Back to chapter

13.6:

Replicatie in Eukaryoten

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Replication in Eukaryotes

Languages

Share

– [Instructeur] De meeste prokaryotische factoren benut tijdens replicatie hebben equivalenten die vergelijkbare rollen spelen in eurkaryotische DNA duplicatie. Dit proces initieert bij het begin van replicatie aan welke een herkenningscomplex bindt. Helicase is dan aangetrokken aan de locatie en scheidt de DNA strengen door een bubbel te genereren met twee vorken. Primase komt ook en genereert RNA primers welke, terwijl helicase verder beweegt, de DNA polymerase verlengt met nieuw DNA. Net als in prokaryoten, de nieuw gevormde leidende streng groeit continu door de nieuwe replicatie vork te volgen. Daarentegen wordt de achterblijvende streng gevormd in kleine Okazaki fragmenten in de tegenovergestelde vork. Door meerdere factoren, wordt het DNA model gebruikt om de leidende streng in een helft van deze structuur te genereren gebruikt om de achtergebleven streng in de ander te creëren. Interessant is dat er verschillende replicatie herkomsten bestaan op een lineair eukaryotisch chromosoom, en replicatie eindigt wanneer hun geassocieerde gebieden samensmelten. Primers worden dan geëlimineerd via enzymen zoals RNAse en uitgewisseld voor DNA. Daarna bevestigt DNA ligase zich aan de segmenten. Alhoewel, wanneer de eind primer verdwijnt van de achterblijvende streng, blijft de ruimte leeg en is er een ongekopieerde strook van het DNA model aangrenzend. Om dit tegen te gaan, wordt een enzym genaamd telomerase aan de overhangende regio vastgehecht en verlengt het met een niet-coderende DNA sequentie. Primase en DNA polymerase handelen deze verlengde regio en creëren een telomeer kap die beschermt tegen het verlies van coderend DNA van de achterblijvende streng tijdens meerdere replicaties. Dus eindigt eurkaryotische DNA replicatie met twee DNA moleculen, elk met een ouderlijke en nieuw gesynthetiseerde streng, meerdere herkomsten van replicatie, en telomeren.

13.6:

Replicatie in Eukaryoten

Overzicht

In eukaryotische cellen is DNA-replicatie sterk geconserveerd en strak gereguleerd. Meerdere lineaire chromosomen moeten zorgvuldig worden gedupliceerd voordat de celdeling plaatsvindt, dus er zijn veel eiwitten die gespecialiseerde rollen vervullen in het replicatieproces. Replicatie vindt plaats in drie fasen: initiatie, verlenging en beëindiging, en eindigt met twee complete sets chromosomen in de kern.

Veel eiwitten orkestreren replicatie bij de oorsprong

Eukaryote replicatie volgt veel van dezelfde principes als prokaryote DNA-replicatie, maar omdat het genoom veel groter is en de chromosomen lineair in plaats van circulair zijn, vereist het proces meer eiwitten en zijn er een paar belangrijke verschillen. Replicatie vindt gelijktijdig plaats op meerdere replicatieplaatsen langs elk chromosoom. Initiator-eiwitten herkennen en binden zich aan de oorsprong en rekruteren helicase om de dubbele DNA-helix af te wikkelen. Op elk punt van oorsprong vormen zich twee replicatievorken. Primase bindt vervolgens korte RNA-primers aan de enkele DNA-strengen, die als een startpunt voor DNA-polymerase dienen zodat ze de sequentie kunnen kopiëren. DNA kan alleen worden gesynthetiseerd in de 5'- naar 3'-richting, dus replicatie van beide strengen van een enkele replicatievork verloopt in twee verschillende richtingen. De leidende streng wordt continu gesynthetiseerd, terwijl de achterblijvende streng wordt gesynthetiseerd in korte stukken met een lengte van 100-200 basenparen, genaamd Okazaki-fragmenten. Zodra het grootste deel van de replicatie is voltooid, verwijderen RNase-enzymen de RNA-primers en voegt DNA-ligase de fragmenten samen in een nieuwe streng.

Het replicatiewerk is verdeeld over polymerasen

De werklast van het kopiëren van DNA in eukaryoten is verdeeld over meerdere verschillende soorten DNA-polymerase-enzymen. Grote families van DNA-polymerasen in alle organismen worden gecategoriseerd door de gelijkenis van hun eiwitstructuren en aminozuursequenties. De eerste families die werden ontdekt, werden A, B, C en X genoemd, en de families Y en D werden later geïdentificeerd. Tot de B-polymerasen familie in eukaryoten behoren Pol α, dat ook fungeert als een primase bij de replicatievork, en Pol δ en ε, de enzymen die het meeste werk doen van DNA-replicatie op respectievelijk de leidende en de achterblijvende strengen. Andere DNA-polymerasen zijn verantwoordelijk voor het repareren van DNA-schade, het kopiëren van mitochondriaal en plastide-DNA en het opvullen van gaten in de DNA-sequentie op de achterblijvende streng nadat de RNA-primers zijn verwijderd.

Telomeren beschermen de uiteinden van de chromosomen tegen afbraak

Omdat eukaryote chromosomen lineair zijn, zijn ze vatbaar voor afbraak aan de uiteinden. Om belangrijke genetische informatie tegen beschadiging te beschermen, bevatten de uiteinden van chromosomen veel niet-coderende herhalingen van sterk geconserveerd G-rijk DNA: de telomeren. Een kort enkelstrengig DNA dat zich aan elk uiteinde van het chromosoom bevindt en interageert met gespecialiseerde eiwitten, die het chromosoom in de kern stabiliseren. Een kleine hoeveelheid van het telomere DNA kan niet bij elke celdeling worden gerepliceerd. Hierdoor worden de telomeren bij elke celcyclus een stukje korter. De geleidelijk korter wordende telemeren zijn een marker van cellulaire veroudering. Bepaalde celpopulaties, zoals kiemcellen en stamcellen, brengen telomerase tot expressie, een enzym dat de telomeren verlengt, waardoor de cel meer celcycli kan ondergaan voordat de telomeren korter worden.

Suggested Reading

Garcia-Diaz, Miguel, and Katarzyna Bebenek. “Multiple functions of DNA polymerases.” Critical Reviews in Plant Sciences 26 (2007): 105-122. [Source]