Replicatie van DNA - deoxyribonucleïnezuur - vindt plaats voordat een cel zich deelt om ervoor te zorgen dat beide cellen een exacte kopie van het genetische materiaal van de ouder ontvangen. Hoewel er veel overeenkomsten zijn in de manier waarop prokaryotische en eukaryote cellen hun DNA repliceren, zijn er verschillende verschillen tussen hen, vanwege de verschillende grootte en complexiteit van de moleculen, inclusief de tijd die nodig is om te voltooien het proces.
Verschillen tussen eukaryote en prokaryotische cellen
Prokaryote cellen zijn vrij eenvoudig van structuur. Ze hebben geen kern, geen organellen en een kleine hoeveelheid DNA in de vorm van een enkel, circulair chromosoom. Eukaryotische cellen daarentegen hebben een kern, meerdere organellen en meer DNA gerangschikt in meerdere, lineaire chromosomen.
Stappen in DNA-replicatie
DNA-replicatie begint op een specifieke plek op het DNA-molecuul, de oorsprong van replicatie. Aan de oorsprong wikkelen enzymen de dubbele helix af, waardoor de componenten ervan toegankelijk zijn voor replicatie. Elke streng van de helix scheidt zich vervolgens van de andere, waardoor de nu ongepaarde basen worden blootgelegd om als sjablonen voor nieuwe strengen te dienen. Een klein segment van RNA - ribonucleïnezuur - wordt als primer toegevoegd, waarna nieuwe nucleotidebasen die de ongepaarde basen aanvullen, kunnen worden geassembleerd om twee dochterstrengen naast elke ouderstreng te vormen. Deze assemblage wordt bereikt met enzymen die DNA-polymerasen worden genoemd. Wanneer het proces is voltooid, zijn er twee DNA-moleculen gevormd die identiek zijn aan elkaar en aan het oudermolecuul.
Overeenkomsten tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie
De stappen voor DNA-replicatie zijn over het algemeen hetzelfde voor alle prokaryotische en eukaryote organismen. Het afwikkelen van het DNA wordt bereikt door een enzym genaamd DNA-helicase. De productie van nieuwe DNA-strengen wordt georkestreerd door enzymen die polymerasen worden genoemd.
Beide soorten organismen volgen ook een patroon dat semi-conservatieve replicatie wordt genoemd. In dit patroon worden de afzonderlijke DNA-strengen in verschillende richtingen vervaardigd, waardoor een leidende en een achterblijvende streng wordt geproduceerd. Achterblijvende strengen worden gecreëerd door de productie van kleine DNA-fragmenten, Okazaki-fragmenten genaamd, die uiteindelijk worden samengevoegd. Beide soorten organismen beginnen ook nieuwe DNA-strengen met een kleine RNA-primer.
Verschillen tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie
Verschillen tussen prokaryotische en eukaryote DNA-replicatie zijn grotendeels gerelateerd aan contrasten in grootte en complexiteit van het DNA en de cellen van deze organismen. De gemiddelde eukaryote cel heeft 25 keer meer DNA dan een prokaryotische cel.
In prokaryotische cellen is er slechts één punt van oorsprong, replicatie vindt tegelijkertijd in twee tegengestelde richtingen plaats en vindt plaats in het celcytoplasma. Eukaryotische cellen daarentegen hebben meerdere oorsprongspunten en gebruiken unidirectionele replicatie in de kern van de cel. Prokaryotische cellen bezitten een of twee soorten polymerasen, terwijl eukaryoten er vier of meer hebben.
Replicatie gebeurt ook veel sneller in prokaryotische cellen dan in eukaryoten. Sommige bacteriën hebben slechts 40 minuten nodig, terwijl dierlijke cellen zoals mensen er tot 400 uur over kunnen doen. Bovendien hebben eukaryoten ook een duidelijk proces voor het repliceren van de telomeren aan de uiteinden van hun chromosomen. Met hun circulaire chromosomen hebben prokaryoten geen einden om te synthetiseren. Ten slotte vindt de korte replicatie in prokaryoten bijna continu plaats, maar eukaryote cellen ondergaan alleen DNA-replicatie tijdens de S-fase van de celcyclus.