Mechanismus der DNA-Replikation
IMPP-Score: 0.7
Allgemeine Einleitung der DNA-Replikation
DNA-Replikation ist ein entscheidender Vorgang innerhalb der Zelle, der während der S-Phase des Zellzyklus stattfindet. Um die genetische Information einer Zelle zu bewahren und korrekt an Tochterzellen weiterzugeben, muss die DNA vor jeder Zellteilung verdoppelt werden. Diese Verdopplung erfolgt durch den Prozess der DNA-Replikation.
Grundprinzipien der DNA-Replikation
Die Replikation der DNA ist semi-kontinuierlich, was bedeutet, dass der Leitstrang kontinuierlich und der Folgestrang diskontinuierlich synthetisiert wird. Dies ist wichtig, da die DNA-Polymerase nur in einer Richtung (5’ nach 3’) arbeiten kann.
Richtung des Strangwachstums
Die DNA-Polymerase, das Schlüsselenzym bei der Replikation, kann Nukleotide ausschließlich an eine freie 3’-OH-Gruppe anhängen, womit die neue DNA-Kette immer in der 5’ zu 3’ Richtung synthetisiert wird. Der ursprüngliche Matrizenstrang wird entsprechend von 3’ nach 5’ gelesen.
Das IMPP fragt besonders gerne nach der Wachstumsrichtung des DNA-Strangs, da es ein grundlegendes Prinzip der Molekularbiologie darstellt und Missverständnisse hier zu grundlegenden Fehlern im Verständnis der DNA-Replikation führen können.
Kontinuierliche und diskontinuierliche Synthese
Synthese des Leitstrangs
Der Leitstrang wird kontinuierlich in Richtung der sich öffnenden Replikationsgabel synthetisiert. Dies wird ermöglicht, da die Richtung der Gabelbewegung mit der Syntheserichtung des neuen Strangs (5’ zu 3’) übereinstimmt.
Synthese des Folgestrangs
Im Gegensatz zum Leitstrang wird der Folgestrang diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten synthetisiert. Diese sind nötig, da die Richtung der Gabelbewegung entgegengesetzt zur Syntheserichtung des neuen Strangs ist. Jedes Okazaki-Fragment beginnt mit einem RNA-Primer, der von der Primase synthetisiert wird, und wird dann von der DNA-Polymerase weiter verlängert, bis es das vorherige Fragment erreicht.
Schlüsselenzyme der DNA-Replikation
Auf die Schlüsselenzyme gehen wir auch im nächsten Abschnitt genauer ein, da sie die zentralen Akteure bei der DNA-Replikation sind. Hier eine kurze Übersicht:
Helicase
Die Helicase spielt eine Schlüsselrolle, indem sie die Doppelhelix der DNA entwindet und so die einzelnen Stränge für die Replikationsmaschinerie zugänglich macht.
Primase
Die Primase ist entscheidend für die Synthese der RNA-Primer, die als Startpunkte für die DNA-Polymerase bei der Synthese der Okazaki-Fragmente dienen.
DNA-Ligase
Nachdem die DNA-Polymerase die Okazaki-Fragmente synthetisiert hat, übernimmt die DNA-Ligase die Aufgabe, diese Fragmente zu einem vollständigen Strang zu verbinden.
Spezielle Faktoren und Komplikationen
Topoisomerase
Die Topoisomerase reduziert Torsionsspannungen, die durch das Entwinden der DNA entstehen. Bei Prokaryoten wird ähnliche Funktion durch Gyrase übernommen, die ein spezielles Enzym in Bakterien ist und hilft, die Supercoiling der DNA zu regulieren.
Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten
Eukaryoten weisen vielfache Replikationsursprünge auf, was eine simultane Replikation an mehreren Stellen der DNA ermöglicht. Prokaryoten haben in der Regel einen einzigen Replikationsursprung, was den Replikationsprozess von dem bei Eukaryoten unterscheidet.
Es ist besonders wichtig, dass ihr die Unterschiede in der Replikationsdynamik zwischen Prokaryoten und Eukaryoten versteht, da daraus spezifische regulatorische Mechanismen für jede Zelltyp entstehen. Das IMPP könnte dies in Verbindung mit Fragen zur Zellregulation bringen.
Zusammenfassung
Feedback
Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️
Footnotes
Credits Mechanismus der DNA-Replikation. Grafik: VWALevi2020, DNA-Replikation, CC BY 4.0↩︎
