Η αντιγραφή του DNA - δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ - συμβαίνει πριν ένα κύτταρο διαχωριστεί για να διασφαλιστεί ότι και τα δύο κύτταρα λαμβάνουν ένα ακριβές αντίγραφο του γενετικού υλικού του γονέα. Ενώ υπάρχουν πολλές ομοιότητες στο πώς τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά κύτταρα αναπαράγουν το DNA τους, υπάρχουν πολλές διακρίσεις μεταξύ τους, λόγω του διαφορετικού μεγέθους και της πολυπλοκότητας των μορίων, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου που απαιτείται για την ολοκλήρωση η διαδικασία.
Διαφορές μεταξύ ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών κυττάρων
Τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν πολύ απλή δομή. Δεν έχουν πυρήνα, ούτε οργανίδια και μικρή ποσότητα DNA με τη μορφή ενός μόνο κυκλικού χρωμοσώματος. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα από την άλλη πλευρά, έχουν έναν πυρήνα, πολλαπλά οργανίδια και περισσότερο DNA διατεταγμένα σε πολλαπλά, γραμμικά χρωμοσώματα.
Βήματα στην αναπαραγωγή DNA
Η αντιγραφή του DNA ξεκινά από ένα συγκεκριμένο σημείο στο μόριο DNA που ονομάζεται η αρχή της αντιγραφής. Στην αρχή, τα ένζυμα χαλαρώνουν τη διπλή έλικα καθιστώντας τα συστατικά του προσβάσιμα για αναπαραγωγή. Κάθε σκέλος της έλικας διαχωρίζεται έπειτα από το άλλο, εκθέτοντας τις τώρα μη ζευγαρωμένες βάσεις για να χρησιμεύσει ως πρότυπα για νέα σκέλη. Ένα μικρό τμήμα του RNA - ριβονουκλεϊκό οξύ - προστίθεται ως εναρκτήρας, και στη συνέχεια νέες νουκλεοτιδικές βάσεις που συμπληρώνουν τις μη ζευγαρωμένες βάσεις μπορούν να συναρμολογηθούν για να σχηματίσουν δύο θυγατρικές κλώνες δίπλα σε κάθε μητρικό κλώνο. Αυτό το συγκρότημα επιτυγχάνεται με ένζυμα που ονομάζονται DNA πολυμεράσες. Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία, δύο μόρια DNA έχουν σχηματιστεί ταυτόσημα μεταξύ τους και με το γονικό μόριο.
Ομοιότητες μεταξύ αντιγραφής προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού DNA
Τα στάδια αντιγραφής DNA είναι γενικά τα ίδια για όλους τους προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Το ξετύλιγμα του DNA επιτυγχάνεται με ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA ελικάση. Η κατασκευή νέων κλώνων DNA ενορχηστρώνεται από ένζυμα που ονομάζονται πολυμεράσες.
Και οι δύο τύποι οργανισμών ακολουθούν επίσης ένα μοτίβο που ονομάζεται ημι-συντηρητική αντιγραφή. Σε αυτό το μοτίβο, οι μεμονωμένοι κλώνοι του DNA κατασκευάζονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, παράγοντας έναν κλώνο που οδηγεί και υστερεί. Οι καθυστερημένοι κλώνοι δημιουργούνται από την παραγωγή μικρών θραυσμάτων DNA που ονομάζονται θραύσματα Okazaki, τα οποία τελικά συνδέονται μεταξύ τους. Και οι δύο τύποι οργανισμών ξεκινούν επίσης νέους κλώνους DNA με ένα μικρό εκκινητή RNA.
Διαφορές μεταξύ αντιγραφής προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού DNA
Οι διαφορές μεταξύ αντιγραφής προκαρυωτικού και ευκαρυωτικού DNA σχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με τις αντιθέσεις στο μέγεθος και την πολυπλοκότητα του DNA και των κυττάρων αυτών των οργανισμών. Το μέσο ευκαρυωτικό κύτταρο έχει 25 φορές περισσότερο DNA από ένα προκαρυωτικό κύτταρο.
Στα προκαρυωτικά κύτταρα, υπάρχει μόνο ένα σημείο προέλευσης, η αντιγραφή συμβαίνει ταυτόχρονα σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις και λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα από την άλλη πλευρά, έχουν πολλαπλά σημεία προέλευσης και χρησιμοποιούν μονόπλευρη αντιγραφή εντός του πυρήνα του κυττάρου. Τα προκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν έναν ή δύο τύπους πολυμεράσης, ενώ οι ευκαρυωτικοί έχουν τέσσερις ή περισσότερους.
Η αναπαραγωγή συμβαίνει επίσης με πολύ ταχύτερο ρυθμό στα προκαρυωτικά κύτταρα, σε σύγκριση με τους ευκαρυωτικούς. Μερικά βακτήρια διαρκούν μόνο 40 λεπτά, ενώ τα ζωικά κύτταρα όπως οι άνθρωποι μπορεί να διαρκέσουν έως και 400 ώρες. Επιπλέον, τα ευκαρυωτικά έχουν επίσης μια ξεχωριστή διαδικασία για την αντιγραφή των τελομερών στα άκρα των χρωμοσωμάτων τους. Με τα κυκλικά χρωμοσώματά τους, τα προκαρυωτικά δεν έχουν άκρα να συντίθενται. Τέλος, η σύντομη αντιγραφή στα προκαρυωτικά εμφανίζεται σχεδόν συνεχώς, αλλά τα ευκαρυωτικά κύτταρα υφίστανται αντιγραφή DNA μόνο κατά τη φάση S του κυτταρικού κύκλου.