Hauptunterschied – prokaryotische vs. eukaryotische DNA-Replikation

Prokaryontische und eukaryontische DNA-Replikationen treten vor Beginn der Zellteilung auf. Die DNA-Replikation ist ein biologischer Prozess, bei dem die beiden genetisch identischen DNA-Replikate aus einem einzigen, ursprünglichen DNA-Molekül synthetisiert werden. Die DNA-Replikation stellt sicher, dass jede Tochterzelle die exakte Kopie des genetischen Materials der Eltern erhält. Die DNA-Replikation wird von einer Klasse von Enzymen durchgeführt, die als DNA-Polymerasen bezeichnet werden. Sowohl prokaryontische als auch eukaryontische DNA-Replikationen sind semikonservative DNA-Replikationen, bei denen ein alter und ein neuer Strang in der Tochterzelle zu finden sind. Obwohl der Prozess der DNA-Replikation sowohl bei Prokaryoten als auch bei Eukaryoten nahezu ähnlich ist, können aufgrund der Größe und Komplexität des genetischen Materials einige Unterschiede auftreten. Die Hauptunterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation ist das Die prokaryontische DNA-Replikation erfolgt über einen einzigen Replikationsstartpunkt, während die eukaryontische DNA-Replikation über mehrere Replikationsstartpunkte erfolgt.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was ist prokaryontische DNA-Replikation? – Definition, Funktionen, Mechanismus 2. Was ist eukaryotische DNA-Replikation? – Definition, Funktionen, Mechanismus 3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation? – Überblick über die gemeinsamen Funktionen 4. Was ist der Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: DNA-Polymerase, eukaryotische DNA-Replikation, nachlaufender Strang, führender Strang, Replikationsursprung, RNA-Primer, prokaryotische DNA-Replikation, Replikationsblase, Replikationsgabel

Was ist prokaryontische DNA-Replikation?

Prokaryontische DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem Prokaryonten wie Bakterien und Archaeen ihr Genom in eine zweite Kopie duplizieren, die in eine Tochterzelle umgewandelt werden kann. Prokaryonten bestehen aus einem doppelsträngigen zirkulären DNA-Molekül in ihrem Zytoplasma. Prokaryontische DNA umfasst einen einzigen Replikationsursprung. DNA-Helikase entwickelt die DNA am Replikationsursprung, indem sie die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen aufbricht. Die resultierende Y-förmige Struktur heißt Replikationsgabel. Da prokaryontische DNA einen einzigen Replikationsursprung enthält, werden während des Replikationsprozesses nur zwei Replikationsgabeln gebildet. Diese beiden Replikationsgabeln verarbeiten bidirektional. Die einzelsträngigen DNA-bindenden Proteine ​​(SSB) stabilisieren die beiden abgewickelten Stränge, die als Matrizenstränge für die Replikation dienen. Das Enzym RNA-Primase synthetisiert einen fünf bis zehn Basenpaare langen RNA-Primer, der komplementär zum Matrizenstrang ist.

Abbildung 1: DNA-Replikation in Prokaryoten

Drei Arten von DNA-Polymerasen sind an der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt; DNA-Polymerase I, II und III. Sowohl die Initiierung als auch die Verlängerung der prokaryotischen DNA-Replikation werden durch die DNA-Polymerase III durchgeführt. Die DNA-Polymerase III fügt Nukleotide in 5’-3’-Richtung hinzu. Aufgrund der antiparallelen Natur der DNA-Doppelhelix verläuft ein Strang von 5’ nach 3’ Richtung (führender Strang). Der andere Strang verläuft von 3’ bis 5’ Richtung (nacheilender Strang). Da der nacheilende Strang kontinuierlich RNA-Primer benötigt, um DNA in der 5’-3’-Richtung zu synthetisieren, werden kontinuierlich neue DNA-Fragmente, die Okazaki-Fragmente genannt, gebildet. Die Lückenfüllung und DNA-Reparatur werden durch DNA-Polymerase I und II durchgeführt. Der RNA-Primer wird von der DNA-Polymerase I entfernt. Der Prozess der DNA-Replikation in Prokaryonten ist in Abbildung 1 dargestellt.

Was ist eukaryotische DNA-Replikation?

Die eukaryotische DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem das eukaryotische Genom vor der Zellteilung dupliziert wird. Obwohl der grundlegende Mechanismus der eukaryotischen DNA-Replikation ähnlich der prokaryotischen DNA-Replikation ist, gibt es einige Unterschiede aufgrund der Größe und Struktur der eukaryotischen DNA. Eukaryotische DNA besteht aus doppelsträngigen linearen Molekülen. Die Menge der eukaryotischen DNA ist etwa 50-mal größer als die der prokaryotischen DNA. Darüber hinaus ist eukaryotische DNA im Zellkern dicht mit Histonen gepackt. Daher erfolgt die DNA-Replikation in drei Schritten; Initiierung, Verlängerung und Beendigung.

Einleitung

Die eukaryotische DNA-Replikation erfolgt über mehrere Replikationsstartpunkte. Die multiplen Replikationsstartpunkte bilden mehrere Replikationsblasen pro Chromosom. DNA-Helikase und SSBs sind an der Entwindung und Stabilisierung der beiden Matrizen an jedem Replikationsursprung beteiligt.

Verlängerung

Während der Elongation fügen DNA-Polymerasen neue Nukleotide an die bestehenden 3’-Enden hinzu. Die drei Typen von DNA-Polymerasen, die an der eukaryotischen DNA-Replikation beteiligt sind, sind DNA-Polymerase α, und. Die DNA-Polymerase α initiiert die DNA-Replikation, während die DNA-Polymerase δ und an der Elongation beteiligt sind. DNA-Polymerase α erfordert auch einen RNA-Primer, um den neuen DNA-Strang zu synthetisieren, und der Primer wird von der DNA-Polymerase β entfernt. Die führenden und nacheilenden Stränge werden auf die gleiche Weise wie bei der prokaryontischen DNA-Replikation gebildet. Die Verlängerung der eukaryotischen DNA-Replikation ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Dehnung

Beendigung

Sobald der führende Strang einer Replikationsblase auf einen nacheilenden Strang einer zweiten Replikationsblase trifft, wird der Replikationsvorgang angehalten. Anschließend wird der RNA-Primer entfernt und die Lücke durch die frei schwebenden DNA-Polymerasen gefüllt. Die Nicks werden durch die DNA-Ligase verbunden. Die mehrfachen Replikationsblasen sind in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Mehrere Replikationsblasen

Ähnlichkeiten zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation

Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation

Definition

Prokaryontische DNA-Replikation: Prokaryontische DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem ein prokaryontischer Organismus sein gesamtes Genom dupliziert, um die zweite Kopie an eine Tochterzelle weiterzugeben.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die eukaryotische DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem das eukaryotische Genom vor der Zellteilung dupliziert wird.

Auftreten

Prokaryontische DNA-Replikation: Die prokaryontische DNA-Replikation ist ein kontinuierlicher Prozess.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die eukaryotische DNA-Replikation findet während der S-Phase des Zellzyklus statt.

Standort

Prokaryontische DNA-Replikation: Die prokaryontische DNA-Replikation findet im Zytoplasma statt.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die Replikation der eukaryotischen DNA findet im Zellkern statt.

Art der DNA

Prokaryontische DNA-Replikation: Prokaryontische DNA ist zirkulär und doppelsträngig.

Eukaryotische DNA-Replikation: Eukaryotische DNA ist linear und doppelsträngig mit Enden.

DNA-Menge

Prokaryontische DNA-Replikation: Es gibt eine kleine Menge prokaryotischer DNA.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die Menge an eukaryotischer DNA ist 50-mal größer als die Menge an prokaryotischer DNA.

Verpackung

Prokaryontische DNA-Replikation: Prokaryontische DNA bildet schleifenartige Strukturen, indem sie sich um histonartige Proteinmoleküle wickelt.

Eukaryotische DNA-Replikation: Eukaryotische DNA bildet Nukleosomen und zeigt eine Verpackung höherer Ordnung.

Ursprung der Replikation

Prokaryontische DNA-Replikation: Prokaryontische DNA besteht aus einem einzigen Replikationsursprung.

Eukaryotische DNA-Replikation: Eukaryotische DNA besteht aus mehreren Replikationsstartpunkten (über 1000).

DNA-Polymerasen

Prokaryontische DNA-Replikation: Die prokaryontische DNA-Replikation wird durch die DNA-Polymerase I und III durchgeführt.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die eukaryotische DNA-Replikation wird durch die DNA-Polymerase α, δ und durchgeführt.

Größe des Okazaki-Fragments

Prokaryontische DNA-Replikation: Die Okazaki-Fragmente sind vergleichsweise groß, 1000-2000 Nukleotide lang.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die Okazaki-Fragmente sind klein, etwa 100-200 Nukleotide lang.

DNA-Gyrase

Prokaryontische DNA-Replikation: DNA-Gyrase ist an der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt.

Eukaryotische DNA-Replikation: DNA-Gyrase ist für die eukaryotische DNA-Replikation nicht erforderlich.

DNA-Replikationsrate

Prokaryontische DNA-Replikation: Die prokaryontische DNA-Replikation ist ein schneller Prozess und pro Sekunde werden etwa 2000 Nukleotide hinzugefügt.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die eukaryotische DNA-Replikation ist ein langsamer Prozess und pro Sekunde werden etwa 100 Nukleotide hinzugefügt.

Synthese beenden

Prokaryontische DNA-Replikation: Prokaryontische DNA enthält keine Enden.

Eukaryotische DNA-Replikation: Telomerase ist an der Endsynthese in eukaryotischer DNA während der Replikation beteiligt.

Endprodukt der Replikation

Prokaryontische DNA-Replikation: Das Endprodukt der prokaryotischen DNA-Replikation sind zwei zirkuläre Chromosomen.

Eukaryotische DNA-Replikation: Das Endprodukt der eukaryotischen DNA-Replikation sind zwei Schwesterchromatiden.

Abschluss

Prokaryontische und eukaryontische DNA-Replikation sind zwei Prozesse, die an der Duplikation von Genomen vor der Zellteilung beteiligt sind. Der Mechanismus der prokaryotischen und eukaryotischen DNA-Replikation ist ähnlich. Aufgrund der Größe und Komplexität des eukaryotischen Genoms ist die eukaryotische DNA-Replikation jedoch ein komplexerer Prozess. Somit erfolgt die eukaryotische DNA-Replikation durch die Bildung mehrerer Replikationsstartpunkte. Die prokaryontische DNA-Replikation erfolgt jedoch über einen einzigen Replikationsstartpunkt. Da jedoch die prokaryontische DNA-Replikation ein schneller Prozess ist, benötigen beide DNA-Replikationsprozesse die gleiche Zeit. Daher beruht der Hauptunterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation auf der Größe und Komplexität jedes Genomtyps.

Referenz:

1. „DNA-Replikation in Prokaryoten.“ Grenzenlos. N.p., 2. Juni 2016. Web. Hier verfügbar. 08. August 2017. 2. „DNA-Replikation in Eukaryoten.“ Grenzenlos. N.p., 26. Mai 2016. Web. Hier verfügbar. 08.08.2017.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „DNA-Replikation de“ Von LadyofHats Mariana Ruiz – Eigene Arbeit. Bild umbenannt aus Datei: DNA replication.svg, (Public Domain) über Commons Wikimedia 2. „Replikationskomplex“ Von Boumphreyfr – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 3. „DNA bubbles2“ Von Boumphreyfr – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia