DNA - deoksüribonukleiinhappe - replikatsioon toimub enne raku jagunemist, et tagada, et mõlemad rakud saaksid vanema geneetilise materjali täpse koopia. Kuigi prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude DNA replikatsioonil on palju sarnasusi, on neid mitmeid molekulide erineva suuruse ja keerukuse, sealhulgas nende valmimiseks kuluva aja tõttu protsess.
Eukarüootsete ja prokarüootsete rakkude erinevused
Prokarüootsete rakkude struktuur on üsna lihtne. Neil puudub tuum, organellid ja väike kogus DNA ühe ümmarguse kromosoomina. Seevastu eukarüootsetes rakkudes on tuum, mitu organelli ja rohkem DNA, mis on paigutatud mitmesse lineaarsesse kromosoomi.
DNA replikatsiooni etapid
DNA replikatsioon algab DNA molekuli konkreetsest kohast, mida nimetatakse replikatsiooni alguspunktiks. Lähtekohas harutavad ensüümid topeltheeliksi lahti, muutes selle komponendid paljunemiseks kättesaadavaks. Seejärel eraldub iga heeliksi ahel teistest, paljastades nüüd paarimata alused uute ahelate mallidena. Praimerina lisatakse väike RNA segment - ribonukleiinhape, seejärel saab kokku panna uued nukleotiidalused, mis täiendavad paardumata aluseid, moodustades kummagi vanemahela kõrvale kaks tütarahelat. See kokkupanek viiakse läbi ensüümidega, mida nimetatakse DNA polümeraasideks. Kui protsess on lõpule jõudnud, on moodustatud kaks DNA molekuli, mis on identsed üksteisega ja lähtemolekuliga.
Prokarüootse ja eukarüootse DNA replikatsiooni sarnasused
DNA replikatsiooni etapid on kõigi prokarüootsete ja eukarüootsete organismide jaoks üldiselt samad. DNA lahti kerimine toimub ensüümi nimega DNA helikaas. Uute DNA-ahelate tootmist korraldavad ensüümid, mida nimetatakse polümeraasideks.
Mõlemat tüüpi organismid järgivad ka poolkonservatiivse replikatsiooni mustrit. Selle mustri järgi toodetakse DNA üksikuid ahelaid erinevates suundades, saades nii juhtiva kui ka mahajääva ahela. Mahajäänud ahelad tekivad väikeste DNA-fragmentide, mida nimetatakse Okazaki fragmentideks, tootmisega, mis lõpuks kokku liidetakse. Mõlemat tüüpi organismid alustavad ka uusi DNA ahelaid väikese RNA praimeriga.
Prokarüootse ja eukarüootse DNA replikatsiooni erinevused
Prokarüootse ja eukarüootse DNA replikatsiooni erinevused on suures osas seotud nende organismide DNA ja rakkude suuruse ja keerukuse kontrastidega. Keskmisel eukarüootsel rakul on 25 korda rohkem DNA-d kui prokarüootsel rakul.
Prokarüootsetes rakkudes on ainult üks lähtepunkt, replikatsioon toimub korraga kahes vastandlikus suunas ja toimub raku tsütoplasmas. Eukarüootsetel rakkudel on seevastu mitu lähtepunkti ja raku tuumas kasutatakse ühesuunalist replikatsiooni. Prokarüootsetes rakkudes on ühte või kahte tüüpi polümeraase, eukarüootidel aga nelja või enamat.
Replikatsioon toimub ka prokarüootsetes rakkudes palju kiiremini kui eukarüootides. Mõnel bakteril kulub vaid 40 minutit, samas kui loomarakkudel, näiteks inimestel, võib kuluda kuni 400 tundi. Lisaks on eukarüootidel ka selge protsess telomeeride replikatsiooniks nende kromosoomide otstes. Oma ümmarguste kromosoomidega ei ole prokarüootidel sünteesimise otsi. Lõpuks toimub prokarüootides lühike replikatsioon peaaegu pidevalt, kuid eukarüootsed rakud läbivad DNA replikatsiooni ainult rakutsükli S-faasis.