02 Replication

Question 1

Learning Objectives:

List universal principles of DNA replication in relation to priming, directionality, strand differences, proofreading, and processivity.

Vier entscheidende Prozesse der DNA-Synthese:

Wie läuft die Direktionalität der Ribose ab?

Proofreading:
Prokaryoten:

Answer 1

DNA Replikation ist semi-conservative

Priming (Beginn): DNA Polymerase benötigt 3’ -OH um zu starten.
Primase kann bei 0 starten und ist ein RNA-Polymerase.
Primase synthetysiert den RNA-Primer.
DNA-Polymerase (meistens Polymerase III) verlängert den Primer mit DNA.
Entfernen der Orimer durch 5’ -> 3’ Enxonukleaseaktivität der DNA-Polymerase 1.
Polymerase 1 füllt die Lücke auf mit neu-synthetysiertem Strang auf: Nick Translation!
Schließen der Lücken mit den DNA-Ligase (Verknüpfung).

Entscheidende Prozesse der DNA-Synthese:

1. Primase: für den Primer
2. DNA-Polymerase für die eigene DNA-Synthese (i.d.R. Polymerase III)
3. Polymerase I entfernt den Primer und Nick Translation
4. DNA-Ligase: Verknüpfung der DNA-Stränge und schließen der Lücken

Direktionalität: unidirektional 5’ -> 3’ (der Ribose)

Unterschiede der DNA-Stränge:
Bewegung der Blase:
continuous (leading strand)
dicontinuous (lagging strand) Okazaki Fragmente

Proofreading (wie es katalysiert wird):
Prokaryoten:
3’-> 5’ Exonuklease = Proofreading (in Polymerasen I, II und III; Klenow Fragment; Fehlpaarungen möglich und wieder Entfernung)
5’ -> 3’ Exonuklease = nur in Polymerase I (Nick Translation: Unterbrechung)

Geschwindigkeit der DNA-Synthese:

Question 2

Learning Objectives:

Name the major differences between prokaryotic and eukaryotic DNA replication with respect to regulation, initiation, and DNA polymerases.

Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten DNA-Replikationsmechanismen:

Answer 2

Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten DNA-Replikationsmechanismen:

P: circular chromosomes; bidirectional replication (Topoisomerase)
E: linear chromosomes (Telomerase); Interphase and Mitosis

Regulation:

P:
E:

Initation:

P:
E:

DNA Polymerase: 5’ -> 3’

P: Polymerase I, II, III

E: Polymerase Alpha, Beta, Gamma, Delta, Epsylon

Question 3

Learning Objectives:

Discuss the characteristics and medical applications of DNA topoisomerases and telomerase.

Für was ist die Topoisomerase da?
Type I:
TypeII:
Prokaryotes:

Telomerase:
Ist eine?
Nutzt welche Vorlage zur Synthese von DNA?
Spielt wo eine Rolle?
Wo endet die Telomerase?
Unterscheidung der Polymerasen durch Verwendung von?

Klassische DNA-Polymerase:

Klassische RNA-Polymerase:

Primase:

Answer 3

Topoisomerases:
Spannungen zu lösen.

• relax/create tension of DNA double helix (over-/underwinding of DNA)
• Type I: single-stranded DNA (ssDNA), ATP-independent
• Type II: double-stranded DNA (dsDNA), ATP-dependent
• Prokaryotes: TypeII topoisomerase DNA Gyrase introduces negative DNA Supercoiling

Unterschiede in Eukaryoten und Prokaryoten sind so groß das es möglich ist medizinisch gezielt einzugreifen.

• Gyrase-inhibitorsarepotentantibiotics (fluoroquinolones, e.g. Ciprofloxacin)

Telomerase:
Ist eine reverse Transkriptase (wie HIV).
Nutzt eine RNA-Vorlage zur Synthese von DNA.
Besondere Rolle in Eukaryonten.
Telomerase endet an Telomere um sie zu verlängern.
Chromosomal end replication problem.

• Ribonucleoprotein (Protein with RNA component)

Unterscheidung der Polymerasen durch Verwendung der Vorlagen.

Klassische DNA-Polymerase: DNA-abhängige DNA-Polymerase. DNA wird abgelesen und für die Synthese neuer DNA verwendet.

Klassische RNA-Polymerase (der Transkription): DNA-abhängige RNA-Polymerase. Ließt DNA ab um Proteine zu synthetysieren aber synthetysiert RNA.

Primase: DNA-abhängige RNA-Polymerase. DNA wird abgelesen aber ein RNA-Primer wird synthetisiert.

• Reverse transcriptase activity (uses RNA template for DNA synthesis)

(• 2009 Nobel Prize: Carole Greider, Elizabeth Blackburn, Jack Szostak)

(Forschung: Alter der Zelle: Telomere verkürzen sich)