Vedoucí vs zaostávající řetězec DNA: Rozdíl a srovnání

Při replikaci DNA je vedoucí řetězec syntetizován nepřetržitě ve směru 5′ až 3′, což odpovídá pohybu replikační vidlice. Jeho syntéza je plynulá, usnadňuje ji DNA polymeráza III. Naopak zaostávající řetězec je syntetizován diskontinuálně v krátkých Okazakiho fragmentech ve směru 3′ až 5′, pryč od replikační vidlice.

Key Takeaways

1. Vedoucí řetězec prochází kontinuální replikací, zatímco zaostávající řetězec prochází nespojitou replikací.
2. DNA polymeráza III syntetizuje vedoucí řetězec, zatímco DNA polymeráza I syntetizuje zaostávající řetězec.
3. Vedoucí řetězec má méně primerů než zaostávající řetězec, což vyžaduje více primerů pro Okazakiho fragmenty, které mají být syntetizovány.

Vedoucí řetězec DNA vs. zaostávající DNA

Vedoucí řetězec se nepřetržitě replikuje ve směru 5'3 pohybu replikační vidlice. Vedoucí řetězec nevyžaduje RNA primer. Zpožděný řetězec se replikuje přerušovaně ve směru 3'5 opačném k pohybu replikační vidlice. Vyžaduje RNA primer.

Srovnávací tabulka

vlastnost	Vedoucí Strand	Lagging Strand
Syntéza	Nepřetržitý	Nespojité (okazakiho fragmenty)
Směr syntézy	Stejné jako pohyb replikační vidlice (5′ až 3′)	Opačný pohyb replikační vidlice (3′ až 5′)
Počet potřebných primerů	Jedna	Násobek pro každý fragment Okazaki
Požadavek na DNA ligázu	Ne	Ano, připojit se k fragmentům Okazaki
Růst vzhledem k replikační vidlici	Pryč od replikační vidlice	Směrem k replikační vidlici

Co je hlavní řetězec DNA?

O programu

Vedoucí řetězec DNA je klíčovou složkou replikace DNA, která umožňuje věrnou duplikaci genetické informace. Jeho syntéza probíhá nepřetržitě a efektivně během procesu replikace, což zajišťuje rychlou a přesnou replikaci celé molekuly DNA.

Proces syntézy

Syntéza vedoucího řetězce DNA začíná v počátku replikace, kde se dvojitá šroubovice DNA odvíjí a tvoří replikační vidlice. Enzymy DNA helikázy rozvinou dvojitou šroubovici před replikační vidličkou a vytvoří templáty jednovláknové DNA pro replikaci. Primáza pak syntetizuje krátký primer RNA na 3' konci templátu vedoucího vlákna.

Po syntéze primeru se DNA polymeráza III, hlavní replikativní enzym polymerázy, váže na primer RNA a zahajuje syntézu DNA. Prodlužuje zaváděcí vlákno ve směru 5′ až 3′, přičemž se nepřetržitě pohybuje podél šablonového vlákna směrem k replikační vidlici. Jak DNA polymeráza III syntetizuje vedoucí řetězec, vytěsňuje rodičovská vlákna DNA, která se následně používají jako templáty pro syntézu zpožděného řetězce.

Nepřetržitá syntéza vedoucího vlákna zajišťuje účinnou a koordinovanou replikaci molekuly DNA. DNA polymeráza III se pohybuje po templátovém řetězci s vysokou zpracovatelností a přidává nukleotidy komplementární k rodičovskému řetězci DNA s pozoruhodnou věrností. Jak replikační vidlice postupuje, přední vlákno se rychle prodlužuje, což umožňuje rychlou a přesnou duplikaci genetického materiálu.

Role histonů

Histony hrají zásadní roli v replikaci DNA tím, že usnadňují dostupnost templátu DNA a stabilizují strukturu nukleozomů během replikace. Tyto histony tvoří část jádra nukleozomu, kolem kterého je obalena DNA za vzniku chromatinu. Během replikace musí být histony dočasně vytěsněny, aby byl umožněn přístup k templátu DNA pro replikační aparát.

Co je zaostávající řetězec DNA?

O programu

Zaostávající řetězec DNA je základní složkou replikace DNA, která funguje v tandemu s vedoucím řetězcem, aby byla zajištěna přesná a úplná duplikace genetického materiálu. Na rozdíl od vedoucího řetězce je zaostávající řetězec syntetizován diskontinuálně v krátkých fragmentech nazývaných Okazakiho fragmenty, které vyžadují specializované mechanismy k zajištění účinné replikace.

Proces syntézy

Syntéza zaostávajícího řetězce DNA probíhá současně s vedoucím řetězcem, ale probíhá v opačném směru. Jak replikační vidlice postupuje, DNA helikáza rozvine dvojitou šroubovici a vytvoří jednovláknové DNA templáty pro replikaci. Primáza syntetizuje krátké primery RNA v intervalech podél templátu zaostávajícího vlákna.

DNA polymeráza III se poté váže na primery RNA a iniciuje syntézu DNA, syntetizuje krátké Okazakiho fragmenty ve směru 5′ až 3′ od replikační vidlice. Každý Okazakiho fragment má délku od 100 do 1000 nukleotidů. Nespojitá syntéza zaostávajícího vlákna vyžaduje periodickou syntézu primerů RNA primázou pro iniciaci každého fragmentu.

Jak DNA polymeráza III syntetizuje Okazakiho fragment, nakonec narazí na předchozí RNA primer sousedního fragmentu. V tomto okamžiku enzym syntetizuje DNA ve směru 5' až 3', vytlačuje primer RNA a mezi fragmenty zanechává mezeru. DNA polymeráza I poté odstraní primer RNA a vyplní mezeru nukleotidy DNA, čímž se syntetizuje kontinuální vlákno DNA komplementární k templátu zaostávajícího vlákna.

Hlavní rozdíly mezi vedoucím řetězcem DNA a zaostávajícím řetězcem

• Směr syntézy:
  • Vedoucí řetězec: Syntetizován nepřetržitě ve směru 5′ až 3′, odpovídající směru pohybu replikační vidlice.
  • Lagging Strand: Syntetizováno diskontinuálně ve směru 5′ až 3′ od replikační vidlice, což vede k tvorbě Okazakiho fragmentů.
• Požadavek primeru:
  • Vedoucí řetězec: Vyžaduje pouze jeden primer RNA na počátku replikace k zahájení syntézy.
  • Lagging Řetězec: Vyžaduje několik primerů RNA, rozmístěných podél templátu, k zahájení syntézy každého Okazakiho fragmentu.
• Účinnost syntézy:
  • Vedoucí řetězec: Účinně a rychle syntetizován díky své nepřetržité povaze, což vede k rychlé replikaci molekuly DNA.
  • Lagging Strand: Syntetizuje se méně efektivně kvůli jeho nespojité povaze, což vyžaduje syntézu a zpracování více fragmentů Okazaki, což má za následek pomalejší replikaci.
• Vznik fragmentů Okazaki:
  • Vedoucí řetězec: Nevytváří fragmenty Okazaki; syntéza probíhá nepřetržitě bez přerušení.
  • Lagging Strand: Tvoří Okazakiho fragmenty kvůli nespojité povaze syntézy, což vede k vytvoření krátkých fragmentů DNA, které musí být spojeny dohromady.
• Polymerázový pohyb:
  • Vedoucí řetězec: DNA polymeráza se nepřetržitě pohybuje podél templátového řetězce směrem k replikační vidlici.
  • Lagging Strand: DNA polymeráza se pohybuje nespojitým způsobem a syntetizuje Okazakiho fragmenty pryč od replikační vidlice.
• Mechanismy zpracování:
  • Vedoucí řetězec: Vyžaduje minimální zpracování; syntetizovaná DNA je přímo inkorporována do rostoucího vlákna.
  • Lagging Řetězec: Vyžaduje další kroky zpracování, jako je odstranění primeru RNA, vyplnění mezery a spojení fragmentů Okazaki za účelem vytvoření kontinuálního řetězce DNA.

Reference

1. https://science.sciencemag.org/content/300/5623/1300.abstract
2. https://www.embopress.org/doi/abs/10.1093/emboj/18.22.6561

Poslední aktualizace: 28. února 2024