Biologie I

eukaryotische genomen zijn veel complexer en groter dan prokaryotische genomen. Het menselijke genoom heeft drie miljard basenparen per haploïde reeks chromosomen, en 6 miljard basenparen worden herhaald tijdens de S-fase van de celcyclus. Er zijn veelvoudige oorsprong van replicatie op het eukaryotic chromosoom; de mensen kunnen tot 100.000 oorsprong van replicatie hebben. Het tarief van replicatie is ongeveer 100 nucleotiden per seconde, veel langzamer dan prokaryotic replicatie. In gist, die een eukaryote is, worden de speciale die opeenvolgingen als autonoom replicerende opeenvolgingen (ARS) worden bekend gevonden op de chromosomen. Deze komen overeen met de oorsprong van replicatie in E. coli.

het aantal DNA-polymerasen in eukaryoten is veel groter dan prokaryoten: er zijn er 14 bekend, waarvan er vijf een belangrijke rol spelen tijdens de replicatie en goed zijn bestudeerd. Ze staan bekend als pol α, pol β, pol γ, Pol δ en pol ε.

de essentiële stappen van replicatie zijn dezelfde als in prokaryotes. Voordat de replicatie kan beginnen, moet DNA als malplaatje beschikbaar worden gesteld. Eukaryotic DNA wordt gebonden aan basisproteã nen als histones bekend om structuren genoemd nucleosomen te vormen. Het chromatine (het complex tussen DNA en eiwitten) kan enkele chemische wijzigingen ondergaan, zodat het DNA van de eiwitten kan glijden of toegankelijk is voor de enzymen van de DNA-replicatiemachines. Bij de oorsprong van replicatie, wordt een complexe pre-replicatie gemaakt met andere initiatorproteã nen. Andere proteã nen worden dan aangeworven om het replicatieproces (lijst) te beginnen.

een helicase met behulp van de energie van ATP-hydrolyse opent de DNA-helix. De replicatievorken worden gevormd bij elke replicatieoorsprong aangezien DNA zich afrolt. Het openen van de dubbele schroef veroorzaakt overwikkeling, of supercoiling, in het DNA vóór de replicatievork. Deze worden opgelost met de werking van Topo-isomerases. De inleidingen worden gevormd door het enzym primase, en gebruikend de inleiding, kan DNA pol synthese beginnen. Terwijl de belangrijke bundel continu door het enzym Pol δ wordt samengesteld, wordt de achterblijvende bundel samengesteld door Pol ε. Een glijdende klemproteã ne als PCNA wordt bekend (Proliferating cel nucleair antigeen) houdt de Pol van DNA op zijn plaats zodat het niet van DNA glijdt. RNase h verwijdert de inleiding van RNA, die dan met nucleotiden van DNA wordt vervangen. De fragmenten van Okazaki in de achterblijvende bundel worden samengevoegd na de vervanging van de primers van RNA met DNA. De openingen die blijven worden verzegeld door ligase van DNA, die de phosphodiesterband vormt.

In tegenstelling tot prokaryotische chromosomen zijn eukaryotische chromosomen lineair. Zoals je hebt geleerd, kan het enzym DNA pol nucleotiden alleen in de 5′ tot 3′ richting toevoegen. In de belangrijke bundel, gaat de synthese verder tot het eind van het chromosoom wordt bereikt. Op de achterblijvende bundel, wordt DNA samengesteld in korte stukken, die elk door een afzonderlijke inleiding in werking worden gesteld. Wanneer de replicatievork het einde van het lineaire chromosoom bereikt, is er geen plaats voor een inleiding om voor het fragment van DNA worden gemaakt dat aan het eind van het chromosoom moet worden gekopieerd. Deze einden blijven dus ongepaarde, en na verloop van tijd kunnen deze einden progressief korter worden aangezien de cellen blijven verdelen.

de uiteinden van de lineaire chromosomen staan bekend als telomeren, die repetitieve sequenties hebben die voor geen bepaald gen coderen. Op een bepaalde manier, beschermen deze telomeren de genen tegen het krijgen geschrapt aangezien de cellen blijven verdelen. Bij mensen wordt een reeks van zes basenparen, TTAGGG, 100 tot 1000 keer herhaald. De ontdekking van het enzym telomerase (figuur) hielp in het begrip van hoe chromosoomeinden worden gehandhaafd. Het telomerase-enzym bevat een katalytisch deel en een ingebouwd RNA-malplaatje. Het hecht aan het eind van het chromosoom, en de complementaire basissen aan het malplaatje van RNA worden toegevoegd op het eind 3′ van de bundel van DNA. Zodra het 3 ‘ eind van het malplaatje van de achterblijvende bundel voldoende lang is, kan de polymerase van DNA de nucleotiden complementair aan de einden van de chromosomen toevoegen. Aldus, worden de einden van de chromosomen herhaald.

Telomerase is doorgaans actief in kiemcellen en volwassen stamcellen. Het is niet actief in volwassen somatische cellen. Voor haar ontdekking van telomerase en de werking ervan ontving Elizabeth Blackburn (figuur) de Nobelprijs voor Geneeskunde en fysiologie in 2009.

Telomerase en veroudering

cellen die celdeling ondergaan, blijven hun telomeren verkorten omdat de meeste somatische cellen geen telomerase maken. Dit betekent hoofdzakelijk dat telomere het verkorten met het verouderen wordt geassocieerd. Met de komst van de moderne geneeskunde, preventieve gezondheidszorg en gezondere levensstijl, de menselijke levensduur is toegenomen, en er is een toenemende vraag naar mensen om jonger te kijken en hebben een betere kwaliteit van leven als ze ouder worden.

in 2010 vonden wetenschappers dat telomerase sommige leeftijdsgerelateerde aandoeningen bij muizen kan omkeren. Dit kan potentieel hebben in de regeneratieve geneeskunde.1 Telomerase-deficiënte muizen werden gebruikt in deze studies; deze muizen hebben weefselatrofie, stamceldepletie, orgaansysteem falen, en verminderde weefselletselsreacties. De reactivatie van Telomerase in deze muizen veroorzaakte uitbreiding van telomeres, verminderde de schade van DNA, omgekeerde neurodegeneration, en verbeterde de functie van de testes, milt, en darmen. Aldus, kan de reactivering van telomeer potentieel voor het behandelen van van de leeftijd afhankelijke ziekten in mensen hebben.

kanker wordt gekenmerkt door ongecontroleerde celdeling van abnormale cellen. De cellen accumuleren mutaties, verspreiden zich oncontroleerbaar, en kunnen migreren naar verschillende delen van het lichaam door een proces genoemd metastase. Wetenschappers hebben waargenomen dat kankercellen telomeren aanzienlijk hebben ingekort en dat telomerase actief is in deze cellen. Interessant, slechts nadat telomeres in de kankercellen werden verkort werd telomerase actief. Als de actie van telomerase in deze cellen door drugs tijdens kankertherapie kan worden geremd, dan zouden de kankercellen potentieel van verdere verdeling kunnen worden tegengehouden.

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 verwijderen	DNA-pol I	RNase H
Strand rek	DNA-pol III	Pol δ, pol ε
Glijden klem	Glijden klem	PCNA

Sectie Overzicht

Replicatie in eukaryoten begint bij meerdere oorsprong van de replicatie. Het mechanisme is vrij vergelijkbaar met prokaryoten. Een inleiding wordt vereist om synthese in werking te stellen, die dan door de polymerase van DNA wordt uitgebreid aangezien het nucleotiden één voor één aan de groeiende ketting toevoegt. De leidende bundel wordt continu samengesteld, terwijl de achterblijvende bundel in korte stukken genoemd Okazaki fragmenten wordt samengesteld. De primers van RNA worden vervangen door nucleotiden van DNA; DNA blijft één ononderbroken bundel door de fragmenten van DNA met ligase van DNA te verbinden. De einden van de chromosomen stellen een probleem aangezien de polymerase hen niet zonder een inleiding kan uitbreiden. Telomerase, een enzym met een ingebouwd malplaatje van RNA, breidt de einden uit door het malplaatje van RNA te kopiëren en één eind van het chromosoom uit te breiden. De polymerase van DNA kan dan DNA uitbreiden gebruikend de inleiding. Op deze manier worden de uiteinden van de chromosomen beschermd.

beoordelingsvragen

vrije respons