Informatie

11.2: DNA-replicatie - Biologie


leerdoelen

  • Leg de betekenis uit van semiconservatieve DNA-replicatie
  • Leg uit waarom DNA-replicatie bidirectioneel is en zowel een leidende als een achterblijvende streng omvat
  • Leg uit waarom Okazaki-fragmenten worden gevormd
  • Beschrijf het proces van DNA-replicatie en de functies van de betrokken enzymen
  • Identificeer de verschillen tussen DNA-replicatie in bacteriën en eukaryoten
  • Het proces van rollende cirkelreplicatie uitleggen

De opheldering van de structuur van de dubbele helix door James Watson en Francis Crick in 1953 gaf een hint over hoe DNA wordt gekopieerd tijdens het replicatieproces. Het scheiden van de strengen van de dubbele helix zou twee sjablonen opleveren voor de synthese van nieuwe complementaire strengen, maar hoe nieuwe DNA-moleculen precies werden geconstrueerd, was nog onduidelijk. In één model, semiconservatieve replicatie, scheiden de twee strengen van de dubbele helix tijdens DNA-replicatie, en elke streng dient als een sjabloon waaruit de nieuwe complementaire streng wordt gekopieerd; na replicatie bevat elk dubbelstrengs DNA één ouderlijke of "oude" streng en één "nieuwe" streng. Er werden ook twee concurrerende modellen voorgesteld: conservatief en dispersief, die worden weergegeven in figuur (PageIndex{1}).

Matthew Meselson (1930–) en Franklin Stahl (1929–) bedachten in 1958 een experiment om te testen welke van deze modellen de juiste DNA-replicatie representeert (Figuur (PageIndex{2})). Ze groeiden E coli gedurende meerdere generaties in een medium dat een "zware" isotoop van stikstof bevat (15N) dat werd opgenomen in stikstofbasen en uiteindelijk in het DNA. Dit labelde het ouderlijk DNA. De E coli cultuur werd vervolgens verschoven naar een medium met 14N en één generatie laten groeien. De cellen werden geoogst en het DNA werd geïsoleerd. Het DNA werd gescheiden door ultracentrifugatie, waarbij het DNA banden vormde op basis van zijn dichtheid. DNA gegroeid in 15Van N zou worden verwacht dat het een band vormt op een positie met een hogere dichtheid dan die waarin is gegroeid 14N. Meselson en Stahl merkten op dat na één generatie groei in 14N, de waargenomen enkele band was tussenliggend in positie tussen DNA van cellen die uitsluitend in werden gekweekt 15Noch 14N. Dit suggereerde ofwel een semiconservatieve of dispersieve wijze van replicatie. Sommige cellen mochten nog een generatie langer groeien 14N en draaide opnieuw. Het DNA dat is geoogst uit cellen die gedurende twee generaties zijn gekweekt in 14N vormde twee banden: één DNA-band bevond zich op de tussenpositie tussen 15N en 14N, en de andere kwam overeen met de band van 14N-DNA. Deze resultaten kunnen alleen worden verklaard als DNA zich op een semi-conservatieve manier repliceert. Daarom werden de andere twee modellen uitgesloten. Als resultaat van dit experiment weten we nu dat tijdens DNA-replicatie elk van de twee strengen waaruit de dubbele helix bestaat, dient als een sjabloon waaruit nieuwe strengen worden gekopieerd. De nieuwe streng zal complementair zijn aan de ouderlijke of "oude" streng. De resulterende DNA-moleculen hebben dezelfde sequentie en zijn gelijk verdeeld in de twee dochtercellen.

Oefening (PageIndex{1})

Wat zou de conclusie van het experiment van Meselson en Stahl zijn geweest als ze na de eerste generatie twee DNA-banden hadden gevonden?

DNA-replicatie in bacteriën

DNA-replicatie is goed bestudeerd in bacteriën, voornamelijk vanwege de kleine omvang van het genoom en de mutanten die beschikbaar zijn. E coli heeft 4,6 miljoen basenparen (Mbp) in een enkel circulair chromosoom en alles wordt in ongeveer 42 minuten gerepliceerd, beginnend bij een enkele oorsprong van replicatie en bidirectioneel rond de cirkel (d.w.z. in beide richtingen). Dit betekent dat er ongeveer 1000 nucleotiden per seconde worden toegevoegd. Het proces is vrij snel en gebeurt met weinig fouten.

DNA-replicatie maakt gebruik van een groot aantal eiwitten en enzymen (Tabel (PageIndex{1})). Een van de hoofdrolspelers is het enzym DNA-polymerase, ook wel DNA-pol genoemd. In bacteriën zijn drie hoofdtypen DNA-polymerasen bekend: DNA pol I, DNA pol II en DNA pol III. Het is nu bekend dat DNA pol III het enzym is dat nodig is voor DNA-synthese; DNA pol I en DNA pol II zijn primair nodig voor reparatie. DNA pol III voegt deoxyribonucleotiden toe die elk complementair zijn aan een nucleotide op de matrijsstreng, één voor één aan de 3'-OH-groep van de groeiende DNA-keten. De toevoeging van deze nucleotiden kost energie. Deze energie is aanwezig in de bindingen van drie fosfaatgroepen die aan elk nucleotide zijn bevestigd (een trifosfaatnucleotide), vergelijkbaar met hoe energie wordt opgeslagen in de fosfaatbindingen van adenosinetrifosfaat (ATP) (Figuur (PageIndex{3})). Wanneer de binding tussen de fosfaten wordt verbroken en difosfaat wordt vrijgegeven, zorgt de vrijkomende energie voor de vorming van een covalente fosfodiesterbinding door dehydratatiesynthese tussen het binnenkomende nucleotide en de vrije 3'-OH-groep op de groeiende DNA-streng.

Initiatie

De initiatie van replicatie vindt plaats op een specifieke nucleotidesequentie die de oorsprong van replicatie wordt genoemd, waar verschillende eiwitten binden om het replicatieproces te starten. coli heeft een enkele oorsprong van replicatie (zoals de meeste prokaryoten), genaamd oric, op zijn ene chromosoom. De oorsprong van replicatie is ongeveer 245 basenparen lang en is rijk aan adenine-thymine (AT) sequenties.

Sommige van de eiwitten die binden aan de oorsprong van replicatie zijn belangrijk bij het toegankelijk maken van enkelstrengs DNA-gebieden voor replicatie. Chromosomaal DNA is typisch gewikkeld rond histonen (in eukaryoten en archaea) of histonachtige eiwitten (in bacteriën), en is supercoiled, of uitgebreid gewikkeld en gedraaid op zichzelf. Deze verpakking maakt de informatie in het DNA-molecuul ontoegankelijk. Enzymen genaamd topoisomerases veranderen echter de vorm en supercoiling van het chromosoom. Om bacteriële DNA-replicatie te laten beginnen, wordt het supercoiled chromosoom ontspannen door topoisomerase II, ook wel DNA-gyrase genoemd. Een enzym genaamd helicase scheidt vervolgens de DNA-strengen door de waterstofbruggen tussen de stikstofhoudende basenparen te verbreken. Bedenk dat AT-sequenties minder waterstofbruggen hebben en daarom zwakkere interacties hebben dan guanine-cytosine (GC) -sequenties. Deze enzymen hebben ATP-hydrolyse nodig. Naarmate het DNA zich opent, worden Y-vormige structuren gevormd die replicatievorken worden genoemd. Twee replicatievorken worden gevormd aan de oorsprong van replicatie, waardoor bidirectionele replicatie mogelijk is en een structuur wordt gevormd die eruitziet als een bel wanneer bekeken met een transmissie-elektronenmicroscoop; als resultaat wordt deze structuur een replicatiebel genoemd. Het DNA in de buurt van elke replicatievork is gecoat met enkelstrengs bindende eiwitten om te voorkomen dat het enkelstrengs DNA opnieuw in een dubbele helix wordt gewikkeld.

Zodra enkelstrengs DNA toegankelijk is bij de oorsprong van replicatie, kan DNA-replicatie beginnen. DNA pol III kan echter alleen nucleotiden toevoegen in de 5'-naar 3'-richting (een nieuwe DNA-streng kan alleen in deze richting worden verlengd). Dit komt omdat DNA-polymerase een vrije 3'-OH-groep vereist waaraan het nucleotiden kan toevoegen door een covalente fosfodiesterbinding te vormen tussen het 3'-OH-uiteinde en het 5'-fosfaat van het volgende nucleotide. Dit betekent ook dat het geen nucleotiden kan toevoegen als er geen vrije 3'-OH-groep beschikbaar is, wat het geval is voor een enkele DNA-streng. Het probleem wordt opgelost met behulp van een RNA-sequentie die zorgt voor het vrije 3'-OH-uiteinde. Omdat deze sequentie de start van DNA-synthese mogelijk maakt, wordt het toepasselijk de primer genoemd. De primer is vijf tot 10 nucleotiden lang en complementair aan het ouder- of matrijs-DNA. Het wordt gesynthetiseerd door RNA-primase, een RNA-polymerase. In tegenstelling tot DNA-polymerasen hebben RNA-polymerasen geen vrije 3'-OH-groep nodig om een ​​RNA-molecuul te synthetiseren. Nu de primer de vrije 3'-OH-groep levert, kan DNA-polymerase III deze RNA-primer nu verlengen door DNA-nucleotiden één voor één toe te voegen die complementair zijn aan de matrijsstreng (Figuur (PageIndex{1})).

Verlenging

Tijdens verlenging in DNA-replicatie vindt de toevoeging van nucleotiden plaats met een maximale snelheid van ongeveer 1000 nucleotiden per seconde. DNA-polymerase III kan zich alleen in de richting van 5' naar 3' uitstrekken, wat een probleem vormt bij de replicatievork. De dubbele DNA-helix is ​​antiparallel; dat wil zeggen, de ene streng is georiënteerd in de richting van 5' naar 3' en de andere is georiënteerd in de richting van 3' naar 5' (zie Structuur en functie van DNA). Tijdens replicatie wordt één streng, die complementair is aan de 3' tot 5' ouderlijke DNA-streng, continu gesynthetiseerd in de richting van de replicatievork, omdat polymerase nucleotiden in deze richting kan toevoegen. Deze continu gesynthetiseerde streng staat bekend als de leidende streng. De andere streng, complementair aan het 5' naar 3' ouderlijk DNA, groeit weg van de replicatievork, dus de polymerase moet terug naar de replicatievork gaan om basen toe te voegen aan een nieuwe primer, opnieuw in de richting weg van de replicatievork . Het doet dit totdat het tegen de eerder gesynthetiseerde streng botst en dan gaat het weer terug (Figuur (PageIndex{4})). Deze stappen produceren kleine DNA-sequentiefragmenten die bekend staan ​​als Okazaki-fragmenten, elk gescheiden door RNA-primer. Okazaki-fragmenten zijn genoemd naar het Japanse onderzoeksteam en het echtpaar Reiji en Tsuneko Okazaki, die ze voor het eerst ontdekten in 1966. De streng met de Okazaki-fragmenten staat bekend als de lagging strand, en de synthese ervan zou discontinu zijn.

De leidende streng kan worden verlengd vanaf één enkele primer, terwijl de achterblijvende streng een nieuwe primer nodig heeft voor elk van de korte Okazaki-fragmenten. De algemene richting van de achterblijvende streng zal 3' naar 5' zijn, en die van de leidende streng 5' naar 3'. Een eiwit dat de glijdende klem wordt genoemd, houdt het DNA-polymerase op zijn plaats terwijl het nucleotiden blijft toevoegen. De glijdende klem is een ringvormig eiwit dat zich bindt aan het DNA en het polymerase op zijn plaats houdt. Naast zijn rol bij de initiatie, voorkomt topoisomerase ook het overspoelen van de dubbele DNA-helix vóór de replicatievork terwijl het DNA zich opent; het doet dit door tijdelijke inkepingen in de DNA-helix te veroorzaken en deze vervolgens opnieuw te verzegelen. Naarmate de synthese vordert, worden de RNA-primers vervangen door DNA. De primers worden verwijderd door de exonuclease-activiteit van DNA-polymerase I en de hiaten worden opgevuld. De inkepingen die overblijven tussen het nieuw gesynthetiseerde DNA (dat de RNA-primer verving) en het eerder gesynthetiseerde DNA worden verzegeld door het enzym DNA-ligase dat katalyseert de vorming van covalente fosfodiesterbinding tussen het 3'-OH-uiteinde van het ene DNA-fragment en het 5'-fosfaatuiteinde van het andere fragment, waardoor de suiker-fosfaatruggengraat van het DNA-molecuul wordt gestabiliseerd.

Beëindiging

Zodra het volledige chromosoom is gerepliceerd, moet de DNA-replicatie worden beëindigd. Hoewel er veel bekend is over het initiëren van replicatie, is er minder bekend over het beëindigingsproces. Na replicatie worden de resulterende volledige cirkelvormige genomen van prokaryoten aaneengeschakeld, wat betekent dat de cirkelvormige DNA-chromosomen in elkaar grijpen en van elkaar moeten worden gescheiden. Dit wordt bereikt door de activiteit van bacterieel topoisomerase IV, dat dubbelstrengs breuken in DNA-moleculen introduceert, waardoor ze van elkaar kunnen scheiden; het enzym hersluit vervolgens de circulaire chromosomen. De resolutie van concatemeren is een probleem dat uniek is voor prokaryotische DNA-replicatie vanwege hun circulaire chromosomen. Omdat zowel bacterieel DNA-gyrase als topoisomerase IV verschillend zijn van hun eukaryote tegenhangers, dienen deze enzymen als doelwitten voor een klasse antimicrobiële geneesmiddelen die chinolonen worden genoemd.

Tabel (PageIndex{1}): De moleculaire machines die betrokken zijn bij bacteriële DNA-replicatie
Enzym of factorFunctie
DNA-pol IExonuclease-activiteit verwijdert RNA-primer en vervangt deze door nieuw gesynthetiseerd DNA
DNA pol IIIHoofdenzym dat nucleotiden toevoegt in de richting van 5' naar 3'
helicaseOpent de DNA-helix door waterstofbruggen tussen de stikstofbasen te verbreken
ligaseDicht de openingen tussen de Okazaki-fragmenten op de achterblijvende streng af om één doorlopende DNA-streng te creëren
PrimaseSynthetiseert RNA-primers die nodig zijn om replicatie te starten
Enkelstrengs bindende eiwittenBinden aan enkelstrengs DNA om waterstofbinding tussen DNA-strengen te voorkomen, waardoor dubbelstrengs DNA wordt hervormd
SchuifklemHelpt DNA pol III op zijn plaats te houden wanneer nucleotiden worden toegevoegd
Topoisomerase II (DNA-gyrase)Ontspant supercoiled chromosoom om DNA toegankelijker te maken voor de initiatie van replicatie; helpt de stress op DNA te verlichten bij het afwikkelen, door breuken te veroorzaken en vervolgens het DNA opnieuw af te sluiten
Topoisomerase IVIntroduceert enkelstrengs breuk in aaneengeschakelde chromosomen om ze van elkaar los te maken, en sluit vervolgens het DNA opnieuw af

Oefening (PageIndex{2})

  1. Welk enzym verbreekt de waterstofbruggen die de twee DNA-strengen bij elkaar houden, zodat replicatie kan plaatsvinden?
  2. Is het de achterblijvende streng of de leidende streng die wordt gesynthetiseerd in de richting van de opening van de replicatievork?
  3. Welk enzym is verantwoordelijk voor het verwijderen van de RNA-primers in nieuw gerepliceerd bacterieel DNA?

DNA-replicatie in eukaryoten

Eukaryote genomen zijn veel complexer en groter dan prokaryotische genomen en zijn doorgaans samengesteld uit meerdere lineaire chromosomen (Tabel (PageIndex{2})). Het menselijk genoom heeft bijvoorbeeld 3 miljard basenparen per haploïde set chromosomen en 6 miljard basenparen worden ingevoegd tijdens replicatie. Er zijn meerdere replicatieoorsprongen op elk eukaryoot chromosoom (Figuur (PageIndex{5})); het menselijk genoom heeft 30.000 tot 50.000 replicatieoorsprongen. De replicatiesnelheid is ongeveer 100 nucleotiden per seconde - 10 keer langzamer dan prokaryotische replicatie.

De essentiële stappen van replicatie in eukaryoten zijn dezelfde als in prokaryoten. Voordat replicatie kan beginnen, moet het DNA als template beschikbaar worden gesteld. Eukaryotisch DNA is sterk supercoiled en verpakt, wat mogelijk wordt gemaakt door veel eiwitten, waaronder histonen (zie Structuur en functie van cellulaire genomen). Aan de oorsprong van replicatie vormt een prereplicatiecomplex bestaande uit verschillende eiwitten, waaronder helicase, andere enzymen die betrokken zijn bij de initiatie van replicatie, waaronder topoisomerase om supercoiling te ontspannen, enkelstrengs bindend eiwit, RNA-primase en DNA-polymerase. Na initiatie van replicatie, in een proces dat vergelijkbaar is met dat gevonden in prokaryoten, wordt verlenging mogelijk gemaakt door eukaryote DNA-polymerasen. De leidende streng wordt continu gesynthetiseerd door het eukaryote polymerase-enzym pol , terwijl de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd door pol ε. Een glijdend klemeiwit houdt het DNA-polymerase op zijn plaats zodat het niet van het DNA valt. Het enzym ribonuclease H (RNase H), in plaats van een DNA-polymerase zoals in bacteriën, verwijdert de RNA-primer, die vervolgens wordt vervangen door DNA-nucleotiden. De gaten die overblijven worden afgesloten door DNA-ligase.

Omdat eukaryote chromosomen lineair zijn, zou men kunnen verwachten dat hun replicatie eenvoudiger zou zijn. Net als bij prokaryoten kan het eukaryote DNA-polymerase alleen nucleotiden toevoegen in de 5'-naar 3'-richting. In de leidende streng gaat de synthese door totdat het ofwel het einde van het chromosoom bereikt of een andere replicatievork die in de tegenovergestelde richting vordert. 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 plaats om een ​​primer te maken voor het te kopiëren DNA-fragment aan het einde van het chromosoom. Deze uiteinden blijven dus ongepaard en kunnen na verloop van tijd steeds korter worden naarmate cellen zich blijven delen.

De uiteinden van de lineaire chromosomen staan ​​bekend als telomeren en bestaan ​​uit niet-coderende repetitieve sequenties. De telomeren beschermen coderende sequenties tegen verlies terwijl cellen zich blijven delen. Bij mensen wordt een sequentie van zes basenparen, TTAGGG, 100 tot 1000 keer herhaald om de telomeer te vormen. De ontdekking van het enzym telomerase (Figuur (PageIndex{6})) verduidelijkte ons begrip van hoe chromosoomuiteinden worden behouden. Telomerase bevat een katalytisch deel en een ingebouwde RNA-template. Het hecht zich aan het uiteinde van het chromosoom en complementaire basen aan de RNA-sjabloon worden toegevoegd aan het 3'-uiteinde van de DNA-streng. Zodra het 3'-uiteinde van de lagging-strandsjabloon voldoende langwerpig is, kan DNA-polymerase de nucleotiden toevoegen die complementair zijn aan de uiteinden van de chromosomen. Op deze manier worden de uiteinden van de chromosomen gerepliceerd. Bij mensen is telomerase typisch actief in kiemcellen en volwassen stamcellen; het is niet actief in volwassen lichaamscellen en kan in verband worden gebracht met de veroudering van deze cellen. Eukaryote microben, waaronder schimmels en protozoën, produceren ook telomerase om de chromosomale integriteit te behouden. Voor haar ontdekking van telomerase en de werking ervan ontving Elizabeth Blackburn (1948-) in 2009 de Nobelprijs voor Geneeskunde of Fysiologie.

Tabel (PageIndex{2}): Vergelijking van bacteriële en eukaryote replicatie
EigendombacteriënEukaryoten
Genoom structuurEnkel circulair chromosoomMeerdere lineaire chromosomen
Aantal oorsprongen per chromosoomEnkelMeerdere
Replicatiesnelheid1000 nucleotiden per seconde100 nucleotiden per seconde
telomeraseNiet aanwezigCadeau
RNA-primer verwijderenDNA-pol IRNase H
strengverlengingDNA pol IIIpol , pol

Oefening (PageIndex{3})

  1. Hoe verschilt de oorsprong van replicatie tussen eukaryoten en prokaryoten?
  2. Welke polymerase-enzymen zijn verantwoordelijk voor de DNA-synthese tijdens eukaryote replicatie?
  3. Wat zit er aan de uiteinden van de chromosomen in eukaryoten en waarom?

DNA-replicatie van extrachromosomale elementen: plasmiden en virussen

Om hun nucleïnezuren te kopiëren, gebruiken plasmiden en virussen vaak variaties op het patroon van DNA-replicatie dat is beschreven voor prokaryote genomen. Zie The Viral Life Cycle voor meer informatie over het brede scala aan virale replicatiestrategieën.

Rolling Circle-replicatie

Terwijl veel bacteriële plasmiden (zie Unieke kenmerken van prokaryotische cellen) repliceren door middel van een proces dat vergelijkbaar is met het proces dat wordt gebruikt om het bacteriële chromosoom te kopiëren, gebruiken andere plasmiden, verschillende bacteriofagen en sommige virussen van eukaryoten rollende cirkelreplicatie (Figuur (PageIndex{7}) )). De circulaire aard van plasmiden en de circularisatie van sommige virale genomen bij infectie maken dit mogelijk. Rolling circle-replicatie begint met het enzymatisch knippen van één streng van het dubbelstrengs circulaire molecuul op de dubbelstrengs oorsprong (dso)-plaats. In bacteriën bindt DNA-polymerase III aan de 3'-OH-groep van de gekerfde streng en begint het DNA unidirectioneel te repliceren met behulp van de niet-gekerfde streng als een sjabloon, waarbij de ingekeepte streng daarbij wordt verplaatst. Voltooiing van DNA-replicatie op de plaats van de oorspronkelijke inkeping resulteert in volledige verplaatsing van de ingesneden streng, die vervolgens opnieuw kan circuleren tot een enkelstrengs DNA-molecuul. RNA-primase synthetiseert vervolgens een primer om DNA-replicatie te initiëren op de enkelstrengs oorsprong (sso) plaats van het enkelstrengs DNA (ssDNA) molecuul, wat resulteert in een dubbelstrengs DNA (dsDNA) molecuul dat identiek is aan het andere circulaire DNA-molecuul.

Oefening (PageIndex{4})

Is er een achterblijvende streng in replicatie van rollende cirkels? Waarom of waarom niet?

Sleutelbegrippen en samenvatting

  • Het DNA-replicatieproces is: semiconservatief, wat resulteert in twee DNA-moleculen, elk met een ouderlijke DNA-streng en een nieuw gesynthetiseerde streng.
  • Bij bacteriën is de initiatie van replicatie komt voor bij de oorsprong van replicatie, waar supercoiled DNA wordt afgewikkeld door DNA-gyrase, enkelstrengs gemaakt door helicase, en gebonden door enkelstrengs bindend eiwit om zijn enkelstrengige toestand te behouden. Primase synthetiseert een kort RNA inleiding, waardoor een vrije 3'-OH-groep wordt verkregen waaraan DNA-polymerase III DNA-nucleotiden kunnen toevoegen.
  • Gedurende verlenging, de belangrijke bundel DNA wordt continu gesynthetiseerd uit een enkele primer. De achterblijvende streng wordt in het kort discontinu gesynthetiseerd Okazaki-fragmenten, die elk hun eigen primer nodig hebben. De RNA-primers worden verwijderd en vervangen door DNA-nucleotiden door bacteriële DNA-polymerase I, en DNA-ligase dicht de openingen tussen deze fragmenten.
  • Beëindiging van replicatie in bacteriën omvat de resolutie van circulaire DNA-concatemeren door topoisomerase IV om de twee kopieën van het circulaire chromosoom vrij te maken.
  • Eukaryoten hebben meestal meerdere lineaire chromosomen, elk met meerdere replicatieoorsprongen. Over het algemeen is replicatie in eukaryoten vergelijkbaar met die in prokaryoten.
  • De lineaire aard van eukaryote chromosomen vereist: telomeren om genen aan het einde van de chromosomen te beschermen. telomerase verlengt telomeren, waardoor hun afbraak wordt voorkomen, in sommige celtypen.
  • Rolling circle-replicatie is een type snelle unidirectionele DNA-synthese van een circulair DNA-molecuul dat wordt gebruikt voor de replicatie van sommige plasmiden.

Meerkeuze

Welk van de volgende is het enzym dat de RNA-nucleotiden in een primer vervangt door DNA-nucleotiden?

A. DNA-polymerase III
B. DNA-polymerase I
C. primase
D. helicase

B

Welke van de volgende is niet betrokken bij de initiatie van replicatie?

A. ligase
B. DNA-gyrase
C. enkelstrengs bindend eiwit
D. primase

EEN

Welke van de volgende enzymen die betrokken zijn bij DNA-replicatie is uniek voor eukaryoten?

A. helicase
B. DNA-polymerase
C. ligase
D. telomerase

NS

Welke van de volgende zou worden gesynthetiseerd met 5'-CAGTTCGGA-3′ als sjabloon?

A. 3′-AGGCTTGAC-4′
B. 3′-TCCGAACTG-5′
C. 3′-GTCAAGCCT-5′
D. 3′-CAGTTCGGA-5′

C

Vul de blanco in

Het enzym dat verantwoordelijk is voor het ontspannen van supercoiled DNA om de initiatie van replicatie mogelijk te maken, wordt ________ genoemd.

DNA-gyrase of topoisomerase II

Unidirectionele replicatie van een circulair DNA-molecuul zoals een plasmide waarbij één DNA-streng wordt ingesneden en verplaatst terwijl een nieuwe streng wordt gesynthetiseerd, wordt ________ genoemd.

rollende cirkel replicatie

Waar onwaar

Er worden meer primers gebruikt bij de synthese van de achterblijvende streng dan bij de synthese van de leidende strengen.

Waar

Kort antwoord

Waarom is primase nodig voor DNA-replicatie?

Wat is de rol van enkelstrengs bindend eiwit bij DNA-replicatie?

Hieronder staat een DNA-sequentie. Stel je voor dat dit een deel van een DNA-molecuul is dat is gescheiden ter voorbereiding op replicatie, dus je ziet maar één DNA-streng. Construeer de complementaire DNA-sequentie (met vermelding van 5'- en 3'-uiteinden).

DNA-sequentie: 3'-T A C T G A C T G A C G A T C-5'

Kritisch denken

Bekijk figuur en figuur. Waarom was het belangrijk dat Meselson en Stahl hun experiment voortzetten tot ten minste twee replicatierondes na isotopische labeling van het uitgangs-DNA met 15N, in plaats van het experiment te stoppen na slechts één replicatieronde?

Als deoxyribonucleotiden die de 3'-OH-groepen missen worden toegevoegd tijdens het replicatieproces, wat verwacht je dan dat er zal gebeuren?


11.2: DNA-replicatie - Biologie

Alle door MDPI gepubliceerde artikelen worden direct wereldwijd beschikbaar gesteld onder een open access licentie. Er is geen speciale toestemming nodig om het door MDPI gepubliceerde artikel geheel of gedeeltelijk te hergebruiken, inclusief figuren en tabellen. Voor artikelen die zijn gepubliceerd onder een open access Creative Common CC BY-licentie, mag elk deel van het artikel zonder toestemming worden hergebruikt, op voorwaarde dat het originele artikel duidelijk wordt geciteerd.

Feature Papers vertegenwoordigen het meest geavanceerde onderzoek met een aanzienlijk potentieel voor grote impact in het veld. Feature Papers worden ingediend op individuele uitnodiging of aanbeveling door de wetenschappelijke redacteuren en ondergaan peer review voorafgaand aan publicatie.

De Feature Paper kan ofwel een origineel onderzoeksartikel zijn, een substantiële nieuwe onderzoeksstudie waarbij vaak verschillende technieken of benaderingen betrokken zijn, of een uitgebreid overzichtsdocument met beknopte en nauwkeurige updates over de laatste vooruitgang in het veld dat systematisch de meest opwindende vooruitgang in de wetenschappelijke literatuur. Dit type paper geeft een blik op toekomstige onderzoeksrichtingen of mogelijke toepassingen.

Editor's Choice-artikelen zijn gebaseerd op aanbevelingen van de wetenschappelijke redacteuren van MDPI-tijdschriften van over de hele wereld. Redacteuren selecteren een klein aantal artikelen die recentelijk in het tijdschrift zijn gepubliceerd en waarvan zij denken dat ze bijzonder interessant zijn voor auteurs, of belangrijk zijn op dit gebied. Het doel is om een ​​momentopname te geven van enkele van de meest opwindende werken die in de verschillende onderzoeksgebieden van het tijdschrift zijn gepubliceerd.


Geselecteerde publicaties

Mueller, E.A., C.S. Westfall en P.A. Levin. (2020) Milieu-pH heeft invloed op de samenstelling van de divisie en de celgrootte in Escherichia coli, PLOS Genetica, 16(3): e1008685. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008685. PMID: 3223516

Cohan, M.C., Anna M.P. Eddelbuettel, P.A. Levin en R.V. Pappu. (2020) Ontleden van de functionele bijdragen van de intrinsiek ongeordende C-terminale staart van B. subtilis FtsZ, Journal of Molecular Biology. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2020.03.008 PMID: 32198113

Fernández-Coll, L., M. Maciag-Dorszynska, K. Tailor, S. Vadia, P.A. Levin, A. Szalewska-Palasz en M. Cashel. (2020) De afwezigheid van (p)ppGpp maakt initiatie van Escherichia coli chromosomale DNA-synthese onafhankelijk van groeisnelheden, mBio, 11 (2) e03223-19 DOI: 10.1128/mBio.03223-19 PMID: 32156825

Si, F, G. Le Treut, J.T. Sauls, S. Vadia, P.A. Levin en S. Jun (2019) Mechanistische oorsprong van celgroottecontrole en homeostase in bacteriën, Curr Biol 29:760-1770.e7. doi: 10.1016/j.cub.2019.04.062 PMID: 31104932 Voordruk: https://www.biorxiv.org/content/early/2018/11/26/478818

Taheri-Araghi, S en P.A. Levin (2019) Het een is niets zonder het ander: theoretische en empirische analyse van celgroei en celcyclusprogressie,J Mol Biol 431:2061-2067. doi: 10.1016/j.jmb.2019.04.004 PMID: 31026450

Mueller, E.A., A.J.F. Egan, E. Breukink, W. Vollmer en P.A. Levin (2019) Plasticiteit in Escherichia coli celwandmetabolisme bevordert fitness en antibioticaresistentie in verschillende omgevingen, eLife, 20198:e40754 DOI: 10.7554/eLife.40754 PMID: 30963998

Mueller, E.A. en C.S. Westfall (2019) Buiten proportie - De rol van ppGpp in een uitgebalanceerd metabolisme. Blog over kleine dingen beschouwd, 11 maart 2019. Link hier.

McAuley, S., S. Vadia, C. Jani, A. Huynh, Z. Yang, P.A. Levin en J. Nodwell (2019) Een chemische remmer van celgroei vermindert de celgrootte in Bacillus subtilis, ACS Chem. Biol. 14(4) 688-695. PMID: 30848888

Westfall, C.S., A.L. Flores-Mireles, J.I. Robinson, A.J.L. Lynch, S. Hultgren, J.P. Henderson en P.A. Levin (2019) Het veelgebruikte antimicrobiële triclosan induceert hoge niveaus van antibioticatolerantie in vitro en vermindert de werkzaamheid van antibiotica tot 100-voudig in vivo. Antimicrobiële middelen Chemother. doi: 10.1128/AAC.02312-18. PMID:30782996

Hill, N.S., J. Zuke, P.J. Buske en P.A. Levin (2018) Een voedingsafhankelijke delingsantagonist wordt post-translationeel gereguleerd door de Clp-proteasen in Bacillus subtilis, BMC Microbiologie, In de pers.