Beeinflusst die zirkuläre oder lineare DNA direkt die Geschwindigkeit der DNA-Replikation?

Nehmen wir an, wir haben zwei DNA-Moleküle gleicher Länge , von denen eines zu einem Prokaryoten und das andere zu einem Eukaryoten gehört. Es ist bekannt, dass die Replikation der eukaryotischen DNA in diesem Fall schneller abläuft. Ein klarer Grund dafür ist, dass lineare DNA mehrere Replikationsursprünge hat, während zirkuläre DNA nur einen hat.

Nun zurück zur eigentlichen Frage: Spielt es für die Replikationsrate eine Rolle, ob die DNA zirkulär oder linear ist? Trägt es dazu bei, dass die eukaryotische DNA-Replikation in unserem speziellen Fall schneller abläuft ?

Eine Sache, die ich in einer alten Überarbeitung dieses Wikipedia-Artikels gefunden habe , ist folgende:

Ein Grund dafür, dass sich viele Organismen zu linearen Chromosomen entwickelt haben, liegt in der Größe ihres Genoms. Lineare Chromosomen erleichtern die Transkription und Replikation großer Genome. Wenn ein Organismus ein sehr großes Genom hätte, das in einem kreisförmigen Chromosom angeordnet ist, hätte er potenzielle Probleme beim Abwickeln aufgrund von Torsionsbelastung.

Daraus schließe ich, dass die Replikationsrate nicht direkt beeinflusst wird. Es ist enger damit verbunden, andere Probleme zu vermeiden, die dadurch entstehen, dass eukaryotische DNA-Moleküle typischerweise länger sind als prokaryotische. Aber in unserem Fall, in dem wir beide DNAs als gleich lang deklarieren, gehe ich davon aus, dass zirkulär vs. linear keinen Einfluss auf die DNA-Replikationsrate hat.

Liege ich also mit meinen Vermutungen richtig?

Bearbeiten Sie als Antwort auf die folgende Antwort:

Es ist bekannt, dass die Replikation der eukaryotischen DNA in diesem Fall schneller ist (wo DNA-Moleküle gleich lang sind), weil Eukaryoten lineare Chromosomen haben, während Prokaryoten kreisförmige haben

Wenn es sinnvoll ist, einen solchen Satz zu bilden, der die Linearität als Ursache darstellt, dann genügt das in diesem Fall meiner Definition von direkt Betroffenen . Diese Behauptung lässt sich beispielsweise leicht aufstellen, wenn man die Anzahl der Replikationsursprünge als Ursache anführt. Ich habe mir das von Ihnen erwähnte Lehrbuch angesehen und die Menge der Replikationsursprünge wird tatsächlich so erwähnt.

Abschluss:

Ich ging weiter und las ein bisschen mehr in diesem Lehrbuch. Was ich verstanden habe, ist: Ein eukaryotisches lineares Chromosom hat mehrere Replikationsursprünge und nicht einen einzigen, um seine viel größere Größe zu kompensieren. Während also die Form ein Faktor sein könnte (möglicherweise, nicht sicher), ist der primäre und "direkte" Grund der Größenunterschied, nicht die Form.

Der aktuelle Wikipedia-Eintrag hat dies geändert zu "In einem Organismus mit einem sehr großen Genom könnten kreisförmige Chromosomen möglicherweise Probleme im Zusammenhang mit Torsionsbelastung verursachen. [Zitieren erforderlich]". Die viel vorsichtigere Sprache spiegelt vermutlich das Fehlen von Zitaten zur Unterstützung der postulierten Wirkung der Torsionsdehnung wider. Naiverweise würde ich mir in einem größeren kreisförmigen Chromosom eine geringere Torsionsspannung vorstellen, aber auf jeden Fall gibt es keine Beweise dafür, dass die Torsionsspannung tatsächlich relevant ist.
@David Ja, ich stimme zu, dass es definitiv keine sehr glaubwürdige Behauptung ist, wie sie derzeit steht. Für die eigentliche Frage spielt es jedoch keine direkte Rolle, da es nur eine (etwas unbegründete) Idee war, warum Zirkularität / Linearität möglicherweise keinen direkten Einfluss auf die Replikationsgeschwindigkeit hat.
Ich werde mal schauen, ob ich dazu etwas finde, wenn ich einen Moment Zeit habe. Wie Sie vielleicht wissen, werden viele geschlossene zirkuläre DNA-Genome durch die Rolling-Circle-Methode repliziert – die an sich andere Eigenschaften als die Standard-Replikationsmethode haben kann.
@David Danke. Ich denke, wenn wir auch die Replikationsmethode berücksichtigen, könnte dies das Erreichen einer Antwort weiter erschweren. Es sieht so aus, als müsste diese Frage ein wenig verallgemeinert und vernachlässigt werden, um überhaupt eine Antwort zu erhalten.

Antworten (1)

Ich bin mir nicht sicher, ob ich richtig verstehe, was Sie mit direkt betroffen meinen .

Ich werde unten einige Möglichkeiten auflisten (Als Referenz können Sie jedes Genetik-Lehrbuch, das ich verwende, Genetics: A conceptional approach von Pierce sehen, aber ich denke, jedes Lehrbuch würde ausreichen).

  1. Porkaryotische Polymerasen (die normalerweise zirkuläre DNA verarbeiten) haben eine höhere Nukleotidgeschwindigkeit pro Sekunde als eukaryotische Polymerasen (die lineare DNA verarbeiten). Bedeutet dies, dass sich die Form direkt auf die Geschwindigkeit auswirkt? In diesem Fall würde ich nein sagen. Es ist nur ein Unterschied zwischen prokaryotischen und eukariotischen Polymerasen. Einige Prokaryoten haben lineare Chromosomen und ihre Polymerase ist immer noch schneller als eukaryotische Polymerasen.

  2. Ein prokaryotisches Chromosom hat nur einen Replikationsursprung, während ein eukaryotisches Chromosom mehrere davon hat, so dass Eukaryoten sogar in einem einzigen Chromosom parallelisieren. Bedeutet dies, dass sich die Form direkt auf die Geschwindigkeit auswirkt? In diesem Fall würde ich ja sagen. Aufgrund sterischer Effekte hat die Form des Chromosoms mit der Fähigkeit zu tun, mehrere Replikationsursprünge zu haben, auch wenn die Längen gleich sind. Bearbeiten : Nach Veds Kommentar wurde mir klar, dass dies auch nicht unbedingt wahr ist. Nicht alle kreisförmigen Chromosomen haben einen einzigen Replikationsursprung; Archaea haben kreisförmige Chromosomen mit mehr als einem Replikationsursprung

  3. Lineare Chromosomen lassen sich leichter abwickeln. Bedeutet dies, dass sich die Form direkt auf die Geschwindigkeit auswirkt? Ich würde sagen, ja für große Chromosomen und nein für kleine Chromosomen. Bearbeiten : Nach Davids Kommentar wurde mir klar, dass ich nicht wirklich sicher bin, ob lineare Chromosomen einfacher abzuwickeln sind. Ein Wikipedia- Eintrag besagt dies, aber ich habe mir das Papier angesehen, auf das sie verwiesen , und keine wirkliche Aussage dazu gefunden.

Wichtig: Wenn die DNA-Moleküle, die Sie vergleichen, ein prokaryotisches und ein eukaryotisches und sehr kurzes sind, würde ich meine 5 Dollar darauf verwetten, dass prokaryotische (zirkuläre) schneller sind, da die eukaryotischen DNA-Polymerasen ohne all die Parallelisierung langsamer sind als prokaryotische .

Könnten Sie eine Referenz oder ein detailliertes mechanisches Argument zur Untermauerung Ihrer Behauptung angeben, dass lineare Chromosomen leichter abzuwickeln sind? Dies scheint der springende Punkt zu sein. Was Sie sagen und was Sie wetten würden, ist nicht der Punkt. Der Wikipedia-Eintrag bestätigt den Mangel an Unterstützung für diese Art von Behauptung. Bitte geben Sie es an, wenn Sie möchten, dass Ihre Antwort ernsthaft berücksichtigt wird.
Tatsächlich wurde mir nach Ihrem Kommentar klar, dass ich keine Referenz habe. Ich habe das von Wikipedia referenzierte Papier überprüft, aber tatsächlich konnte ich keine Aussage finden, die meine Behauptung stützt (die ich ursprünglich aus der OP-Frage entnommen habe, die sich auch auf Wikipedia bezog). Es ist möglich, dass ich eine wichtige Passage in der Zeitung verloren habe, aber im Moment würde ich sagen, dass sie die Behauptung nicht stützt. Vielen Dank für den Hinweis, ich habe meine Antwort entsprechend bearbeitet.
Könnten Sie in diesem Fall einen Hinweis auf sterische Effekte geben, die sich auf die Menge der Replikationsursprünge auswirken? Ich habe mir zwei Lehrbücher angesehen, konnte aber nichts Relevantes finden.
Während ich nach einer Referenz suchte, um die sterischen Effekte zu unterstützen, die die Menge der Replikationsursprünge beeinflussen, fand ich tatsächlich heraus, dass Archaeen kreisförmige Chromosomen und mehr als einen Replikationsursprung haben. Ich habe meine Antwort bearbeitet, um dies zu integrieren.
Während die Frage möglicherweise keine eindeutige Antwort erhalten hat (möglicherweise sowieso unmöglich), denke ich, dass die Ergebnisse hier Hinweise genug sind, um zumindest zu einer Schlussfolgerung zu gelangen: Es ist nicht möglich zu verallgemeinern und zu sagen, dass die Form der DNA sicherlich einen Einfluss haben wird auf die Replikationsrate. Die Anzahl der Replikationsursprünge scheint andererseits mit ziemlicher Sicherheit immer einen direkten Einfluss auf die Rate zu haben. Ich werde dies als Antwort markieren, danke.
Ich stimme zu, dass es unmöglich sein kann, zu verallgemeinern. Aber ich möchte Sie auf dieses Papier hinweisen, das ich gerade gefunden habe: ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6056714 . Werfen Sie einen Blick auf den Abschnitt "Trennung von mtDNA". Es befasst sich mit den strukturellen Problemen mit der zirkulären mtDNA und verweist auch auf einige Arbeiten zu Prokaryoten. Vielleicht wird es Ihre Frage nicht beantworten, aber es kann für Informationen nützlich sein.