Replikation – die Aktion in der DNA

Heute werden wir versuchen, Ihnen eine davon vorzustellen – die Replikation. Wenn wir über Genetik nachdenken, denken die meisten von uns an die DNA-Helix. Zwei umeinander rotierende Linien ergeben eine schraubenartige Form. Doch obwohl die Genetik eigentlich auf genetischem Material in Form von DNA basiert, sind viele verschiedene Prozesse beteiligt.

Was ist Replikation?

Im Großen und Ganzen ist die DNA-Replikation ein Prozess, bei dem eine Kopie des Genoms in Zellen erstellt wird. Bei diesem Prozess erstellt die DNA viele Kopien von sich selbst. DNA selbst ist eine selbstreplizierende Struktur, die sich semikonservativ repliziert. Der Replikationsprozess kann in drei Phasen unterteilt werden: Initiierung, Verlängerung und Beendigung. In jeder Phase sind verschiedene Enzyme an der Reaktion beteiligt. Die bekannteste davon ist die DNA-Polymerase. Bei der Replikation dient jede DNA-Kette als Vorlage für die Synthese einer neuen Kette.

Einleitung:

Der Initiationsprozess beginnt mit der Anbringung des entsprechenden Proteins an der Replikationsinitiationsstelle. Unter dem Einfluss dieses Proteins entwindet sich die DNA-Doppelhelix um einen kleinen Abschnitt. Durch das Abwickeln der DNA erhalten wir eine charakteristische Struktur, die als Replikationsauge oder Replikationsgabel bezeichnet wird. Im Augenbereich beginnen sich nachfolgende Proteine, die an weiteren Replikationsstadien beteiligt sind, anzuheften. Die in diesem Stadium auftretenden Enzyme sind DNA-Helikase und DNA-Primase. Helikase wickelt die Doppelhelix ab und legt die DNA-Stränge frei, die dann in weiteren Schritten verwendet werden. DNA-Primase fungiert als Stimulator für die DNA-Polymerase.

Dehnung:

Zu Beginn dieses Prozesses beginnen zuvor gebildete Replikationszweige ihre Reise in zwei entgegengesetzte Richtungen. Das wichtigste Ziel dieses Prozesses ist die Gewinnung neuer DNA-Stränge. Für ihre Bildung ist ein Enzym namens DNA-Polymerase erforderlich, das freie Nukleotide an das 3′-Ende bindet. Ganz am Anfang des Strangs befindet sich ein sogenannter Primer, ein kurzer RNA-Abschnitt, der vom Enzym Primase produziert wird. Dank dieses Enzyms entsteht ein immer längerer DNA-Strang, ein sogenanntes Replikon. Die Synthese des zweiten Strangs, des sogenannten Verzögerungsstrangs, beginnt in der entgegengesetzten Richtung zur Bewegungsrichtung der Replikationsgabel, d. h. vom 5′-Ende zum 3′-Ende. Die Verlängerung neuer DNA-Ketten wird fortgesetzt, bis das DNA-Molekül vollständig kopiert ist.

Beendigung:

Als letzten Moment der Replikation können wir die Bildung zweier Tochter-DNA-Moleküle bezeichnen. Wir definieren es genau dann, wenn es keinen Template-DNA-Strang mehr zum Kopieren gibt oder wenn die Replikationszweige aufeinandertreffen und dann ihre Operation beenden. Nach Abschluss der DNA-Synthese werden die neu synthetisierten Stränge gebunden und stabilisiert. Im Fall des nacheilenden Strangs werden zwei Enzyme benötigt, um die beschriebene Stabilisierung zu erreichen – RNAase H, die den RNA-Primer am Anfang jedes Okazaki-Fragments entfernt, und DNA-Ligase, die die Fragmente zu einem vollständigen Strang zusammenfügt.

Alle an der Replikation beteiligten Enzyme:

• DNA-Polymerase
• DNA-Helikase
• DNA-Primase
• RNAase H
• DNA-Ligase

Quellen :

1. DNA Learning Center
2. Genome
3. Cells Can Replicate Their DNA Precisely
4. Gentaur