Verschil tussen Prokaryote en Eukaryotische DNA-replicatie

Belangrijkste verschil - Prokaryote versus eukaryote DNA-replicatie

Prokaryote en eukaryotische 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 enkele, originele DNA-molecule. DNA-replicatie zorgt voor de ontvangst van de exacte kopie van het genetische materiaal van de ouder door elke dochtercel. DNA-replicatie wordt uitgevoerd door een klasse van enzymen die DNA-polymerasen worden genoemd. Zowel prokaryote als eukaryote DNA-replicaties zijn semi-conservatieve DNA-replicaties waarbij één oude en één nieuwe streng in de dochtercel kan worden gevonden. Hoewel het proces van DNA-replicatie vrijwel gelijk is in zowel prokaryoten als eukaryoten, kunnen sommige verschillen optreden vanwege de grootte en de complexiteit van het genetische materiaal. De grootste verschil tussen prokaryote en eukaryote DNA-replicatie is dat prokaryote DNA-replicatie vindt plaats via een enkele oorsprong van replicatie, terwijl eukaryote DNA-replicatie plaatsvindt door meerdere replicatie-oorsprongen.  

Key Areas Covered

1. Wat is Prokaryote DNA-replicatie
      - Definitie, functies, mechanisme
2. Wat is Eukaryote DNA-replicatie
      - Definitie, functies, mechanisme
3. Wat zijn de overeenkomsten tussen prokaryote en eukaryote DNA-replicatie
      - Overzicht van gemeenschappelijke functies
4. Wat is het verschil tussen Prokaryote en Eukaryotische DNA-replicatie
     - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: DNA-polymerase, replicatie van het eukaryotische DNA, achterblijvende bundel, leidende streng, replicatieherkomst, RNA-primer, prokaryote DNA-replicatie, replicatiebel, replicatievork

Wat is Prokaryote DNA-replicatie

Prokaryote 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 dubbelstrengig circulair DNA-molecuul in hun cytoplasma. Prokaryotisch DNA omvat een enkele oorsprong van replicatie. DNA-helicase wikkelt het DNA aan de oorsprong van replicatie af door de waterstofbindingen tussen de stikstofhoudende basen te verbreken. De resulterende Y-vormige structuur wordt de replicatievork. Omdat prokaryotisch DNA een enkele oorsprong van replicatie bevat, worden tijdens het replicatieproces slechts twee replicatievorken gevormd. Deze twee replicatievorken worden bidirectioneel verwerkt. De enkelstrengs DNA-bindingseiwitten (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 prokaryote DNA-replicatie; DNA-polymerase I, II en III. Zowel initiatie als verlenging van de prokaryotische DNA-replicatie worden uitgevoerd door DNA-polymerase III. Het DNA-polymerase III voegt nucleotiden toe in de 5 'naar 3'-richting. 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 vereist om DNA te synthetiseren in de 5 'naar 3'-richting, worden continu nieuwe fragmenten van DNA genaamd Okazaki-fragmenten gevormd. De openingvulling en DNA-reparatie worden uitgevoerd door DNA-polymerase I en II. De RNA-primer wordt verwijderd door het 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 de prokaryotische DNA-replicatie, zijn er enkele verschillen vanwege de grootte en de structuur van eukaryotisch DNA. Eukaryoot DNA is dubbelstrengs lineaire moleculen. De hoeveelheid eukaryotisch DNA is ongeveer 50 keer groter dan het prokaryotische DNA. Bovendien zit eukaryotisch DNA dicht opeengepakt met histonen in de kern van de cel. Daarom vindt DNA-replicatie in drie stappen plaats; initiatie, verlenging en beëindiging.

inwijding

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

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 a, δ en ε. Het DNA-polymerase a initieert de DNA-replicatie terwijl het DNA-polymerase 8 en e bij de verlenging zijn betrokken. DNA-polymerase α vereist ook een RNA-primer om de nieuwe DNA-streng te synthetiseren en de primer wordt verwijderd door het DNA-polymerase β. De leidende en achterblijvende strengen worden op dezelfde manier gevormd als bij prokaryote DNA-replicatie. Eukaryote DNA-replicatie-verlenging 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 gestopt. Vervolgens wordt de RNA-primer verwijderd en wordt de opening opgevuld door vrij zwevende DNA-polymerasen. De inkepingen worden verbonden door het DNA-ligase. De meerdere replicatiebubbels worden weergegeven in figuur 3.

Figuur 3: Multiple Replication Bubbles

Overeenkomsten tussen Prokaryote en Eukaryotische DNA-replicatie

• Zowel prokaryotische als eukaryotische DNA-replicaties treden op voordat de nucleaire divisie wordt betreden.
• Zowel prokaryote als eukaryote DNA-replicatie werkt op dubbelstrengig DNA.
• Het afwikkelen van zowel prokaryoot als eukaryotisch DNA wordt gedaan door DNA-helicase.
• De afgewikkelde DNA-strengen worden gestabiliseerd door enkelstrengs DNA-bindingseiwitten (SSB).
• Zowel prokaryote als eukaryotische DNA-replicatie zijn meerstapsprocessen, die worden uitgevoerd door een enzymcomplex genaamd DNA-polymerasen..
• Elk type DNA-polymerasen werkt in de richting 5 'naar 3'.
• RNA-primers zijn vereist voor de initiatie van beide typen DNA-replicaties.
• De synthese van de RNA-primer gebeurt door het enzym primase.
• Zowel prokaryote als eukaryote DNA-replicaties komen op een semi-conservatieve manier voor waarbij één oude DNA-streng en één nieuwe DNA-streng in de dochtercel te vinden zijn.
• Zowel prokaryotische als eukaryotische DNA-replicaties zijn bidirectioneel, omdat de replicaties op beide manieren voortgang vinden.
• Voorlopende en achterblijvende strengen worden gevormd in beide typen DNA-replicaties.
• De achterblijvende streng produceert de kleine DNA-fragmenten genaamd Okazaki-fragmenten, die uiteindelijk met elkaar worden verbonden.
• De benodigde tijd voor beide typen replicaties is ongeveer een uur.

Verschil tussen Prokaryote en Eukaryotische DNA-replicatie

Definitie

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryote DNA-replicatie is het proces waarbij een prokaryoot organisme het gehele genoom dupliceert om het tweede exemplaar 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: Prokaryote 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: Prokaryote 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 cirkelvormig en dubbelstrengs.

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

Hoeveelheid DNA

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

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

Packaging

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotisch DNA vormt lusachtige structuren door het omhullen van histonachtige eiwitmoleculen.

Eukaryote DNA-replicatie: Eukaryoot 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: Eukaryoot DNA bestaat uit meerdere replicatie-oorsprongen (meer dan 1000).

DNA-polymerasen

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryote 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 prokaryote DNA-replicatie.

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

Snelheid van DNA-replicatie

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

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

Einde synthese

Prokaryote DNA-replicatie: Prokaryotisch DNA bevat geen uiteinden.

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

Eindproduct van de replicatie

Prokaryote DNA-replicatie: Het eindproduct van de prokaryote DNA-replicatie is twee cirkelvormige chromosomen.

Eukaryote DNA-replicatie: Het uiteindelijke product van de eukaryote DNA-replicatie is twee zuster-chromatiden.

Conclusie

Prokaryote en eukaryote DNA-replicatie zijn twee processen die betrokken zijn bij de duplicatie van genomen voorafgaand aan celdeling. Het mechanisme van zowel prokaryote als eukaryote DNA-replicatie is vergelijkbaar. Vanwege de grootte en de complexiteit van het eukaryotische genoom is de eukaryote DNA-replicatie echter een meer complex proces. Aldus vindt eukaryote DNA-replicatie plaats door de vorming van meerdere replicatieoorsprong. Maar prokaryote DNA-replicatie vindt plaats via een enkele replicatieoorsprong. Omdat prokaryote DNA-replicatie echter een snel proces is, duurt het beide DNA-replicatieproces even lang. Daarom is het belangrijkste verschil tussen prokaryote en eukaryotische DNA-replicatie afhankelijk van de grootte en de complexiteit van elk type genomen.

Referentie:

1. "Replicatie van DNA in prokaryoten." Grenzeloos. N.p., 02 juni 2016. Web. Beschikbaar Hier. 8 aug. 2017.
2. "Replicatie van DNA in eukaryoten." Grenzeloos. N.p., 26 mei 2016. Web. Beschikbaar Hier. 8 aug. 2017. 

Afbeelding met dank aan:

1. "DNA-replicatie en" door LadyofHats Mariana Ruiz - Eigen werk. Afbeelding hernoemd van File: DNA replication.svg, (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Replication-complex" 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