biologia i

eukaryoottiset genomit ovat paljon monimutkaisempia ja kooltaan suurempia kuin prokaryoottiset genomit. Ihmisen genomissa on kolme miljardia emäsparia haploidista kromosomijoukkoa kohti, ja solusyklin s-vaiheen aikana replikoituu 6 miljardia emäsparia. Eukaryoottisessa kromosomissa on useita replikaation alkulähteitä; ihmisillä voi olla jopa 100 000 replikaation alkulähdettä. Replikaatio on noin 100 nukleotidia sekunnissa, mikä on paljon hitaampaa kuin prokaryoottinen replikaatio. Hiiva, joka on eukaryootti, erityisiä sekvenssejä tunnetaan autonomisesti Replikoivat sekvenssit (ARS) löytyy kromosomeissa. Nämä vastaavat E. coli-bakteerin replikaation alkuperää.

eukaryoottien DNA-polymeraaseja on paljon enemmän kuin prokaryootteja: niitä tunnetaan 14, joista viidellä tiedetään olevan replikaation aikana päärooli ja niitä on tutkittu hyvin. Ne tunnetaan nimillä pol α, pol β, Pol γ, pol δ ja Pol ε.

replikaation olennaiset vaiheet ovat samat kuin prokaryooteissa. Ennen kuin replikaatio voi alkaa, DNA on saatava käyttöön mallina. Eukaryoottinen DNA sitoutuu histoneiksi kutsuttuihin perusproteiineihin muodostaen nukleosomeiksi kutsuttuja rakenteita. Kromatiini (DNA: n ja proteiinien välinen kompleksi) voi käydä läpi joitakin kemiallisia muutoksia, niin että DNA voi liukua pois proteiineista tai olla DNA: n replikointikoneiden entsyymien käytettävissä. Replikaation syntyvaiheessa tehdään esireplikaatiokompleksi muiden initiaattoriproteiinien kanssa. Tämän jälkeen värvätään muita proteiineja replikaatioprosessin aloittamiseksi (taulukko).

ATP: n hydrolyysin energiaa käyttävä helikaasi avaa DNA-heliksin. Replikaatiohaarukat muodostuvat jokaisella replikaatioperusteella DNA: n purkautuessa. Kaksoiskierteen avautuminen aiheuttaa DNA: ssa ylikierroksia eli superkiiltoa replikaatiohaarukan edellä. Nämä ratkeavat topoisomeraasien vaikutuksesta. Primerit muodostuvat primaasientsyymin avulla, ja primerin avulla DNA pol voi aloittaa synteesin. Siinä missä johtava juoste syntetisoidaan jatkuvasti Pol δ-entsyymin avulla, lagging-juoste syntetisoidaan Pol ε: n avulla. Liukuva puristusproteiini, joka tunnetaan nimellä PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen), pitää DNA pol: n paikallaan niin, ettei se liuku pois DNA: sta. RNaasi H poistaa RNA-primerin, joka sitten korvautuu DNA-nukleotideilla. Viivyttelevän juosteen Okazakin fragmentit yhdistyvät toisiinsa RNA-alkulohkojen korvauduttua DNA: lla. Jäljelle jääneet aukot suljetaan DNA-ligaasilla, joka muodostaa fosfodiesterisidoksen.

toisin kuin prokaryoottiset kromosomit, eukaryoottiset kromosomit ovat lineaarisia. DNA pol-entsyymi voi lisätä nukleotideja vain 5 – 3 suuntaan. Johtavassa juosteessa synteesi jatkuu, kunnes kromosomin pää on saavutettu. Viiveellä syntyvässä juosteessa DNA: ta syntetisoidaan lyhyissä pätkissä, joista jokainen aloitetaan erillisellä alukkeella. Kun replikaatiohaarukka saavuttaa lineaarisen kromosomin pään, ei ole sijaa sille, että DNA-fragmentti kopioitaisiin kromosomin päähän. Nämä päät pysyvät siten parittomina,ja ajan mittaan nämä päät voivat vähitellen lyhentyä, kun solut jatkavat jakautumistaan.

lineaaristen kromosomien päitä kutsutaan telomeereiksi, joissa on toistuvia sekvenssejä, jotka koodaavat mitään tiettyä geeniä. Tavallaan nämä telomeerit suojaavat geenejä poistumasta solujen jakautuessa edelleen. Ihmisillä kuuden emäsparin sarja, TTAGGG, toistetaan 100-1000 kertaa. Telomeraasientsyymin (Kuva) keksiminen auttoi ymmärtämään, miten kromosomipäät säilyvät. Telomeraasientsyymi sisältää katalyyttisen osan ja sisäänrakennetun RNA-mallin. Se kiinnittyy kromosomin päähän, ja DNA-juosteen 3′ – päähän lisätään RNA-sapluunaa täydentävät emäkset. Kun viiveellä olevan juosteen 3 ’ – pää on riittävän pitkänomainen, DNA-polymeraasi voi lisätä kromosomien päitä täydentäviä nukleotideja. Näin kromosomien päät monistuvat.

telomeraasi on tyypillisesti aktiivinen sukusoluissa ja aikuisten kantasoluissa. Se ei ole aktiivinen aikuisten somaattisissa soluissa. Telomeraasin löytämisestä ja sen toiminnasta Elizabeth Blackburn (Kuvassa) sai Nobelin lääketieteen ja fysiologian palkinnon vuonna 2009.

telomeraasi ja vanheneminen

solunjakautumisen läpikäyvien solujen telomeerit lyhenevät edelleen, koska useimmat somaattiset solut eivät muodosta telomeraasia. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että telomeerien lyhentyminen liittyy ikääntymiseen. Nykyaikaisen lääketieteen, ennaltaehkäisevän terveydenhuollon ja terveellisempien elämäntapojen myötä ihmisen elinikä on kasvanut, ja yhä useammat ihmiset haluavat näyttää nuoremmilta ja saada paremman elämänlaadun ikääntyessään.

vuonna 2010 tutkijat havaitsivat, että telomeraasi voi kumota hiirillä joitakin ikään liittyviä tiloja. Tällä voi olla potentiaalia regeneratiivisessa lääketieteessä.1 näissä tutkimuksissa käytettiin telomeraasi-puutteellisia hiiriä; näillä hiirillä on kudoksen surkastumista, kantasolujen ehtymistä, elinjärjestelmän vajaatoimintaa ja heikentyneitä kudosvauriovasteita. Telomeraasin uudelleenaktivoituminen näillä hiirillä aiheutti telomeerien laajenemista, vähensi DNA-vaurioita, käänsi neurodegeneraation päinvastaiseksi ja paransi kivesten, pernan ja suoliston toimintaa. Näin ollen telomeerin uudelleenaktivoitumisella voi olla potentiaalia ikääntymiseen liittyvien sairauksien hoitoon ihmisillä.

syövälle on ominaista epänormaalien solujen hallitsematon solunjakautuminen. Solut keräävät mutaatioita, lisääntyvät hallitsemattomasti ja voivat siirtyä kehon eri osiin etäpesäkkeeksi kutsutun prosessin kautta. Tutkijat ovat havainneet, että syöpäsolut ovat lyhentäneet telomeerejä huomattavasti ja että telomeraasi on näissä soluissa aktiivinen. Mielenkiintoista on, että vasta kun telomeerit olivat lyhentyneet syöpäsoluissa, telomeraasi aktivoitui. Jos telomeraasin toimintaa näissä soluissa voidaan estää lääkkeillä syöpähoidon aikana, syöpäsolut voidaan mahdollisesti pysäyttää jakautumasta edelleen.

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 pohjamaalin poisto	DNA pol I	RNaasi H
juosteen venymä	DNA pol III	Pol δ, pol ε
Liukupuristin	LIUKUPURISTIN	PCNA

sektion Yhteenveto

replikointi eukaryooteissa alkaa monesta replikaation alkuperästä. Mekanismi on melko samanlainen kuin prokaryooteilla. Synteesin aloittamiseen tarvitaan aluke, jota DNA-polymeraasi sitten laajentaa, kun se lisää nukleotideja yksi kerrallaan kasvavaan ketjuun. Johtavaa juostetta syntetisoidaan jatkuvasti, kun taas lagging-juostetta syntetisoidaan lyhyissä jaksoissa, joita kutsutaan Okazaki-fragmenteiksi. RNA-alukkeet korvautuvat DNA-nukleotideilla; DNA pysyy yhtenä jatkuvana juosteena liittämällä DNA-fragmentit DNA-ligaasiin. Kromosomien päät aiheuttavat ongelman, sillä polymeraasi ei kykene pidentämään niitä ilman pohjamaalia. Telomeraasi, entsyymi, jossa on sisäänrakennettu RNA-malli, Laajentaa päitä kopioimalla RNA-mallin ja laajentamalla kromosomin toista päätä. DNA-polymeraasi voi sitten laajentaa DNA: ta pohjamaalin avulla. Tällä tavoin kromosomien päät suojataan.

Kertauskysymykset