Replikation

Dna-split.png | ReplikationBildlich.JPG Als Replikation oder Reduplikation bezeichnet man die Verdoppelung eines DNA-Moleküls nach dem semikonservativen Prinzip, welches durch den Meselson-Stahl-Versuch belegt wird.

Die Replikation beginnt mit dem Auflösen der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen der beiden Einzelstränge. Dieser Vorgang wird von dem Enzym Helicase unter ATP-Verbrauch katalysiert. Die Stellen, an denen sich die Einzelstränge voneinander trennen, bezeichnet man als Replikationsgabel. Die Doppelhelix wird also durch das Enzym entwunden und auseinander geschoben, sodass eine y- förmige Struktur entsteht. An die nun freiliegenden Basen heften sich Proteinkomplexe, die eine erneute Verbindung der beiden Einzelstränge unterbinden. Um die Spannung in der Doppelhelix zu vermindern, werden durch das Enzym Topoisomerase vereinzelt Einzelstrangbrüche in die DNA gesetzt. Da die beiden Stränge der DNA gegenläufig (antiparallel) verlaufen, unterscheidet man zwischen dem Leitstrang (auch Vorwärts-Strang oder Kontinuierlicher Strang) (3' - 5' Richtung) und dem Folgestrang (auch Rückwärts-Strang oder Diskontinuierlicher Strang) (5' - 3' Richtung). Für die DNA-Synthese notwendigen Bausteine liegen in Form der freien Nucleotide in der Zelle vor. Die DNA-Polymerase kann immer nur Nukleotide an das 3'-Ende anknüpfen, sie synthetisiert also nur in 5'-3'-Richtung.

Replikation am Leitstrang

In der Replikationsgabel synthetisieren Primasen ein kurzes RNA- Molekül (Primer). Dieses wird als Startermolekül mit einer freien OH- Gruppe von der DNA- Polymerase benötigt, damit das erste Nucleotid gebunden werden kann. Weitere Nucleotide können angeheftet werden und der Tochterstrang wird gebildet. Jeder Einzelstrang dient dabei als Matrize für die Anlagerung der Nukleotide. Bei der Synthese des Leitstranges knüpft die DNA-Polymerase kontinuierlich die komplementären Nukleotide an, da immer ein basengepaartes Kettenende für die weitere Synthese zur Verfügung steht.

Replikation am Folgestrang

Beim Folgestrang ist dies nicht möglich, da er in die „falsche Richtung“ verläuft. Hier kann die Polymerase nur kurz wirken, dann muss der Polymerisationsprozess weiter vorne von neuem beginnen. Dafür ist jedes Mal von neuem ein Primer nötig, der im Bereich der Replikationsgabel gebildet wird. Diese RNA- Stücke (Primer) werden in Abständen am Folgestrang synthetisiert und anschließend durch die DNA-Polymerase und erneutes anheften der Nucleotide zu einem Okazaki-Fragment verlängert. Diese Synthese endet am 5'-Ende des vorhergehenden Fragments.

Damit nun ein kontinuierlicher Strang entsteht, der keine RNA-Stücke enthält, tritt noch während der Replikation ein Mechanismus in Aktion: Z. B. entfernt eine RNase H die RNA-Primer und eine DNA-Polymerase füllt die entstandene Lücke mit DNA. Die DNA-Ligase schließt dann die Bindung vom 3'-Ende des neuen zum 5'-Ende des alten DNA-Stückes, stellt zwischen den neu synthetisierten DNA-Strängen die Phosphodiesterbindungen her und beendet damit den Vorgang.

Weblinks

Replikation der DNA - Kurze Erläuterung des Ablaufs
Replikation der DNA mit Bildern und Beschreibung

Genetik

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Replikation am Leitstrang

Replikation am Folgestrang

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