De Okazaki-fragmenten zijn DNA-segmenten die worden gesynthetiseerd in de keten erachter tijdens het proces van DNA-replicatie. Ze zijn genoemd naar hun ontdekkers, Reiji Okazaki en Tsuneko Okazaki, die in 1968 DNA-replicatie bestudeerden in een virus dat de bacterie Escherichia coli infecteert.
DNA bestaat uit twee strengen die een dubbele helix vormen, die veel op een wenteltrap lijkt. Als een cel zich gaat delen, moet hij een kopie maken van zijn genetisch materiaal. Dit proces van het kopiëren van genetische informatie staat bekend als DNA-replicatie.
Tijdens DNA-replicatie worden de twee ketens die de dubbele helix vormen gekopieerd, het enige verschil is de richting waarin deze ketens zijn georiënteerd. Een van de snaren is in de 5 '→ 3' richting en de andere in de tegenovergestelde richting, in de 3 '→ 5' richting.
De meeste informatie over DNA-replicatie is afkomstig van studies die zijn uitgevoerd met de E. coli-bacterie en enkele van zijn virussen.
Er is echter voldoende bewijs om te concluderen dat veel van de aspecten van DNA-replicatie vergelijkbaar zijn in zowel prokaryoten als eukaryoten, inclusief mensen.
Okazaki-fragmenten en DNA-replicatie
Aan het begin van de DNA-replicatie wordt de dubbele helix gescheiden door een enzym dat helicase wordt genoemd. DNA-helicase is een eiwit dat de waterstofbruggen verbreekt die DNA in de dubbele helixstructuur vasthouden, waardoor de twee strengen los blijven.
Elke streng in de dubbele DNA-helix is in de tegenovergestelde richting georiënteerd. Een ketting heeft dus de richting 5 '→ 3', wat de natuurlijke replicatierichting is en daarom wordt het een geleidende streng genoemd. De andere ketting heeft richting 3 '→ 5', wat de omgekeerde richting is en een achterblijvende streng wordt genoemd.
DNA-polymerase is het enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van nieuwe DNA-strengen, waarbij de twee eerder gescheiden strengen als sjabloon worden genomen. Dit enzym werkt alleen in de richting 5 '→ 3'. Bijgevolg kan slechts één van de sjabloonstrengen (de leiderstreng) continu een nieuwe DNA-streng synthetiseren.
Integendeel, aangezien de streng in de tegenovergestelde richting is (3 '→ 5' richting), wordt de synthese van zijn complementaire keten discontinu uitgevoerd. Dit impliceert de synthese van deze segmenten van genetisch materiaal genaamd Okazaki-fragmenten.
Okazaki-fragmenten zijn korter in eukaryoten dan in prokaryoten. De geleidende en achterblijvende strengen repliceren echter door respectievelijk continue en discontinue mechanismen in alle organismen.
Opleiding
Okazaki-fragmenten zijn gemaakt van een kort stukje RNA, een primer genaamd, die wordt gesynthetiseerd door een enzym dat primase wordt genoemd. De primer wordt gesynthetiseerd op de vertraagde templatestreng.
Het enzym DNA-polymerase voegt nucleotiden toe aan de eerder gesynthetiseerde RNA-primer, waardoor een Okazaki-fragment wordt gevormd. Het RNA-segment wordt vervolgens verwijderd door een ander enzym en vervolgens vervangen door DNA.
Ten slotte worden de Okazaki-fragmenten aan de groeiende DNA-streng gehecht door de activiteit van een enzym dat ligase wordt genoemd. De synthese van de vertraagde keten vindt dus discontinu plaats vanwege zijn tegengestelde oriëntatie.
Referenties
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Moleculaire biologie van de cel (6e ed.). Garland Science.
- Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8e ed.). WH Freeman and Company.
- Brown, T. (2006). Genomes 3 (3e ed.). Garland Science.
- Griffiths, A., Wessler, S., Carroll, S. & Doebley, J. (2015). Inleiding tot genetische analyse (11e ed.). WH Freeman.
- Okazaki, R., Okazaki, T., Sakabe, K., Sugimoto, K., & Sugino, A. (1968). Mechanisme van DNA-ketengroei. I. Mogelijke discontinuïteit en ongebruikelijke secundaire structuur van nieuw gesynthetiseerde ketens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 59 (2), 598-605.
- Snustad, D. & Simmons, M. (2011). Principles of Genetics (6e ed.). John Wiley and Sons.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5e ed.). Wiley.