Free Press

Etapele esențiale ale replicării sunt aceleași ca la procariote. Pornirea replicării este mai complexă la eucariote. La originea replicării, se realizează un complex de pre-replicare cu alte proteine inițiatoare. Alte proteine sunt apoi recrutate pentru a începe procesul de replicare. Procesul general este același, deși enzime cu denumiri diferite îndeplinesc aceeași funcție. De exemplu, ADN pol III este utilizat pentru majoritatea replicării la procariote, în timp ce la eucariote șirul conducător este sintetizat continuu de către enzima pol δ, iar șirul întârziat este sintetizat de către pol ε. Ne concentrăm pe enzimele utilizate în replicarea procariotă, așa că nu vă faceți griji cu privire la aceste diferențe de nume.

Iată care sunt diferențele importante între replicarea procariotă și cea eucariotă:

Tabelul 1: Diferențe între replicarea procariotă și eucariotă

Simplă

Prezentă

Proprietate	Procariote	Eucariote
Origine de replicare	Multiplă
Rata de replicare	1000 nucleotide/s	50 până la 100 nucleotide/s
ADN tipuri de polimeraze	5	14
ambalarea ADN-ului	superbobinare	înfășurat în jurul histonelor
Telomeraza	Nu prezentă

Origine și rata de replicare

Genomurile eucariote sunt mult mai complexe și de dimensiuni mai mari decât cele procariote. Genomul uman are trei miliarde de perechi de baze per set haploid de cromozomi, iar 6 miliarde de perechi de baze sunt replicate în timpul fazei S a ciclului celular. Acest lucru înseamnă că trebuie să existe mai multe origini de replicare pe cromozomul eucariot pentru ca tot ADN-ul să fie replicat în timp util; oamenii pot avea până la 100.000 de origini de replicare. Rata de replicare este de aproximativ 100 de nucleotide pe secundă, mult mai lent decât replicarea procariotă.

Tipurile de ADN polimeraze

Numărul de ADN polimeraze la eucariote este mult mai mare decât la procariote: Se cunosc 14, dintre care se știe că cinci au roluri majore în timpul replicării și au fost bine studiate. Ele sunt cunoscute sub numele de pol α, pol β, pol γ, pol δ și pol ε. Nu vă voi întreba niciodată numele acestor polimeraze – învățați numele polimerazelor procariote.

Împachetarea ADN-ului

ADN-ul eucariot este înfășurat în jurul unor proteine cunoscute sub numele de histone pentru a forma structuri numite nucleozomi. ADN-ul trebuie să fie accesibil pentru ca replicarea ADN-ului să aibă loc. Cromatina (complexul dintre ADN și proteine) poate suferi unele modificări chimice, astfel încât ADN-ul să poată aluneca de pe histone sau să fie accesibil în alt mod pentru enzimele mașinăriei de replicare a ADN-ului. Procariotele nu își împachetează ADN-ul înfășurându-l în jurul histonelor.

Replicarea telomerilor

Spre deosebire de cromozomii procarioți, cromozomii eucarioți sunt liniari. După cum ați învățat, enzima ADN pol poate adăuga nucleotide numai în direcția 5′ la 3′. În șirul conducător, sinteza continuă până când se ajunge la capătul cromozomului. Pe filamentul întârziat, ADN-ul este sintetizat în porțiuni scurte, fiecare dintre acestea fiind inițiată de un primer separat. Atunci când furculița de replicare ajunge la capătul cromozomului liniar, nu mai există niciun loc unde să fie realizat un primer pentru ca fragmentul de ADN să fie copiat la capătul cromozomului. Astfel, aceste capete rămân neîmperecheate și, în timp, aceste capete se pot scurta progresiv pe măsură ce celulele continuă să se dividă.

Terminalele cromozomilor liniari sunt cunoscute sub numele de telomeri, care au secvențe repetitive care nu codifică pentru o anumită genă. Acești telomeri protejează genele care sunt localizate pe cromozom să nu fie șterse pe măsură ce celulele continuă să se dividă. La om, o secvență de șase perechi de baze, TTAGGG, se repetă de 100 până la 1000 de ori. Descoperirea enzimei telomeraza (figura 1) a ajutat la înțelegerea modului în care sunt menținute capetele cromozomilor. Enzima telomerază conține o parte catalitică și un șablon ARN încorporat. Aceasta se atașează la capătul cromozomului, iar bazele complementare șablonului de ARN sunt adăugate la capătul 3′ al șirului de ADN. Odată ce capătul 3′ al șablonului șablonului întârziat este suficient de alungit, ADN polimeraza poate adăuga nucleotidele complementare la capetele cromozomilor. Astfel, capetele cromozomilor sunt replicate.

Telomeraza este de obicei activă în celulele germinale și în celulele stem adulte. Ea nu este activă în celulele somatice adulte. Pentru descoperirea telomerazei și a acțiunii acesteia, Elizabeth Blackburn (figura 2) a primit Premiul Nobel pentru Medicină și Fiziologie în 2009.

Telomeraza și îmbătrânirea

Celulelor care se supun diviziunii celulare continuă să le fie scurtați telomerii, deoarece majoritatea celulelor somatice nu produc telomeraza. Acest lucru înseamnă, în esență, că scurtarea telomerilor este asociată cu îmbătrânirea. Odată cu apariția medicinei moderne, a îngrijirii medicale preventive și a unor stiluri de viață mai sănătoase, durata de viață umană a crescut și există o cerere tot mai mare pentru ca oamenii să arate mai tineri și să aibă o calitate mai bună a vieții pe măsură ce îmbătrânesc.

În 2010, oamenii de știință au descoperit că telomeraza poate inversa unele afecțiuni legate de vârstă la șoareci. Acest lucru poate avea potențial în medicina regenerativă (Jaskelioff, 2011). În aceste studii au fost utilizați șoareci cu deficit de telomerază; acești șoareci prezintă atrofie tisulară, epuizare a celulelor stem, insuficiență a sistemului de organe și răspunsuri deficitare la leziuni tisulare. Reactivarea telomerazei la acești șoareci a provocat extinderea telomerilor, a redus deteriorarea ADN-ului, a inversat neurodegenerarea și a îmbunătățit funcția testiculelor, a splinei și a intestinelor. Astfel, reactivarea telomerilor poate avea potențial pentru tratarea bolilor legate de vârstă la om.

Cancerul se caracterizează prin diviziunea celulară necontrolată a celulelor anormale. Celulele acumulează mutații, proliferează necontrolat și pot migra în diferite părți ale corpului printr-un proces numit metastază. Oamenii de știință au observat că celulele canceroase au telomerii considerabil scurtați și că telomeraza este activă în aceste celule. Interesant este faptul că numai după ce telomerii au fost scurtați în celulele canceroase, telomeraza a devenit activă. Dacă acțiunea telomerazei în aceste celule poate fi inhibată de medicamente în timpul terapiei împotriva cancerului, atunci celulele canceroase ar putea fi potențial oprite din diviziunea ulterioară.

.