Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

13.6: Ökaryotlarda Replikasyon
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Replication in Eukaryotes
 
TRANSCRIPT

13.6: Replication in Eukaryotes

13.6: Ökaryotlarda Replikasyon

Overview

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’ to 3’ 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 α, which also functions as a primase at the replication fork, and Pol δ and ε, 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’ 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.

Genel bakış

Ökaryotik hücrelerde DNA replikasyonu son derece korunmuş ve sıkı bir şekilde düzenlenmiştir. Çoklu doğrusal kromozomlar hücre bölünmesiönce yüksek sadakat ile çoğaltılmalıdır, bu yüzden çoğaltma sürecinde özel rolleri doldurmak birçok protein vardır. Çoğaltma üç aşamada gerçekleşir: inisiyasyon, uzama, ve sonlandırma, ve çekirdekkromozomların iki tam kümesi ile sona erer.

Birçok Protein In Origin'de Çoğaltma Yıpranma

Ökaryotik replikasyon prokaryotik DNA replikasyonu ile aynı prensipleri takip eder, ancak genom çok daha büyük olduğundan ve kromozomlar dairesel yerine doğrusal olduğundan, süreç daha fazla protein gerektirir ve birkaç temel farka sahiptir. Çoğaltma aynı anda her kromozom boyunca çoğaltma birden fazla kökende oluşur. Başlatıcı proteinler tanımak ve kökenine bağlamak, DNA çift sarlis gevşetmek için helicase işe. Her başlangıç noktasında, iki çoğaltma çatalı oluşur. Primaz daha sonra DNA'nın tek iplikçiklerine kısa RNA astarları ekler, bu da DNA polimerazının bağlanması ve diziyi kopyalamaya başlaması için bir başlangıç noktası görevi gören. DNA sadece 5' ile 3' yönünde sentezlenebilir, bu nedenle her iki iplikçik tek bir çoğaltma çatalından iki farklı yönde ilerler. Önde gelen iplikçik sürekli olarak sentezlenirken, geri kalan iplikçik okazaki parçaları olarak adlandırılan 100-200 baz çiftinin uzunluğu nun kısa uzaması halinde sentezlenir. Replikasyonun büyük bir kısmı tamamlandıktan sonra, RNa enzimleri RNA astarlarını çıkarır ve DNA ligaz yeni iplikçikteki boşlukları birleştirir.

Replikasyon Çalışmalarının Polimerazlar Arasında Bölünmesi

Ökaryotlarda DNA kopyalamaiş iş yükü DNA polimeraz enzimlerinin birden fazla farklı türleri arasında bölünmüştür. Tüm organizmalararasında DNA polimerazların başlıca aileleri protein yapıları ve amino asit dizilerinin benzerliği ile sınıflandırılır. Keşfedilen ilk aileler A, B, C ve X olarak adlandırLanırken, daha sonra Y ve D aileleri belirlendi. Ökaryotlardaki Aile B polimerazları arasında, çoğaltma çatalında primaz işlevi de gören Pol α ve şablonun önde gelen ve geri kalmış iplikçiklerinde DNA replikasyonunun çoğunu yapan enzimler olan Pol δ ve ε yer alır. Diğer DNA polimerazlar, DNA hasarının onarılması, mitokondriyal ve plastid DNA'nın kopyalanması ve RNA astarları çıkarıldıktan sonra gecikme lisenin dna dizisindeki boşlukların doldurulması gibi görevlerden sorumludur.

Telomerler Kromozomların Uçlarını Bozulmadan Korur

Ökaryotik kromozomlar doğrusal olduğundan uçlarında bozulmaya karşı hassastırlar. Önemli genetik bilgileri hasardan korumak için kromozomların uçları, yüksek oranda korunmuş G-zengini DNA'nın kodlamayan birçok tekrarını içerir: telomerler. Kromozomun her iki ucundaki tek iplikli 3' çıkıntı, çekirdeğin içindeki kromozomu stabilize eden özel proteinlerle etkileşime girmektedir. Gecikmeli iplikçik sentezlenir şekilde nedeniyle, telomerik DNA küçük bir miktar her hücre bölünmesi ile çoğaltılamaz. Sonuç olarak, telomerler yavaş yavaş birçok hücre döngüsü boyunca kısa olsun ve hücresel yaşlanma nın bir belirteç olarak ölçülebilir. Mikrop hücreleri ve kök hücreler gibi bazı hücre popülasyonları telomerazı ifade eder, telomerleri uzatan bir enzimdir, telomerler kısalmadan önce hücrenin daha fazla hücre döngüsüne geçmesine izin verir.


Suggested Reading

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

Waiting X
simple hit counter