Replikation - Reduplikation
Vorgang zur Verdopplung der DNA.
Findet im Zellzyklus vor der Mitose oder Meiose statt.
Worum gehts?
Anhand er Replikationsgabel wird der Replikationvorgang kurz dargestellt, um anschließend die unterschiedlichen Vorgänge an den DNA - Einzelsträngen zu erläutern.
Welche Bedeutung hat die DNA - Polymerase für die unterschiedlichen Synthesevorgänge an den DNA - Einzelstängen?
Was ist ein Primer und wozu wird er benötigt?
- Die Helikase spaltet den DNA-Strang, es entstehen Matrizenstränge, die als Vorlage dienen.
- Enzym, das die Doppelhelix als erstes aufdreht und dann in zwei Einzelstränge spaltet.
- Am linken Matrizenstang (Leitstrang) folgt der Synthesevorgang der Helikase: Kontinuierliche Verdopplung.
- Am rechten Matrizenstrang erfolgt die Synthese entgegen der Laufrichtung der Helikase: Diskontinuierliche Verdopplung.
Weshalb an den beiden Matrizensträngen unterschiedliche Synthesevorgänge ablaufen, lässt sich durch die Wirkunsspezifik der DNA-Polymerase erklären.
Welchen Trick die Zelle anwendet, um die diskuntierliche Synthese mit der Laufrichtung der Helikase zu verbinden, lässt sich mit der Replikation bei Bakterien erklären: Elongation.
Die Arbeitsweise der DNA - Polymerase
- Polymerasen sind Enzyme, die eine Verkettung (Polymerisation) bewirken.
- Polymerasen synthetisieren den neuen Einzelstrang, indem sie am Matrizenstrang Nucleotide komplemtär anlagern.
- Polymerasen können nur an der freien OH-Gruppe des 3. C-Atoms der Desoxyribose ein neues Nucleotid anlagern.
- Der neue Einzelstrang wächst somit immer vom 5'-Ende zum 3'-Ende.
- Daraus ergibt sich die Ableserichtung vom 3' zum 5'-Ende.
Vorgänge am Leit- und Folgestrang
Der Primer - RNA - Startersquenz
DNA-Polymerasen benötigen immer eine freie OH-Gruppe, um ihre Arbeit aufnehmen zu können.
Dazu werden kurze RNA - Sequenzen am Matrizenstrang angelagert.
Diese sogenannten Primer (Startersequenz) bestehen aus RNA: RNA - Primer.
- neuer DNA - Einzelstrang
- freie OH-Gruppe, die von der DNA-Polymerase erkannt wird
- Primer
Leitstrang - kontinuierliche Synthese
- Die Synthese beginnt an einem Primer.
- DNA-Polymerasen lagern die komplementären Nukleotide immer am 3´- Ende des freien Nucleotids an.
- Die Verkettung der Nukleotide enstspricht der Laufrichtung der Helikase. Der Matrizenstrang kann kontinuierlich vom 3´zum 5´-Ende abgelesen werden.
Folgestrang - diskontinuierliche Synthese
- Die DNA-Polymerase III benötigt für den Beginn der Synthese einen Primer, der durch das Enzym Primase gebildet wird.
- Die DNA-Polymerase III beginnt am Primer und synthetisiert bis zum nächsten Okazaki-Fragment.
- Die DNA-Polymerase I entfernt die Primer-RNA und ersetzt sie durch DNA-Nukleotide: Sie schließt die Lücke.
- Die DNA-Ligase verknüpft die Okazaki-Fragmente über eine Phosphorsäurediesterverbindung.
Ergebnis
- Durch die Replikation sind zwei identische Tochterstränge entstanden.
- Wobei jeweils ein Tochterstrang aus einem Matrizenstrang und einem neu synthetisierten Einzelstrang besteht: semikonservative Replikation.
Bei Bakterien werden ungefähr 1000 Nukleotide pro Sekunde synthetisiert, beim Menschen etwa 50.
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