Skillnad mellan prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation

Huvudskillnad - Prokaryotisk vs Eukaryotisk DNA-replikation

Prokaryota och eukaryota DNA-replikationer förekommer innan celldelningen börjar. DNA-replikation är en biologisk process genom vilken de två genetiskt identiska replikerna av DNA syntetiseras från en enda original DNA-molekyl. DNA-replikation säkerställer mottagandet av den exakta kopian av förälderns genetiska material av varje dottercell. DNA-replikation utförs av en klass av enzymer som kallas DNA-polymeraser. Både prokaryota och eukaryota DNA-replikationer är semi-konservativa DNA-replikationer, i vilka en gammal och en ny sträng kan hittas i dottercellen. Även om processen med DNA-replikation är nästan lika i både prokaryoter och eukaryoter kan vissa skillnader uppstå på grund av storleken och komplexiteten hos det genetiska materialet. De huvudskillnad mellan prokaryot och eukaryot DNA-replikation är det prokaryotisk DNA-replikation sker genom ett enda replikationsställe medan eukaryot DNA-replikation sker genom flera replikations ursprung.  

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är prokaryotisk DNA-replikation
      - Definition, Funktioner, Mekanism
2. Vad är eukaryotisk DNA-replikation
      - Definition, Funktioner, Mekanism
3. Vad är likheterna mellan prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation
      - Översikt över gemensamma funktioner
4. Vad är skillnaden mellan prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation
     - Jämförelse av viktiga skillnader

Viktiga termer: DNA-polymeras, Eukaryotisk DNA-replikation, Lagging Strand, Ledande Strand, Reproduktionsstart, RNA-primer, Prokaryotisk DNA-replikation, Replikationsbubbla, Replikationsgaffel

Vad är prokaryotisk DNA-replikation

Prokaryotisk DNA-replikation är processen genom vilken prokaryoter som bakterier och arkeor duplicerar deras genom i en andra kopia, som kan transformeras till en dottercell. Prokaryoter består av en dubbelsträngad cirkulär DNA-molekyl i sin cytoplasma. Prokaryot DNA innefattar ett enda replikationsställe. DNA-helikas avvecklar DNA: n vid replikationsstart genom att bryta vätebindningarna mellan kvävebaserna. Den resulterande Y-formade strukturen kallas replikationsgaffel. Eftersom prokaryot DNA innehåller ett enda replikationsstart bildas endast två replikationsgafflar under replikationsprocessen. Dessa två replikationsgafflar bearbetar tvåriktat. De enkelsträngiga DNA-bindande proteinerna (SSB) stabiliserar de två avlindade strängarna, vilka tjänar som mallsträngarna för replikationen. Enzymet, RNA-primas syntetiserar en lång till 10 baspar lång RNA-primer, vilken är komplementär till mallsträngen.

Figur 1: DNA-replikation i prokaryoter

Tre typer av DNA-polymeraser är involverade i prokaryot DNA-replikation; DNA-polymeras I, II och III. Både initiering och förlängning av prokaryotisk DNA-replikation utförs av DNA-polymeras III. DNA-polymeras III tillför nukleotider i 5 'till 3'-riktning. På grund av DNA-dubbel-helixens antiparallella natur går en sträng från 5 'till 3' riktning (ledande sträng). Den andra strängen sträcker sig från 3 'till 5' riktning (lagringsträng). Eftersom den eftersläpande strängen kontinuerligt kräver RNA-primers för att syntetisera DNA i 5'-3'-riktningen bildas nya fragment av DNA som heter Okazaki-fragment kontinuerligt. Klyftfyllningen och DNA-reparationen utförs av DNA-polymeras I och II. RNA-primern avlägsnas av DNA-polymeras I. Processen med DNA-replikation i prokaryoter visas i Figur 1. 

Vad är eukaryotisk DNA-replikation

Eukaryotisk DNA-replikation är den process genom vilken det eukaryota genomet duplicerar före celldelning. Fastän den grundläggande mekanismen för den eukaryota DNA-replikationen liknar prokaryotisk DNA-replikation, finns det vissa skillnader på grund av storleken och strukturen hos eukaryot DNA. Eukaryot DNA är dubbelsträngade linjära molekyler. Mängden eukaryot DNA är cirka 50 gånger mer än det prokaryota DNA. Vidare är eukaryot DNA tätt packat med histon i kärnan i cellen. Därför sker DNA-replikation i tre steg; initiering, förlängning och uppsägning.

Initiering

Den eukaryota DNA-replikationen sker genom flera replikations ursprung. Multipla replikationsprungen bildar flera replikationsbubblor per kromosom. DNA-helikas och SSB är involverade i avveckling och stabilisering av de två mallarna vid varje replikationsstart.    

Förlängning

Under förlängning lägger DNA-polymeraser nya nukleotider till de befintliga 3'-ändarna. De tre typerna av DNA-polymeraser som är involverade i eukaryotisk DNA-replikation är DNA-polymeras a, 5 och e. DNA-polymeraset a initierar DNA-replikationen medan DNA-polymeraset 5 och e är involverade i förlängningen. DNA-polymeras a kräver också en RNA-primer för att syntetisera den nya DNA-strängen och primern avlägsnas av DNA-polymerasp. De ledande och bakre trådarna bildas på samma sätt som vid prokaryotisk DNA-replikation. Eukaryotisk DNA-replikationsöjning visas i figur 2.

Figur 2: Förlängning

Uppsägning

När den ledande strängen i en replikationsbubbla möter en släpande sträng i en andra replikationsbubbla, stoppas replikeringsprocessen. Därefter avlägsnas RNA-primern och gapet fylls av de fritt flytande DNA-polymeraserna. Nicksna förenas av DNA-ligasen. De multipla replikationsbubblorna visas i figur 3.

Figur 3: Flera replikationsbubblor

Likheter mellan prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation

• Både prokaryota och eukaryota DNA-replikationer uppträder innan de går in i kärnvårdsavdelningen.
• Både prokaryot och eukaryot DNA-replikation fungerar på dubbelsträngat DNA.
• Avvecklingen av både prokaryotiskt och eukaryot DNA utförs genom DNA-helikas.
• De avlindade DNA-strängarna stabiliseras genom enkelsträngade DNA-bindande proteiner (SSB).
• Både prokaryot och eukaryot DNA-replikation är multistepprocesser, vilka utförs av ett enzymkomplex som kallas DNA-polymeraser.
• Varje typ av DNA-polymeraser arbetar i 5'-3'-riktningen.
• RNA-primers erfordras för initiering av båda typerna av DNA-replikationer.
• Syntesen av RNA-primeren utförs av enzymet som kallas primas.
• Både prokaryota och eukaryota DNA-replikationer förekommer på ett halvt konservativt sätt där en gammal DNA-string och en ny DNA-DNA kan hittas i dottercellen.
• Både prokaryota och eukaryota DNA-replikationer är dubbelriktade eftersom replikationerna utvecklas på båda sätten.
• Ledande och bakre trådar bildas i båda typerna av DNA-replikationer.
• Den släpande strängen producerar de små DNA-fragmenten som heter Okazaki-fragment, vilka slutligen förenas.
• Tiden som tas för båda typerna av replikeringar är ungefär en timme.

Skillnad mellan prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation

Definition

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryotisk DNA-replikation är den process genom vilken en prokaryot organism duplicerar hela dess genom för att passera den andra kopian till en dottercell.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryotisk DNA-replikation är den process genom vilken det eukaryota genomet duplicerar före celldelning.

Förekomst

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryotisk DNA-replikation är en kontinuerlig process.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryotisk DNA-replikation sker under S-fasen av cellcykeln.

Plats

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryotisk DNA-replikation äger rum i cytoplasman.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryotisk DNA-replikation sker i kärnan.

Typ av DNA

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryot DNA är cirkulärt och dubbelsträngat.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryot DNA är linjärt och dubbelsträngat med ändar.

Mängden DNA

Prokaryotisk DNA-replikation: Det finns en liten mängd prokaryotisk DNA.

Eukaryotisk DNA-replikation: Mängden eukaryot DNA är 50 gånger mer än mängden prokaryot DNA.

Förpackning

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryot DNA bildar loopliknande strukturer genom att omsluta histonliknande proteinmolekyler.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryot DNA bildar nukleosomer och visar förpackning med högre ordning.

Replikens ursprung

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryot DNA består av ett enda replikationsställe.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryot DNA består av flera replikationsorter (över 1000).

DNA-polymeraser

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryotisk DNA-replikation utförs av DNA-polymeras I och III.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryot DNA-replikation bärs av DNA-polymeras a, 5 och e.

Storleken på Okazaki-fragmentet

Prokaryotisk DNA-replikation: Okazaki-fragmenten är relativt stora, 1000-2000 nukleotider i längd.

Eukaryotisk DNA-replikation: Okazaki-fragmenten är små, cirka 100-200 nukleotider i längd.

DNA Gyrase

Prokaryotisk DNA-replikation: DNA-gyrase är involverad i prokaryot DNA-replikation.

Eukaryotisk DNA-replikation: DNA-gyrase är inte nödvändigt för den eukaryota DNA-replikationen.

Hastighet för DNA-replikation

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryotisk DNA-replikation är en snabb process och cirka 2000 nukleotider tillsätts per sekund.

Eukaryotisk DNA-replikation: Eukaryotisk DNA-replikation är en långsam process och cirka 100 nukleotider tillsätts per sekund.

Slutsyntes

Prokaryotisk DNA-replikation: Prokaryot DNA innehåller inga ändar.

Eukaryotisk DNA-replikation: Telomeras är involverat i slutssyntesen i eukaryot DNA under replikationen.

Slutprodukt av replikationen

Prokaryotisk DNA-replikation: Den slutliga produkten av den prokaryota DNA-replikationen är två cirkulära kromosomer.

Eukaryotisk DNA-replikation: Den slutliga produkten av den eukaryota DNA-replikationen är två systerskromatider.

Slutsats

Prokaryotisk och eukaryot DNA-replikation är två processer som är involverade i duplicering av genomer före celldelning. Mekanismen för både prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation är liknande. På grund av storleken och komplexiteten hos det eukaryota genomet är emukaryotisk DNA-replikation emellertid en mer komplex process. Sålunda sker eukaryotisk DNA-replikation genom bildandet av multipel replikations ursprung. Men prokaryotisk DNA-replikation sker genom ett enda replikations ursprung. Eftersom prokaryotisk DNA-replikation är en snabb process, tar både DNA-replikationsprocessen samtidigt. Därför är huvudskillnaden mellan prokaryotisk och eukaryotisk DNA-replikation beroende av storleken och komplexiteten hos varje typ av genomer.

Referens:

1. "DNA-replikation i prokaryoter". Gränslös. NP, 02 juni 2016. Web. Tillgänglig här. 08 aug 2017.
2. "DNA-replikation i eukaryoter". Gränslös. NP, 26 maj 2016. Web. Tillgänglig här. 08 aug 2017. 

Image Courtesy:

1. "DNA replication en" Av LadyofHats Mariana Ruiz - eget arbete. Bild bytt namn från File: DNA replication.svg, (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Replication complex" Av Boumphreyfr - Egent arbete (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
3. "DNA bubbles2" Av Boumphreyfr - Egent arbete (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia