Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation

Hauptunterschied - Prokaryotische vs. eukaryotische DNA-Replikation

Prokaryotische und eukaryotische DNA-Replikationen treten vor Beginn der Zellteilung auf. DNA-Replikation ist ein biologischer Prozess, bei dem die zwei genetisch identischen Replikate von DNA aus einem einzigen Original-DNA-Molekül synthetisiert werden. Durch die DNA-Replikation wird sichergestellt, dass jede Tochterzelle die genaue Kopie des genetischen Materials der Eltern erhält. Die DNA-Replikation wird von einer Klasse von Enzymen durchgeführt, die als DNA-Polymerasen bezeichnet wird. Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische DNA-Replikationen sind halbkonservative DNA-Replikationen, bei denen ein alter und ein neuer Strang in der Tochterzelle gefunden werden kann. Obwohl der Prozess der DNA-Replikation sowohl bei Prokaryoten als auch bei Eukaryoten nahezu gleich ist, können aufgrund der Größe und Komplexität des genetischen Materials einige Unterschiede auftreten. Das Hauptunterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation ist das Die prokaryotische DNA-Replikation erfolgt über einen einzelnen Replikationsursprung, während die eukaryotische DNA-Replikation durch mehrere Replikationsursprünge erfolgt.  

Wichtige Bereiche

1. Was ist prokaryotische DNA-Replikation?
      - Definition, Merkmale, Mechanismus
2. Was ist eukaryotische DNA-Replikation?
      - Definition, Merkmale, Mechanismus
3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation
      - Überblick über allgemeine Funktionen
4. Was ist der Unterschied zwischen der prokaryotischen und der eukaryotischen DNA-Replikation?
     - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

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

Was ist prokaryotische DNA-Replikation?

Prokaryotische DNA-Replikation ist der Prozess, durch den Prokaryoten wie Bakterien und Archaeen ihr Genom in eine zweite Kopie duplizieren, die in eine Tochterzelle umgewandelt werden kann. Prokaryoten bestehen aus einem doppelsträngigen zirkulären DNA-Molekül in ihrem Zytoplasma. Prokaryontische DNA umfasst einen einzelnen Replikationsursprung. DNA-Helikase entrollt die DNA am Replikationsursprung, indem die Wasserstoffbrücken zwischen den stickstoffhaltigen Basen gebrochen werden. Die resultierende Y-förmige Struktur heißt Replikationsgabel. Da prokaryotische DNA einen einzelnen Replikationsursprung enthält, werden während des Replikationsprozesses nur zwei Replikationsgabeln gebildet. Diese beiden Replikationsgabeln werden bidirektional verarbeitet. Die einsträngigen DNA-Bindungsproteine ​​(SSB) stabilisieren die beiden abgewickelten Stränge, die als Template-Stränge für die Replikation dienen. Das Enzym RNA-Primase synthetisiert einen fünf bis zehn Basenpaare langen RNA-Primer, der zum Template-Strang komplementär 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 DNA-Polymerase III durchgeführt. Die DNA-Polymerase III fügt Nukleotide in 5'-Richtung hinzu. Aufgrund der antiparallelen Natur der DNA-Doppelhelix verläuft ein Strang von 5 'nach 3' (führender Strang). Der andere Strang verläuft von 3 'nach 5' (nacheilender Strang). Da der nacheilende Strang kontinuierlich RNA-Primer benötigt, um DNA in 5'-3'-Richtung zu synthetisieren, werden kontinuierlich neue DNA-Fragmente, sogenannte Okazaki-Fragmente, gebildet. Die Lückenfüllung und DNA-Reparatur werden durch DNA-Polymerase I und II durchgeführt. Der RNA-Primer wird durch die DNA-Polymerase I entfernt. Der Prozess der DNA-Replikation in Prokaryoten ist in gezeigt Abbildung 1. 

Was ist eukaryotische DNA-Replikation?

Die eukaryotische DNA-Replikation ist der Prozess, durch den das eukaryotische Genom vor der Zellteilung dupliziert wird. Obwohl der grundlegende Mechanismus der eukaryotischen DNA-Replikation der prokaryotischen DNA-Replikation ähnelt, gibt es einige Unterschiede aufgrund der Größe und der Struktur der eukaryotischen DNA. Eukaryontische DNA sind doppelsträngige lineare Moleküle. Die Menge der eukaryotischen DNA ist etwa 50-mal so groß wie die prokaryontische DNA. Darüber hinaus ist eukaryotische DNA eng mit Histonen im Zellkern gepackt. Daher erfolgt die DNA-Replikation in drei Schritten. Initiierung, Verlängerung und Beendigung.

Initiation

Die eukaryotische DNA-Replikation erfolgt über mehrere Replikationsursprünge. Die multiplen Replikationsursprünge bilden mehrere Replikationsblasen pro Chromosom. DNA-Helikase und SSBs sind am Abwickeln und Stabilisieren der beiden Templates an jedem Replikationsursprung beteiligt.    

Verlängerung

Während der Verlängerung fügen DNA-Polymerasen den vorhandenen 3'-Enden neue Nukleotide hinzu. Die drei Arten von DNA-Polymerasen, die an der eukaryotischen DNA-Replikation beteiligt sind, sind DNA-Polymerase α, δ und ε. Die DNA-Polymerase α initiiert die DNA-Replikation, während die DNA-Polymerase δ und ε an der Verlängerung beteiligt sind. DNA-Polymerase α erfordert auch einen RNA-Primer, um den neuen DNA-Strang zu synthetisieren, und der Primer wird durch die DNA-Polymerase β entfernt. Die führenden und nacheilenden Stränge werden auf dieselbe Weise wie bei der prokaryontischen DNA-Replikation gebildet. Die eukaryotische DNA-Replikationsverlängerung ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Dehnung

Beendigung

Sobald der führende Strang einer Replikationsblase einen nachlaufenden Strang einer zweiten Replikationsblase trifft, wird der Replikationsprozess angehalten. Dann wird der RNA-Primer entfernt und die Lücke wird durch die frei schwebenden DNA-Polymerasen gefüllt. Die Kerben werden durch die DNA-Ligase verbunden. Die mehrfachen Replikationsblasen sind in dargestellt Figur 3.

Abbildung 3: Mehrere Replikationsblasen

Ähnlichkeiten zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation

• Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische DNA-Replikationen finden vor dem Eintritt in die Kernabteilung statt.
• Sowohl die prokaryotische als auch die eukaryotische DNA-Replikation funktioniert mit doppelsträngiger DNA.
• Das Abwickeln von sowohl prokaryotischer als auch eukaryontischer DNA wird durch DNA-Helikase durchgeführt.
• Die abgewickelten DNA-Stränge werden durch einzelsträngige DNA-Bindungsproteine ​​(SSB) stabilisiert..
• Sowohl die prokaryotische als auch die eukaryotische DNA-Replikation sind mehrstufige Prozesse, die von einem Enzymkomplex namens DNA-Polymerasen durchgeführt werden.
• Jede Art von DNA-Polymerasen arbeitet in der Richtung von 5 'nach 3'.
• RNA-Primer werden für die Initiierung beider Arten von DNA-Replikationen benötigt.
• Die Synthese des RNA-Primers erfolgt durch das Enzym Primase.
• Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische DNA-Replikationen erfolgen auf halbkonservative Weise, wobei ein alter DNA-Strang und ein neuer DNA-Strang in der Tochterzelle gefunden werden können.
• Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische DNA-Replikationen sind bidirektional, da die Replikationen in beide Richtungen voranschreiten.
• Bei beiden Arten von DNA-Replikationen werden führende und nacheilende Stränge gebildet.
• Der nacheilende Strang produziert die kleinen DNA-Fragmente, sogenannte Okazaki-Fragmente, die schließlich miteinander verbunden werden.
• Die Zeit für beide Replikationsarten beträgt etwa eine Stunde.

Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation

Definition

Prokaryotische DNA-Replikation: Prokaryotische DNA-Replikation ist der Prozess, durch den ein prokaryotischer Organismus sein gesamtes Genom dupliziert, um die zweite Kopie an eine Tochterzelle zu übergeben.

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

Auftreten

Prokaryotische DNA-Replikation: Die prokaryotische DNA-Replikation ist ein kontinuierlicher Prozess.

Eukaryotische DNA-Replikation: Eukaryotische DNA-Replikation erfolgt während der S-Phase des Zellzyklus.

Ort

Prokaryotische DNA-Replikation: Die prokaryotische DNA-Replikation findet im Zytoplasma statt.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die eukaryotische DNA-Replikation findet im Kern statt.

Art der DNA

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

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

Menge an DNA

Prokaryotische DNA-Replikation: Es gibt eine kleine Menge prokaryotische DNA.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die Menge an eukaryotischer DNA ist 50 mal so groß wie die Menge an prokaryotischer DNA.

Verpackung

Prokaryotische DNA-Replikation: Prokaryotische DNA bildet schleifenartige Strukturen, indem sie Histon-ähnliche Proteinmoleküle umhüllt.

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

Ursprung der Replikation

Prokaryotische DNA-Replikation: Prokaryotische DNA besteht aus einem einzelnen Replikationsursprung.

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

DNA-Polymerasen

Prokaryotische DNA-Replikation: Die prokaryotische DNA-Replikation wird durch die DNA-Polymerase I und III durchgeführt.

Eukaryotische DNA-Replikation: Eukaryotische DNA-Replikation wird durch DNA-Polymerase α, δ und & epsi; durchgeführt.

Größe des Okazaki-Fragments

Prokaryotische DNA-Replikation: Die Okazaki-Fragmente sind vergleichsweise groß und haben eine Länge von 1000 bis 2000 Nukleotiden.

Eukaryotische DNA-Replikation: Die Okazaki-Fragmente sind klein und ungefähr 100-200 Nukleotide lang.

DNA-Gyrase

Prokaryotische 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

Prokaryotische DNA-Replikation: Die prokaryotische 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

Prokaryotische DNA-Replikation: Prokaryotische DNA enthält keine Enden.

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

Endprodukt der Replikation

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

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

Fazit

Prokaryotische und eukaryotische DNA-Replikation sind zwei Prozesse, die an der Duplizierung von Genomen vor der Zellteilung beteiligt sind. Die Mechanismen sowohl der prokaryotischen als auch der eukaryontischen DNA-Replikation sind ähnlich. Aufgrund der Größe und Komplexität des eukaryotischen Genoms ist die eukaryontische DNA-Replikation jedoch ein komplexer Prozess. Somit erfolgt die Replikation der eukaryotischen DNA durch Bildung mehrerer Replikationsursprünge. Die prokaryotische DNA-Replikation erfolgt jedoch über einen einzelnen Replikationsursprung. Da die prokaryontische DNA-Replikation jedoch ein schneller Prozess ist, dauert der DNA-Replikationsprozess in der gleichen Zeit. Daher hängt der Hauptunterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation von der Größe und der Komplexität jedes Genomtyps ab.

Referenz:

1. "DNA-Replikation in Prokaryoten". Grenzenlos. N.p., 02. Juni 2016. Web. Hier verfügbar. 08. Aug. 2017.
2. "DNA-Replikation in Eukaryoten". Grenzenlos. N.p., 26. Mai 2016. Web. Hier verfügbar. 08. Aug. 2017. 

Bildhöflichkeit:

1. “DNA replication de” Von LadyofHats Mariana Ruiz - Eigene Arbeit. Das Bild wurde von File: DNA replication.svg (Public Domain) über Commons Wikimedia umbenannt
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