Informácie

Potrebuje replikácia DNA v 5 'až 3' (vedúci reťazec) RNA primázu?

Potrebuje replikácia DNA v 5 'až 3' (vedúci reťazec) RNA primázu?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

https://www.youtube.com/watch?v=27TxKoFU2Nw

Vo vyššie uvedenom videu ukazuje, že počas replikácie DNA zaostávajúci reťazec vyžaduje primázu RNA na pridanie 3'-OH skupiny na ďalšie pridávanie nukleotidov. Nepreukázalo sa však, že vyššie uvedený reťazec (vedúci reťazec) to vyžaduje.

Okrem toho je RNA potrebná na iniciáciu polymerizácie, pretože má 3'-OH. Ale keď sa pozriem na štruktúru deoxynukleotidu, má tiež 3'-OH, ale nemá 2'-OH. Prečo teda DNA nemôže iniciovať polymerizáciu?

Ďakujem za tvoju odpoveď!


DNA polymeráza tiež potrebuje RNA primer na vedúcom vlákne, aby mohla začať polymerizáciu. Potom to už nie je potrebné, pretože replikácia prebieha bez prestávky. Na zaostávajúcom vlákne polymerizácie môže replikácia fungovať iba medzi replikačnou vidlicou a ďalšou oblasťou dvojvláknovej DNA. Pozrite si obrázok (odtiaľ):

Dôvod potreby RNA primerov sa nachádza vo funkcii enzýmov. Zatiaľ čo DNA polymeráza môže pracovať iba na dvojvláknovom templáte (pridať nukleotidy na 3'OH-koniec vlákna), DNA Primáza (v skutočnosti RNA polymeráza) môže pracovať na jednovláknových cieľoch a tak tam pridať RNA primér.


Čo sú RNA primery? (s obrázkami)

Priméry kyseliny ribonukleovej (RNA) hrajú zásadnú úlohu pri replikácii kyseliny deoxyribonukleovej (DNA), kopírovaní molekúl DNA, ktoré sa vyskytuje vo všetkých živých organizmoch. Replikácia umožňuje organizmu odovzdať genetickú informáciu obsiahnutú v kópii jeho DNA svojim potomkom. RNA priméry pomáhajú zahájiť replikáciu na molekulárnej úrovni. Pôsobia v spojení s niekoľkými enzýmami alebo proteínmi, ktoré katalyzujú reakcie zapojené do tohto procesu.

RNA, podobne ako DNA, je molekula pozostávajúca z podjednotiek nazývaných nukleotidy. Každý nukleotid v reťazci RNA alebo DNA obsahuje chemickú zlúčeninu známu ako nukleová báza. Nukleobázy DNA sú adenín, tymín, guanín a cytozín. V RNA sa namiesto tymínu používa zlúčenina uracil, ale ostatné nukleobázy sú rovnaké ako v DNA.

Každá nukleobáza vo vlákne RNA alebo DNA sa chemicky viaže s komplementárnou nukleobázou na inom vlákne DNA alebo RNA za vzniku páru báz, čím vzniká dvojitá špirála. Adenín sa páruje s tymínom alebo uracilom, zatiaľ čo guanín sa páruje s cytozínom. Vzor opakujúcich sa jednotiek vytvára sekvenciu, v ktorej môže byť uložená genetická informácia.

Počas replikácie enzým helikáza rozdeľuje väzby medzi nukleotidmi a rozdeľuje molekulu DNA na dve základné vlákna. Ďalší enzým, DNA polymeráza, pripája komplementárne nukleotidy ku každému jednotlivému vláknu. Tento proces vytvára duplikát pôvodnej molekuly DNA použitím každého z dvoch komplementárnych reťazcov ako templátu.

DNA polymeráza môže pridať nukleotidy do vyvíjajúceho sa vlákna, ale nemôže vytvoriť nový reťazec od začiatku. Tu prichádzajú na rad RNA priméry. RNA priméry sú krátke vlákna, každý s približne 10 alebo 11 nukleotidmi, a sú tvorené enzýmom primáza. Primáza sa viaže na helikázu a vytvára štruktúru známu ako primozóm. Primozóm pripája komplementárne nukleotidy k jednovláknovej molekule DNA, čím vytvára RNA primér a pôsobenie RNA primérov pozdĺž reťazca spúšťa DNA polymerázu.

Usporiadanie atómov v molekulách nukleotidov spôsobuje, že reťazce DNA a RNA majú smerovosť – každé vlákno má špecifickú orientáciu. Konce vlákien sú pomenované na základe plochy nukleotidovej molekuly, ktorou sú zakončené. Päť prvotriedny (5') koniec vlákna končí piatym atómom uhlíka v uhlíkovej kruhovej štruktúre molekuly. Komplementárne vlákna sú orientované oproti sebe, takže druhé vlákno by malo na tomto mieste koniec s tromi prvočíslami (3'), ktorý by končil vo svojom treťom atóme uhlíka. Aby sme si to mohli predstaviť, ak jeden reťazec dvojitej špirály prebieha od 5' do 3' zľava doprava, opačný reťazec musí prebiehať od 3' do 5' zľava doprava.

DNA polymeráza môže pridávať nukleotidy iba na 3' koniec, pričom pracuje smerom k 5' koncu. Na spustenie tohto procesu z vedúceho vlákna, ktoré končí na 3', je potrebný iba jeden primér RNA. Replikácia opačného zaostávajúceho vlákna je komplikovanejšia. DNA polymeráza pridáva nukleotidy smerom dozadu pozdĺž tohto vlákna prerušovane, pričom pracuje v krátkych sekvenciách, keď sa vlákna delia. Každá sekvencia vyžaduje na začiatku RNA primer, takže na replikáciu zaostávajúceho vlákna je potrebných niekoľko RNA primerov.


Čo je vedúca sieť

Vedúci reťazec je jedným z dvoch reťazcov dvojitej špirály DNA. Vo všeobecnosti sa DNA replikuje počas bunkového cyklu ako krok prípravy bunky na delenie. DNA polymeráza je enzým, ktorý je zodpovedný za replikáciu DNA vykonávanú výlučne v smere 5' až 3'. Počas procesu každé vlákno dvojitej špirály DNA slúži ako templát na replikáciu. Preto je proces replikácie DNA známy ako semikonzervatívny proces, kde každá novosyntetizovaná dvojzávitnica DNA tvorí staré a nové vlákno DNA.

Obrázok 1: Replikácia DNA.

Počas replikácie sa dvojitá špirála DNA odvíja a vytvára replikačnú vidlicu. Vlákno DNA, ktoré sa otvára v smere 3 'až 5', tu umožňuje rast vlákna kontinuálne v smere 5 'až 3'. Preto tento prameň nazývame ako vedúci prameň. Do vedúceho vlákna môže DNA polymeráza pridávať nukleotidy nepretržite a rast nového vlákna DNA nastáva smerom k replikačnej vidlici.


Zhrnutie

Replikácia v prokaryotoch začína zo sekvencie nachádzajúcej sa na chromozóme nazývanej pôvod replikácie a bod, v ktorom sa DNA otvára. Helikáza otvára dvojitú špirálu DNA, čo vedie k vytvoreniu replikačnej vidlice. Jednovláknové väzbové proteíny sa viažu na jednovláknovú DNA v blízkosti replikačnej vidlice, aby bola vidlica otvorená. Primase syntetizuje RNA primér na spustenie syntézy pomocou DNA polymerázy, ktorá môže pridávať nukleotidy iba v smere 5' až 3'. Jedno vlákno sa syntetizuje nepretržite v smere replikačnej vidlice, toto sa nazýva vedúce vlákno. Druhý reťazec sa syntetizuje v smere od replikačnej vidlice, v krátkych úsekoch DNA známych ako Okazakiho fragmenty. Toto vlákno je známe ako zaostávajúce vlákno. Po dokončení replikácie sú RNA priméry nahradené nukleotidmi DNA a DNA je uzavretá DNA ligázou, ktorá vytvára fosfodiesterové väzby medzi 3'-OH na jednom konci a 5' fosfátom druhého vlákna.


Replikácia DNA | Definícia, kroky, & diagram

Pre rast jedinca je bunkové delenie nevyhnutnou súčasťou. Keď dôjde k aktu bunkového delenia, DNA sa musí replikovať. Pri delení buniek sa DNA úspešne skopírovala do dcérskych buniek. Na tento akt prebieha mnoho enzýmov. DNA sa musí zdediť a skopírovať do dvoch dcérskych buniek. Tento jav je potrebný počas meiózy na proces produkcie gamét. Replikácia DNA musí prebiehať presne počas delenia buniek, pretože každá chyba v tomto akte môže byť prenesená na ďalšiu vyvíjajúcu sa generáciu. Bunky vyžadujú kopírovanie svojej DNA rýchlo a s menšou chybou. Nárast chýb môže zvýšiť riziko chorôb, ako je rakovina.

Zavedenie replikácie DNA

Základná myšlienka: Replikácia DNA je proces, pri ktorom sa DNA počas bunkového delenia delí na dve rovnaké kópie. DNA sa presne kopírovala v dcérskych bunkách. Pri replikácii DNA sa genetická informácia duplikuje, aby sa vytvorili dve identické kópie genómu jednotlivca. Proces replikácie DNA nastáva počas fázy syntézy alebo S fázy cyklu bunky pred procesom mitózy alebo meiózy. Počas procesu replikácie DNA každé z dvoch vlákien, vďaka ktorým funguje dvojitá špirála ako šablóna, z ktorej sa kopírujú nové vlákna.

Kroky replikácie DNA:

Replikácia DNA závisí od párovania báz medzi dvoma vláknami DNA. Tieto dve vlákna sú určené umiestnením chemických väzieb v kostre DNA. Počas procesu bunkového delenia môže byť bunka replikovaná ako „vedúci reťazec“ ako jedna jednotka, ale musí sa replikovať „zaostávajúci reťazec“ na malé kúsky.

Počas procesu replikácie DNA prebiehajú tri základné kroky.

Počiatočné:

Proces replikácie DNA začína z miesta na dvojitej špirále nazývanej „oriC“, z ktorej sa viažu špecifické iniciačné proteíny a spúšťa sa odvíjanie. Enzýmy nazývané „helikázy“ pracujú na uvoľnení dvojitej špirály prerušením vodíkových väzieb medzi komplementárnymi pármi báz a ostatné proteíny udržujú jeden reťazec opätovným spojením. Proteíny pomenované ako „topoizomeráza“ obklopujú rozopnutý prameň a uvoľňujú krútenie.

Predĺženie:

Bunka vytvára krátku sekvenciu RNA známu ako priméry, ktoré poskytujú počiatočný bod predĺženia. S primérom rastie nový reťazec DNA o jednu bázu po druhej. Existujúce vlákno DNA je templátom pre nové vlákno. „Zaostávajúce vlákno“ funguje tak, že sa odvíja v malých častiach, ktoré DNA polymeráza replikuje v vedúcom smere. Malé fragmenty sa vyskytujú v dôsledku zaostávajúceho vlákna. Tieto fragmenty končia v RNA primeru, ktorý sa následne odstráni, takže enzýmy môžu zošiť fragmenty do predlžujúceho sa vlákna.

Ukončenie:

Po dokončení procesu predlžovania boli dve nové dvojité špirály nahradené pôvodnou špirálou. V priebehu procesu ukončenia bola z konca zaostávajúceho vlákna odstránená posledná sekvencia primérov. Táto časť zaostávajúceho vlákna je „sekcia telomér“, ktorá obsahuje opakujúcu sa nekódujúcu sekvenciu báz. Nakoniec enzýmy pomenované ako „nukleázy“ skontrolujú novú štruktúru dvojitej špirály a odstránia nesprávne spárované bázy. Potom DNA polymeráza vyplní medzery vytvorené vyrezanými bázami.

Enzýmy replikácie DNA

DNA polymeráza:

DNA polymeráza je enzým, ktorý katalyzuje spojenie 3 hydroxylovej skupiny koncového nukleotidu s 5 fosfátom nukleotidu, ktorý sa má pridať. DNA polymeráza pracuje na katalyzácii syntézy polydeoxyribonukleotidov z mono-deoxyribonukleozid trifosfátov (dNTP), ktorá plní najzákladnejšiu funkciu pri replikácii, oprave a niektorých ďalších prípadoch.

Proces replikácie DNA

Spustenie replikácie DNA:

V procese replikácie DNA vytvorila DNA svoju kópiu počas delenia buniek. V prvom kroku replikácie DNA „rozbaľte“ dvojitú špirálu molekuly DNA. Po druhé, enzým nazývaný „helikáza“ láme vodíkové väzby tým, že drží komplementárne bázy DNA pohromade. Nakoniec je jeden z prameňov orientovaný v 3 až 5 smere, toto je „vedúci prameň“. Zatiaľ čo druhý prameň je orientovaný v smere 5 až 3, toto je „zaostávajúci prameň“. V dôsledku toho sa dva rôzne vlákna replikovali odlišne.

Primery a primáza:

Krátka sekvencia nukleovej kyseliny je „primér“, ktorý poskytuje východiskový bod pre syntézu DNA. V živých organizmoch sú priméry krátke vlákna RNA.

Priméry musia byť syntetizované enzýmom nazývaným „primáza“. Je to typ RNA polymerázy, dochádza k procesu replikácie DNA. K syntéze priméru dochádza pre enzýmy, ktoré syntetizujú DNA, tieto sú známe ako DNA polymerázy.

Vedúce a zaostávajúce reťazce:

„Vedúci reťazec“ je rodičovský reťazec DNA, ktorý prebieha v smere od 3 do 5 smerom k vidlici, a je možné ho nepretržite replikovať pomocou DNA polymerázy.

Ďalším reťazcom používaným pri replikácii DNA je „zaostávajúci reťazec“, ktorý je rodičovským reťazcom, ktorý prebieha v smere 5 až 3 smerom k vidlici a je možné ho nekontinuálne replikovať pomocou DNA polymerázy.

Rozdiel medzi oboma vláknami je kontinuálna a diskontinuálna replikácia.

Posádka údržby a čistenia:

Upratovacia čata je zodpovedná za čistenie, skladovanie a zásobovanie priestorov zariadenia. Vykonáva a dokumentuje inšpekčné a údržbárske činnosti.

Replikácia DNA v eukaryotoch:

Replikácia DNA v eukaryotoch je iná ako bakteriálna replikácia primázou pozostávajúcou z DNA polymerázy a dvoch menších proteínov vytvárajú RNA primer a iniciátorovú DNA a dve rôzne DNA polymerázy syntetizujú zaostávajúce a vedúce vlákna. Mechanizmus replikácie DNA u eukaryotov je podobný replikácii DNA u prokaryotov. Aj keď replikácia DNA eukaryotov vyžaduje určitú osobitnú pozornosť kvôli rozdielom vo veľkosti DNA, jedinečnej lineárnej koncovej štruktúre DNA známej ako „teloméry“.

Schéma replikácie DNA

Replikácia DNA v prokaryotoch:

Replikácia DNA v prokaryotoch sa vytvára, keď enzým nazývaný helikáza oddeľuje vlákna DNA v počiatku replikácie. DNA sa stáva vysoko zvinutou pred vidlicou replikácie. „Topoizomeráza“ rozbije fosfátový hlavný reťazec DNA pred replikačnou vidličkou.

Spôsob replikácie DNA:

Po objavení štruktúry dvojitej špirály DNA sa jedna veľká otázka týkala replikácie DNA. Štruktúra dvojitej špirály DNA naznačuje, ako prebieha kopírovanie. Zdalo sa, že dve komplementárne vlákna špirály sa môžu počas replikácie oddeliť, každé funguje ako šablóna pri konštrukcii nového zodpovedajúceho vlákna.

Tri modely replikácie DNA:

Vedecká komunita navrhla tri modely replikácie DNA na štruktúru DNA. Tieto tri modely sú:

V semikonzervatívnom replikačnom modeli sa od seba odvíjajú dve vlákna DNA. Každé z vlákien slúži ako templát pre syntézu nového komplementárneho vlákna. Výsledkom sú dve molekuly DNA s jedným pôvodným a jedným novým reťazcom.

V konzervatívnom modeli replikácie je výsledkom replikácie DNA jedna molekula, ktorá pozostáva z oboch pôvodných reťazcov DNA, a ďalšia molekula, ktorá pozostáva z dvoch nových reťazcov.

V modeli disperznej replikácie sú výsledkom replikácie DNA dve molekuly DNA, ktoré sú zmesou hybridov rodičovskej a dcérskej DNA. Každý reťazec je mozaikou pôvodnej a novej DNA.

Meselsonov-Stahlov experiment:

Meselson a Stahl zamýšľali experiment s replikáciou DNA pomocou baktérií E. coli ako modelového systému.

Začínajú pestovaním E. coli v médiu obsahujúcom ťažký izotop dusíka, 15N. Pestovaním 15N na médiu baktérie absorbovali dusík a syntetizovali nové biologické molekuly vrátane DNA. Po mnohých generáciách pestovania v 15N médiu boli dusíkaté bázy DNA baktérií označené ťažkým dusíkom 15N. Baktérie sa potom zmenili na stredne ľahký 14N izotop a umožňujú rast rôznym generáciám. DNA tvorila 14N, pretože mala k dispozícii iba dusík na syntézu DNA.

Meselson a Stahl študovali, ako sa delili bunky E. coil, takže boli schopní zhromaždiť malé vzorky z každej generácie. Potom zmerali hustotu 15N a 14N DNA pomocou centrifugácie s gradientom hustoty.

Výsledkom tejto metódy je oddelenie molekúl, ako je DNA, do pásov ich rotáciou vysokou rýchlosťou, keď je prítomná ďalšia molekula, ako je chlorid cézny, ktorý vytvára hustotný gradient zhora nadol v zvlákňovacej trubici. Centrifugácia s gradientom hustoty umožňuje detekciu veľmi malých rozdielov, ako napríklad medzi 15N a 14N značenou DNA.

Kde dochádza k replikácii DNA?

Replikácia DNA prebieha v jadre eukaryotov a cytoplazme prokaryotov. Bez ohľadu na to, kde sa DNA vyskytuje, základný proces DNA je rovnaký u eukaryotov aj prokaryotov. Štruktúra DNA sa ľahko požičiava na replikáciu DNA. Každá strana dvojitej špirály v DNA prebieha v antiparalelnom (opačnom) smere.

Zhrnutie replikácie DNA v E. coli:

V E. coli bol proces replikácie DNA presne regulovaný, aby sa zabezpečilo, že dcérske bunky zdedia kópiu genómovej DNA. Proces reguluje iniciáciu a predĺženie charakterizované. Dokončenie tohto procesu vyžaduje niekoľko proteínov spojených s opravou dvojvláknových zlomov, vyskytuje sa nezávisle od homológnej rekombinácie a je zacielené niektorými bakteriálnymi vírusmi na inaktiváciu počas prechodu na lytickú replikáciu.


Replikácia DNA v baktériách

Replikácia DNA bola dobre študovaná v baktériách predovšetkým kvôli malej veľkosti genómu a mutantom, ktoré sú k dispozícii. E. coli má 4,6 milióna párov báz (Mbp) v jednom kruhovom chromozóme a všetko sa replikuje približne za 42 minút, počnúc od jedného začiatku replikácie a pokračuje okolo kruhu obojsmerne (t.j. v oboch smeroch). To znamená, že za sekundu sa pridá približne 1000 nukleotidov. Proces je pomerne rýchly a vyskytuje sa s niekoľkými chybami.

Replikácia DNA využíva veľké množstvo proteínov a enzýmov (tabuľka 1).

Tabuľka 1. Molekulárne zariadenie zapojené do replikácie bakteriálnej DNA
Enzým alebo faktor Funkcia
DNA pol I Aktivita exonukleázy odstraňuje primér RNA a nahrádza ho novosyntetizovanou DNA
DNA pol III Hlavný enzým, ktorý pridáva nukleotidy v smere 5′ až 3′
Helicase Otvára špirálu DNA prerušením vodíkových väzieb medzi dusíkatými bázami
Ligase Utesňuje medzery medzi fragmentmi Okazaki na zaostávajúcom vlákne, aby sa vytvoril jeden súvislý reťazec DNA
Primáš Syntetizuje RNA priméry potrebné na spustenie replikácie
Jednovláknové väzbové proteíny Naviažte sa na jednovláknovú DNA, aby ste zabránili vodíkovým väzbám medzi vláknami DNA a zreformovali dvojvláknovú DNA
Posuvná svorka Pomáha udržať DNA pol III na mieste, keď sa pridávajú nukleotidy
Topoizomeráza II (DNA gyráza) Uvoľňuje superšpirálny chromozóm, aby bola DNA prístupnejšia na začatie replikácie, pomáha zmierniť napätie na DNA pri odvíjaní, spôsobuje prerušenia a následné pretavenie DNA.
Topoizomeráza IV Zavádza jednovláknový zlom do zreťazených chromozómov, aby sa navzájom uvoľnili, a potom znova uzavrie DNA

Obrázok 3. Táto štruktúra ukazuje deoxyribonukleotid guanozíntrifosfátu, ktorý je začlenený do rastúceho reťazca DNA štiepením dvoch koncových fosfátových skupín z molekuly a prenosom energie na väzbu fosfát -cukor. Ostatné tri nukleotidy tvoria analogické štruktúry.

Jedným z kľúčových hráčov je enzým DNA polymeráza, tiež známy ako DNA pol. V baktériách sú známe tri hlavné typy DNA polymeráz: DNA pol I, DNA pol II a DNA pol III. Teraz je známe, že DNA pol III je enzým potrebný na syntézu DNA DNA pol I a DNA pol II sú primárne potrebné na opravu. DNA pol III pridáva deoxyribonukleotidy, z ktorých každý je komplementárny k nukleotidu na templátovom reťazci, jeden po druhom k 3'-OH skupine rastúceho reťazca DNA. Pridanie týchto nukleotidov vyžaduje energiu. Táto energia je prítomná vo väzbách troch fosfátových skupín pripojených ku každému nukleotidu (trifosfátový nukleotid), podobne ako je energia uložená vo fosfátových väzbách adenozíntrifosfátu (ATP) (obrázok 3). Keď sa väzba medzi fosfátmi preruší a difosfát sa uvoľní, uvoľnená energia umožní vytvorenie kovalentnej fosfodiesterovej väzby dehydratačnou syntézou medzi prichádzajúcim nukleotidom a voľnou 3'-OH skupinou na rastúcom reťazci DNA.

Zasvätenie

The spustenie replikácie sa vyskytuje v špecifickej nukleotidovej sekvencii nazývanej pôvod replikácie, kde sa viažu rôzne proteíny, aby sa začal proces replikácie. E. coli má jediný počiatok replikácie (ako väčšina prokaryotov), ​​tzv oriCna svojom jednom chromozóme. Počiatok replikácie je dlhý približne 245 párov báz a je bohatý na adenín-tymínové (AT) sekvencie.

Niektoré z proteínov, ktoré sa viažu na pôvod replikácie, sú dôležité pri sprístupňovaní jednovláknových oblastí DNA na replikáciu. Chromozomálna DNA je zvyčajne obalená históny (v eukaryotoch a archeách) alebo proteíny podobné histónom (v baktériách), a je supercoiled, alebo značne omotané a skrútené na sebe. Toto balenie zneprístupňuje informácie v molekule DNA. Enzýmy nazývané topoizomerázy však menia tvar a superzávitnicu chromozómu. Aby sa mohla začať replikácia bakteriálnej DNA, nadzávitnicový chromozóm sa uvoľní topoizomeráza II, tiež nazývaný DNA gyráza. Enzým tzv helicase potom oddeľuje vlákna DNA prerušením vodíkových väzieb medzi dusíkatými pármi báz. Pripomeňme, že sekvencie AT majú menej vodíkových väzieb, a preto majú slabšie interakcie ako sekvencie guanín-cytozín (GC). Tieto enzýmy vyžadujú hydrolýzu ATP. Ako sa DNA otvára, štruktúry v tvare Y tzv replikačné vidlice sa tvoria. Na začiatku replikácie sa vytvoria dve replikačné vidlice, ktoré umožňujú obojsmernú replikáciu a vytvorenie štruktúry, ktorá pri pohľade transmisným elektrónovým mikroskopom vyzerá ako bublina. Táto štruktúra sa nazýva replikačná bublina. DNA v blízkosti každej replikačnej vidlice je pokrytá jednovláknové väzbové proteíny aby sa zabránilo previnutiu jednovláknovej DNA do dvojitej špirály.

Akonáhle je jednovláknová DNA prístupná na začiatku replikácie, môže sa začať replikácia DNA. DNA pol III je však schopná pridávať nukleotidy iba v smere 5′ až 3′ (nové vlákno DNA môže byť predĺžené iba v tomto smere). Je to preto, že DNA polymeráza vyžaduje voľnú 3'-OH skupinu, ku ktorej môže pridať nukleotidy vytvorením kovalentnej fosfodiesterovej väzby medzi 3'-OH koncom a 5' fosfátom nasledujúceho nukleotidu. To tiež znamená, že nemôže pridať nukleotidy, ak nie je k dispozícii voľná 3′-OH skupina, čo je prípad jedného vlákna DNA. Problém je vyriešený pomocou sekvencie RNA, ktorá poskytuje voľný 3'-OH koniec. Pretože táto sekvencia umožňuje spustenie syntézy DNA, vhodne sa nazýva primer. Primér je dlhý päť až 10 nukleotidov a je komplementárny k rodičovskej alebo templátovej DNA. Je syntetizovaný RNA prvoradý, čo je an RNA polymeráza. Na rozdiel od DNA polymeráz nepotrebujú RNA polymerázy na syntézu molekuly RNA voľnú 3'-OH skupinu. Teraz, keď primér poskytuje voľnú 3'-OH skupinu, DNA polymeráza III teraz môže rozšíriť tento RNA primér pridaním nukleotidov DNA jeden po druhom, ktoré sú komplementárne k templátovému vláknu (obrázok 1).

Predĺženie

Počas predĺženie replikácie DNAk pridávaniu nukleotidov dochádza pri maximálnej rýchlosti približne 1000 nukleotidov za sekundu. DNA polymeráza III sa môže rozšíriť iba v smere 5' až 3', čo predstavuje problém na replikačnej vidlici. Dvojitá špirála DNA je antiparalelná, to znamená, že jedno vlákno je orientované v smere 5′ až 3′ a druhé je orientované v smere 3′ až 5′ (pozri Štruktúra a funkcia DNA). Počas replikácie sa jedno vlákno, ktoré je komplementárne k 3′ až 5′ rodičovskému vláknu DNA, syntetizuje kontinuálne smerom k replikačnej vidlici, pretože polymeráza môže v tomto smere pridávať nukleotidy. Tento kontinuálne syntetizovaný reťazec je známy ako vedúci prameň. Druhý reťazec, komplementárny k 5′ až 3′ rodičovskej DNA, rastie preč od replikačnej vidlice, takže polymeráza sa musí vrátiť späť k replikačnej vidlici, aby začala pridávať bázy do nového priméru, opäť v smere od replikačnej vidlice. . Robí to, kým nenarazí na predtým syntetizovaný prameň, a potom sa opäť vráti späť (obrázok 4). Tieto kroky produkujú malé fragmenty sekvencie DNA známe ako Okazakiho fragmentykaždý oddelený RNA primerom. Fragmenty Okazaki sú pomenované po japonskom výskumnom tíme a manželskom páre Reiji a Tsuneko Okazaki, ktorý ich prvýkrát objavil v roku 1966. Vlákno s úlomkami Okazaki je známe ako zaostávajúce vláknoa jeho syntéza je údajne diskontinuálna.

Vedúci reťazec môže byť predĺžený z jedného priméru samotného, ​​zatiaľ čo zaostávajúci reťazec potrebuje nový primér pre každý z krátkych Okazakiho fragmentov. Celkový smer zaostávajúceho vlákna bude 3' až 5' a smer vedúceho vlákna 5' až 3'. Proteín nazývaný posuvná svorka drží DNA polymerázu na mieste, keď pokračuje v pridávaní nukleotidov. Posuvná svorka je proteín v tvare kruhu, ktorý sa viaže na DNA a drží polymerázu na mieste. Okrem svojej úlohy v iniciácii, topoizomeráza tiež zabraňuje pretáčaniu dvojitej špirály DNA pred replikačnou vidlicou, keď sa DNA otvára, robí to tak, že spôsobuje dočasné zárezy v špirále DNA a potom ju znova uzatvorí. Ako syntéza pokračuje, RNA priméry sú nahradené DNA. Priméry sa odstraňujú pomocou exonukleáza aktivity DNA polymerázy I a medzery sa vyplnia. Zárezy, ktoré zostanú medzi novo syntetizovanou DNA (ktorá nahradila RNA primer) a predtým syntetizovanou DNA, sú zapečatené enzýmom DNA ligáza ktorý katalyzuje tvorbu kovalentnej fosfodiesterovej väzby medzi 3'-OH koncom jedného fragmentu DNA a 5'-fosfátovým koncom druhého fragmentu, čím sa stabilizuje kostra cukru a fosfátu v molekule DNA.

Obrázok 4. Kliknutím zobrazíte väčší obrázok. V počiatku replikácie topoizomeráza II uvoľňuje nadzávitnicový chromozóm. Otvorením dvojvláknovej DNA v počiatku sa vytvoria dve replikačné vidlice a helikáza oddeľuje vlákna DNA, ktoré sú potiahnuté jednovláknovými väzbovými proteínmi, aby zostali vlákna oddelené. Replikácia DNA prebieha v oboch smeroch. RNA primer komplementárny k rodičovskému vláknu je syntetizovaný RNA primázou a je predlžovaný DNA polymerázou III pridaním nukleotidov na 3'-OH koniec. Na vedúcom vlákne sa DNA syntetizuje nepretržite, zatiaľ čo na zaostávajúcom vlákne sa DNA syntetizuje v krátkych úsekoch nazývaných Okazakiho fragmenty. RNA priméry v zaostávajúcom vlákne sú odstránené exonukleázovou aktivitou DNA polymerázy I a Okazakiho fragmenty sú spojené DNA ligázou.

Ukončenie

Po replikácii celého chromozómu ukončenie replikácie DNA musí nastať. Aj keď sa veľa vie o začatí replikácie, menej sa vie o procese ukončenia. Po replikácii sú výsledné kompletné kruhové genómy prokaryotov zreťazené, čo znamená, že kruhové chromozómy DNA sú prepojené a musia byť navzájom oddelené. Dosahuje sa to aktivitou bakteriálnej topoizomerázy IV, ktorá zavádza dvojvláknové zlomy do molekúl DNA, čo im umožňuje oddeliť od seba enzým a potom znovu uzavrie kruhové chromozómy. Rozlíšenie konkatemerov je problém jedinečný pre replikáciu prokaryotickej DNA kvôli ich kruhovým chromozómom. Pretože oboje bakteriálne DNA gyráza a topoizomeráza IV sa líšia od svojich eukaryotických náprotivkov, tieto enzýmy slúžia ako ciele pre triedu antimikrobiálnych liekov tzv. chinolóny.

Premýšľajte o tom

  • Ktorý enzým ruší vodíkové väzby, ktoré držia dva reťazce DNA pohromade, aby mohla nastať replikácia?
  • Je to zaostávajúci reťazec alebo vedúci reťazec, ktorý je syntetizovaný v smere k otvoreniu replikačnej vidlice?
  • Ktorý enzým je zodpovedný za odstránenie RNA primerov v novoreplikovanej bakteriálnej DNA?

Rozdiel medzi zaostávajúcim a vedúcim reťazcom

Prenos jednej charakteristiky sa prenáša na druhú prostredníctvom DNA alebo deoxyribonukleovej kyseliny, ktorá je prítomná v chromozóme človeka. Všimnite si, že DNA prenáša dedičné vlastnosti na ďalšiu generáciu prostredníctvom replikácie alebo vytvárania vlastnej kópie. Dvojvláknová molekula DNA sa replikuje do dvoch podobných kópií. Obidve vlákna fungujú ako templáty, aby vytvorili komplementárne vlákno. Rozštiepením DNA vzniká vidlica. Pamätajte, že nová DNA sa syntetizuje do 5' až 3' formy. To je dôvod, prečo replikácia vedie vlákna k tomu, aby išli iným smerom.

Vedúci reťazec sa replikuje v rovnakom smere ako replikácia vidlice, zatiaľ čo zaostávajúce vlákno sa syntetizuje v opačnom smere ako replikácia vidlice.

Vedúci reťazec je reťazec DNA, ktorý neustále rastie bez akejkoľvek medzery. Na druhej strane zaostávajúce pramene sú tie, ktoré sú vyrobené v malých častiach známych ako Okazakiho fragmenty. Ich rast navyše nie je kontinuálny. Vedúce aj zaostávajúce vlákna majú odlišnú DNA polymerázu na účely predlžovania.

Vedúci reťazec nevyžaduje DNA ligázu, zatiaľ čo je potrebný pre zaostávajúce vlákno, pretože to pomáha pri spájaní fragmentov Okazaki.

Vývoj vedúceho vlákna je rýchly na rozdiel od zaostávajúceho vlákna, ktorého tvorba je pomalšia. Ďalej, tvorba vedúceho vlákna začína rýchlo replikáciou. Vývoj zaostávajúceho vlákna vyžaduje trochu času v porovnaní s vedúcim vláknom.

Iní sú Reading

Inštrukcie

Lagging Strand

Toto je replikujúce sa vlákno, ktoré sa syntetizuje v smere 3' až 5'. Potrebuje primér RNA a je to nekontinuálny proces. Syntetizuje sa opačným spôsobom ako pohyb replikačnej vidlice, a preto je nespojitý. Pamätajte, že pred vložením primeru potrebuje čas, kým sa vidlica otvorí.

- Obrázok s láskavým dovolením: dnareplication.info

Vedúci Strand

Leading Strand nepotrebuje RNA primer a je syntetizovaný kontinuálne v smere 5 ‘až 3‘. Nie je medzi nimi žiadna medzera ani prestávky.


Replikácia rakovinotvorných buniek - cieľ terapie?

O replikáciu je tiež veľký záujem v oblasti medicíny, najmä v boji proti rakovine. Rakovinové bunky sú bunky tela, ktoré sa už nesprávajú normálne – replikujú svoj genóm a množia sa oveľa častejšie ako zdravé bunky. Výskumníci a lekári využívajú toto správanie vo svojej práci na látkach určených na zasahovanie do rastu rakoviny. Niektoré látky inhibujú replikáciu, čo zabraňuje rastu nádoru. Moderná chemoterapia využíva alkylačné činidlá (napr. busulfán, ifosfamid). Tieto látky sa viažu na DNA prostredníctvom alkylových skupín. Pretože tieto skupiny majú dve väzbové miesta, genóm je spojený dohromady, čím zabraňuje jeho replikácii. Ďalším príkladom sú analógy platiny, ktoré patria medzi najúčinnejšie chemoterapeutické lieky. Tieto látky majú atóm platiny, ktorý sa viaže na DNA a spája ju (napr. cisplatina, karboplatina). Látky ako antracyklíny a antibiotikum doxorubicín interkalujú DNA a robia ju nedostupnou pre DNA polymerázu, čím bránia enzýmu syntetizovať DNA.


Potrebuje replikácia DNA v 5 'až 3' (vedúci reťazec) RNA primázu? - Biológia

Objav dvojzávitnicovej povahy DNA od Watsona a Cricka vysvetlil, ako možno genetickú informáciu duplikovať a odovzdať nasledujúcim generáciám. Vlákna dvojitej špirály sa môžu oddeliť a slúžiť ako templáty na syntézu dcérskych vlákien. Pri konzervatívnej replikácii by dva dcérske reťazce smerovali do jednej dcérskej bunky a dva rodičovské reťazce by išli do druhej dcérskej bunky. Pri semikonzervatívnej replikácii by jedno rodičovské a jedno dcérske vlákno išlo do každej z dcérskych buniek.

Experimentovaním sa zistilo, že DNA sa replikuje prostredníctvom semikonzervatívneho mechanizmu. Existujú tri možné mechanizmy, ktoré môžu vysvetliť semikonzervatívnu replikáciu DNA.

a) Syntéza DNA začína na špecifickom mieste na chromozóme nazývanom pôvod. In the first mechanism one daughter strand is initiated at an origin on one parental strand and the second is initiated at another origin on the opposite parental strand. Thus only one strand grows from each origin. Some viruses use this type of mechanism.

(b) In the second mechanism replication of both strands is initiated at one origin. The site at which the two strands are replicated is called the replication fork. Since the fork moves in one direction from the origin this type of replication is called unidirectional. Some types of bacteria use this type of mechanism.

(c) In the third mechanism two replication forks are initiated at the origin and as synthesis proceeds the two forks migrate away from one another. This type of replication is called bi-directional. Most organisms, including mammals, use bi-directional replication.

Requirements for DNA Synthesis

There are four basic components required to initiate and propagate DNA synthesis. They are: substrates, template, primer and enzymes.

Four deoxyribonucleotide triphosphates (dNTP's) are required for DNA synthesis (note the only difference between deoxyribonucleotides and ribonucleotides is the absence of an OH group at position 2' on the ribose ring). These are dATP, dGTP, dTTP and dCTP. The high energy phosphate bond between the a and b phosphates is cleaved and the deoxynucleotide monophosphate is incorporated into the new DNA strand.

Ribonucleoside triphosphates (NTP's) are also required to initiate and sustain DNA synthesis. NTP's are used in the synthesis of RNA primers and ATP is used as an energy source for some of the enzymes needed to initiate and sustain DNA synthesis at the replication fork.

The nucleotide that is to be incorporated into the growing DNA chain is selected by base pairing with the template strand of the DNA. The template is the DNA strand that is copied into a complementary strand of DNA.

The enzyme that synthesizes DNA, DNA polymerase, can only add nucleotides to an already existing strand or primer of DNA or RNA that is base paired with the template.

An enzyme, DNA polymerase, is required for the covalent joining of the incoming nucleotide to the primer. To actually initiate and sustain DNA replication requires many other proteins and enzymes which assemble into a large complex called a replisome. It is thought that the DNA is spooled through the replisome and replicated as it passes through.

The major catalytic step of DNA synthesis is shown below. Notice that DNA synthesis always occurs in a 5' to 3' direction and that the incoming nucleotide first base pairs with the template and is then linked to the nucleotide on the primer.

DNA Synthesis is Semidiscontinuous

Since all known DNA polymerases can synthesize only in a 5' to 3' direction a problem arises in trying to replicate the two strands of DNA at the fork.

Notice that the top strand must be discontinuously replicated in short stretches thus the replication of both parental strands is a semidiscontinuous process. The strand that is continuously synthesized is called the leading strand while the strand that is discontinuously synthesized is called the lagging strand.

Leading Strand Synthesis

DNA synthesis requires a primer usually made of RNA. A primase synthesizes the ribonucleotide primer ranging from 4 to 12 nucleotides in length. DNA polymerase then incorporates a dNMP onto the 3' end of the primer initiating leading strand synthesis. Only one primer is required for the initiation and propagation of leading strand synthesis.

Lagging Strand Synthesis

Lagging strand synthesis is much more complex and involves five steps.

1. As the leading strand is synthesized along the lower parental strand the top parental strand becomes exposed. The strand is then recognized by a primase which synthesizes a short RNA primer.

2. DNA polymerase then incorporates a dNMP onto the 3" end of the primer and initiates lagging strand synthesis. The polymerase extends the primer for about 1,000 nucleotides until it comes in contact with the 5' end of the preceding primer. These short segments of RNA/DNA are known as Okazaki fragments.

3. When the DNA polymerase encounters the preceding primer it dissociates. The RNA is then removed by a specialized DNA polymerase or by an enzyme called RNaseH. Ribonucleotides are then excised one at a time in a 5' to 3' direction. The RNaseH leaves a phosphate group at the 5' end of the adjoining DNA segment thus leaving a gap.

4. The gap is filled by a DNA polymerase which uses an Okazaki fragment as a primer.

5. The 3' hydroxyl group on the 3' nucleotide terminus is then covalently joined, using DNA ligase, to the free 5' phosphate of the previously made lagging segment.

Štruktúra DNA

There are many types of DNA polymerases which can excise, fill gaps, proofread, repair and replicate.

Other Factors Required for DNA Synthesis

Origins: Origins are unique DNA sequences that are recognized by a protein that builds the replisome. Origins have been found in bacterial, plasmid, viral, yeast and mitochondrial DNA and have recently been discovered in mammalian DNA. Specific origins are used for initiating DNA replication in humans. Most origins have a site that is recognized and bound by an origin-binding protein. When the origin-binding protein binds to the origin the A + T rich sequence becomes partially denatured allowing other replication factors known as cis-acting factors to bind and initiate DNA replication.

Origin-binding Protein: binds and partially denatures the origin DNA while binding to another enzyme called helicase.

Helicases: unwind double stranded DNA.

Single-stranded DNA Binding Protein (SSB): enhances the activity of the helicase and prevents the unwound DNA from renaturing.

Primáš: synthesize the RNA primers required for initiating leading and lagging strand synthesis.

DNA Polymerase: recognizes the RNA primers and extends them in the 5' to 3' direction.

Processivity Factors: help load the polymerase onto the primer-template while anchoring the polymerase to the DNA.

Topoizomeráza: removes the positive supercoils that form as the fork is unwound by the helicase.

RNaseH: removes RNA portions from Okazaki fragments.

Ligase: seals the nicks after filling in the gaps left by DNA polymerase.

Coordination of Leading and Lagging Strand Synthesis

Leading and lagging strand synthesis is thought to be coordinated at a replication fork. The two polymerases are held together by another set of proteins, tg , which are near the fork that is being unwound and simultaneously primed by helicase-primase. Both polymerases are bound by a processivity factor, b . Upon completing an Okazaki fragment the lagging strand polymerase release the b factor and dissociates from the DNA. The tg complex then loads the new b factor/primer complex onto the lagging strand polymerase which initiates a new round.

Leading strand synthesis can proceed all the way to the end of a chromosome however lagging strand synthesis can not. Consequently the 3' tips of each daughter chromosome would not be replicated.

Telomerase ( also AKA telomere terminal transferase) extends the 3' ends of a chromosome by adding numerous repeats of a six base pair sequence until the 3' end of the lagging strand is long enough to be primed and extended by DNA polymerase.

Telomerase recognizes the tips of chromosomes also know as telomeres. The DNA sequences of telomeres have been determined in several organisms and consist of numerous repeats of a 6 to 8 base long sequence, [TTGGGG]n.

Telomeres have been found to progressively shorten in certain types of cells. These cells appear to lack Telomerase activity. When telomeric length shortens to a critical point the cell dies. Cells derived from rapidly proliferating tissues, such as tumors, have telomeres that are unusually long. This indicates that Telomerase activity may be necessary for the proliferation of tumor cells. Telomerase activity is found in ovarian cancer cells but not in normal ovarian tissue. Thus it may be possible to develop anti-tumor drugs that function to inhibit telomerase activity.

Chemical Inhibitors of DNA Replication

Some types of drugs function by inhibiting DNA replication.

Substrate Analogs: analogs of dNTP's which function as chain terminators can be incorporated into DNA. These analogs are usually either missing the 3' hydroxyl group or have a chemical group, other than hydroxyl, in the 3' position.

Cytosine Arabinoside: is an anticancer drug used to treat leukemia.

Azidothymidine (AZT): was used as an anti-HIV drug that, while effective in tissue culture experiments, proved to be ineffective for treating HIV in humans.

Acyclovir: is an effective anti-herpes virus drug.

Intercalating Agents: are compounds with fused aromatic ring systems that can wedge (intercalate) between the stacked base pairs of DNA. This disrupts the structure of the DNA so that the replicative enzymes have difficulty in synthesizing DNA past the "intercalated" sites. Anthracycline glycosides and Actinomycin D are intercalators used to treat a variety of cancers.

DNA Damaging Agents: a variety of compounds such as Cisplatin, cause chemical damage to DNA and are used in the treatment of cancers.

Topoisomerase Inhibitors: Nalidixic acid and Fluoroquinolones are antibiotics used to inhibit bacterial topoisomerases.


70 DNA Replication in Eukaryotes

Na konci tejto časti budete môcť:

  • Discuss the similarities and differences between DNA replication in eukaryotes and prokaryotes
  • State the role of telomerase in DNA replication

Eukaryotic genomes are much more complex and larger in size than prokaryotic genomes. Eukaryotes also have a number of different linear chromosomes. The human genome has 3 billion base pairs per haploid set of chromosomes, and 6 billion base pairs are replicated during the S phase of the cell cycle. There are multiple origins of replication on each eukaryotic chromosome humans can have up to 100,000 origins of replication across the genome. The rate of replication is approximately 100 nucleotides per second, much slower than prokaryotic replication. In yeast, which is a eukaryote, special sequences known as autonomously replicating sequences (ARS) are found on the chromosomes. These are equivalent to the origin of replication in E. coli.

The number of DNA polymerases in eukaryotes is much more than in prokaryotes: 14 are known, of which five are known to have major roles during replication and have been well studied. They are known as pol α, pol β, pol γ, pol 5, and pol ε.

The essential steps of replication are the same as in prokaryotes. Before replication can start, the DNA has to be made available as a template. Eukaryotic DNA is bound to basic proteins known as histones to form structures called nucleosomes. Histones must be removed and then replaced during the replication process, which helps to account for the lower replication rate in eukaryotes. The chromatin (the complex between DNA and proteins) may undergo some chemical modifications, so that the DNA may be able to slide off the proteins or be accessible to the enzymes of the DNA replication machinery. At the origin of replication, a pre-replication complex is made with other initiator proteins. Helicase and other proteins are then recruited to start the replication process ((Figure)).

Difference between Prokaryotic and Eukaryotic Replication
Property Prokaryoty Eukaryoty
Origin of replication Single Multiple
Rate of replication 1000 nucleotides/s 50 to 100 nucleotides/s
DNA polymerase types 5 14
telomeráza Not present Present
RNA primer removal DNA pol I RNase H
Strand elongation DNA pol III Pol α, pol δ, pol ε
Sliding clamp Sliding clamp PCNA

A helicase using the energy from ATP hydrolysis opens up the DNA helix. Replication forks are formed at each replication origin as the DNA unwinds. The opening of the double helix causes over-winding, or supercoiling, in the DNA ahead of the replication fork. These are resolved with the action of topoisomerases. Primers are formed by the enzyme primase, and using the primer, DNA pol can start synthesis. Three major DNA polymerases are then involved: α, δ and ε. DNA pol α adds a short (20 to 30 nucleotides) DNA fragment to the RNA primer on both strands, and then hands off to a second polymerase. While the leading strand is continuously synthesized by the enzyme pol 5, the lagging strand is synthesized by pol ε. A sliding clamp protein known as PCNA (proliferating cell nuclear antigen) holds the DNA pol in place so that it does not slide off the DNA. As pol δ runs into the primer RNA on the lagging strand, it displaces it from the DNA template. The displaced primer RNA is then removed by RNase H (AKA flap endonuclease) and replaced with DNA nucleotides. The Okazaki fragments in the lagging strand are joined after the replacement of the RNA primers with DNA. The gaps that remain are sealed by DNA ligase, which forms the phosphodiester bond.

Telomere replication

Unlike prokaryotic chromosomes, eukaryotic chromosomes are linear. As you’ve learned, the enzyme DNA pol can add nucleotides only in the 5′ to 3′ direction. In the leading strand, synthesis continues until the end of the chromosome is reached. On the lagging strand, DNA is synthesized in short stretches, each of which is initiated by a separate primer. When the replication fork reaches the end of the linear chromosome, there is no way to replace the primer on the 5’ end of the lagging strand. The DNA at the ends of the chromosome thus remains unpaired, and over time these ends, called telomeres, may get progressively shorter as cells continue to divide.

Telomeres comprise repetitive sequences that code for no particular gene. In humans, a six-base-pair sequence, TTAGGG, is repeated 100 to 1000 times in the telomere regions. In a way, these telomeres protect the genes from getting deleted as cells continue to divide. The telomeres are added to the ends of chromosomes by a separate enzyme, telomerase ((Figure)), whose discovery helped in the understanding of how these repetitive chromosome ends are maintained. The telomerase enzyme contains a catalytic part and a built-in RNA template. It attaches to the end of the chromosome, and DNA nucleotides complementary to the RNA template are added on the 3′ end of the DNA strand. Once the 3′ end of the lagging strand template is sufficiently elongated, DNA polymerase can add the nucleotides complementary to the ends of the chromosomes. Thus, the ends of the chromosomes are replicated.


Telomerase is typically active in germ cells and adult stem cells. It is not active in adult somatic cells. For their discovery of telomerase and its action, Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider, and Jack W. Szostak ((Figure)) received the Nobel Prize for Medicine and Physiology in 2009.


Telomerase and Aging

Cells that undergo cell division continue to have their telomeres shortened because most somatic cells do not make telomerase. This essentially means that telomere shortening is associated with aging. With the advent of modern medicine, preventative health care, and healthier lifestyles, the human life span has increased, and there is an increasing demand for people to look younger and have a better quality of life as they grow older.

In 2010, scientists found that telomerase can reverse some age-related conditions in mice. This may have potential in regenerative medicine. 1 Telomerase-deficient mice were used in these studies these mice have tissue atrophy, stem cell depletion, organ system failure, and impaired tissue injury responses. Telomerase reactivation in these mice caused extension of telomeres, reduced DNA damage, reversed neurodegeneration, and improved the function of the testes, spleen, and intestines. Thus, telomere reactivation may have potential for treating age-related diseases in humans.

Cancer is characterized by uncontrolled cell division of abnormal cells. The cells accumulate mutations, proliferate uncontrollably, and can migrate to different parts of the body through a process called metastasis. Scientists have observed that cancerous cells have considerably shortened telomeres and that telomerase is active in these cells. Interestingly, only after the telomeres were shortened in the cancer cells did the telomerase become active. If the action of telomerase in these cells can be inhibited by drugs during cancer therapy, then the cancerous cells could potentially be stopped from further division.

Zhrnutie sekcie

Replication in eukaryotes starts at multiple origins of replication. The mechanism is quite similar to that in prokaryotes. A primer is required to initiate synthesis, which is then extended by DNA polymerase as it adds nucleotides one by one to the growing chain. The leading strand is synthesized continuously, whereas the lagging strand is synthesized in short stretches called Okazaki fragments. The RNA primers are replaced with DNA nucleotides the DNA Okazaki fragments are linked into one continuous strand by DNA ligase. The ends of the chromosomes pose a problem as the primer RNA at the 5’ ends of the DNA cannot be replaced with DNA, and the chromosome is progressively shortened. Telomerase, an enzyme with an inbuilt RNA template, extends the ends by copying the RNA template and extending one strand of the chromosome. DNA polymerase can then fill in the complementary DNA strand using the regular replication enzymes. In this way, the ends of the chromosomes are protected.


Pozri si video: DNA animations by for Science-Art exhibition (November 2022).