Mechanismus der DNA-Replikation

Einführung

• DNA-Molekül besteht aus zwei Einzelsträngen
• Stränge sind gegeneinander verdrillt und bilden eine Doppelhelix
• Jeder Strang hat eine Sequenz aus vier Basen: Adenin, Zytosin, Guanin, Thymin
  • Komplementäre Basenpaarung:
    • Thymin ↔ Adenin
    • Zytosin ↔ Guanin
• Stränge verlaufen antiparallel (5'-Strich und 3'-Strich)

Schritte der DNA-Replikation

1. Entwindung der Stränge

• Enzym Helikase entwunden die Stränge am Replikationsursprung
• Entstehung einer Replikationsgabel
• Topoisomerase mildert Spannungen, die durch das Entwinden entstehen
• Einzelstrang Bindungsproteine stabilisieren die Replikationsgabel

2. Synthese des Leitstrangs

• Enzym Primase synthetisiert kurzen RNA-Abschnitt (Primer)
• Freies 3'-OH-Ende wird von DNA-Polymerase zur Synthese genutzt
• DNA-Polymerase synthetisiert kontinuierlich in 5'-zu-3'-Richtung

3. Synthese des Folgestrangs

• Folgestrang läuft in entgegengesetzter Richtung
• DNA-Polymerase synthetisiert in kleinen Fragmenten (Okazaki-Fragmente)
  • Jedes Fragment benötigt neuen Primer von der Primase
• Diskontinuierliche Synthese des Folgestrangs

4. Abschluss der Replikation

• RNA-Primer werden durch Exonuklease entfernt
• DNA-Polymerase füllt Lücken mit DNA-Basen auf
• DNA-Ligase schließt Zuckerphosphatrückgrat und verknüpft Okazaki-Fragmente

Merkmale der DNA-Replikation

• DNA-Replikation ist semi-konservativ:
  • Jedes DNA-Molekül besteht aus einem alten Elternstrang und einem neuen Tochterstrang.