Belangrijkste verschil - Prokaryote versus eukaryote DNA-replicatie

Prokaryote en eukaryote DNA-replicaties vinden plaats vóór het begin van de celdeling. DNA-replicatie is een biologisch proces waarbij de twee genetisch identieke replica's van DNA worden gesynthetiseerd uit een enkel origineel DNA-molecuul. DNA-replicatie zorgt ervoor dat elke dochtercel de exacte kopie van het genetische materiaal van de ouder ontvangt. DNA-replicatie wordt uitgevoerd door een klasse enzymen die DNA-polymerasen worden genoemd. Zowel prokaryotische als eukaryote DNA-replicaties zijn semi-conservatieve DNA-replicaties waarbij één oude en één nieuwe streng in de dochtercel te vinden zijn. Hoewel het proces van DNA-replicatie bijna hetzelfde is in zowel prokaryoten als eukaryoten, kunnen er enkele verschillen optreden vanwege de grootte en de complexiteit van het genetische materiaal. De grootste verschil tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie is dat: prokaryotische DNA-replicatie vindt plaats via een enkele replicatieoorsprong, terwijl eukaryote DNA-replicatie plaatsvindt via meerdere replicatieoorsprongen.

Belangrijkste gebieden die worden gedekt

1. Wat is prokaryotische DNA-replicatie? - Definitie, kenmerken, mechanisme 2. Wat is eukaryote DNA-replicatie? - Definitie, kenmerken, mechanisme 3. Wat zijn de overeenkomsten tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie? – Overzicht van gemeenschappelijke functies 4. Wat is het verschil tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie? – Vergelijking van de belangrijkste verschillen

Sleutelbegrippen: DNA-polymerase, eukaryote DNA-replicatie, achterblijvende streng, leidende streng, oorsprong van replicatie, RNA-primer, prokaryotische DNA-replicatie, replicatiebel, replicatievork

Wat is prokaryotische DNA-replicatie?

Prokaryotische DNA-replicatie is het proces waarbij prokaryoten zoals bacteriën en archaea hun genoom dupliceren in een tweede kopie, die kan worden omgezet in een dochtercel. Prokaryoten bestaan ​​uit een dubbelstrengs circulair DNA-molecuul in hun cytoplasma. Prokaryotisch DNA omvat een enkele oorsprong van replicatie. DNA-helicase wikkelt het DNA af bij de oorsprong van replicatie door de waterstofbruggen tussen de stikstofbasen te verbreken. De resulterende Y-vormige structuur heet de replicatie vork. Omdat prokaryotisch DNA een enkele oorsprong van replicatie bevat, worden tijdens het replicatieproces slechts twee replicatievorken gevormd. Deze twee replicatievorken werken in twee richtingen. De enkelstrengs DNA-bindende eiwitten (SSB) stabiliseren de twee afgewikkelde strengen, die dienen als de matrijsstrengen voor de replicatie. Het enzym RNA-primase synthetiseert een vijf tot tien basenparen lange RNA-primer, die complementair is aan de matrijsstreng.

Figuur 1: DNA-replicatie in Prokaryoten

Drie soorten DNA-polymerasen zijn betrokken bij de prokaryotische DNA-replicatie; DNA-polymerase I, II en III. Zowel initiatie als verlenging van de prokaryotische DNA-replicatie wordt uitgevoerd door DNA-polymerase III. De DNA-polymerase III voegt nucleotiden toe in de richting van 5' naar 3'. Vanwege de antiparallelle aard van de dubbele DNA-helix, loopt één streng van de 5'- naar de 3'-richting (leidende streng). De andere streng loopt van 3’ naar 5’ richting (achterblijvende streng). Omdat de achterblijvende streng continu RNA-primers nodig heeft om DNA in de 5'-naar 3'-richting te synthetiseren, worden continu nieuwe fragmenten van DNA, Okazaki-fragmenten genaamd, gevormd. De spleetvulling en DNA-reparatie worden uitgevoerd door DNA-polymerase I en II. De RNA-primer wordt verwijderd door de DNA-polymerase I. Het proces van DNA-replicatie in prokaryoten wordt getoond in figuur 1.

Wat is eukaryote DNA-replicatie?

Eukaryote DNA-replicatie is het proces waarbij het eukaryote genoom dupliceert voorafgaand aan celdeling. Hoewel het basismechanisme van de eukaryote DNA-replicatie vergelijkbaar is met prokaryotische DNA-replicatie, zijn er enkele verschillen vanwege de grootte en de structuur van eukaryoot DNA. Eukaryotisch DNA is dubbelstrengs lineaire moleculen. De hoeveelheid van het eukaryote DNA is ongeveer 50 keer meer dan het prokaryotische DNA. Bovendien zit eukaryoot DNA stevig opeengepakt met histonen in de kern van de cel. Daarom vindt DNA-replicatie in drie stappen plaats; initiatie, verlenging en beëindiging.

initiatie

De eukaryote DNA-replicatie vindt plaats via meerdere replicatieoorsprongen. De oorsprongen van meerdere replicatie vormen verschillende replicatiebellen per chromosoom. DNA-helicase en SSB's zijn betrokken bij het afwikkelen en stabiliseren van de twee sjablonen bij elke replicatieoorsprong.

Verlenging

Tijdens verlenging voegen DNA-polymerasen nieuwe nucleotiden toe aan de bestaande 3'-uiteinden. De drie typen DNA-polymerasen die betrokken zijn bij eukaryote DNA-replicatie zijn DNA-polymerase, δ en ε. De DNA-polymerase initieert de DNA-replicatie, terwijl de DNA-polymerase δ en betrokken zijn bij de verlenging. DNA-polymerase vereist ook een RNA-primer om de nieuwe DNA-streng te synthetiseren en de primer wordt verwijderd door het DNA-polymerase. De leidende en achterblijvende strengen worden op dezelfde manier gevormd als bij prokaryotische DNA-replicatie. Eukaryote DNA-replicatieverlenging wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2: Verlenging

Beëindiging

Zodra de leidende streng van een enkele replicatiebel een achterblijvende streng van een tweede replicatiebel ontmoet, wordt het replicatieproces stopgezet. Vervolgens wordt de RNA-primer verwijderd en wordt de opening opgevuld door de vrij zwevende DNA-polymerasen. De inkepingen worden verbonden door het DNA-ligase. De meervoudige replicatiebellen worden getoond in figuur 3.

Afbeelding 3: Meerdere replicatiebubbels

Overeenkomsten tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie

Verschil tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie

Definitie

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryote DNA-replicatie is het proces waarbij een prokaryotisch organisme zijn volledige genoom dupliceert om de tweede kopie door te geven aan een dochtercel.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryote DNA-replicatie is het proces waarbij het eukaryote genoom dupliceert voorafgaand aan celdeling.

Voorval

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotische DNA-replicatie is een continu proces.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryote DNA-replicatie vindt plaats tijdens de S-fase van de celcyclus.

Plaats

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotische DNA-replicatie vindt plaats in het cytoplasma.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryote DNA-replicatie vindt plaats in de kern.

Type DNA

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotisch DNA is circulair en dubbelstrengs.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryotisch DNA is lineair en dubbelstrengs met uiteinden.

Hoeveelheid DNA

Prokaryote DNA-replicatie: Er is een kleine hoeveelheid prokaryotisch DNA.

Eukaryote DNA-replicatie: De hoeveelheid eukaryoot DNA is 50 keer meer dan de hoeveelheid prokaryotisch DNA.

verpakking

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotisch DNA vormt lusachtige structuren door zich om histonachtige eiwitmoleculen te wikkelen.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryotisch DNA vormt nucleosomen en vertoont verpakkingen van hogere orde.

Oorsprong van replicatie

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotisch DNA bestaat uit een enkele oorsprong van replicatie.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryotisch DNA bestaat uit meerdere replicatieoorsprongen (meer dan 1000).

DNA-polymerasen

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotische DNA-replicatie wordt uitgevoerd door DNA-polymerase I en III.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryote DNA-replicatie wordt gedragen door DNA-polymerase α, δ en ε.

Grootte van het Okazaki-fragment

Prokaryote DNA-replicatie: De Okazaki-fragmenten zijn relatief groot, 1000-2000 nucleotiden lang.

Eukaryote DNA-replicatie: De Okazaki-fragmenten zijn klein, ongeveer 100-200 nucleotiden lang.

DNA-gyrase

Prokaryote DNA-replicatie: DNA-gyrase is betrokken bij de prokaryotische DNA-replicatie.

Eukaryote DNA-replicatie: DNA-gyrase is niet vereist voor de eukaryote DNA-replicatie.

Snelheid van DNA-replicatie

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotische DNA-replicatie is een snel proces en er worden ongeveer 2000 nucleotiden per seconde toegevoegd.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryote DNA-replicatie is een langzaam proces en er worden ongeveer 100 nucleotiden per seconde toegevoegd.

Einde synthese

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotisch DNA bevat geen uiteinden.

Eukaryote DNA-replicatie: Telomerase is betrokken bij de eindsynthese in eukaryoot DNA tijdens de replicatie.

Eindproduct van de replicatie

Prokaryote DNA-replicatie: Het eindproduct van de prokaryotische DNA-replicatie zijn twee circulaire chromosomen.

Eukaryote DNA-replicatie: Het eindproduct van de eukaryote DNA-replicatie zijn twee zusterchromatiden.

Conclusie

Prokaryote en eukaryote DNA-replicatie zijn twee processen die betrokken zijn bij de duplicatie van genomen voorafgaand aan celdeling. Het mechanisme van zowel prokaryotische als eukaryote DNA-replicatie is vergelijkbaar. Vanwege de grootte en de complexiteit van het eukaryote genoom is de eukaryote DNA-replicatie echter een complexer proces. Eukaryote DNA-replicatie vindt dus plaats door de vorming van meerdere replicatieoorsprongen. Maar prokaryotische DNA-replicatie vindt plaats via een enkele replicatieoorsprong. Omdat prokaryotische DNA-replicatie echter een snel proces is, nemen beide DNA-replicatieprocessen dezelfde tijd in beslag. Daarom is het belangrijkste verschil tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie afhankelijk van de grootte en de complexiteit van elk type genomen.

Verwijzing:

1. "DNA-replicatie in prokaryoten." Grenzeloos. N.p., 02 juni 2016. Web. Beschikbaar Hier. 08 aug. 2017. 2. "DNA-replicatie in eukaryoten." Grenzeloos. N.p., 26 mei 2016. Web. Beschikbaar Hier. 08 aug. 2017.

Afbeelding met dank aan:

1. "DNA-replicatie en" Door LadyofHats Mariana Ruiz - Eigen werk. Afbeelding hernoemd van Bestand:DNA replication.svg, (Public Domain) via Commons Wikimedia 2. "Replicatiecomplex" Door Boumphreyfr - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 3. "DNA bubbles2" Door Boumphreyfr - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia