DNA-Replikation und Okazaki-Fragment

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DNA-Replikation – Einleitung

Durch die DNA-Replikation wird die genetische Information, also die Abfolge der Nucleinsäuremoleküle, an die Tochterzellen weitergegeben.

Es gibt verschiedene Arten der Replikation.

Die erste ist die sogenannte semikonservative Replikation, diese Art ist die am häufigsten vorkommende. Der elterliche DNA-Doppelstrang teilt sich in zwei Einzelstränge auf und dient somit als Vorlage für die Neusynthese (diese Art wird im Folgenden erklärt und beschrieben). Beim Teilen der Stränge entsteht die sogenannte Replikationsgabel. Dies ermöglicht, dass sich weitere Enzyme anheften können.

Die zweite Art ist die konservative Replikation. Hier teilt sich der elterliche Strang nicht auf, sondern dient als Komplettvorlage.

DNA-Replikation – Voraussetzungen

Für die Replikation werden verschieden Komponenten benötigt. Dazu gehört natürlich ein elterlicher DNA-Doppelstrang, Startermoleküle, die sogenannten RNA-Primer und bestimmte Enzyme, die den ganzen Vorgang katalysieren. Hierzu gehört die Helicase (entwindet die Doppelhelix und löst die Wasserstoffbrückenbindungen (WBB) zwischen den verschiedenen Basenpaaren), die Primase (synthetisiert die RNA-Primer), die DNA-Polymerasen 1 und 3, welche freie Nukleotide an den Primer heften, bzw diesen auch wieder entfernen und zum Schluss noch die Ligase, welche nur bei Okazaki-Fragmenten benötigt wird. (Dazu später mehr)

Noch einmal in kurz:

  • DNA-Doppelstrang
  • Primase
  • Helicase
  • DNA Polymerasen 1 und 3
  • Ligase

dna-replikation

DNA-Replikation – Molekularer Ablauf der semikonservativen Replikation:

Initation

Die DNA-Replikation beginnt damit, dass die Helicase den DNA-Doppelstrang entwindet und durch die Auflösung der WBB in zwei Einzelstränge aufteilt (geschieht unter Verbrauch von ATP). Es entsteht die Replikationsgabel. Nun setzen sich bestimmte Proteine (in der Grafik: Einzelstrangbindendes Protein) an die freien Basen, damit  die beiden Einzelstränge sich nicht sofort wieder verbinden.

Elongation

Anschließend beginnt der eigentliche Vorgang. Dazu bindet die Primase an der DNA und synthetisiert einen RNA-Primer. Sobald dies geschehen ist, heftet die DNA-Polymerase 3 freie Desoxyribonukleotide an den Primer (immer komplementär zur Basenabfolge des elterlichen Stranges). Wenn dieser Vorgang abgeschlossen ist und jede Base ein Gegenstück hat, fährt die DNA-Polymerase 1 über den neusynthetisierten Strang, entfernt die RNA-Primer und ersetzt diese durch Desoxyribonukleotide.

Man muss allerdings zwischen der Neusynthetisierung am elterlichen Leitstrang und am elterlichen Folgestrang unterscheiden. Denn am elterlichen Leitstrang verläuft die Replikation kontinuierlich ab, was bedeutet, dass nur ein Primer für den ganzen Strang verantwortlich ist, da hier die Replikation in 5′-3′-Richtung abläuft. Somit haben wir eine Neusynthese ohne Lücken.

Beim elterlichen Folgestrang funktioniert das aber nicht. Denn dieser wird ebenfalls in Richtung 5′-3′-Ende synthetisiert (siehe Grafik). Dies bedeutet, dass “von der Replikationsgabel weg” synthetisiert wird und die Polymerasen mehrmals neu ansetzen müssen. Daher werden auch mehrere Primer benötigt. Die “Stücke” aus RNA und DNA nennt man Okazaki-Fragmente. Die DNA Polymerase 1 entfernt wieder die RNA-Primer und ersetzt sie durch Desoxyribonukleotide. Hier kommt die Ligase ins Spiel, sie fährt über den neusynthetisierten Folgestrang und verbindet die einzelnen DNA-Fragmente zu einem kontinuierlichem Strang.

Termination

Die Replikation wird beendet und die neuen Tochterstränge teilen sich.

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2 Comments

  1. Es gibt keine verschiedenen Arten der Replikation. Nur die drei verschiedenen Modelle!!! (konservativ – semikonservativ – dispers), von denen das konservative durch Mendelssohn und Stahl belegt wurde.

    • Stimmt so nicht, Meselson und Stahl haben das semikonservative Modell, das im Moment auch als “gültig” gilt, bewiesen.

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