Hauptunterschied – DNA-Replikation vs. Transkription

Sowohl die DNA-Replikation als auch die Transkription sind an der Bindung komplementärer Nukleotide an die DNA beteiligt, wodurch jeweils neue DNA- und RNA-Stränge entstehen. Bei der DNA-Replikation produziert die DNA zwei exakte Repliken des gesamten Genoms, um eine Zellteilung zu durchlaufen. Andererseits ist die Transkription der erste Schritt der Genexpression, bei dem die für die Zellfunktion notwendigen Proteine ​​produziert werden. Bei der Transkription werden nur kleine DNA-Sequenzen in RNA transkribiert. Die Hauptunterschied zwischen DNA-Replikation und Transkription ist das DNA-Replikation ist der Prozess der Herstellung einer exakten Kopie des Genoms, während Transkription die Übertragung genetischer Informationen eines bestimmten DNA-Segments in RNA ist.

Dieser Artikel untersucht,

1. Was ist DNA-Replikation? – Definition, Funktion, Prozess, Merkmale 2. Was ist Transkription? – Definition, Funktion, Prozess, Merkmale 3. Was ist der Unterschied zwischen DNA-Replikation und -Transkription?

Was ist DNA-Replikation?

DNA-Replikation wird als die Herstellung von zwei exakten DNA-Replikaten aus einem ursprünglichen DNA-Molekül bezeichnet. Die in der DNA gespeicherte genetische Information wird durch die Replikation der DNA durch die Nachkommen vererbt. Während der Replikation dienen beide DNA-Stränge als Matrizen. Daher wird angenommen, dass die DNA-Replikation auf semikonservative Weise erfolgt.

Die DNA-Replikation wird am Replikationsursprung in jedem Chromosom initiiert. Der Prozess wird von der Gruppe von Enzymen durchgeführt, die DNA-Polymerasen genannt werden. DNA-Polymerase benötigt einen kurzen RNA-Strang, der als Primer bekannt ist, um die Replikation einzuleiten. Die Entwindung der Doppelhelix im Genom erzeugt die Replikationsgabeln. An der Replikationsgabel sind verschiedene Enzyme mit der Replikation verbunden. Die DNA-Replikation erfolgt bidirektional an der Replikationsgabel. Der neue DNA-Strang, der kontinuierlich synthetisiert wird, wird als Leitstrang bezeichnet. Der andere Strang, der in Form von Okazaki-Fragmenten synthetisiert wird, wird als nacheilender Strang bezeichnet.

DNA-Polymerase synthetisiert den neuen Strang durch Hinzufügen von Nukleotiden, die komplementär zur Matrize sind. Die Anlagerung von Nukleotiden erfolgt in 3'- bis 5'-Richtung, ausgehend vom 3'-Ende der bestehenden Nukleotidkette. Das Zucker-Phosphat-Rückgrat wird durch die Bildung einer Phosphodiester-Bindung zwischen der proximalen Phosphatgruppe und dem 3'-OH des Pentoserings des ankommenden Nukleotids gebildet. Topoisomerase, Helikase, DNA-Primase und DNA-Ligase sind die anderen Enzyme, die an der DNA-Replikation beteiligt sind. Die DNA-Replikation wird an den telomeren Regionen des Chromosoms beendet.

Normalerweise behalten DNA-Polymerasen eine hohe Genauigkeit bei, da der Einbau einer Fehlpaarung weniger als eins zu 10 beträgt⁷ eingebaute Nukleotide. Sie bestehen auch aus der 3′ bis 5′-Korrekturleseaktivität, bei der sie die eingebauten Fehlanpassungen am Ende entfernen können. Andererseits können Fehlpaarungen durch die Nachreplikations-Mismatch-Reparaturmechanismen repariert werden. Die endgültige Fehlerinkorporationsrate beträgt weniger als eins zu 10⁹ eingebaute Nukleotide.

Abbildung 1: DNA-Replikation

Die In-vitro-DNA-Replikation erfolgt mit Hilfe von künstlichen DNA-Primern und DNA-Polymerasen, die aus Bakterien isoliert werden. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist die molekularbiologische Technik, die zur In-vitro-Replikation von DNA verwendet wird. Das bei der PCR verwendete Enzym ist die Taq-Polymerase. Durch die Verwendung eines Paares von DNA-Primern synthetisiert die PCR DNA-Fragmente aus einer bekannten Sequenz.

Was ist Transkription?

Transkription ist der Vorgang des Kopierens einer DNA-Sequenz in RNA mit Hilfe des Enzyms RNA-Polymerase. Gene werden in mRNAs transkribiert, um die Genexpression zu initiieren. Die RNA-Polymerase synthetisiert das mRNA-Primärtranskript, indem sie den Antisense-DNA-Strang von 3' nach 5'-Richtung liest. Der resultierende RNA-Strang ist komplementär und antiparallel zur Matrize. Es wird von 5′ bis 3′ Richtung synthetisiert. Ein Gen besteht sowohl aus einer kodierenden Sequenz als auch aus regulatorischen Sequenzen. Die kodierende Sequenz kodiert die Aminosäuresequenz eines Proteins, während die regulatorischen Sequenzen die Genexpression regulieren.

Abbildung 2: Transkription an der RNA-Polymerase

Die Transkription wird durch die Bindung von RNA-Polymerase an den Promotor mit Hilfe von Transkriptionsfaktoren initiiert. Die Bindung bildet eine Transkriptionsblase, bestehend aus ca. 14 Basen des ungewickelten doppelsträngigen Promotors. Nach der Auswahl der Transkriptionsinitiationsstelle werden Nukleotide durch RNA-Polymerase hinzugefügt. Am Ende der Transkription wird ein Polyadenylatschwanz an das 3'-Ende des primären Transkripts angefügt. In Eukaryoten werden Polyadenylierung, 5'-Endcapping und das Spleißen von Exons zusammenfassend als posttranskriptionelle Modifikationen bezeichnet. Gene können auch für nicht-kodierende RNAs, rRNAs und tRNAs kodieren, die folglich bei der Synthese, Regulierung und Verarbeitung von Proteinen helfen.

Unterschied zwischen DNA-Replikation und -Transkription

Definition

DNA Replikation: Die DNA-Replikation erzeugt zwei exakte Repliken des ursprünglichen doppelsträngigen DNA-Moleküls. Jeder der neuen Stränge besteht aus einem ursprünglichen DNA-Strang.

Transkription: Die Transkription erzeugt ein einzelsträngiges RNA-Molekül unter Verwendung der doppelsträngigen DNA.

Funktion

DNA Replikation: Es überträgt das gesamte Genom an seine Nachkommen.

Transkription: Es erzeugt RNA-Kopien eines bestimmten Gens.

Enzym erforderlich

DNA Replikation: Topoisomerase, Helicase, DNA-Primase und DNA-Ligase.

Transkription: Transkriptase (Typ der DNA-Helicase) und RNA-Polymerase.

Auftreten im Zellzyklus

DNA Replikation: Es tritt in der S-Phase auf, wenn sich die Zelle auf die Teilung vorbereitet.

Transkription: Es tritt in den Phasen G1 und G2 auf, wenn die Zelle Proteine ​​synthetisieren muss.

Nukleotidvorläufer

DNA Replikation: Es verwendet dATP, dGTP, dTTP und dCTP als Vorläufer.

Transkription: Es verwendet ATP, UTP, GTP und CTP als Vorläufer.

Treue

DNA Replikation: DNA-Polymerase behält durch ihre 3'- bis 5'-Exonuklease-Aktivität eine hohe Wiedergabetreue bei.

Transkription: RNA-Polymerase behält im Vergleich zu DNA-Polymerase eine geringere Genauigkeit bei.

Länge des neueren Strangs

DNA Replikation: Es synthetisiert lange DNA-Stränge.

Transkription: Es synthetisiert vergleichsweise kurze RNA-Stränge.

Bindung

DNA Replikation: Der neu synthetisierte DNA-Strang ist durch Wasserstoffbrücken an seine Matrize gebunden.

Transkription: Die transkribierte RNA trennt sich von ihrer Matrize.

Grundierungen

DNA Replikation: DNA-Polymerase benötigt einen RNA-Primer für die Initiation der Replikation.

Transkription: RNA-Polymerase erfordert keine Primer.

Okazaki-Fragment

DNA Replikation: Der nachlaufende Strang erzeugt Okazaki-Fragmente.

Transkription: Die Transkription erfolgt nur in 5′ bis 3′-Richtung, mit Ausnahme der Okazaki-Fragmente.

Produkte

DNA Replikation: Es entstehen zwei Tochterstränge.

Transkription: Produziert werden mRNA, tRNA, rRNA und nicht-kodierende RNA wie microRNA.

Schicksal der Produkte

DNA Replikation: Die replizierte DNA verbleibt im Zellkern.

Transkription: Der größte Teil des Produkts gelangt in das Zytoplasma.

Lebensdauer der Produkte

DNA Replikation: Replizierte DNA wird durch Nachkommenschaft konserviert.

Transkription: Die meisten RNAs werden bereits vor ihrer Funktion abgebaut.

wird bearbeitet

DNA Replikation: Neu synthetisierte DNA wird keiner Verarbeitung unterzogen.

Transkription: Transkribierte RNAs unterliegen posttranskriptionellen Modifikationen.

Abschluss

Die DNA-Replikation tritt auf, wenn sich die Zelle auf die Zellteilung vorbereitet. Dabei wird das gesamte Genom eines Organismus auf einmal repliziert. Daher dienen beide Stränge als Matrizen für die Replikation. In der Replikationsgabel wird der führende Strang kontinuierlich synthetisiert und der nachlaufende Strang wird durch Okazaki-Fragmente synthetisiert. Schließlich sollten DNA-Polymerasen ein hohes Maß an Genauigkeit beibehalten, da die Replik das Genom der Nachkommen sein wird. Bei der Transkription werden Gene in RNA kopiert, um Proteine ​​für die zellulären Funktionen zu synthetisieren. Nur der Antisense-Strang wird transkribiert, da RNA ein einzelsträngiges Molekül ist. RNA-Polymerasen behalten im Vergleich zu DNA-Polymerasen eine geringere Genauigkeit bei, da RNAs kurzlebig sind. Daher liegt der Hauptunterschied zwischen DNA-Replikation und -Transkription in ihren Endprodukten.

Referenz:1. "DNA Replikation". Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2017. https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_replication. Aufgerufen am 19. Februar 20172. „Molekularer Mechanismus der DNA-Replikation“. KHANACEDAMY, 2017. https://www.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/molecular-mechanism-of-dna-replication. Aufgerufen am 19. Februar 20173. „Transcription(biology)“. Wikipedia, die freie Enzyklopädie, 2017. https://en.wikipedia.org/wiki/Transcription_(biology). Aufgerufen am 19. Februar 20174. Sagar Aryal, „Unterschied zwischen Replikation und Transkription“. MICROBIOLOGY INFO, Online Microbiology Notes, 2014. http://www.microbiologyinfo.com/difference-replication-transcription/. Abgerufen am 19. Februar 2017

Bildhöflichkeit: 1. "DNA-Replikation en.svg". Von LadyofHats Mariana Ruiz – Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia2. „RNAP TEC klein.jpg“. Von Abbondanzieri in der englischen Wikipedia – Erstellt mit dem Rendering-Programm Protein Explorer unter Verwendung der Koordinaten 1H38, die im RCSB PDB-Repository (Public Domain) über Commons Wikimedia hinterlegt sind