of the linear chromosomes are known as telomeren, which have repetitive sequences that code for no particular gene. In a way, these telomeres protect the genes from getting deleted as cells continue to divide. In humans, a six base pair sequence, TTAGGG, is repeated 100 to 1000 times. The discovery of the enzyme telomerase ([link]) helped in the understanding of how chromosome ends are maintained. De telomerase enzyme contains a catalytic part and a built-in RNA template. It attaches to the end of the chromosome, and complementary bases to the RNA template are added on the 3' end of the DNA strand. Once the 3' end of the lagging strand template is sufficiently elongated, DNA polymerase can add the nucleotides complementary to the ends of the chromosomes. Thus, the ends of the chromosomes are replicated.

Telomerase is typically active in germ cells and adult stem cells. It is not active in adult somatic cells. For her discovery of telomerase and its action, Elizabeth Blackburn ([link]) received the Nobel Prize for Medicine and Physiology in 2009.

Telomerase and Aging

Cells that undergo cell division continue to have their telomeres shortened because most somatic cells do not make telomerase. This essentially means that telomere shortening is associated with aging. With the advent of modern medicine, preventative health care, and healthier lifestyles, the human life span has increased, and there is an increasing demand for people to look younger and have a better quality of life as they grow older.

In 2010, scientists found that telomerase can reverse some age-related conditions in mice. This may have potential in regenerative medicine. 1 Telomerase-deficient mice were used in these studies these mice have tissue atrophy, stem cell depletion, organ system failure, and impaired tissue injury responses. Telomerase reactivation in these mice caused extension of telomeres, reduced DNA damage, reversed neurodegeneration, and improved the function of the testes, spleen, and intestines. Thus, telomere reactivation may have potential for treating age-related diseases in humans.

Cancer is characterized by uncontrolled cell division of abnormal cells. The cells accumulate mutations, proliferate uncontrollably, and can migrate to different parts of the body through a process called metastasis. Scientists have observed that cancerous cells have considerably shortened telomeres and that telomerase is active in these cells. Interestingly, only after the telomeres were shortened in the cancer cells did the telomerase become active. If the action of telomerase in these cells can be inhibited by drugs during cancer therapy, then the cancerous cells could potentially be stopped from further division.

Difference between Prokaryotic and Eukaryotic Replication
EigendomprokaryotenEukaryoten
Origin of replicationSingleMultiple
Rate of replication1000 nucleotides/s50 to 100 nucleotides/s
DNA polymerase types514
TelomeraseNot presentPresent
RNA primer removalDNA pol IRNase H
strengverlengingDNA pol IIIPol δ, pol ε
Sliding clampSliding clampPCNA

Sectie Samenvatting

Replication in eukaryotes starts at multiple origins of replication. The mechanism is quite similar to prokaryotes. A primer is required to initiate synthesis, which is then extended by DNA polymerase as it adds nucleotides one by one to the growing chain. The leading strand is synthesized continuously, whereas the lagging strand is synthesized in short stretches called Okazaki fragments. The RNA primers are replaced with DNA nucleotides the DNA remains one continuous strand by linking the DNA fragments with DNA ligase. The ends of the chromosomes pose a problem as polymerase is unable to extend them without a primer. Telomerase, an enzyme with an inbuilt RNA template, extends the ends by copying the RNA template and extending one end of the chromosome. DNA polymerase can then extend the DNA using the primer. In this way, the ends of the chromosomes are protected.


Replication in Eukaryotes

Actually during pre-initiation stage, replicator selection occurs. Replicator selection is the process of identifying the sequences that will direct the initiation of replication and occur in G1 phase. and occurs in Gl (prior to S phase). This process leads to the assembly of a multiprotein complex at each replicator in the genome. Origin activation only occurs after cells enter S phase and triggers the Replicator – associated protein complex to initiate DNA unwinding and DNA polymerase recruitment. Replicator selection is mediated by the formation of pre-replicative complexes (pre-RCs). The first step in the formation of the pre-RC is the recognition of the replicator by the eukaryotic initiator, ORC (Origin recognition Complex). Once ORC is bound, it recruits two helicase loading proteins (Cdc6 and Cdtl). Together, ORC and the loading proteins recruit a protein that is thought to be the eukaryotic replication fork helicase (the Mem 2-7 complex). Formation of the pre-RC does not lead to the immediate unwinding of origin DNA or the recruitment of DNA polymerases. Instead the pre-RCs that are formed during Gl are only activated to initiate replication after cells pass from the Gl to the S phase of the cell cycle.

Pre-RCs are activated to initiate replication by two protein kinases namely Cdk (Cyclin Dependant Kinase) and Ddk (Ddt4 Dependant Kinase). Kinases are proteins that covalently attach phosphate groups to target proteins. Each of these kinases is inactive in Gl and is activated only when cells enter S phase. Once activated, these kinases target the pre-RC and other replication proteins. Phosphorylation of these pro-proteins results in the assembly of additional replication proteins at the origin and the initiation of replication.

These new proteins include the three eukaryotic DNA polymerases and a number of other proteins required for their recruitment. Interestingly, the polymerases assemble at the origin in a particular order. DNA Pol d and e associate first, followed by DNA Pol a/primase. This order ensures that all three DNA polymerases are present at the origin prior to the synthesis of the first RNA primer (by DNA Pol a/primase). Once present at the origin, DNA Pol a/primase synthesizes an RNA primer and briefly extends it. Thus initiation of replication started.

The resulting primer-template junction is recognized by the eukaryotic sliding clamp loader (RF-C), which assembles a sliding clamp (PCNA) at these sites. Either DNA Pol d or e recognizes this primer and begins leading strand synthesis. After a period of DNA unwinding, DNA Pol a/primase synthesizes additional primers, which allow the initiation of lagging strand DNA synthesis by either DNA Pol d or e. In the diagram, Pol d was used for leading strand and Pol e was used for lagging strand synthesis. DNA Pol e possess activity to remove primer and fills the gap with DNA like DNA Pol I in prokaryotes. SSB like activity was played by replication protein A (RP A) which is denoted as accessory factors during replication.

When the replication forks meet each other, then termination occurs. It will result in the formation of two duplex DNA. Eventhough replication terminated, 5’ end of telomeric part of the newly synthesized DNA found to have shorter DNA strand than the template parent strand. This shortage corrected by the action of telomerase enzyme and then only the actual replication completed.

In Linear eukaryotic chromosome, once the first primer on each strand is remove, then it appears that there is no way to fill in the gaps, since DNA cannot be extended in the 3′–>5′ direction and there is no 3′ end upstream available as there would be in a circle DNA. If this were actually the situation, the DNA strand would get shorter every time they replicated and genes would be lost forever.

Elizabeth Blackburn and her colleagues have provided the answer to fill up the gaps with the help of enzyme telomerase. So, that the genes at the ends, are conserved. Telomerase is a ribonucleoprotein (RNP) i.e. it has RNA with repetitive sequence. Repetitive sequence varies depending upon the species example Tetrahymena thermophilia RNA has AACCCC sequence and in Oxytrica it has AAAACCCC. Telomerase otherwise known as modified Reverse Transcriptase. In human, the RNA template contains AAUCCC repeats. This enzyme was also known as telomere terminal transferase.

The 3′-end of the lagging strand template basepairs with a unique region of the telomerase associated RNA. Hybridization facilitated by the match between the sequence at the 3′-end of telomere and the sequence at the 3′-end of the RNA. The telomerase catalytic site then adds deoxy ribonucleotides using RNA molecule as a template, this reverse transcription proceeds to position 35 of the RNA template. Telomerase then translocates to the new 3′-end by pairing with RNA template and it continues reverse transcription. When the G-rich strand sufficiently long, Primase can make an RNA primer, complementary to the 3′-end of the telomere’s G-rich strand. DNA polymerase uses the newly made primer to prime synthesis of DNA to fill in the remaining gap on the progeny DNA. The primer is removed and the nick between fragments sealed by DNA ligase.


Bekijk de video: Moleculaire genetica - DNA replicatie - HAVOVWO (December 2021).