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13.5: 원핵 생물에서의 복제
목차

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Biology

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Education
Replication in Prokaryotes
 
전사물

13.5: Replication in Prokaryotes

13.5: 원핵 생물에서의 복제

Overview

DNA replication has three main steps: initiation, elongation, and termination. Replication in prokaryotes begins when initiator proteins bind to the single origin of replication (ori) on the cell’s circular chromosome. Replication then proceeds around the entire circle of the chromosome in each direction from two replication forks, resulting in two DNA molecules.

Many Proteins Work Together to Replicate the Chromosome

Replication is coordinated and carried out by a host of specialized proteins. Topoisomerase breaks one side of the double-stranded DNA phosphate-sugar backbone, allowing the DNA helix to unwind more rapidly, while helicase breaks the bonds between base pairs at the fork, separating the DNA into two template strands. Proteins that bind single-stranded DNA molecules stabilize the strands as the replication fork travels along the chromosome. DNA can only be synthesized in the 5’ to 3’ direction, so one strand of the template—the leading strand—is elongated continuously, while the other strand—the lagging strand—is synthesized in shorter pieces of 1000-2000 base pairs called Okazaki fragments.

Multiple Polymerases Take Part in Elongation

Much of the research to understand prokaryotic DNA replication has been performed in the bacterium Escherichia coli, a commonly-used model organism. E. coli has 5 DNA polymerases: Pol I, II, III, IV, and V. Pol III is responsible for the majority of DNA replication. It can polymerize about 1,000 base pairs per second. This astonishing pace allows the machinery present at the two replication forks to duplicate the E. coli chromosome—4.6 million base pairs—in roughly 40 minutes. DNA polymerase I is also well-characterized; its primary role is to remove the RNA primers from the start of Okazaki fragments on the lagging strand.

When Division Outpaces Duplication

Under favorable growth conditions, E. coli will divide every 20 minutes, about half the amount of time that it takes to replicate the genome. How is this possible when both daughter cells must have their own DNA? Scientists found that the bacteria can begin another round of DNA replication from the origin of replication before the first round is complete; this means that daughter cells receive a chromosome that is already in the process of being copied and are prepared to divide again very quickly.

개요

DNA 복제에는 개시, 신장 및 종료의 세 가지 주요 단계가 있습니다. 프로카요테의 복제는 개시자 단백질이 세포의 원형 염색체에 복제(ori)의 단일 기원에 결합할 때 시작됩니다. 복제는 두 개의 복제 포크에서 각 방향으로 염색체의 전체 원 주위에 진행되어 두 개의 DNA 분자가 발생합니다.

염색체를 복제하기 위해 많은 단백질이 함께 작동합니다.

복제는 다양한 전문 단백질에 의해 조정되고 수행됩니다. 토포이소머라제는 이중 가닥 DNA 인산염-설탕 백본의 한쪽을 깨고 DNA 나선이 더 빠르게 풀수 있게 하고, 헬리콥터는 포크의 기본 쌍 사이의 결합을 깨고 DNA를 두 템플릿 가닥으로 분리합니다. 복제 포크가 염색체를 따라 이동함에 따라 단일 좌초 DNA 분자를 결합하는 단백질은 가닥을 안정시합니다. DNA는 5'에서 3' 방향으로만 합성될 수 있으므로, 주요 가닥인 템플릿의 한 가닥은 지속적으로 길어지고, 다른 가닥인 뒤쳐지는 가닥은 오카자키 파편이라고 불리는 1000-2000개의 기본 쌍의 짧은 조각으로 합성됩니다.

다중 폴리머라제는 신장에 참여

원생 DNA 복제를 이해하는 연구의 대부분은 박테리아 에체리치아 대장균에서수행되었습니다, 일반적으로 사용되는 모델 유기체. 대장균은 5DNA 폴리머라아제: Pol I, II, III, IV 및 V. Pol III는 DNA 복제의 대부분을 담당합니다. 초당 약 1,000개의 염기 쌍을 중합할 수 있습니다. 이 놀라운 속도는 두 복제 포크에 존재하는 기계가 대장균 염색체 인 460 만 개의 기본 쌍을 약 40 분 안에 복제 할 수 있게합니다. DNA 중합체 I도 잘 특징이다; 그것의 주요 역할은 뒤떨어지는 가닥에 오카자키 파편의 시작에서 RNA 프라이머를 제거하는 것입니다.

분할이 중복을 능가할 때

유리한 성장 조건하에서, 대장균은 게놈을 복제하는 데 걸리는 시간의 약 절반인 20분마다 분할됩니다. 두 딸 세포가 자신의 DNA를 가져야 할 때 어떻게 이것이 가능합니까? 과학자들은 박테리아가 첫 번째 라운드가 완료되기 전에 복제의 기원에서 DNA 복제의 또 다른 라운드를 시작할 수 있음을 발견; 이것은 딸 세포가 복사되는 과정에 이미 있고 아주 빨리 다시 분할할 준비가 된 염색체를 수신한다는 것을 의미합니다.

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