Enzymatik der DNA-Replikation
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Enzymatik der DNA-Replikation
Allgemeiner Überblick
DNA-Replikation ist ein zentraler Prozess, bei dem die DNA-Doppelhelix dupliziert wird, um sicherzustellen, dass jede Tochterzelle bei der Zellteilung die exakte Kopie der genetischen Information erhält. Dieser Prozess ist komplex und involviert eine Vielzahl spezifischer Enzyme, die in koordinierter Weise zusammenarbeiten.
Primase
Die Primase spielt eine entscheidende Rolle bei der Einleitung der DNA-Synthese. Sie ist eine spezialisierte Form der RNA-Polymerase und synthetisiert kurze RNA-Primer, die als Startpunkte für die DNA-Polymerase dienen. Diese Primer sind notwendig, da DNA-Polymerasen nicht in der Lage sind, eine völlig neue DNA-Kette zu beginnen; sie können nur an bestehende 3’-OH-Enden anknüpfen.
Versteht, dass die Primase eine RNA-Polymerase ist, die RNA-Primer synthetisiert, welche essentiell für die Initiation der DNA-Polymerisation sind.
DNA-Polymerase
Die DNA-Polymerase ist das zentrale Enzym bei der DNA-Synthese. Sie fügt Nukleotide an die 3’-Enden der wachsenden DNA-Ketten an, wobei sie den Mutterstrang als Vorlage nutzt. Diese Wachstumsrichtung ist immer 5’ zu 3’. Für die Initiation der DNA-Synthese am Leitstrang ist nur ein Primer notwendig, wohingegen am Folgestrang viele Primer benötigt werden, da die Synthese dort diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten erfolgt. DNA-Polymerase hat auch eine Korrekturlesefunktion, die die Genauigkeit der DNA-Synthese sicherstellen hilft.
Die DNA-Polymerase ist grundlegend für die DNA-Synthese und benötigt Primer, die von der Primase bereitgestellt werden.
Helicase und einzelstrangbindende Proteine
Die Helicase ist verantwortlich für das Trennen der beiden DNA-Stränge der Doppelhelix. Es entwindet die Helix und ermöglicht den Zugang der Polymerasen. Einzelstrangbindende Proteine (SSB) stabilisieren anschließend die getrennten Einzelstränge, indem sie verhindern, dass sich diese wieder zusammenlagern.
Topoisomerasen
Topoisomerasen sind für das Management der räumlichen Struktur der DNA während der Replikation zuständig. Sie verhindern die Über-Superspiralisierung der Doppelhelix, die durch die Trennung während der Replikation entsteht, indem sie vorübergehende Einzel- oder Doppelstrangbrüche einführen und nach dem Passieren der Polymerasen die Brüche wieder reparieren.
DNA-Ligase
Nachdem Okazaki-Fragmente am Folgestrang synthetisiert wurden, ist es die Aufgabe der DNA-Ligase, diese Einzelfragmente zu einem durchgehenden Strang zu verbinden. Sie katalysiert die Bildung von Phosphodiesterbindungen zwischen den Fragmenten und spielt so eine kritische Rolle beim Abschluss der Replikation.
Die DNA-Ligase und ihre Funktion bei der Verbindung von Okazaki-Fragmenten könnte ein gängiges Prüfungsthema sein. Versteht ihre Rolle in diesem spezifischen Prozess.
Unterscheidung von anderen Enzymen
Es ist wichtig zu unterscheiden zwischen den Enzymen, die direkt an der DNA-Replikation beteiligt sind, wie die oben genannten, und solchen, die keine direkte Rolle spielen. Zum Beispiel sind Restriktionsendonucleasen, die DNA an spezifischen Stellen schneiden, wichtig in anderen biologischen Prozessen wie der Genmanipulation und der viralen Abwehr in Bakterien, jedoch nicht direkt in der DNA-Replikation involviert.
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Struktur der DNA-Polymerase. Grafik: Yikrazuul, DNA polymerase, CC BY-SA 3.0↩︎
