Free Press

Zasadnicze etapy replikacji są takie same jak u prokariotów. Rozpoczęcie replikacji jest bardziej złożone u eukariontów. Na początku replikacji, kompleks przedreplikacyjny jest tworzony z innymi białkami inicjującymi. Inne białka są następnie rekrutowane w celu rozpoczęcia procesu replikacji. Ogólny proces jest taki sam, choć różnie nazwane enzymy pełnią tę samą funkcję. Na przykład, pol III DNA jest używany do większości replikacji u prokariotów, podczas gdy u eukariotów nić wiodąca jest stale syntetyzowana przez enzym pol δ, nić opóźniająca jest syntetyzowana przez pol ε. Skupiamy się na enzymach używanych w replikacji prokariotycznej, więc nie przejmuj się tymi różnicami w nazewnictwie.

Oto ważne różnice między replikacją prokariotyczną i eukariotyczną:

Tabela 1: Różnice między replikacją prokariotyczną i eukariotyczną

Właściwości	Prokariota	Eukariota
Origin of replikacji	pojedynczy	wielokrotny
Szybkość replikacji	1000 nukleotydów/s	50 do 100 nukleotydów/s
Rodzaje polimeraz DNA typy polimerazy	5	14
Opakowanie DNA	wokół histonów
Telomeraza	Nie obecna	Present

Origins and rate of replication

Genomy eukariotyczne są znacznie bardziej złożone i mają większe rozmiary niż genomy prokariotyczne. Genom ludzki ma trzy miliardy par zasad na haploidalny zestaw chromosomów, a 6 miliardów par zasad jest replikowanych podczas fazy S cyklu komórkowego. Oznacza to, że na chromosomie eukariotycznym musi znajdować się wiele początków replikacji, aby całe DNA mogło być replikowane w odpowiednim czasie; człowiek może mieć do 100 000 początków replikacji. Szybkość replikacji wynosi około 100 nukleotydów na sekundę, znacznie wolniej niż replikacja u prokariotów.

Rodzaje polimeraz DNA

Liczba polimeraz DNA u eukariotów jest znacznie większa niż u prokariotów: Znanych jest 14, z czego wiadomo, że pięć pełni główne role podczas replikacji i zostało dobrze przebadanych. Są one znane jako pol α, pol β, pol γ, pol δ i pol ε. Nie będę nigdy pytać o nazwy tych polimeraz – naucz się nazw polimeraz prokariotycznych.

Opakowanie DNA

Eukariotyczne DNA jest owinięte wokół białek zwanych histonami, tworząc struktury zwane nukleosomami. DNA musi być udostępnione, aby replikacja DNA mogła przebiegać. Chromatyna (kompleks pomiędzy DNA i białkami) może ulegać pewnym modyfikacjom chemicznym, tak aby DNA mogło zsunąć się z histonów lub w inny sposób być dostępne dla enzymów mechanizmu replikacji DNA. Prokariota nie pakują swojego DNA poprzez owijanie go wokół histonów.

Replikacja Telomerów

W przeciwieństwie do chromosomów prokariotycznych, chromosomy eukariotyczne są liniowe. Jak już się dowiedzieliście, enzym DNA pol może dodawać nukleotydy tylko w kierunku 5′ do 3′. W nici wiodącej synteza jest kontynuowana aż do osiągnięcia końca chromosomu. Na nici opóźniającej DNA jest syntetyzowane w krótkich odcinkach, z których każdy jest inicjowany przez oddzielny primer. Kiedy widełki replikacyjne docierają do końca liniowego chromosomu, nie ma już miejsca na utworzenie primera dla fragmentu DNA, który ma być skopiowany na końcu chromosomu. Końce te pozostają zatem niesparowane, a z czasem mogą się one stopniowo skracać, ponieważ komórki nadal się dzielą.

Końce liniowych chromosomów są znane jako telomery, które mają powtarzające się sekwencje, które nie kodują konkretnego genu. Te telomery chronią geny, które znajdują się na chromosomie przed usunięciem, gdy komórki nadal się dzielą. U ludzi sekwencja o długości sześciu par zasad, TTAGGG, powtarza się od 100 do 1000 razy. Odkrycie enzymu telomerazy (Rysunek 1) pomogło w zrozumieniu, w jaki sposób utrzymywane są końce chromosomów. Enzym telomeraza zawiera część katalityczną i wbudowany szablon RNA. Przyłącza się on do końca chromosomu, a zasady komplementarne do szablonu RNA są dodawane na 3′ końcu nici DNA. Gdy 3′ koniec szablonu nici opóźniającej jest wystarczająco wydłużony, polimeraza DNA może dodać nukleotydy komplementarne do końców chromosomów. W ten sposób końce chromosomów są replikowane.

Telomeraza jest typowo aktywna w komórkach zarodkowych i dorosłych komórkach macierzystych. Nie jest aktywna w dorosłych komórkach somatycznych. Za odkrycie telomerazy i jej działanie Elizabeth Blackburn (Rycina 2) otrzymała w 2009 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii.

Telomeraza i starzenie

Komórki, które ulegają podziałom komórkowym, nadal mają skrócone telomery, ponieważ większość komórek somatycznych nie wytwarza telomerazy. To zasadniczo oznacza, że skracanie telomerów jest związane ze starzeniem się. Wraz z pojawieniem się nowoczesnej medycyny, profilaktycznej opieki zdrowotnej i zdrowszego stylu życia, długość ludzkiego życia wzrosła i istnieje coraz większe zapotrzebowanie na ludzi, aby wyglądać młodziej i mieć lepszą jakość życia, jak się starzeją.

W 2010 roku naukowcy odkryli, że telomeraza może odwrócić niektóre związane z wiekiem warunki u myszy. Może to mieć potencjał w medycynie regeneracyjnej (Jaskelioff, 2011). Myszy z niedoborem telomerazy były używane w tych badaniach; myszy te mają atrofię tkanek, zubożenie komórek macierzystych, niewydolność systemu organów i upośledzone reakcje na urazy tkanek. Reaktywacja telomerazy u tych myszy spowodowała wydłużenie telomerów, zmniejszenie uszkodzeń DNA, odwrócenie neurodegeneracji i poprawę funkcji jąder, śledziony i jelit. Tak więc, reaktywacja telomerów może mieć potencjał w leczeniu chorób związanych z wiekiem u ludzi.

Rak charakteryzuje się niekontrolowanym podziałem komórek nieprawidłowych komórek. Komórki te gromadzą mutacje, rozmnażają się w sposób niekontrolowany i mogą migrować do różnych części ciała w procesie zwanym przerzutami. Naukowcy zaobserwowali, że komórki nowotworowe mają znacznie skrócone telomery i że telomeraza jest aktywna w tych komórkach. Co ciekawe, dopiero po skróceniu telomerów w komórkach nowotworowych telomeraza stała się aktywna. Jeśli działanie telomerazy w tych komórkach może być zahamowane przez leki podczas terapii przeciwnowotworowej, wtedy komórki nowotworowe mogłyby potencjalnie zostać powstrzymane od dalszego podziału.

.