Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

13.5: Replicatie in Prokaryoten
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Replication in Prokaryotes
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

13.5: Replication in Prokaryotes

13.5: Replicatie in Prokaryoten

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.

Overzicht

DNA-replicatie heeft drie hoofdstappen: initiatie, verlenging en beëindiging. Replicatie in prokaryoten begint wanneer initiator-eiwitten binden aan de enkele oorsprong van replicatie (ori) op het circulaire chromosoom van de cel. Replicatie verloopt dan rond de hele cirkel van het chromosoom in elke richting vanaf twee replicatievorken, wat resulteert in twee DNA-moleculen.

Veel eiwitten werken samen om het chromosoom te repliceren

Replicatie wordt gecoördineerd en uitgevoerd door een groot aantal gespecialiseerde eiwitten. Topoisomerase breekt één kant van de dubbelstrengs DNA-fosfaat-suiker-ruggengraat, waardoor de DNA-helix sneller kan afwikkelen, terwijl helicase de bindingen tussen basenparen bij de vork verbreekt, waardoor het DNA in twee sjabloonstrengen wordt gescheiden. Eiwitten die enkelstrengs DNA-moleculen binden, stabiliseren de strengen terwijl de replicatievork langs het chromosoom reist. DNA kan alleen in de 5 'naar 3' richting worden gesynthetiseerd, dus één streng van de template - de leidende streng - is continu langwerpig, terwijl de andere streng - de achterblijvende streng - wordt gesynthetiseerd in kortere stukken van 1000-2000 basenparen, Okazaki-fragmenten genaamd.

Meerdere polymerasen nemen deel aan verlenging

Veel van het onderzoek om prokaryotische DNA-replicatie te begrijpen, is uitgevoerd in de bacterie Escherichia coli , een veelgebruikt modelorganisme. E. coli heeft 5 DNA-polymerasen: Pol I, II, III, IV en V. Pol III is verantwoordelijk voor het grootste deel van de DNA-replicatie. Het kan ongeveer 1.000 basenparen per seconde polymeriseren. Door deze verbazingwekkende snelheid kan de machine die aanwezig is bij de twee replicatievorken het E. coli- chromosoom - 4,6 miljoen basenparen - dupliceren in ongeveer 40 minuten. DNA-polymerase I is ook goed gekarakteriseerd; zijn primaire rol is het verwijderen van de RNA-primers vanaf het begin van Okazaki-fragmenten op de achterblijvende streng.

Wanneer de verdeling de duplicatie overtreft

Onder favoBij stabiele groeiomstandigheden zal E. coli zich elke 20 minuten delen, ongeveer de helft van de tijd die nodig is om het genoom te repliceren. Hoe is dit mogelijk als beide dochtercellen hun eigen DNA moeten hebben? Wetenschappers ontdekten dat de bacteriën een nieuwe ronde van DNA-replicatie kunnen beginnen vanaf de oorsprong van replicatie voordat de eerste ronde is voltooid; dit betekent dat dochtercellen een chromosoom krijgen dat al gekopieerd wordt en bereid zijn om zeer snel weer te delen.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter