biologi i

eukaryota genom är mycket mer komplexa och större i storlek än prokaryota genom. Det mänskliga genomet har tre miljarder baspar per haploid uppsättning kromosomer, och 6 miljarder baspar replikeras under S-fasen av cellcykeln. Det finns flera ursprung för replikering på den eukaryota kromosomen; människor kan ha upp till 100 000 ursprung för replikering. Replikationshastigheten är ungefär 100 nukleotider per sekund, mycket långsammare än prokaryot replikation. I jäst, som är en eukaryot, finns speciella sekvenser som kallas autonomt replikerande sekvenser (ARS) på kromosomerna. Dessa motsvarar ursprunget till replikation i E. coli.

antalet DNA-polymeraser i eukaryoter är mycket mer än prokaryoter: 14 är kända, varav fem är kända för att ha stora roller under replikering och har studerats väl. De är kända som pol, pol, pol, pol, pol och pol.

de väsentliga stegen för replikering är desamma som i prokaryoter. Innan replikering kan börja måste DNA göras tillgängligt som mall. Eukaryot DNA är bundet till grundläggande proteiner som kallas histoner för att bilda strukturer som kallas nukleosomer. Kromatinet (komplexet mellan DNA och proteiner) kan genomgå vissa kemiska modifieringar, så att DNA kan glida av proteinerna eller vara tillgängliga för enzymerna i DNA-replikationsmaskinen. Vid replikationens ursprung görs ett förreplikationskomplex med andra initiatorproteiner. Andra proteiner rekryteras sedan för att starta replikationsprocessen (tabell).

ett helikas som använder energin från ATP-hydrolys öppnar upp DNA-spiralen. Replikeringsgafflar bildas vid varje replikeringsursprung när DNA avvecklas. Öppningen av den dubbla spiralen orsakar överlindning eller supercoiling i DNA före replikationsgaffeln. Dessa löses med verkan av topoisomeraser. Primers bildas av enzymet primas, och med användning av primern kan DNA pol starta syntes. Medan den ledande strängen kontinuerligt syntetiseras av enzymet pol Kazaki, syntetiseras den eftersläpande strängen av pol Kazaki. Ett glidande klämprotein som kallas PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) håller DNA pol på plats så att det inte glider av DNA. RNase H avlägsnar RNA-primern, som sedan ersätts med DNA-nukleotider. Okazaki-fragmenten i den släpande strängen förenas efter ersättning av RNA-primrarna med DNA. De luckor som finns kvar förseglas av DNA-ligas, vilket bildar fosfodiesterbindningen.

Till skillnad från prokaryota kromosomer är eukaryota kromosomer linjära. Som du har lärt dig kan enzymet DNA pol bara lägga till nukleotider i 5′ till 3 ’ – riktningen. I den ledande strängen fortsätter syntesen tills slutet av kromosomen uppnås. På den släpande strängen syntetiseras DNA i korta sträckor, vilka var och en initieras av en separat primer. När replikationsgaffeln når slutet av den linjära kromosomen finns det ingen plats för en primer att göras för att DNA-fragmentet ska kopieras i slutet av kromosomen. Dessa ändar förblir således oparade, och med tiden kan dessa ändar gradvis bli kortare när cellerna fortsätter att dela sig.

ändarna av de linjära kromosomerna är kända som telomerer, som har repetitiva sekvenser som kodar för ingen speciell gen. På ett sätt skyddar dessa telomerer generna från att raderas när celler fortsätter att dela sig. Hos människor upprepas en sex basparsekvens, TTAGGG, 100 till 1000 gånger. Upptäckten av enzymet telomeras (figur) hjälpte till att förstå hur kromosomändar upprätthålls. Telomerasenzymet innehåller en katalytisk del och en inbyggd RNA-Mall. Det fäster vid slutet av kromosomen, och komplementära baser till RNA-mallen läggs till på 3′ – änden av DNA-strängen. När 3 ’ – änden av den släpande strängmallen är tillräckligt långsträckt kan DNA-polymeras lägga till nukleotiderna komplementära till kromosomernas ändar. Således replikeras ändarna av kromosomerna.

telomeras är vanligtvis aktivt i könsceller och vuxna stamceller. Det är inte aktivt i vuxna somatiska celler. För hennes upptäckt av telomeras och dess handling fick Elizabeth Blackburn (figur) Nobelpriset för medicin och fysiologi 2009.

telomeras och åldrande

celler som genomgår celldelning fortsätter att få sina telomerer förkortade eftersom de flesta somatiska celler inte gör telomeras. Detta innebär i huvudsak att telomerförkortning är förknippad med åldrande. Med tillkomsten av modern medicin, förebyggande hälsovård och hälsosammare livsstil har människans livslängd ökat, och det finns en ökande efterfrågan på människor att se yngre ut och ha en bättre livskvalitet när de blir äldre.

under 2010 fann forskare att telomeras kan vända vissa åldersrelaterade tillstånd hos möss. Detta kan ha potential i regenerativ medicin.1 telomeras-bristfälliga möss användes i dessa studier; dessa möss har vävnadsatrofi, stamcellsutarmning, organsystemfel och nedsatt vävnadsskada svar. Telomerasreaktivering hos dessa möss orsakade förlängning av telomerer, minskad DNA-skada, omvänd neurodegeneration och förbättrade funktionen hos testiklarna, mjälten och tarmarna. Således kan telomerreaktivering ha potential för behandling av åldersrelaterade sjukdomar hos människor.

Cancer kännetecknas av okontrollerad celldelning av onormala celler. Cellerna ackumulerar mutationer, prolifererar okontrollerbart och kan migrera till olika delar av kroppen genom en process som kallas metastas. Forskare har observerat att cancerceller har förkortat telomerer avsevärt och att telomeras är aktivt i dessa celler. Intressant, först efter att telomererna förkortades i cancercellerna blev telomeras aktivt. Om verkan av telomeras i dessa celler kan hämmas av läkemedel under cancerbehandling, kan cancercellerna potentiellt stoppas från ytterligare uppdelning.

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 ta bort primern	DNA pol i	RNase H
	strängförlängning	DNA pol III	Pol Georgii		glidande klämma	glidande klämma	PCNA

section summary

replikering i eukaryoter börjar vid flera ursprung av replikering. Mekanismen är ganska lik prokaryoter. En primer krävs för att initiera syntes, som sedan förlängs med DNA-polymeras eftersom det tillför nukleotider en efter en till den växande kedjan. Den ledande strängen syntetiseras kontinuerligt, medan den släpande strängen syntetiseras i korta sträckor som kallas Okazaki-fragment. RNA-primrarna ersätts med DNA-nukleotider; DNA förblir en kontinuerlig sträng genom att länka DNA-fragmenten med DNA-ligas. Kromosomernas ändar utgör ett problem eftersom polymeras inte kan förlänga dem utan en primer. Telomeras, ett enzym med en inbyggd RNA-Mall, förlänger ändarna genom att kopiera RNA-mallen och förlänga ena änden av kromosomen. DNA-polymeras kan sedan förlänga DNA med användning av primern. På detta sätt skyddas kromosomernas ändar.

granska frågor

fritt svar