Chapter 6: DNA Replication

Back to chapter

6.1:

Replication in Prokaryotes

JoVE 핵심
Molecular Biology

JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.

JoVE 핵심 Molecular Biology

Replication in Prokaryotes

Next Video
6.2: Replication in Eukaryotes

Languages

소셜에 공유하기

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

– [Instructeur] In prokaryoten, DNA replicatie begint wanneer initiator eiwitten zich binden aan het begin van replicatie, een kleine DNA regio wat een specifieke sequentie van basen bevat, wat een complex creëert. Dit complex helpt om aanvankelijk het DNA te scheiden. Dan bindt het enzym DNA helicase zich hieraan en begint het het DNA uit te rollen door de waterstofbruggen tussen de aanvullende onderdelen te breken. De nieuw geopende gebieden worden gestabiliseerd door enkelstrengse DNA bindende eiwitten. Elk van deze kan nu dienen als een model voor de synthese van een nieuw DNA strengel. Het uitrollen en synthetiseren gebeurt in beide richtingen van het originele punt, wat twee replicatie vorken produceert. Voor de vorken worden topoisomerase enzymen aan het DNA verbonden welke torsie belasting verminderen terwijl het molecuul zich uitrolt. Wanneer de strengen gescheiden zijn, synthetiseert een ander enzym, primase, een RNA primer, een korte strook van RNA welke de DNA sequentie aanvult. De primer biedt een plaats voor het enzym DNA polymerase om nucleotiden aanvullend aan de DNA sequentie toe te voegen wat een nieuwe DNA streng vormt tijdens een proces dat elongatie genoemd wordt. DNA polymerase synthetiseert DNA in de vijf hoofd- tot drie hoofdrichtingen van het molecuul. Dus, de synthese van deze streng, de leidende streng, gaat ononderbroken door. De andere streng, de achterblijvende streng, heeft de tegenovergestelde oriëntatie. Bijgevolg wordt DNA gesynthetiseerd in korte stukjes die Okazaki fragmenten genoemd worden, verlengd door bijkomstige RNA primers, achterwaarts van de algemene richting van beweging van de replicatie vork. De RNA primers worden dan uitgesneden uit de enzymen zoals RNAse, vervangen door DNA, en de DNA fragmenten worden samengevoegd bij het enzym DNA-ligase, wat een ononderbroken streng vormt. DNA replicatie vindt plaats rondom het complete molecuul, wat in twee ronde DNA moleculen resulteert. Dit wordt beschouwd als een semi-conservatief proces, omdat elk molecuul een oude streng bevat maar ook een nieuwe streng.

6.1:

Replication in Prokaryotes

Overzicht

DNA-replicatie heeft drie hoofdstappen: initiatie, verlenging en beëindiging. Replicatie in prokaryoten begint wanneer initiator-eiwitten binden aan de enkele oorsprong van replicatie (ori) op het circulaire chromosoom van de cel. Replicatie verloopt dan rond de hele cirkel van het chromosoom in elke richting vanaf twee replicatievorken, wat resulteert in twee DNA-moleculen.

Veel eiwitten werken samen om het chromosoom te repliceren

Replicatie wordt gecoördineerd en uitgevoerd door een groot aantal gespecialiseerde eiwitten. Topoisomerase breekt één kant van de dubbelstrengs DNA-fosfaat-suiker-keten, waardoor de DNA-helix sneller kan afwikkelen. Helicase verbreekt de bindingen tussen basenparen bij de vork, waardoor het DNA in twee strengen wordt gescheiden. Eiwitten die enkelstrengs DNA-moleculen binden, stabiliseren de strengen terwijl de replicatievork langs het chromosoom reist. DNA kan alleen in de 5 'naar 3' richting worden gesynthetiseerd, dus één streng van de template – de leidende streng – wordt continu verlengd, terwijl de andere streng – de achterblijvende streng – wordt gesynthetiseerd in kortere stukken van 1000-2000 basenparen, Okazaki-fragmenten genaamd.

Meerdere polymerasen nemen deel aan verlenging

Veel van het onderzoek om prokaryotische DNA-replicatie te begrijpen, is uitgevoerd in de bacterie Escherichia coli, een veelgebruikt modelorganisme. E. coli heeft 5 DNA-polymerasen: Pol I, II, III, IV en V. Pol III is verantwoordelijk voor het grootste deel van de DNA-replicatie. Het kan ongeveer 1.000 basenparen per seconde polymeriseren. Door deze verbazingwekkende snelheid kan de machine die aanwezig is bij de twee replicatievorken het E. coli- chromosoom – 4,6 miljoen basenparen – dupliceren in ongeveer 40 minuten. DNA-polymerase I is ook goed gekarakteriseerd; zijn primaire rol is het verwijderen van de RNA-primers vanaf het begin van Okazaki-fragmenten op de achterblijvende streng.

Wanneer de deling de duplicatie overtreft

Bij stabiele groeiomstandigheden zal E. coli zich elke 20 minuten delen, ongeveer de helft van de tijd die nodig is om het genoom te repliceren. Hoe is dit mogelijk als beide dochtercellen hun eigen DNA moeten hebben? Wetenschappers ontdekten dat de bacteriën een nieuwe ronde van DNA-replicatie kunnen beginnen vanaf de oorsprong van replicatie voordat de eerste ronde is voltooid; dit betekent dat dochtercellen een chromosoom krijgen dat al gekopieerd wordt en bereidt is zich zeer snel weer te delen.

Tags

Replication Prokaryotes DNA Replication Bacteria Archaea Replication Process DNA Polymerase Replication Fork DNA Helicase DNA Primase