Biológia i

Az eukarióta genomok sokkal összetettebbek és nagyobbak, mint a prokarióta genomok. Az emberi genomnak három milliárd bázispárja van haploid kromoszómakészletenként, és 6 milliárd bázispár replikálódik a sejtciklus s fázisában. Az eukarióta kromoszómán a replikációnak több eredete van; az embereknek akár 100 000 replikációs eredete is lehet. A replikáció sebessége körülbelül 100 nukleotid másodpercenként, sokkal lassabb, mint a prokarióta replikáció. Az élesztőben, amely eukarióta, a kromoszómákon megtalálhatók az autonóm módon replikáló szekvenciák (ARS) néven ismert speciális szekvenciák. Ezek egyenértékűek az E. coli replikációjának eredetével.

az eukariótákban a DNS-polimerázok száma sokkal több, mint a prokariótáké: 14 ismert, amelyek közül ötnek fontos szerepe van a replikáció során, és jól tanulmányozták. Ezek a következők: Pol (Pol), Pol (Pol), Pol (Pol), Pol (Pol), és Pol (Pol).

a replikáció alapvető lépései ugyanazok, mint a prokariótákban. A replikáció megkezdése előtt a DNS-t sablonként elérhetővé kell tenni. Az eukarióta DNS a hisztonok néven ismert alapvető fehérjékhez kötődik, hogy nukleoszómáknak nevezett struktúrákat képezzen. A kromatin (a DNS és a fehérjék közötti komplex) bizonyos kémiai módosításokon megy keresztül, így a DNS képes lehet lecsúszni a fehérjékről, vagy hozzáférhet a DNS-replikációs gép enzimjeihez. A replikáció eredetén egy pre-replikációs komplexet készítenek más iniciátor fehérjékkel. Ezután más fehérjéket toboroznak a replikációs folyamat elindításához (táblázat).

az ATP-hidrolízisből származó energiát használó helikáz megnyitja a DNS-hélixet. A replikációs villák minden replikációs eredetnél kialakulnak, amikor a DNS feloldódik. A kettős hélix kinyílása a DNS-ben a replikációs villa előtt túlcsévélést vagy túlcsordulást okoz. Ezeket a topoizomerázok hatására oldják meg. A primereket a primáz enzim képezi, és a primer felhasználásával a DNS pol elkezdheti a szintézist. Míg a vezető szál folyamatosan szintetizálódik az enzim által Pol antioxidánsok, a lemaradó szál szintetizálódik pol inhibitorok. A pcns (proliferáló sejtmag antigén) néven ismert csúszó szorító fehérje a helyén tartja a DNS pol-t, így nem csúszik le a DNS-ről. Az RNáz H eltávolítja az RNS primert, amelyet ezután DNS-nukleotidokkal helyettesítenek. A lemaradó szálban lévő Okazaki fragmensek összekapcsolódnak az RNS primerek DNS-sel való helyettesítése után. A fennmaradó réseket DNS-ligáz zárja le, amely a foszfodiészter kötést képezi.

a prokarióta kromoszómákkal ellentétben az eukarióta kromoszómák lineárisak. Mint megtudtuk, a DNS Pol enzim csak 5′ – 3′ irányban adhat hozzá nukleotidokat. A vezető szálban a szintézis a kromoszóma végének eléréséig folytatódik. A lemaradó szálon a DNS-t rövid szakaszokban szintetizálják, amelyek mindegyikét külön primer indítja el. Amikor a replikációs villa eléri a lineáris kromoszóma végét, nincs helye alapozónak a DNS-fragmens másolásához a kromoszóma végén. Ezek a végek így párosítatlanok maradnak, és idővel ezek a végek fokozatosan rövidebbé válhatnak, ahogy a sejtek tovább osztódnak.

a lineáris kromoszómák végei telomerek néven ismertek, amelyek ismétlődő szekvenciákkal rendelkeznek, amelyek egyetlen gént sem kódolnak. Bizonyos értelemben ezek a telomerek megvédik a géneket a törléstől, mivel a sejtek tovább osztódnak. Emberben egy hat bázispár szekvenciát, a TTAGGG-t 100-1000-szer ismételjük meg. A telomeráz enzim felfedezése (ábra) segített megérteni, hogyan tartják fenn a kromoszóma végeit. A telomeráz enzim tartalmaz egy katalitikus részt és egy beépített RNS-sablont. A kromoszóma végéhez kötődik, és az RNS-sablonhoz komplementer bázisokat adnak a DNS-szál 3′ végéhez. Miután a lemaradó szálsablon 3 ‘ vége kellően megnyúlt, a DNS-polimeráz hozzáadhatja a kromoszómák végeihez komplementer nukleotidokat. Így a kromoszómák végei replikálódnak.

a telomeráz jellemzően aktív a csírasejtekben és a felnőtt őssejtekben. Nem aktív felnőtt szomatikus sejtekben. A telomeráz felfedezéséért és tevékenységéért Elizabeth Blackburn (ábra) 2009-ben orvosi és fiziológiai Nobel-díjat kapott.

telomeráz és öregedés

a sejtosztódáson átesett sejtek telomerjei továbbra is lerövidülnek, mert a legtöbb szomatikus sejt nem termel telomerázt. Ez lényegében azt jelenti, hogy a telomer rövidítése az öregedéssel jár. A modern orvostudomány, a megelőző egészségügyi ellátás és az egészségesebb életmód megjelenésével az emberi élettartam nőtt, és egyre nagyobb az igény arra, hogy az emberek fiatalabbnak nézzenek ki, és jobb életminőséget érjenek el, ahogy öregszenek.

2010-ben a tudósok azt találták, hogy a telomeráz megfordíthatja az egerekben az életkorral kapcsolatos állapotokat. Ez potenciális lehet a regeneratív gyógyászatban.1 ezekben a vizsgálatokban telomeráz-hiányos egereket alkalmaztak; ezeknek az egereknek szöveti atrófiája, őssejt-kimerülése, szervrendszeri elégtelensége és károsodott szöveti sérülési reakciói vannak. A telomeráz reaktivációja ezekben az egerekben a telomerek kiterjedését, a DNS károsodásának csökkenését, a neurodegeneráció megfordítását és a herék, a lép és a belek működésének javítását eredményezte. Így a telomer reaktiváció potenciálisan képes az életkorral összefüggő betegségek kezelésére emberekben.

a rákot az abnormális sejtek ellenőrizetlen sejtosztódása jellemzi. A sejtek mutációkat halmoznak fel, kontrollálatlanul szaporodnak, és a metasztázisnak nevezett folyamat révén a test különböző részeire vándorolhatnak. A tudósok megfigyelték, hogy a rákos sejtek jelentősen lerövidítették a telomereket, és hogy a telomeráz aktív ezekben a sejtekben. Érdekes módon a telomeráz csak azután vált aktívvá, hogy a rákos sejtekben a telomerek lerövidültek. Ha a telomeráz hatását ezekben a sejtekben gátolhatják a gyógyszerek a rákterápia során, akkor a rákos sejteket potenciálisan meg lehet állítani a további osztódástól.

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 alapozó eltávolítása	DNS Pol I	RNase H
szál megnyúlás	DNS Pol III	Pol++, Pol ++
csúszó bilincs	csúszó bilincs	PCNS

szakasz összefoglaló

az eukarióták replikációja a replikáció több eredeténél kezdődik. A mechanizmus meglehetősen hasonló a prokariótákhoz. A szintézis megindításához primer szükséges, amelyet azután DNS-polimerázzal meghosszabbítanak, mivel egyesével nukleotidokat ad a növekvő lánchoz. A vezető szálat folyamatosan szintetizálják, míg a lemaradó szálat rövid szakaszokban szintetizálják, az úgynevezett Okazaki fragmenseket. Az RNS primereket DNS-nukleotidokkal helyettesítik; a DNS egy folyamatos szál marad, összekapcsolva a DNS-fragmenseket a DNS-ligázzal. A kromoszómák végei problémát jelentenek, mivel a polimeráz nem képes meghosszabbítani őket primer nélkül. A telomeráz, egy enzim, amelynek beépített RNS-sablonja van, kiterjeszti a végeket az RNS-sablon másolásával és a kromoszóma egyik végének meghosszabbításával. A DNS-polimeráz ezután kiterjesztheti a DNS-t a primer segítségével. Ily módon a kromoszómák végei védettek.

felülvizsgálati kérdések