Back to chapter

13.6:

שכפול באאוקריוטים

JoVE 核
生物学
需要订阅 JoVE 才能查看此.  登录或开始免费试用。
JoVE 核 生物学
Replication in Eukaryotes

Languages

分享

רוב הגורמים הפרוקריוטים מנוצל במהלך השכפול יש מקבילים שמשחקים תפקידים דומים בשכפול הדנ”א האוקריוטי. תהליך זה מתחיל במקור של שכפול, שאליו מתחבר קומפלקס הכרה. הליקאז הוא נמשך לאתר ומפריד בין גדילי הדנ”א, יצירת בועה עם שתי מזלגות.פריימר גם מגיע ומייצר RNA, אשר, כמו מהלכים הליקאז, DNA פולימראז מאריך עם דנ”א חדש. כמו בפרוקריוטים, החוט המוביל החדש גדל בהתמדה, בעקבות מזלג שכפול. לעומת זאת, את גדילי בפיגור מיוצר שברי קטן אוקאקי, נסיעה מול המזלג.בשל מספר גורמים, תבנית הדנ”א המשמשת ליצירת גדיל מוביל ב 1/2 של מבנה זה יוצר את הגדיל בפיגור באחרת. מעניין, מקורות שונים של שכפול קיימים על כרומוזום אוקריוטי ליניארי, והשכפול הסתיים כאשר התחומים הקשורים שלהם מתמזגים. לאחר מכן הפרימיירים מסולקים באמצעות אנזימים כמו RNAים ומוחלפים בDNA.לאחר מכן, קשירת דנ”א מצרף את כל הפלחים. עם זאת, כאשר הפריימר סוף נעלם מן החוט בפיגור, החלל נשאר ריק, ויש מתח של תבנית DNA עוטפת אותו. כדי להילחם בזה, קיים אנזים שנקרא טלומראז שמהדק לאזור התלוי ו מאריך אותו עם רצף DNA לא קידוד.פרימיז ו-DNA פולימראז פועל על האזור המורחב הזה, ויוצר את כובע הטלומרים שמגן מפני אובדן קידוד של DNA מן גדיל בפיגור במהלך מספר רב של סיבוכים. לכן שכפול הדנ”א האוקריוטי מסתיים בשני מולקולות דנ”א, כל אחד מהם עם גדילה הורית וסינתזה חדשה, מקורות רבים של שכפול, טלומרים.

13.6:

שכפול באאוקריוטים

概述

In eukaryotic cells, DNA replication is highly conserved and tightly regulated. Multiple linear chromosomes must be duplicated with high fidelity before cell division, so there are many proteins that fill specialized roles in the replication process. Replication occurs in three phases: initiation, elongation, and termination, and ends with two complete sets of chromosomes in the nucleus.

Many Proteins Orchestrate Replication at the Origin

Eukaryotic replication follows many of the same principles as prokaryotic DNA replication, but because the genome is much larger and the chromosomes are linear rather than circular, the process requires more proteins and has a few key differences. Replication occurs simultaneously at multiple origins of replication along each chromosome. Initiator proteins recognize and bind to the origin, recruiting helicase to unwind the DNA double helix. At each point of origin, two replication forks form. Primase then adds short RNA primers to the single strands of DNA, which serve as a starting point for DNA polymerase to bind and begin copying the sequence. DNA can only be synthesized in the 5’ to 3’ direction, so replication of both strands from a single replication fork proceeds in two different directions. The leading strand is synthesized continuously, while the lagging strand is synthesized in short stretches 100-200 base pairs in length, called Okazaki fragments. Once the bulk of replication is complete, RNase enzymes remove the RNA primers and DNA ligase joins any gaps in the new strand.

Dividing the Work of Replication among Polymerases

The workload of copying DNA in eukaryotes is divided among multiple different types of DNA polymerase enzymes. Major families of DNA polymerases across all organisms are categorized by the similarity of their protein structures and amino acid sequences. The first families to be discovered were termed A, B, C, and X, with families Y and D identified later. Family B polymerases in eukaryotes include Pol α, which also functions as a primase at the replication fork, and Pol δ and ε, the enzymes that do most of the work of DNA replication on the leading and lagging strands of the template, respectively. Other DNA polymerases are responsible for such tasks as repairing DNA damage,copying mitochondrial and plastid DNA, and filling in gaps in the DNA sequence on the lagging strand after the RNA primers are removed.

Telomeres Protect the Ends of the Chromosomes from Degradation

Because eukaryotic chromosomes are linear, they are susceptible to degradation at the ends. To protect important genetic information from damage, the ends of chromosomes contain many non-coding repeats of highly conserved G-rich DNA: the telomeres. A short single-stranded 3’ overhang at each end of the chromosome interacts with specialized proteins, which stabilizes the chromosome within the nucleus. Because of the manner in which the lagging strand is synthesized, a small amount of the telomeric DNA cannot be replicated with each cell division. As a result, the telomeres gradually get shorter over the course of many cell cycles and they can be measured as a marker of cellular aging. Certain populations of cells, such as germ cells and stem cells, express telomerase, an enzyme that lengthens the telomeres, allowing the cell to undergo more cell cycles before the telomeres shorten.

Suggested Reading

Garcia-Diaz, Miguel, and Katarzyna Bebenek. “Multiple functions of DNA polymerases.” Critical Reviews in Plant Sciences 26 (2007): 105-122. [Source]