Leidende versus achterblijvende DNA-streng: verschil en vergelijking

Bij DNA-replicatie wordt de leidende streng continu gesynthetiseerd in de richting van 5' naar 3', passend bij de beweging van de replicatievork. De synthese ervan verloopt soepel en wordt vergemakkelijkt door DNA-polymerase III. Omgekeerd wordt de achterblijvende streng discontinu gesynthetiseerd in korte Okazaki-fragmenten in de 3 'naar 5'-richting, weg van de replicatievork.

Key Takeaways

1. De leidende streng ondergaat continue replicatie, terwijl de achterblijvende streng discontinue replicatie ondergaat.
2. DNA-polymerase III synthetiseert de leidende streng, terwijl DNA-polymerase I de achterblijvende streng synthetiseert.
3. De leidende streng heeft minder primers dan de achterblijvende streng, waardoor meerdere primers nodig zijn om de Okazaki-fragmenten te synthetiseren.

Leidende DNA-streng versus achterblijvend DNA

De Leading Strand repliceert continu in de 5'3 richting van de beweging van de replicatievork. De leidende streng heeft geen RNA-primer nodig. De achterblijvende streng repliceert discontinu in de 3'5 richting tegengesteld aan de beweging van de replicatievork. Het vereist RNA-primer.

Vergelijkingstabel

Kenmerk	Belangrijke bundel	Achterblijvende streng
Synthese	Doorlopend	Discontinu (Okazaki-fragmenten)
Richting van de synthese	Hetzelfde als de beweging van de replicatievork (5' tot 3')	Tegenovergestelde van beweging van de replicatievork (3 'tot 5')
Aantal benodigde primers	One	Meerdere voor elk Okazaki-fragment
Vereiste voor DNA-ligase	Nee	Ja, om Okazaki-fragmenten samen te voegen
Groei ten opzichte van replicatievork	Weg van de replicatievork	Op weg naar een replicatievork

Wat is de leidende DNA-streng?

Overzicht

De leidende DNA-streng is een cruciaal onderdeel van DNA-replicatie en vergemakkelijkt de getrouwe duplicatie van genetische informatie. De synthese ervan vindt continu en efficiënt plaats tijdens het replicatieproces, waardoor de snelle en nauwkeurige replicatie van het gehele DNA-molecuul wordt gegarandeerd.

Synthese proces

De synthese van de leidende DNA-streng begint bij de oorsprong van de replicatie, waar de dubbele DNA-helix zich afwikkelt om replicatievorken te vormen. DNA-helicase-enzymen ontrollen de dubbele helix vóór de replicatievork, waardoor enkelstrengige DNA-sjablonen voor replicatie ontstaan. Primase synthetiseert vervolgens een korte RNA-primer aan het 3'-uiteinde van de leidende strengsjabloon.

Na de primersynthese bindt DNA-polymerase III, het belangrijkste replicatieve polymerase-enzym, aan de RNA-primer en initieert de DNA-synthese. Het verlengt de leidende streng in de richting van 5' naar 3' en beweegt continu langs de sjabloonstreng in de richting van de replicatievork. Terwijl DNA-polymerase III de leidende streng synthetiseert, verdringt het de ouderlijke DNA-strengen, die vervolgens worden gebruikt als matrijzen voor de synthese van achterblijvende strengen.

De continue synthese van de leidende streng zorgt voor een efficiënte en gecoördineerde replicatie van het DNA-molecuul. DNA-polymerase III beweegt met hoge processiviteit langs de matrijsstreng en voegt met opmerkelijke betrouwbaarheid nucleotiden toe die complementair zijn aan de ouderlijke DNA-streng. Naarmate de replicatievork vordert, wordt de leidende streng snel verlengd, waardoor snelle en nauwkeurige duplicatie van het genetische materiaal mogelijk is.

Rol van histonen

Histones spelen een essentiële rol bij DNA-replicatie door de toegankelijkheid van de DNA-sjabloon te vergemakkelijken en de nucleosoomstructuur tijdens replicatie te stabiliseren. Deze histonen maken deel uit van de nucleosoomkern, waarrond DNA wordt gewikkeld om chromatine te vormen. Tijdens replicatie moeten histonen tijdelijk worden verplaatst om toegang te krijgen tot de DNA-sjabloon voor replicatiemachines.

Wat is een achterblijvende DNA-streng?

Overzicht

De achterblijvende DNA-streng is een fundamenteel onderdeel van DNA-replicatie en werkt samen met de leidende streng om nauwkeurige en volledige duplicatie van genetisch materiaal te garanderen. In tegenstelling tot de leidende streng wordt de achterblijvende streng discontinu gesynthetiseerd in korte fragmenten die Okazaki-fragmenten worden genoemd, waarvoor gespecialiseerde mechanismen nodig zijn om efficiënte replicatie te garanderen.

Synthese proces

De synthese van de achterblijvende DNA-streng vindt gelijktijdig plaats met de leidende streng, maar verloopt in de tegenovergestelde richting. Naarmate de replicatievork vordert, ontrolt DNA-helicase de dubbele helix, waardoor enkelstrengige DNA-sjablonen voor replicatie worden gegenereerd. Primase synthetiseert korte RNA-primers met tussenpozen langs het sjabloon van de achterblijvende streng.

DNA-polymerase III bindt zich vervolgens aan de RNA-primers en initieert de DNA-synthese, waarbij korte Okazaki-fragmenten in de 5 'naar 3'-richting, weg van de replicatievork, worden gesynthetiseerd. Elk Okazaki-fragment heeft een lengte van 100 tot 1000 nucleotiden. De discontinue synthese van de achterblijvende streng maakt de periodieke synthese van RNA-primers door primase noodzakelijk om elk fragment te initiëren.

Terwijl DNA-polymerase III een Okazaki-fragment synthetiseert, komt het uiteindelijk de voorgaande RNA-primer van het aangrenzende fragment tegen. Op dit punt synthetiseert het enzym DNA in een richting van 5′ naar 3′, waardoor de RNA-primer wordt verplaatst en er een opening tussen de fragmenten overblijft. DNA-polymerase I verwijdert vervolgens de RNA-primer en vult het gat op met DNA-nucleotiden, waardoor een continue DNA-streng wordt gesynthetiseerd die complementair is aan de lagging streng-sjabloon.

Belangrijkste verschillen tussen leidende DNA-streng en achterblijvende streng

• Synthese richting:
  • Leading Strand: continu gesynthetiseerd in de richting van 5′ naar 3′, passend bij de richting van de beweging van de replicatievork.
  • Lagging Strand: discontinu gesynthetiseerd in de richting van 5′ naar 3′, weg van de replicatievork, resulterend in de vorming van Okazaki-fragmenten.
• Primer-vereiste:
  • Leading Strand: Vereist slechts één RNA-primer aan de oorsprong van de replicatie om de synthese te initiëren.
  • Lagging Strand: vereist meerdere RNA-primers, verdeeld over de sjabloon, om de synthese van elk Okazaki-fragment te initiëren.
• Synthese-efficiëntie:
  • Leading Strand: Wordt efficiënt en snel gesynthetiseerd vanwege het continue karakter ervan, wat leidt tot snelle replicatie van het DNA-molecuul.
  • Lagging Strand: wordt minder efficiënt gesynthetiseerd vanwege het discontinue karakter ervan, waardoor de synthese en verwerking van meerdere Okazaki-fragmenten vereist is, wat resulteert in langzamere replicatie.
• Okazaki-fragmentvorming:
  • Leading Strand: Vormt geen Okazaki-fragmenten; synthese vindt continu en zonder onderbreking plaats.
  • Lagging Strand: Vormt Okazaki-fragmenten vanwege de discontinue aard van de synthese, resulterend in de creatie van korte DNA-fragmenten die met elkaar moeten worden samengevoegd.
• Polymerase-beweging:
  • Leading Strand: DNA-polymerase beweegt continu langs de matrijsstreng in de richting van de replicatievork.
  • Lagging Strand: DNA-polymerase beweegt op een discontinue manier en synthetiseert Okazaki-fragmenten weg van de replicatievork.
• Verwerkingsmechanismen:
  • Leading Strand: vereist minimale verwerking; gesynthetiseerd DNA wordt direct in de groeiende streng opgenomen.
  • Lagging Strand: Vereist aanvullende verwerkingsstappen zoals het verwijderen van de RNA-primer, het opvullen van gaten en het verbinden van Okazaki-fragmenten om een ​​continue DNA-streng te genereren.

Referenties

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

Laatst bijgewerkt: 28 februari 2024