Übersicht
Die Vorlesung behandelt den Prozess der DNA-Replikation, ihre Bedeutung für die Zellteilung und die beteiligten Enzyme samt deren Funktionen.
Aufbau und Eigenschaften der DNA
- DNA ist eine Doppelhelix aus zwei antiparallelen Einzelsträngen.
- Die DNA besteht aus Nukleotiden: Zucker (Desoxyribose), Phosphatgruppe und einer von vier Basen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin).
- Die Stränge verlaufen antiparallel (entgegengesetzte Richtung).
- Enden der Stränge: 3'-Ende mit freier OH-Gruppe und 5'-Ende mit freier Phosphatgruppe.
Ablauf der DNA-Replikation
- Die Replikation ist semikonservativ: Jeder neue Doppelstrang enthält einen alten und einen neuen Strang.
- Topoisomerase entspiralisert die DNA, Helikase spaltet Wasserstoffbrücken und trennt die Stränge (Replikationsgabel entsteht).
- Einzelstrang-bindende Proteine (SSB) verhindern das Zusammenlagern der Stränge.
- Primase synthetisiert kurze RNA-Primer am 3'-Ende der Matrizenstränge.
- DNA-Polymerase 3 verlängert die neuen Stränge nur von 5' nach 3'.
- Leitstrang wird kontinuierlich, Folgestrang diskontinuierlich (Okazaki-Fragmente) synthetisiert.
- DNA-Polymerase 1 ersetzt die RNA-Primer durch DNA.
- DNA-Ligase verbindet die Okazaki-Fragmente.
Bedeutung der DNA-Replikation
- DNA muss vor jeder Zellteilung exakt verdoppelt werden (Mitose, Zytokinese).
- Fehler bei der Replikation können zu Mutationen und Krankheiten führen (z.B. Trisomie 21).
- Die exakte Verdopplung ist notwendig für funktionierende Tochterzellen.
Wichtige Enzyme der Replikation
- Topoisomerase: Entspiralisierung der DNA.
- Helikase: Öffnet die Doppelhelix durch Spaltung der Basenbindungen.
- Primase: Bildet RNA-Primer als Startpunkt.
- DNA-Polymerase 3: Synthese der neuen Stränge.
- DNA-Polymerase 1: Entfernt RNA-Primer und ergänzt DNA.
- DNA-Ligase: Verbindet DNA-Fragmente.
Schlüsselbegriffe & Definitionen
- Nukleotid — Baustein der DNA aus Zucker, Phosphat und Base.
- Primer — Kurzes RNA-Stück als Startpunkt für DNA-Synthese.
- Okazaki-Fragmente — Kurze DNA-Stücke des Folgestrangs.
- Matrizenstrang — Der als Vorlage dienende DNA-Strang.
- Semikonservative Replikation — Jeder neue Doppelstrang enthält einen alten und einen neuen Strang.
Action Items / Nächste Schritte
- Bedeutung von Mutationen und Replikationsfehlern im nächsten Unterricht vertiefen.
- Wiederholung: Enzymfunktionen und Replikationsrichtung (5'-3' vs. 3'-5') klären.