biologie i

eukaryotické genomy jsou mnohem složitější a větší než prokaryotické genomy. Lidský genom má tři miliardy párů bází na haploidní sadu chromozomů, a 6 miliardy párů bází se replikují během fáze s buněčného cyklu. Existuje více počátků replikace na eukaryotní chromozom; lidé mohou mít až 100 000 počátků replikace. Rychlost replikace je přibližně 100 nukleotidů za sekundu, mnohem pomalejší než prokaryotická replikace. V kvasinkách, což je eukaryota, se na chromozomech nacházejí speciální sekvence známé jako autonomně replikační sekvence (ARS). Ty jsou ekvivalentní původu replikace U E. coli.

počet DNA polymeráz v eukaryotách je mnohem více než prokaryot: je známo 14, z nichž je známo, že pět má hlavní roli během replikace a bylo dobře studováno. Jsou známé jako pol α, pol β, pol γ, pol δ a pol ε.

základní kroky replikace jsou stejné jako u prokaryot. Před zahájením replikace musí být DNA zpřístupněna jako šablona. Eukaryotická DNA je vázána na základní proteiny známé jako histony za vzniku struktur zvaných nukleosomy. Chromatin (komplex mezi DNA a proteiny) může projít některými chemickými modifikacemi, takže DNA může být schopna sklouznout z proteinů nebo být přístupná enzymům replikačního stroje DNA. Na počátku replikace je vytvořen pre-replikační komplex s jinými iniciátorovými proteiny. Další proteiny se pak rekrutují, aby zahájily proces replikace (tabulka).

helikáza využívající energii z hydrolýzy ATP otevírá šroubovice DNA. Replikační vidlice se vytvářejí při každém původu replikace, když se DNA odvíjí. Otevření dvojité šroubovice způsobuje nadměrné navíjení nebo supercoiling v DNA před replikační vidličkou. Ty jsou vyřešeny působením topoizomeráz. Primery jsou tvořeny enzymovou primázou a pomocí primeru může DNA pol zahájit syntézu. Zatímco vedoucí řetězec je kontinuálně syntetizován enzymem pol δ, zaostávající řetězec je syntetizován pol ε. Kluzná svorka protein známý jako PCNA (proliferující buněčný jaderný Antigen) drží DNA pol na svém místě, takže se nesklouzne z DNA. Rnáza H odstraňuje primer RNA, který je pak nahrazen nukleotidy DNA. Fragmenty Okazaki v zaostávajícím řetězci jsou spojeny po nahrazení primerů RNA DNA. Zbývající mezery jsou utěsněny dna ligázou, která tvoří fosfodiesterovou vazbu.

Na rozdíl od prokaryotických chromozomů jsou eukaryotické chromozomy lineární. Jak jste se dozvěděli, enzym DNA pol může přidávat nukleotidy pouze ve směru 5′ až 3′. V předním řetězci pokračuje syntéza až do dosažení konce chromozomu. Na zaostávajícím řetězci je DNA syntetizována v krátkých úsecích, z nichž každá je iniciována samostatným primerem. Když replikační vidlice dosáhne konce lineárních chromozomů, tam není místo pro primer pro DNA fragment, které mají být zkopírovány na konci chromozomu. Tyto konce tak zůstávají nepárové a postupem času se tyto konce mohou postupně zkracovat, jak se buňky dále dělí.

konce lineárních chromozomů jsou známé jako telomery, které mají opakující se sekvence, které kódují žádný konkrétní gen. Svým způsobem tyto telomery chrání geny před odstraněním, jak se buňky dále dělí. U lidí se sekvence šesti základních párů, TTAGGG, opakuje 100 až 1000krát. Objev enzymu telomerázy (obrázek) pomohl pochopit, jak jsou udržovány konce chromozomů. Enzym telomerázy obsahuje katalytickou část a vestavěnou RNA šablonu. Váže se na konec chromozomu a na 3′ konci řetězce DNA se přidávají komplementární báze k šabloně RNA. Jednou na 3′ konci zaostávající strand šablona je dostatečně protáhlá, DNA polymeráza může přidávat nukleotidy komplementární ke koncům chromozomů. Tak jsou replikovány konce chromozomů.

telomeráza je typicky aktivní v zárodečných buňkách a dospělých kmenových buňkách. Není aktivní v dospělých somatických buňkách. Za objev telomerázy a její působení získala Elizabeth Blackburn (obrázek) Nobelovu cenu za medicínu a fyziologii v roce 2009.

Telomerázy a Stárnutí

Buňky, které podstupují dělení buněk pokračovat, aby se jejich telomery zkrátí, protože většina somatických buněk nedělají telomerázy. To v podstatě znamená, že zkrácení telomer je spojeno se stárnutím. S příchodem moderní medicíny, preventivní zdravotní péče, zdravější životní styl, lidského života se zvýšila, a tam je rostoucí poptávka pro lidi, aby vypadat mladší a mají lepší kvalitu života, jak rostou starší.

v roce 2010 vědci zjistili, že telomeráza může zvrátit některé stavy související s věkem u myší. To může mít potenciál v regenerativní medicíně.1 v těchto studiích byly použity myši s deficitem telomerázy; tyto myši mají tkáňovou atrofii, depleci kmenových buněk, selhání orgánového systému a zhoršenou odpověď na poškození tkáně. Reaktivace telomerázy u těchto myší způsobila rozšíření telomer, snížené poškození DNA, obrácenou neurodegeneraci a zlepšila funkci varlat, sleziny a střev. Reaktivace telomer tedy může mít potenciál pro léčbu nemocí souvisejících s věkem u lidí.

rakovina je charakterizována nekontrolovaným buněčným dělením abnormálních buněk. Buňky akumulují mutace, nekontrolovatelně proliferují a mohou migrovat do různých částí těla procesem zvaným metastázy. Vědci zjistili, že rakovinné buňky výrazně zkrátily telomery a že telomeráza je v těchto buňkách aktivní. Zajímavé je, že až po zkrácení telomer v rakovinných buňkách se telomeráza stala aktivní. Pokud může být účinek telomerázy v těchto buňkách inhibován léky během léčby rakoviny, pak by rakovinné buňky mohly být potenciálně zastaveny z dalšího dělení.

Difference between Prokaryotic and Eukaryotic Replication
Property	Prokaryotes	Eukaryotes
Origin of replication	Single	Multiple
Rate of replication	1000 nucleotides/s	50 to 100 nucleotides/s
DNA polymerase types	5	14
Telomerase	Not present	Present
RNA primer odstranění	DNA pol I	RNase H
Strand prodloužení	DNA pol III	Pol δ, pol ε
Posuvná objímka	Posuvná objímka	PCNA

Oddíl Shrnutí

Replikace u eukaryot začíná na více počátků replikace. Mechanismus je velmi podobný prokaryotům. K zahájení syntézy je nutný primer, který je poté rozšířen o DNA polymerázu, protože přidává nukleotidy jeden po druhém do rostoucího řetězce. Vedoucí řetězec je syntetizován kontinuálně, zatímco zaostávající řetězec je syntetizován v krátkých úsecích nazývaných fragmenty Okazaki. RNA primery jsou nahrazeny DNA nukleotidy, DNA zůstává jeden souvislý pramen spojením fragmentů DNA s DNA ligázy. Konce chromozomů představují problém, protože polymeráza je nemůže prodloužit bez primeru. Telomeráza, enzym s vestavěnou RNA šablonou, prodlužuje konce kopírováním šablony RNA a prodloužením jednoho konce chromozomu. DNA polymeráza pak může rozšířit DNA pomocí primeru. Tímto způsobem jsou chráněny konce chromozomů.

kontrolní Otázky

Zdarma Reakci