Wikipedia

DNA-replikation: Forskelle mellem versioner

Gennemse historikken interaktivt
← Gå til forrige forskelGå til næste forskel →
Content deleted Content added
VisueltWikitekst
m Punktopstilling i reference
Opfattende redigering af hele artiklen, både med rettelser og tilføjelser. Specielt er "Detaljeret gennemgang af replikation i prokaryoter" og "Replikation i eukaryoter" nytilføjelser. Stub-bemærkning fjernet.
Linje 1:
[[Fil:DNA replication split.svg|thumbnail|right|150px|DNA replikation. Dobbeltspiralen bliver viklet op og hver streng fungerer som skabelon for en ny streng.]]
 
'''DNA-replikation''' er en [[biokemi]]sk proces, somder kopierer [[DNA]]'et tili brugen vedcelle. Processen finder sted i [[mitosecellekerne]].n Her delerhos [[CelleEukaryoter|eukaryoter]] (biologi)og i [[Cytoplasma|cellecytoplasma]]n sighos og[[prokaryoter]]. deDen toer dattercelleren modtagerforudsætning hverfor, at der efterfølgende kan ske en kopivellykket af[[celledeling]], da hver dattercelle har brug for et komplet sæt DNA for at kunne fungere. DNA replikeres semi-konservativt, hvilket betyder, at denår toét strengeDNA-molekyle er blevet til to efter replikationen, indeholder de nye DNA-molekyler hver især indeholderén nydannet DNA-streng samt én streng fra det originale DNA. Dette fungerer blandt andet som forsvar imod [[mutation]]er, ida de originale strenges [[genomBasepar|base]]etsekvens benyttes til korrekturlæsning af de nyligt påsatte baser undervejs i replikationen.<ref>Berg Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2012). ''Biochemistry''. W. H. Freeman and Company. S. 122-124 & 849-850. ISBN 978-1-4292-7635-1.</ref>
 
==Overordnet==
Ved replikationen af DNA skilles de to strenge fra hinanden. På denne måde kan hver streng bruges som skabelon til syntese af en ny, komplementær streng. At strengen er komplementær betyder, at DNA-baserne [[adenin]] (A), [[cytosin]] (C), [[guanin]] (G) og [[thymin]] (T) matcher baserne på den modstående streng (i DNA, som ikke er muteret, danner A altid basepar med T, og C danner altid basepar med komplementærstrengG). Antag at der forefindes to strenge, henholdsvis S1 og S2, som er hinandens komplementære strenge. I følgende forklaring følges kunførst den ene streng, S1, som nu skal agere skabelon for syntesen af en komplementær streng og dermed nyt DNA.
 
S1 skilles [[enzym]]atisk fra S2, så [[enzym]]ernede enzymer der skal udføre base-parringen kan komme til. [[DNA-polymerase]]nStrengen S1 læserbliver nu strengenaflæst S1og ogfår sættersat nye baser på. Den nye streng som syntetiseres kan kaldesvi kalde for R1. Denne streng er præcis magen til S2, som er den komplementære streng til S1. Ydermere vil replikationen af S2 skabe en streng, R2, som er præcist magen til S1. Strengene lukkes nu sammen og DNA er replikeret. Resultatet er to ens DNA molekyler:
 
S1-R1, hvor R1 = S2
Linje 12:
S2-R2, hvor R2 = S1
 
==Detaljeret gennemgang af replikation i prokaryoter==▼
Bemærk her, at de to originale strenge (S1 og S2) er blevet skilt fra hinanden og begge er med i hver deres nye DNA. Når cellen deler sig til to datterceller, vil der altså være én original streng fra modercellen i hver af dattercellerne, samt én kopi-streng.
Prokaryoter er organismer uden en cellekerne, fx [[bakterie]]r. Det var i disse organismer, nærmere bestemt i bakterien ''[[Escherichia coli]]'', at DNA-replikationen blev beskrevet først, og det samme vil vi gøre her.<ref>Berg Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2012). ''Biochemistry''. W. H. Freeman and Company. S. 125. ISBN 978-1-4292-7635-1.</ref>
 
DNA-replikationen begynder ved en specifik basesekvens, kaldet ''[[origin of replication|origin of replication]]''. Denne sekvens består dels af en region, der er rig på A-T-basepar, dels fem kopier af en sekvens, der fungerer som bindingssted for [[protein]]et [[DnaA]]. Fordelen ved den A-T-rige region er, at der kun er to [[Hydrogenbinding|hydrogen-bindinger]] mellem A og T, frem for tre mellem G og C, og det er derfor relativt let at skille førstnævnte fra hinanden. DnaA er en hexamer, dvs. den er sammensat af 6 [[subunit]]s. 5 af disse binder til hver deres bindingssted, og det store protein bøjer derved DNA-molekylet og gør den A-T-rige region endnu lettere at åbne. En [[helicase]] kaldet [[DnaB]] slutter ring om den ene DNA-streng og fungerer derved som en kile, der endelig skiller strengene ad, først i ''origin of replication'' og herfra videre i begge retninger til resten af molekylet. Hvis man forestiller sig at et DNA-molekyle er én lang [[lynlås]], kan man forestille sig, at hvis denne blev åbnet et sted på midten, ville det danne en form for "lomme", som i hver ende vil have en y-formet struktur, hvor overgangen mellem åben og lukket lynlås er. Sådanne strukturer forekommer i DNA og kaldes for ''replication forks''.
▲==Detaljeret gennemgang==
Proteiner kaldet ''[[SSB|single-strand binding proteins]]'' binder sig til strengene og forhindrer dem i at gendanne hydrogenbindingerne, der før bidrog til at holde dem sammen.<ref>Berg Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2012). ''Biochemistry''. W. H. Freeman and Company. S. 862-864. ISBN 978-1-4292-7635-1.</ref>
DNA-replikationen begynder ved specifikke basesekvenser i DNA, som kaldes for ''replication origins''. Disse sekvenser består primært af A-T baseparringer, da disse kun danner to [[Hydrogenbinding|hydrogen-bindinger]], frem for tre, så det dermed er lettere at skille dem fra hinanden. Det menneskelige genom har omkring 10.000 af disse områder.
DNA skilles ad lokalt ved disse områder ved hjælp af initiator-proteiner, som binder sig til kæden og bryder alpha-helix strukturen, så et større proteinkompleks kan komme til.
Hvis man antager at et DNA molekyle er én lang [[lynlås]] bestående af to strenge, kan man forestille sig, at hvis denne blev åbnet et sted på midten, ville det danne en form for "lomme", som i hver ende vil have en y-formet struktur, hvor overgangen mellem åben og lukket lynlås er. Sådanne strukturer forekommer også i DNA og kaldes for ''replication forks''. Det er i disse strukturer, at proteinkomplekset arbejder og den nye streng syntetiseres. Fokus vil nu flyttes til proteinkomplekset, som består af forskellige dele, som udfører forskellige funktioner i replikationen.
 
Det næste protein på banen er en RNA [[primase]] ved navn DnaG. Den sætter en [[primer]], et lille stykke komplementært [[RNA]], på hver streng. Primeren er et nødvendigt startsted for [[DNA polymerase|DNA polymerase III]], det enzym, som sætter nye baser på de originale strenge.
Et enzym kaldet [[helicase]] binder sig til ''replication fork'' og begynder at splitte hydrogen-bindingerne mellem de to strenge, hvorefter proteiner kaldet ''[[SBP|single-strand binding proteins]]'' binder sig til kæden og forhindrer den i at gendanne hydrogen-bindinger og holder dermed strengen åben. Dernæst binder sig en [[primase|RNA-primase]], som laver en [[primer|RNA-primer]] med den originale streng som skabelon. Dette gøres fordi DNA-polymerasen ikke kan starte med at base-parre, hvis den ikke har et sted at begynde. Den kan kun begynde, hvis der er en streng at fortsætte på.
Grundenheden i DNA er [[nukleotid]]er. Et nukleotid i DNA består af en af baserne A, T, C eller G bundet til [[deoxyribose]], som igen er bundet til [[fosfat]]. Hvis vi igen forestiller os DNA som en lynlås, er baserne A, T, C og G lynlåsens takker, mens lynlåsens sider, [[DNA backbone]], består af skiftevis deoxyribose og fosfat. En deoxyribose inde i ''backbone'' binder en fosfat i samme nukleotid med en [[hydroxylgruppe]] på sit [[kulstof]]atom 5 og en fosfat i et andet nukleotid med en hydroxylgruppe på sit kulstofatom 3. DNA polymerase III (og alle andre DNA polymeraser) påsætter nye baser i retningen 5' til 3'. DNA polymerase er meget nøjagtig og placerer kun 1 base forkert for hver ca. 1-10 mio. basepar. Den høje nøjagtighed opnås, ved at enzymet læser korrektur på de baser, den lige har sat ind. En forkert indsat base giver nemlig en mindre stabil binding end normalt, og DNA polymerasen standser derfor kortvarigt op. Det muliggør 3'-5' exonuclease aktivitet, dvs. en fjernelse af baser i den modsatte retning af den syntesen forløber, hvilket fjerner den senest påsatte base. DNA polymerase III fortsætter derefter som før. Prisen for den smarte korrekturlæsning er behovet for en primer. Hvis DNA polymerase bandt sig til DNA uden en primer, ville enzymet ikke kunne registrere nogle andre forudgående basepar end det første, som DNA polymerasen selv sætter på. Et basepar, normalt eller muteret, har ikke en stor bindingsstyrke. DNA polymerase III ville derfor gå i stå og ikke komme videre. [[RNA polymerase]] behøver ingen primer, men er også mindre nøjagtig.
 
Der er en anden grund til at holde sig de to læseretninger 5'-3' og 3'-5' for øje. De to originale DNA-strenge er ikke bare komplementære, men også antiparallelle. Det sidste betyder, at mens den ene streng forløber i retningen 5'-3', så løber den anden i retningen 3'-5'. DNA-polymeraser kan imidlertid kun syntetisere i retningen 5'-3'. Den praktiske konsekvens er, at den ene streng, kaldet ''leading strand'', kan bruges som skabelon ved påsætning af blot en enkelt primer. Den anden streng, ''lagging strand'', skal derimod syntetiseres i flere omgange, hver med en ny primer. Resultatet er, at den nye streng dannet ud fra ''lagging strand'' kommer til at bestå af en række fragmenter, ''Okazaki-fragmenter'', som ikke hænger sammen i ''DNA backbone''. Dette problem løses vha. to enzymer; DNA polymerase I fjerner RNA-primere på både leading og lagging strand og erstatter dem med DNA-nukleotider, hvorefter enzymet [[ligase|DNA-ligase]] sætter ''backbone'' sammen ved at forbinde de frie 5'-fosfater med de efterfølgende nukleotiders 3'-hydroxylende.<ref>Berg Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2012). ''Biochemistry''. W. H. Freeman and Company. S. 853-854. ISBN 978-1-4292-7635-1.</ref>
DNA-polymerasen, som sidder fast på DNA-strengen v.h.a. et protein kaldet ''sliding clamp'', kan nu begynde at sætte [[nukleotid]]er i forlængelse af primeren. Dette gør den i læseretningen 5' til 3' på den originale streng. Dette betyder altså, at nukleotidet sættes på kæden med sin 5' ende imod strengens 3' ende, hvorimod template-strengen læses fra 3' til 5'. DNA-polymerasen kan altså kun syntetisere den nye kæde i 5' mod 3'.
 
==Replikation i eukaryoter==
Når den nye DNA-streng er syntetiseret, kan nukleotiderne i RNA-primerne fjernes af en [[nuklease|RNA-nuklease]], hvorefter en specifik DNA-polymerase kaldet ''repair polymerase'' erstatter RNA-nukleotiderne med DNA-nukleotider. Til sidst "limer" enzymet [[ligase|DNA-ligase]] strengene sammen ved at putte 5'-fosfat enden af det nye DNA-fragment på den efterfølgende kædes 3'-hydroxyl ende.
 
Replikation i eukaryoter minder på mange måder om replikation i prokaryoter. En væsentlig forskel er antallet af ''origins of replication''. Eksempelvis har det menneskelige [[genom]] omkring 30.000 af disse områder, hvor de fleste prokaryoter kun har 1. Det er en tilpasning til de betydeligt større genomer, man finder i eukaryoter. En anden vigtig forskel er kromosomerne, som hos eukaryoter er lineære. Næsten alle prokaryoter har kun et enkelt, cirkulært kromosom. En ulempe ved lineære kromosomer er, at den sidste primer som sættes på [[lagging strand]] ikke kan erstattes af DNA-nukleotider, da DNA polymeraser som nævnt tidligere kun kan syntetisere nyt DNA i retningen 5'-3'. Et lille stykke DNA går derfor tabt ved hver replikation i prokaryoter. Som et værn mod dette består kromosomernes ender, [[telomer]]erne, af ikke-kodende sekvenser, som man ikke tager skade af at miste. Når disse er brugt op efter tilstrækkelig mange replikationsrunder, tager cellen dog skade af tabet af vigtig information. Telomerernes afkortning formodes at være en del af forklaringen på, hvorfor vi ældes.
 
Endelig er det ikke i eukaryoter og prokaryoter de samme proteiner, som står for de forskellige led i replikationen, selvom de overordnede typer helicase, RNA primase, DNA polymerase og DNA ligase er bevarede:<ref>Berg Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2012). ''Biochemistry''. W. H. Freeman and Company. S. 865-866. ISBN 978-1-4292-7635-1.</ref>
 
 
{| border="1"
! Type af protein
! I prokaryoter
! I eukaryoter
|-
| Helicase
| DnaB
| Mcm2-7
|-
| RNA primase</td>
| DnaG </td>
| Pri subunits i DNA polymerase alfa
|-
| DNA polymerase
| DNA polymerase I, II og III
| DNA polymerase alfa, beta, gamma, delta og epsilon
|}
 
==Referencer==
Line 35 ⟶ 58:
| year = 2007
| isbn = 978-0815341055}}
 
{{molbiostub}}
 
{{autoritetsdata}}
Hentet fra "https://da.wikipedia.org/wiki/DNA-replikation"