DNA-replicatie: 3 belangrijke concepten

by

Inhoud

Welk model van DNA-replicatie wordt geaccepteerd?

De modellen van DNA-replicatie (DNA-replicatietypes) processen worden op twee verschillende manieren gekarakteriseerd:

  1. Classificatie van DNA-replicatiemodel op basis van persistentie van ouderlijke DNA-strengen
  2. Classificatie van het DNA-replicatiemodel op basis van het replicatiepatroon

Gebaseerd op de persistentie van ouderlijke DNA-strengen

  1. Dispersief
  2. Conservatief
  3. Semi-conservatief

Dispersief: Dit soort replicatie leidt tot twee strengen met afwisselende sequenties van zowel ouderlijke als recentelijk geïncorporeerde strengen.

Conservatief: Dit soort replicatie stelt voor dat de twee ouderstrengen op de een of andere manier volledig geconserveerd waren in een enkel nageslacht en dat de andere een nieuw gesynthetiseerde streng zal hebben.

Semi-conservatief: Dit soort replicatie beveelt aan dat de Dubbele DNA-helix in het nageslacht is samengesteld uit de ouderstreng, ook bekend als sjabloonstreng en de andere zal de recent gesynthetiseerde streng zijn.

typen dna-replicatie
Figuur: DNA-replicatiemodel op basis van persistentie van ouderlijke DNA-strengen. Afbeelding tegoed: Biologie Libreteksten

Gebaseerd op het patroon van DNA-replicatie

  1. Het model van Jacob en Brenner
  2. Carins model
  3. Yoshikawa-model
  4. Model met rollende cirkel

Het model van Jaboc en Brenner:

In een delende eukaryote cel worden de zusterchromosomen op gelijke afstanden in een cel gerangschikt. In eukaryote cellen wordt deze segregatie van zusterchromosomen bewerkstelligd door de mitotische spoelvezels.

Bij prokaryoten is dit proces afwezig. Jacob en Brenner gaven een model om de replicatie en segregatie van dochterchromosomen te verduidelijken.

Zoals aangegeven door dit model, wordt het chromosoom verbonden met het mesosoom op de plaats van replicatieoorsprong.

Aan het einde van de replicatie verschijnt een andere membraanverbindingsplaats in de buurt van de eerste. De streng die als sjabloon fungeerde, blijft in een cirkel, terwijl de nieuwe streng is gebroken.

Een van de vrije uiteinden van het recent gesynthetiseerde chromosoom maakt verbinding met de nieuwe membraanbindingsplaats. Tijdens het replicatieproces blijven de replicatievork en het enzymcomplex gefixeerd terwijl de DNA-streng meebeweegt en wordt gedupliceerd.

Parallel hieraan wordt een andere laag gevormd en worden de twee genomen geïsoleerd. De recent gesynthetiseerde DNA-streng wordt daarna circulair.

Carins model

Op een bepaald punt (replicatieoorsprong) breekt het DNA en begint en gaat de replicatie op twee omgekeerde manieren verder. Naarmate de replicatie voortgaat, wordt de DNA-streng losser (Ontwikkelen van DNA).

Dit eenzijdige afwikkelen (de andere kant kan niet openlijk loskomen) zorgt voor een spanning en het wordt verplaatst naar het niet-gerepliceerde deel waardoor een superdraaiing in de DNA-dubbele helix ontstaat. Hierdoor stopt de DNA-replicatie.

Lanceer een nieuwe replicatiegebeurtenis een 'nick' wordt gemaakt in een van de DNA-strengen via een draaiend eiwit. Dit initieert de rotatie van de streng en de breuk wordt bijgevolg gesloten.

Yoshikawa-model

Het is slechts een wijziging van het model van de Cairn. Zoals vermeld door Yoshikawa, verbinden de nieuw gesynthetiseerde DNA-strengen zich covalent met het uiteinde van het sjabloonchromosoom.

Rollend cirkelmodel:

Dit is het DNA-replicatiemodel dat wordt erkend voor de replicatie van enkelstrengs DNA in virussen (ɸ x 174). Het circulaire enkelstrengs DNA wordt omgezet in dubbelstrengs DNA door de vorming van een andere streng vanaf de replicatieoorsprong.

Eén streng van deze duplex-DNA-ringen wordt onmiddellijk ter plaatse afgebroken door een enzym dat bekend staat onder de naam endonuclease. Dienovereenkomstig wordt een lineaire DNA-streng met 3'- en 5'-uiteinde gesynthetiseerd. Het 3'-uiteinde fungeert als primer voor de synthese van de nieuwe streng.

Om deze reden wordt de hele streng gebruikt; waarbij de ouderstreng zelf als een sjabloon rondgaat. De 5'-terminal van de streng is verbonden met het membraan.

In de tussentijd het origineel, de hele streng wordt losser en scheidt, waarbij de staart aan het membraan wordt gehecht. De staart snijdt in een bepaalde lengte die bekend staat als de Nakomelingstaaf. De staaf rolt en structureert een cirkel, waarbij het DNA-ligase de twee uiteinden van het DNA verbindt.

De onlangs ingelijste cirkelvormige dubbele DNA-helix kan zo rollende cirkels worden. De erfelijke informatie is beschermd in het enkelstrengs DNA dat consequent circulair blijft.

Nieuwe DNA-strengsynthese vindt plaats ofwel van het enkelstrengige DNA (origineel) of van de streng van de rollende cirkel. Bewijs voor het bewegende cirkelmodel is verkregen door de replicatie van een paar virussen (M13, P2 T4, X enzovoort).

rollend cirkelmodel
Figuur: Rolling Circle-model van DNA-replicatie. Afbeelding tegoed: Wikimedia

Wat is het theta-model van DNA-replicatie?

Het is de replicatieproces dat gewoonlijk wordt aangepast door prokaryotische organismen omdat hun DNA cirkelvormig is.

Zoals de naam al doet vermoeden, wordt een theta (θ)-achtige structuur gevormd in het midden van het replicatieproces, vandaar dat het bekend staat als het theta-model van DNA-replicatie. Hieronder volgen de belangrijkste stappen die betrokken zijn bij de DNA-replicatie via het theta-model:

Belangrijkste stappen in het Mechanisme van Theta-model van DNA-replicatie:

  • Start van het afwikkelen van DNA bij de oorsprong van replicatie en de replicatiemachinerie begint zich te assembleren op de plaats van replicatie
  • Omdat de constructie overeenkomt met de Griekse letter theta (θ), is deze er naar vernoemd.
  • Vervolgens worden continu deoxyribonucleotiden toegevoegd, dit proces staat bekend als elongatie. Het verlengingsproces kan unidirectioneel of bidirectioneel zijn;
  • In de unidirectionele verlenging voert slechts één replicatievork de verlenging uit, keert terug naar zijn startplaats en vormt twee dochter-DNA-strengen. Terwijl in bidirectionele verlenging, voeren twee replicatievorken verlenging uit en ontmoeten elkaar van tegenovergestelde kanten.
  • Dit is de meest algemeen erkende methode van DNA-replicatie. Het komt specifiek voor in gram-negatieve protobacteriën.
  • Komt vaak voor in plasmiden zoals RK2, ColE1 en F, evenals in bacteriofaag zoals P1.
theta
Figuur: Theta-model van DNA-replicatie. Afbeelding tegoed: Biologie Stack Exchange

Wat is semiconservatieve DNA-replicatie?

Semiconservatief DNA-replicatieproces is het replicatieproces dat de grootst mogelijke genoomintegriteit biedt

Semiconservatieve replicatie geeft het systeem van DNA-replicatie in bijna elke bekende cel weer. DNA-replicatie vindt plaats op talrijke replicatieoorsprongen langs de sjabloon-DNA-streng. Omdat de DNA-helix door helicase wordt losgemaakt (afgewikkeld), vindt replicatie onafhankelijk plaats op zowel de DNA-strengen in antiparallel manier.

Deze replicatiemethode staat bekend als semi-conservatief DNA-replicatieproces, aangezien twee replica's van de originele DNA-streng worden gesynthetiseerd, elke replica bewaart de gegevens van één deel van de originele dubbele DNA-helix.

Elke replica bevat één originele streng en één recent gesynthetiseerde streng. (De twee replica's zouden identiek moeten zijn, maar dit is niet volledig gegarandeerd) De DNA-structuur geeft aan dat elke afzonderlijke streng van de dubbele helix zou dienen als een sjabloon voor de synthese van nog een streng. Men realiseerde zich niet hoe recent gesynthetiseerde strengen samenkomen met de matrijsstrengen om twee dubbele helixvormige DNA-strengen te vormen.

Talloze studies waren gericht om te beslissen hoe DNA zichzelf repliceert. Het semiconservatieve model van DNA-replicatie werd voor het eerst voorgesteld door Nikolai Koltsov en wordt later geïllustreerd door het Meselson-Stahl-experiment. Dit heeft bevestigd dat het DNA zich op een semi-conservatieve manier repliceert door gebruik te maken van twee isotopen: stikstof-14 (14N) en stikstof-15 (15N). Op het moment dat 14N werd toegevoegd aan het zwaardere 15N-15N-DNA, werd een DNA-hybride 15N-14N gevonden in het eerste nageslacht.

Na nog een keer delen bleef het mengsel over, maar er werd ook licht DNA (14N-14N) bekeken. Dit toonde aan dat DNA semi-conservatief repliceert. Deze methode van DNA-replicatie ging ervan uit dat elke dochterstreng gecombineerd bleef met zijn sjabloonstreng

messson
Figuur: Meselson-Stahl-experiment. Afbeelding tegoed: Wikimedia

Lees ook:

     

Laat een bericht achter