Inligting

14.5: DNA -replikasie in Eukariote - Biologie

14.5: DNA -replikasie in Eukariote - Biologie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vaardighede om te ontwikkel

  • Bespreek die ooreenkomste en verskille tussen DNA -replikasie in eukariote en prokariote
  • Gee die rol van telomerase in DNA -replikasie

Eukariotiese genome is baie meer kompleks en groter in grootte as prokariotiese genome. Die menslike genoom het drie miljard basispare per haploïede stel chromosome, en 6 miljard basispare word herhaal tydens die S -fase van die selsiklus. Daar is verskeie oorsprong van replikasie op die eukariotiese chromosoom; mense kan tot 100 000 oorsprong van replikasie hê. Die replikasietempo is ongeveer 100 nukleotiede per sekonde, baie stadiger as prokariotiese replikasie. In gis, wat 'n eukarioot is, word spesiale rye, bekend as Autonomously Replicating Sequences (ARS), op die chromosome aangetref. Dit is gelykstaande aan die oorsprong van replikasie in E coli.

Die aantal DNA -polimerases in eukariote is baie meer as prokariote: 14 is bekend, waarvan vyf bekend is dat dit 'n belangrike rol speel tydens replikasie en dat dit goed bestudeer is. Hulle staan ​​bekend as pol α, pol β, pol γ, pol δ, en pol ε.

Die belangrikste stappe van replikasie is dieselfde as in prokariote. Voordat replikasie kan begin, moet die DNA as sjabloon beskikbaar gestel word. Eukariotiese DNA is gebind aan basiese proteïene wat bekend staan ​​as histone om strukture te vorm wat nukleosome genoem word. Die chromatien (die kompleks tussen DNA en proteïene) kan 'n paar chemiese modifikasies ondergaan, sodat die DNA van die proteïene kan gly of toeganklik is vir die ensieme van die DNA -replikasiemasjinerie. By die oorsprong van replikasie word 'n pre-replikasie kompleks gemaak met ander inisieerder proteïene. Ander proteïene word dan gewerf om die replikasieproses te begin (Tabel ( PageIndex {1} )).

'n Helikase wat die energie van ATP-hidrolise gebruik, maak die DNA-heliks oop. Replikasievurke word by elke replikasie-oorsprong gevorm soos die DNA afwikkel. Die opening van die dubbele heliks veroorsaak dat die DNA vóór die replikasievurk te veel kronkel of superkoel word. Dit word opgelos met die werking van topoisomerases. Primers word gevorm deur die ensiem primase, en met behulp van die primer kan DNA pol sintese begin. Terwyl die voorste string voortdurend gesintetiseer word deur die ensiem pol δ, word die sloerstring deur pol ε. 'n Glyklemproteïen bekend as PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) hou die DNA-pol in plek sodat dit nie van die DNA af gly nie. RNase H verwyder die RNA-primer, wat dan met DNA-nukleotiede vervang word. Die Okazaki -fragmente in die sloerende strand word saamgevoeg nadat die RNA -primers met DNA vervang is. Die gapings wat oorbly, word verseël deur DNA-ligase, wat die fosfodiesterbinding vorm.

Telomere replikasie

In teenstelling met prokariotiese chromosome, is eukariotiese chromosome lineêr. Soos u geleer het, kan die ensiem DNA pol nukleotiede slegs in die 5 'tot 3' rigting byvoeg. In die voorste string gaan sintese voort totdat die einde van die chromosoom bereik word. Op die agterblywende string word DNA in kort stukke gesintetiseer, wat elkeen deur 'n aparte primer geïnisieer word. Wanneer die replikasievurk die einde van die lineêre chromosoom bereik, is daar geen plek vir 'n primer om die DNA -fragment aan die einde van die chromosoom te kopieer nie. Hierdie eindes bly dus ongepaard, en met verloop van tyd kan hierdie ente geleidelik korter word namate selle voortgaan om te verdeel.

Die punte van die lineêre chromosome staan ​​bekend as telomere, wat herhalende rye het wat geen spesifieke geen kodeer nie. Op 'n manier beskerm hierdie telomere die gene om nie verwyder te word nie, aangesien selle voortgaan om te verdeel. By mense word 'n ses basispaarvolgorde, TTAGGG, 100 tot 1000 keer herhaal. Die ontdekking van die ensiem telomerase (Figuur (PageIndex{1})) het gehelp om te verstaan ​​hoe chromosoompunte in stand gehou word. Die telomerase-ensiem bevat 'n katalitiese deel en 'n ingeboude RNA-sjabloon. Dit heg aan die einde van die chromosoom, en komplementêre basisse tot die RNA-sjabloon word aan die 3'-kant van die DNA-string bygevoeg. Sodra die 3'-punt van die agterblywende string-sjabloon voldoende verleng is, kan DNA-polimerase die nukleotiede komplementêr by die punte van die chromosome voeg. So word die punte van die chromosome gerepliseer.

Telomerase is tipies aktief in kiemselle en volwasse stamselle. Dit is nie aktief in volwasse somatiese selle nie. Vir haar ontdekking van telomerase en die werking daarvan het Elizabeth Blackburn (Figuur (PageIndex{2})) in 2009 die Nobelprys vir Geneeskunde en Fisiologie ontvang.

Telomerase en veroudering

Selle wat seldeling ondergaan, se telomere word steeds verkort omdat die meeste somatiese selle nie telomerase maak nie. Dit beteken in wese dat telomerekorting verband hou met veroudering. Met die koms van moderne medisyne, voorkomende gesondheidsorg en gesonder lewenstyl het die menslike lewensduur toegeneem, en daar is 'n toenemende vraag na mense om jonger te lyk en 'n beter lewenskwaliteit te hê namate hulle ouer word.

In 2010 het wetenskaplikes bevind dat telomerase sommige ouderdomsverwante toestande by muise kan omkeer. Dit kan potensiaal in regeneratiewe medisyne hê.1 Telomerase-tekorte muise is in hierdie studies gebruik; hierdie muise het weefselatrofie, stamseluitputting, orgaanstelselversaking en verswakte reaksies op weefselbesering. Telomerase -heraktivering by hierdie muise het verlenging van telomere veroorsaak, DNA -skade verminder, neurodegenerasie omgekeer en die funksie van die testes, milt en ingewande verbeter. Telomer reaktivering kan dus die potensiaal hê om ouderdomsverwante siektes by mense te behandel.

Kanker word gekenmerk deur onbeheerde seldeling van abnormale selle. Die selle versamel mutasies, prolifereer onbeheerbaar en kan na verskillende dele van die liggaam migreer deur 'n proses wat metastase genoem word. Wetenskaplikes het waargeneem dat kankerselle telomere aansienlik verkort het en dat telomerase in hierdie selle aktief is. Interessant genoeg, eers nadat die telomere in die kankerselle verkort is, het die telomerase aktief geword. As die werking van telomerase in hierdie selle deur middels tydens kankerterapie geïnhibeer kan word, kan die kankerselle moontlik gestop word van verdere verdeling.

Tabel ( PageIndex {1} ): Verskil tussen prokariotiese en eukariotiese replikasie
EiendomProkarioteEukariote
Oorsprong van replikasieEnkellopendVeelvuldige
Replikasietempo1000 nukleotiede/s50 tot 100 nukleotiede/s
DNA polimerase tipes514
TelomeraseNie hier nieBied aan
RNA primer verwyderingDNA pol IRNase H
Verlenging van die strandDNA pol IIIPol δ, pol ε
SkuifklemSkuifklemPCNA

Opsomming

Replikasie in eukariote begin by verskeie oorspronge van replikasie. Die meganisme is baie soortgelyk aan prokariote. 'N Primer is nodig om sintese te begin, wat dan deur DNA -polimerase verleng word, aangesien dit nukleotiede een vir een by die groeiende ketting voeg. Die voorste string word voortdurend gesintetiseer, terwyl die agterblywende string in kort stukke gesintetiseer word wat Okazaki -fragmente genoem word. Die RNA -primers word vervang met DNA -nukleotiede; die DNS bly een aaneenlopende string deur die DNS-fragmente met DNS-ligase te koppel. Die punte van die chromosome is 'n probleem aangesien polimerase dit nie sonder 'n onderlaag kan verleng nie. Telomerase, 'n ensiem met 'n ingeboude RNA-sjabloon, verleng die punte deur die RNA-sjabloon te kopieer en die een kant van die chromosoom uit te brei. DNA-polimerase kan dan die DNA uitbrei deur die primer te gebruik. Op hierdie manier word die punte van die chromosome beskerm.

  1. 1 Jaskelioff et al., "Telomerase-heraktivering keer weefseldegenerasie by ou telomerase-gebrekkige muise om," Natuur 469 (2011): 102-7.

Woordelys

telomerase
ensiem wat 'n katalitiese deel en 'n ingeboude RNA -sjabloon bevat; dit funksioneer om telomere by chromosoompunte te handhaaf
telomeer
DNA aan die einde van lineêre chromosome

DNA -replikasie in eukariote | Genetika

In hierdie artikel bespreek ons ​​die DNA -replikasie in eukariote.

In eukariote is daar net twee verskillende tipes DNA-polimerases in teenstelling met DNA-polimerase I, II en III van prokariote. Verder is die DNA van eukariote 'n lang lineêre molekule met verskeie replikasie -eenhede. 'N Diploïede soogdiersel bevat gemiddeld ongeveer 6 pg DNA in die G -fase. Soveel DNA is gelykstaande aan 'n lengte van 2 meter van 'n lineêre DNS-molekule.

As 'n enkele replikasie-eenheid oor hierdie lengte van DNA sou beweeg, kan dit replikasie binne die 8 uur S-fase voltooi slegs as sy bewegingstempo ongeveer 4 mm/min is. Dit is natuurlik 'n baie vinnige koers.

Die repliserende vurk beweeg eintlik teen 'n stadiger spoed (0,5 tot 2,0 mikron/min.) In eukariote en voeg ongeveer 2 600 basisse per minuut by. In E. coli beweeg dit vinniger en voeg ongeveer 6000 basisse per minuut by. Dit is dus nodig dat by eukariote replikasie op verskeie plekke van herkoms begin word.

Outo-radiografiese studies oor etikettering van patrone van individuele metafase-chromosome het getoon dat verskeie aangrensende eenhede gelyktydig replikasie inisieer. Die mees oortuigende demonstrasie kom egter van soortgelyke waarnemings in reuse-polyteen-chromosome.

Hier word getritieerde timidien gelyktydig in 'n groot aantal verskillende bande geïnkorporeer. Met dieselfde tegniek word getoon dat die eier in Drosophila 6 000 replikasievurke het en al die DNA-sintese word binne 3 minute voltooi.

Die eenheid van replikasie is die replikon. Die grootte van die replikon word beraam vanaf die afstand tussen aangrensende aanvangspunte (middel-tot-middel-afstand). Deur outoradiografie is gevind dat eenhede binne dieselfde sel nie eenvormig in grootte is nie, maar binne die reeks van 15-60 mikron val.

Replikke in vinnig groeiende selle met kort S -fases is kleiner as dié in selle wat stadiger groei met langer S -fases. Blumenthal (1973) het beraam dat in Drosophila melanogaster replikons in embrioniese selle so kort as 3-4 mikron is, terwyl hulle in 'n sellyn van dieselfde spesie ongeveer 13 mikron lank was.

Eksperimentele studies oor gekweekte soogdiere (Chinese hamsters) selle het getoon dat die tempo van DNA -sintese nie konstant is gedurende die S -fase nie, Kleveroz (1975) het bevind dat sintese aan die begin van die S -fase stadig is, daarna neem dit toe. Ongeveer 50% van die replikasie vind plaas gedurende die laaste uur van die 5,5 uur lange S -fase.

Die voorkoms van verskeie aangrensende eenhede het gelei tot die idee dat replikasie -eenhede in groepe bestaan. Alle eenhede in 'n groep repliseer nie gelyktydig nie, sommige word laat repliseer. In soogdierselle is daar ongeveer 100 replikerende eenhede in 'n groep.

Die belangrikste kenmerke van DNA -replikasie is soortgelyk in eukariote en prokariote. Nadat replikasie by 'n sentrale punt van oorsprong in elke eenheid begin het, gaan dit voort in beide rigtings weg van die inisiasieplek. Kettinggroei vind plaas deur middel van vurkagtige groeipunte. Elektronmikrofoto's toon dus 'n aantal ‘oë’ of ‘borrels’, elk wat tussen twee repliserende vurke langs die lineêre molekule gevorm is.

Dit blyk dat daar geen spesifieke term in DNA bestaan ​​om replikasie te stop nie. Die vurke beweeg na mekaar toe en die nuut gesintetiseerde kettings ontmoet en smelt met kettings wat op aangrensende eenhede gesintetiseer word (Fig. 14.11). Op hierdie manier word lang DNA -duplekse kenmerkend van eukariotiese chromosome geproduseer.

Soos met prokariote, is die eerste stap in die sintese van DNA in eukariote die vorming van 'n primer -string van RNA met 'n lengte van ongeveer 10 nukleotiede - gekataliseer deur die ensiem RNA -polimerase. Daarna neem DNA -polimerase oor en voeg deoksiribonukleotiede by die 3 ′ einde van die primer RNA.

Die Okazaki-fragmente wat so gevorm word, is korter in eukariote (ongeveer 100-150 nukleotiede lank) as in prokariote (1 000 tot 2 000 nukleotiede). Die gapings tussen die fragmente word gevul teen die ouer-DNA-sjabloon en hul punte word verbind deur DNA-ligase-ensiem. Die RNA -primer word verteer, vanaf sy 5 ′ -einde deur die eksonuklease -aktiwiteit van DNA -polimerase.

Belangrikheid van die RNA-primer in DNA-sintese:

Waarom moet DNA -replikasie begin word deur die ensiem RNA -polimerase en vorming van RNA -streng plaasvind? Gedetailleerde ontleding van DNA-polimerase-ensieme het die feit aan die lig gebring dat elke polimerase-ensiem slegs nukleotiede by 'n reeds bestaande polinukleotiedketting kan voeg.

Hierdie ensieme kan nie nuwe DNA -kettings begin nie. Die punt van oorsprong in 'n DNA-dupleks word miskien herken deur RNA-polimerase, die ensiem wat die sintese van RNA op 'n DNA-sjabloon kataliseer. Met ander woorde, RNA-polimerase word benodig vir beide RNA- en DNA-sintese.

Sintese van RNA -primer op die DNA -sjabloon duur voort totdat 'n stopsein bereik word. Die ensiem word dan vrygestel en die RNA -ketting dien as 'n primer vir die toevoeging van DNA -nukleotiede deur DNA -polimerase -ensiem. Die molekulêre meganisme wat DNA-replikasie inisieer, is egter nie ten volle bekend nie.


'N Proteïenkompleks genaamd die Oorsprongherkenningskompleks (ORC) bind by die oorsprong van replikasievolgorde in die DNA tydens laat M-fase/G1-fase van die selsiklus. Die ORC het interaksie met 'n paar ander proteïene, een bekend as Cdc6 werk met 'n ander proteïen genoem Cdt1 om 'n kompleks proteïene, bekend as helicase, op die DNA te laai. (Onthou dat DNA-helikases ATP gebruik om die DNA-heliks af te rol deur die waterstofbindings tussen gepaarde basisse te breek.) Die ORC/Cdc6/Cdt1/Helicase-kompleks, tesame met ander gepaardgaande proteïene, staan ​​bekend as die pre-replikatiewe kompleks of pre-RC (Figuur 14-1). Die pre-RC duur voort tot die G1/S-oorgang, wat plaasvind sodra die sel 'n sein ontvang om te deel. By die G1/S-oorgang word gedink dat Cdc6 en Cdt1 losmaak van die pre-RC en ander proteïene wat verantwoordelik is vir die werwing van addisionele DNA-replikasie-proteïene wat met die helikase assosieer word om die pre-inisiëringskompleks te vorm. Interessant genoeg is die ORC belemmerend vir replikasie en moet dit verwyder word voordat die replikasie kan voortgaan.

Figuur 14-1: Lisensiëring van replikasie. In die laat M -fase/vroeë G1 herken herkomsherkenning (ORC) proteïene die oorsprong van replikasie (Ori), in groen getoon. Dit werf baie proteïene, een is Cdc6, wat help om helikase te werf. Dit vestig die pre-inisiasie replikasie kompleks (Pre-RC). Aktivering van replikasie vind plaas tydens die vroeë S-fase, sodra die ORC, Cdc6, die helikase en verskeie ander proteïene (nie getoon nie) deur die S-fase CDK/siklin gefosforyleer word. Fosforilering van ORC en Cdc6 veroorsaak dat die proteïene gedeaktiveer word, terwyl fosforilering van die helikase veroorsaak dat die proteïen geaktiveer word. (Toeskryf aan Devin A. King)

Op hierdie stadium fosforyleer die geaktiveerde S-fase CDK/siklin verskeie proteïene om replisering te begin of 'af te vuur'. Een van die proteïene wat die S-fase CDK/siklienfosforylate is, is Cdc6, wat help om hierdie proteïen vir afbraak te rig. Boonop word die ORC gefosforyleer om te voorkom dat dit 'n tweede keer gebruik word (of die herkoms van die replikasie herbind) en vermoed word dat fosforilering die bindingsaffiniteit van ORC vir die oorsprong verminder. Die helikase word ook gefosforileer om dit te aktiveer en dit aan te moedig om die DNA te begin afwikkel. Hierdie drie fosforileringgebeure, en vele ander wat nie hier beskryf word nie, help dus om die begin van DNA -replikasie te vergemaklik.

Die opening van die dubbelheliks deur helikase veroorsaak oorwikkeling, of supercoiling, in die DNA voor die replikasievurk. Dit word opgelos deur die optrede van topoisomerases , wat die fosfodiester-ruggraat sny om torsie-spanning vry te stel en dan die string weer saam te lig. Boonop maak die oopmaak van die heliks die DNA enkelstrengs. Om te voorkom dat die DNA -stringe hernu word voordat dit herhaal word en om hulle te beskerm teen chemiese veranderinge in hul omgewing, word proteïene genoem enkelstrengs DNA-bindende proteïene (SSB's) word met die DNA geassosieer.


14.5: DNA -replikasie in Eukariote - Biologie

Die meeste prokariotiese faktore wat tydens replikasie gebruik word, het ekwivalente wat soortgelyke rolle in eukariotiese DNA-duplisering speel.

Hierdie proses begin by 'n oorsprong van replikasie, waaraan 'n herkenningskompleks bind. Helikase word dan na die terrein aangetrek en skei die stringe DNA, wat 'n borrel met twee vurke genereer.

Primase kom ook aan en genereer RNA -primers, wat, terwyl helikase beweeg, DNA -polimerase verleng met nuwe DNA. Soos in prokariote, groei die nuutgevormde voorste string voortdurend, na die replikasievurk.

Omgekeerd word die agterblywende string in klein Okazaki-fragmente vervaardig, wat oorkant die vurk beweeg.

As gevolg van verskeie faktore, skep die DNA -sjabloon wat gebruik word om die voorste string in 1/2 van hierdie struktuur te genereer, die vertraagde string in die ander.

Interessant genoeg bestaan ​​daar verskillende oorsprong van replikasie op 'n lineêre eukaryotiese chromosoom, en replikasie eindig wanneer hul geassosieerde sfere saamsnoer. Primers word dan uitgeskakel via ensieme soos RNAse en verruil vir DNA. Daarna heg DNA-ligase enige segmente aan.

Wanneer die eind-primer egter van die agterblywende string verdwyn, bly die spasie leeg, en daar is 'n ongekopieerde stuk DNA-sjabloon wat daaraan grens. Om dit te bekamp, ​​heg 'n ensiem genaamd telomerase aan die oorhangende gebied aan en verleng dit met 'n nie-koderende DNA-volgorde.

Primase- en DNA-polimerase werk op hierdie uitgebreide gebied in, wat 'n telomeerkap skep wat teen verlies van kodende DNA van die agterblywende string tydens veelvuldige replikasies beskerm.

So eindig die eukariotiese DNA-replikasie met twee DNA-molekules, elk met 'n ouerlike en nuut gesintetiseerde string, talle herkomsreplikasies en telomere.

13.6: Replikasie in eukariote

Oorsig

In eukariotiese selle is DNA -replikasie hoogs bewaar en streng gereguleer. Meervoudige lineêre chromosome moet met hoë getrouheid gedupliseer word voor seldeling, dus is daar baie proteïene wat gespesialiseerde rolle in die replikasieproses vervul. Replikasie vind plaas in drie fases: inisiasie, verlenging en beëindiging, en eindig met twee volledige stelle chromosome in die kern.

Baie proteïene orkestreer replikasie by die oorsprong

Eukariotiese replikasie volg baie van dieselfde beginsels as prokariotiese DNA -replikasie, maar omdat die genoom baie groter is en die chromosome lineêr eerder as sirkelvormig is, benodig die proses meer proteïene en het dit 'n paar belangrike verskille. Replikasie vind gelyktydig plaas by verskeie oorsprong van replikasie langs elke chromosoom. Inisieerderproteïene herken en bind aan die oorsprong, en werf helikase om die DNA-dubbelheliks te ontspan. By elke punt van oorsprong vorm twee replikasievurke. Primase voeg dan kort RNA-inleiders by die enkelstringe DNA, wat dien as 'n beginpunt vir DNA-polimerase om te bind en die volgorde te begin kopieer. DNA kan slegs in die 5&rsquo tot 3&rsquo-rigting gesintetiseer word, dus replikasie van beide stringe vanaf 'n enkele replikasievurk gaan in twee verskillende rigtings voort. Die voorste string word voortdurend gesintetiseer, terwyl die agterblywende string in lengte 100-200 basispare in lengte gesintetiseer word, Okazaki-fragmente genoem. Sodra die grootste deel van die replikasie voltooi is, verwyder RNase -ensieme die RNA -primers en DNA -ligase verbind enige gapings in die nuwe string.

Verdeel die werk van replikasie onder polimerases

Die werklas van die kopiëring van DNA in eukariote word verdeel in verskillende tipes DNA -polimerase -ensieme. Groot families van DNA-polimerases oor alle organismes word gekategoriseer volgens die ooreenkomste van hul proteïenstrukture en aminosuurvolgorde. Die eerste gesinne wat ontdek is, is A, B, C en X genoem, met families Y en D wat later geïdentifiseer is. Familie B polimerases in eukariote sluit in Pol & alfa, wat ook funksioneer as 'n primase by die replikasie vurk, en Pol & delta en & epsilon, die ensieme wat die meeste van die DNA -replikasie verrig, onderskeidelik op die voorste en agterblywende dele van die sjabloon. Ander DNA -polimerases is verantwoordelik vir take soos die herstel van DNA -skade, die kopiëring van mitochondriale en plastied -DNA en die invul van gapings in die DNA -volgorde op die agterstand, nadat die RNA -primers verwyder is.

Telomere beskerm die punte van die chromosome teen agteruitgang

Omdat eukariotiese chromosome lineêr is, is hulle vatbaar vir agteruitgang aan die ente. Om belangrike genetiese inligting teen skade te beskerm, bevat die punte van chromosome baie nie-koderende herhalings van hoogs bewaarde G-ryke DNA: die telomere. 'N Kort enkelstrengs 3 & rsquo-oorhang aan elke kant van die chromosoom is in wisselwerking met gespesialiseerde proteïene, wat die chromosoom in die kern stabiliseer. As gevolg van die wyse waarop die sloerende draad gesintetiseer word, kan 'n klein hoeveelheid van die telomere DNA nie met elke seldeling herhaal word nie. As gevolg hiervan word die telomere geleidelik korter in die loop van baie siklusse en kan dit gemeet word as 'n merker van sellulêre veroudering. Sekere populasies van selle, soos kiemselle en stamselle, druk telomerase uit, 'n ensiem wat die telomere verleng, wat die sel toelaat om meer selsiklusse te ondergaan voordat die telomere verkort.

Garcia-Diaz, Miguel en Katarzyna Bebenek. &ldquoVeelvuldige funksies van DNA-polimerases.&rdquo Kritiese resensies in plantwetenskappe 26 (2007): 105-122. [Bron]


Telomere replikasie

In teenstelling met prokariotiese chromosome, is eukariotiese chromosome lineêr. Soos u geleer het, kan die ensiem DNA pol nukleotiede slegs in die 5 'tot 3' rigting byvoeg. In die voorste string gaan sintese voort totdat die einde van die chromosoom bereik word. Op die agterblywende string word DNA in kort stukke gesintetiseer, wat elkeen deur 'n aparte primer geïnisieer word. Wanneer die replikasievurk die einde van die lineêre chromosoom bereik, is daar geen plek vir 'n primer om die DNA -fragment aan die einde van die chromosoom te kopieer nie. Hierdie punte bly dus ongepaard, en met verloop van tyd kan hierdie punte geleidelik korter word namate selle aanhou verdeel.


Telomerase en veroudering

Selle wat seldeling ondergaan, se telomere word steeds verkort omdat die meeste somatiese selle nie telomerase maak nie. Dit beteken in wese dat telomere verkorting geassosieer word met veroudering. Met die koms van moderne medisyne, voorkomende gesondheidsorg en gesonder lewenstyl het die menslike lewensduur toegeneem, en daar is 'n toenemende vraag na mense om jonger te lyk en 'n beter lewenskwaliteit te hê namate hulle ouer word.

In 2010 het wetenskaplikes bevind dat telomerase sommige ouderdomsverwante toestande by muise kan omkeer. Dit kan potensiaal in regeneratiewe medisyne hê. 1 Telomerase-gebrekkige muise is in hierdie studies gebruik; hierdie muise het weefselatrofie, stamseluitputting, orgaanstelselversaking en verswakte reaksies op weefselbesering. Telomerase -heraktivering by hierdie muise het verlenging van telomere veroorsaak, DNA -skade verminder, neurodegenerasie omgekeer en die funksie van die testes, milt en ingewande verbeter. Telomer reaktivering kan dus die potensiaal hê om ouderdomsverwante siektes by mense te behandel.

Kanker word gekenmerk deur onbeheerde seldeling van abnormale selle. Die selle versamel mutasies, prolifereer onbeheerbaar en kan na verskillende dele van die liggaam migreer deur 'n proses wat metastase genoem word. Wetenskaplikes het waargeneem dat kankerselle telomere aansienlik verkort het en dat telomerase in hierdie selle aktief is. Interessant genoeg, eers nadat die telomere in die kankerselle verkort is, het die telomerase aktief geword. As die werking van telomerase in hierdie selle deur middels tydens kankerterapie geïnhibeer kan word, kan die kankerselle moontlik gestop word van verdere verdeling.

Verskil tussen prokariotiese en eukariotiese replikasie
Eiendom Prokariote Eukariote
Oorsprong van replikasie Enkellopend Veelvuldige
Replikasietempo 1000 nukleotiede/s 50 tot 100 nukleotiede/s
DNA polimerase tipes 5 14
Telomerase Nie hier nie Bied aan
RNA primer verwydering DNA pol I RNase H
Verlenging van die strand DNA pol III Pol δ, pol ε
Skuifklem Skuifklem PCNA


Telomerase en veroudering

Selle wat seldeling ondergaan, se telomere word steeds verkort omdat die meeste somatiese selle nie telomerase maak nie. Dit beteken in wese dat telomerekorting verband hou met veroudering. Met die koms van moderne medisyne, voorkomende gesondheidsorg en gesonder lewenstyl het die menslike lewensduur toegeneem, en daar is 'n toenemende vraag na mense om jonger te lyk en 'n beter lewenskwaliteit te hê namate hulle ouer word.

In 2010 het wetenskaplikes bevind dat telomerase sommige ouderdomsverwante toestande by muise kan omkeer. Dit kan potensiaal in regeneratiewe medisyne hê. Jaskelioff et al., "Telomerase-heraktivering keer weefseldegenerasie in bejaarde telomerase-tekorte muise om," Natuur 469 (2011): 102-7. Telomerase-tekorte muise is in hierdie studies gebruik. Hierdie muise het weefselatrofie, stamseluitputting, orgaanstelselversaking en verswakte weefselbeseringsreaksies. Telomerase -heraktivering by hierdie muise het verlenging van telomere veroorsaak, DNA -skade verminder, neurodegenerasie omgekeer en die funksie van die testes, milt en ingewande verbeter. Telomer reaktivering kan dus die potensiaal hê om ouderdomsverwante siektes by mense te behandel.

Kanker word gekenmerk deur onbeheerde seldeling van abnormale selle. Die selle versamel mutasies, prolifereer onbeheerbaar en kan na verskillende dele van die liggaam migreer deur 'n proses wat metastase genoem word. Wetenskaplikes het waargeneem dat kankerselle telomere aansienlik verkort het en dat telomerase in hierdie selle aktief is. Interessant genoeg, eers nadat die telomere in die kankerselle verkort is, het die telomerase aktief geword. As die werking van telomerase in hierdie selle deur middels tydens kankerterapie geïnhibeer kan word, kan die kankerselle moontlik gestop word van verdere verdeling.

Verskil tussen prokariotiese en eukariotiese replikasie
EiendomProkarioteEukariote
Oorsprong van replikasieEnkellopendVeelvuldige
Replikasietempo1000 nukleotiede/s50 tot 100 nukleotiede/s
DNA polimerase tipes514
TelomeraseNie hier nieBied aan
RNA primer verwyderingDNA pol IRNase H
Verlenging van die strandDNA pol IIIPol δ, pol ε
SkuifklemSkuifklemPCNA


Wat is eukariotiese DNA -replikasie?

Die replikasiegebeurtenisse by die replikasievurk is by eukariote baie dieselfde as in prokariote, behalwe dat die ensieme en proteïenfaktore verskil. Die belangrikste polimeriserende ensiem is polimerase a, (3, y, 8 & amp e.

Hierdie polimerase -ensiem is baie stadiger in vergelyking met die van prokaiyote. DNA pol III voeg ongeveer 1000 nukleotiede per sekonde by, terwyl DXA pol a ongeveer 50 nukleotiede per sekonde adverteer. Die SSB -proteïen staan ​​bekend as replikasiefaktor A in eukarioot en die topoisomerase is tipe I topoisomerase.

'N Ander groot verskil is die groot hoeveelheid DXA en die groter grootte van DXA. Eukariote het meer as een chromosome en cach -chromosoom het DXA groter as die genoom van 'n bakterie. Die totale lengte van menslike DXA van een sel is byvoorbeeld ongeveer 2 meter, terwyl die lengte van E. coli slegs l mm is. So vir groter DXA om vinnig te repliseer het eukariotiese DXA veelvuldige oorsprong en kas eukariotiese DXA is 'n veelvuldige replikon.

Die gisselchromosome het ongeveer 400 oorsprong en kas menslike DXA met ongeveer 1000 oorspronge. Stel u 'n situasie voor van 'n menslike genoom met 4xio 9 basispare wat as 'n enkele repliek herhaal kan word: dit sal 'n paar weke neem. Maar die sel siklc word binne 24 uur voltooi en vir die siklus om betyds te werk, word die DXA-replikasie by die mens in 6-8 uur S-fase voltooi. Dit word bereik as gevolg van die teenwoordigheid van verskeie oorsprong.

Tydens die S-fase van die selsiklus repliseer die DXA slegs een keer en dan verdeel die sel. Daarom word die totale totale DXA eers in S-fase verdubbel en dan ewe verdeel tussen die twee dogterselle tydens die seldeling. Dus word die DXA -vlak (en die chromosoomgetal) konstant gehou na opeenvolgende seldelings.

Die akkurate replikasie van DXA en die gelyke verspreiding daarvan tussen die dogterselle vorm die basis van die oordrag van oorerflike karakters. Enige fout in die DXA -replikasie word versorg deur die DXA -herstelmeganisme wat in die sel beskikbaar is. Verbeel jou egter 'n situasie waarin DXA nie een keer nie, maar baie keer voor 'n seldeling verdeel word. In so 'n situasie sal die totale DXA twee keer, vier keer of baie meer toeneem en die daaropvolgende seldeling sal poliploïede selle produseer (selle met meer as die normale aantal chromosome).

Dit gebeur nie, aangesien die selle 'n repliseringslisensiestelsel het. Tydens die selverdeling, in die anafase -stadium, word die oorsprong van die replikasie gelisensieer deur 'n nie -diffuseerbare repliseringslisensiëringsfaktor of RLF. Na die anafase kan geen verdere lisensiëring plaasvind as gevolg van die teenwoordigheid van kernmembraan nie.

Die RLF laat DNA toe om een ​​keer in die S-fase te repliseer en die RLF word vernietig tydens replikasie. 'N Verdere herhalingsronde sal verdere lisensiëring verg. Tensy die sel delingsiklus onderneem, kan dit nie tot anafase kom nie en kan lisensiëring van oorsprong nie plaasvind nie. Hierdie meganisme verseker dat 'n sel moet verdeel na 'n enkele ronde DNA -replikasie.


Telomere replikasie

In teenstelling met prokariotiese chromosome, is eukariotiese chromosome lineêr. Soos u geleer het, kan die ensiem DNA pol nukleotiede slegs in die 5 'tot 3' rigting byvoeg. In die voorste string gaan sintese voort totdat die einde van die chromosoom bereik word. Op die agterblywende string word DNA in kort stukke gesintetiseer, wat elkeen deur 'n aparte primer geïnisieer word. Wanneer die replikasievurk die einde van die lineêre chromosoom bereik, is daar geen plek vir 'n primer om die DNA -fragment aan die einde van die chromosoom te kopieer nie. Hierdie eindes bly dus ongepaard, en met verloop van tyd kan hierdie ente geleidelik korter word namate selle voortgaan om te verdeel.

Die punte van die lineêre chromosome staan ​​bekend as telomere, wat herhalende rye het wat geen spesifieke geen kodeer nie. Op 'n manier beskerm hierdie telomere die gene om nie verwyder te word nie, aangesien selle voortgaan om te verdeel. By mense word 'n ses basispaarreeks, TTAGGG, 100 tot 1000 keer herhaal. Die ontdekking van die ensiem telomerase (Figuur) het gehelp om te verstaan ​​hoe chromosoompunte in stand gehou word. Die telomerase-ensiem bevat 'n katalitiese deel en 'n ingeboude RNA-sjabloon. Dit word aan die einde van die chromosoom geheg, en komplimentêre basisse aan die RNA -sjabloon word by die 3' -punt van die DNA -string gevoeg. Sodra die 3'-punt van die agterblywende string-sjabloon voldoende verleng is, kan DNA-polimerase die nukleotiede komplementêr by die punte van die chromosome voeg. Die eindes van die chromosome word dus herhaal.

Die punte van lineêre chromosome word in stand gehou deur die werking van die telomerase-ensiem.

Telomerase is tipies aktief in kiemselle en volwasse stamselle. Dit is nie aktief in volwasse somatiese selle nie. Vir haar ontdekking van telomerase en die werking daarvan het Elizabeth Blackburn (Figuur) die Nobelprys vir Geneeskunde en Fisiologie in 2009 ontvang.

Elizabeth Blackburn, Nobelpryswenner in 2009, is die wetenskaplike wat ontdek het hoe telomerase werk. (krediet: Amerikaanse ambassade Swede)


Opsomming – Prokaryoties vs Eukaryotiese transkripsie

Transkripsie is die eerste stap van geenuitdrukking, wat gevolg word deur translasie. Alhoewel die transkripsiemeganisme dieselfde is in prokariote en eukariote, is daar verskeie verskille tussen hulle. Die belangrikste verskil tussen prokariotiese en eukariotiese transkripsie is dat die prokariotiese transkripsie in die sitoplasma voorkom, terwyl die eukariotiese transkripsie in die kern voorkom. Verder behels prokariotiese transkripsie slegs een RNA-polimerase, terwyl eukariotiese transkripsie drie tipes RNA-polimerase behels. Boonop is die mRNA -volgorde van prokariote polisistronies, terwyl mRNA -volgorde in eukariote monokistronies is. Nie net dat post-transkripsionele veranderinge in eukariote plaasvind nie, terwyl dit nie in prokariote voorkom nie. Dit is die opsomming van die verskil tussen prokariotiese en eukariotiese transkripsie.

Verwysing:

1. Cooper, Geoffrey M. "Transkripsie in prokariote." Huidige Neurologie- en Neurowetenskapverslae., U.S. National Library of Medicine, 1 Jan. 1970. Hier beskikbaar
2. "Eukariotiese transkripsie." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 17 Jan. 2019. Hier beskikbaar

Beeld met vergunning:

1. ”Bakteriële proteïensintese ” Deur Joan L. Slonczewski, John W. Foster – Microbiology: An Evolving Science, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. ”Eukaryotiese transkripsie ” Deur Frank Starmer (CC BY 1.0) via Commons Wikimedia