Die Replikation der DNA – Desoxyribonukleinsäure – findet vor der Zellteilung statt, um sicherzustellen, dass beide Zellen eine exakte Kopie des genetischen Materials der Eltern erhalten. Obwohl es viele Ähnlichkeiten in der Art und Weise gibt, wie prokaryontische und eukaryontische Zellen ihre DNA replizieren, gibt es mehrere Unterschiede zwischen ihnen aufgrund der unterschiedlichen Größe und Komplexität der Moleküle, einschließlich der Zeit, die für die Fertigstellung benötigt wird der Prozess.
Unterschiede zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen
Prokaryontische Zellen haben eine recht einfache Struktur. Sie haben keinen Kern, keine Organellen und eine kleine Menge DNA in Form eines einzelnen, kreisförmigen Chromosoms. Eukaryontische Zellen hingegen haben einen Zellkern, mehrere Organellen und mehr DNA, die in mehreren, linearen Chromosomen angeordnet ist.
Schritte bei der DNA-Replikation
Die DNA-Replikation beginnt an einer bestimmten Stelle des DNA-Moleküls, die als Replikationsursprung bezeichnet wird. Am Ursprung wickeln Enzyme die Doppelhelix ab und machen ihre Komponenten für die Replikation zugänglich. Jeder Strang der Helix trennt sich dann vom anderen, wodurch die nun ungepaarten Basen freigelegt werden, die als Template für neue Stränge dienen. Ein kleiner RNA-Abschnitt – Ribonukleinsäure – wird als Primer hinzugefügt, dann können neue Nukleotidbasen, die die ungepaarten Basen ergänzen, zu zwei Tochtersträngen neben jedem Elternstrang zusammengesetzt werden. Dieser Zusammenbau wird mit Enzymen erreicht, die DNA-Polymerasen genannt werden. Wenn der Prozess abgeschlossen ist, haben sich zwei DNA-Moleküle gebildet, die zueinander und zum Elternmolekül identisch sind.
Ähnlichkeiten zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation
Die Schritte zur DNA-Replikation sind im Allgemeinen für alle prokaryontischen und eukaryontischen Organismen gleich. Das Aufwickeln der DNA wird durch ein Enzym namens DNA-Helikase erreicht. Die Herstellung neuer DNA-Stränge wird von Enzymen, den Polymerasen, gesteuert.
Beide Arten von Organismen folgen auch einem Muster, das als halbkonservative Replikation bezeichnet wird. Bei diesem Muster werden die einzelnen DNA-Stränge in verschiedene Richtungen hergestellt, wodurch ein führender und ein nachlaufender Strang erzeugt werden. Nachlaufende Stränge werden durch die Produktion kleiner DNA-Fragmente erzeugt, die Okazaki-Fragmente genannt werden und schließlich miteinander verbunden werden. Beide Arten von Organismen beginnen auch neue DNA-Stränge mit einem kleinen RNA-Primer.
Unterschiede zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation
Unterschiede zwischen prokaryotischer und eukaryotischer DNA-Replikation hängen weitgehend mit den Unterschieden in Größe und Komplexität der DNA und der Zellen dieser Organismen zusammen. Die durchschnittliche eukaryontische Zelle hat 25-mal mehr DNA als eine prokaryontische Zelle.
In prokaryontischen Zellen gibt es nur einen Ursprungspunkt, die Replikation erfolgt gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen und findet im Zellzytoplasma statt. Auf der anderen Seite haben eukaryotische Zellen mehrere Ursprungspunkte und verwenden eine unidirektionale Replikation innerhalb des Zellkerns. Prokaryontische Zellen besitzen eine oder zwei Arten von Polymerasen, während Eukaryonten vier oder mehr haben.
Auch die Replikation erfolgt in prokaryontischen Zellen viel schneller als in Eukaryonten. Manche Bakterien brauchen nur 40 Minuten, während tierische Zellen wie der Mensch bis zu 400 Stunden brauchen. Darüber hinaus haben Eukaryoten auch einen eigenen Prozess zur Replikation der Telomere an den Enden ihrer Chromosomen. Mit ihren kreisförmigen Chromosomen haben Prokaryoten keine Enden zu synthetisieren. Schließlich findet die kurze Replikation in Prokaryonten fast kontinuierlich statt, aber eukaryontische Zellen unterliegen nur der DNA-Replikation während der S-Phase des Zellzyklus.