am Puls Biologie 8, Schulbuch

16 1.3 Die Replikation der DNA In deinem Körper entstehen ständig neue Zellen, um verbrauchte zu ersetzen: Haare und Finger- nägel wachsen, Wunden heilen … und dein gan- zer Körper ist ja schließlich aus einer einzigen Zelle entstanden! Die Vermehrung von Zellen erfolgt durch Teilung, die Mitose genannt wird (siehe Band 5). Wenn sich Zellen teilen, durchlaufen sie mehrere Schritte, die sich bei mehrmaliger Teilung wie- derholen. Diesen Ablauf nennt man Zellzyklus ( R Abb. 7). Bevor sich Zellen jedoch teilen können, müssen nötige Proteine erzeugt werden (G 1 -Pha- se) und DNA verdoppelt werden (S-Phase). Diese Verdopplung heißt Replikation . Danach werden Proteine für die Mitose erzeugt (G 2 -Phase), wor- auf die Mitose erfolgen kann. Eine normale Körperzelle durchläuft den Zyklus ca. 10- bis 100-mal. Danach stellt sie sich ganz auf ihre Funktion im Körper ein und verliert ihre Tei- lungsfähigkeit. Sie arbeitet dann bis zu ihrem Tod, ohne sich weiter zu teilen (G 0 -Phase). Vor jeder Zellteilung wird die DNA ver- doppelt, dann er- folgt die Mitose Interphase Mitose + Zyto- kinese (ca. 1 h) Mitosephase G 0 -Phase G 2 -Phase Protein- synthese (ca. 3 h) S-Phase DNA- Synthese (ca. 8 h) G 1 -Phase Protein- synthese (ca. 12 h) In der S-Phase wird die DNA identisch ver- doppelt. Vor der Mitose besteht jedes Chromosom also aus zwei identi- schen DNA-Dop- pelhelices. In der G 0 - und G 1 -Phase besteht jedes Chro- mosom aus einer einzigen DNA-Doppelhelix und bildet zelltypische Proteine. In der Mitosephase entstehen zwei Folgezellen mit identi- schen Chromosomen aus jeweils einer DNA-Doppelhelix. Abb. 7: Zellzyklus: Jede sich teilende Zelle durchläuft einen Zyklus aus Interphase und Zellteilung (S steht für Synthese, G für Gap, vom Englischen für Lücke). Glossar 1 Okazaki-Fragment , benannt nach den Entde- ckern Tsuneko Okazaki (geb. 1933) und Reiji Okazaki (1930 bis 1975), japanische Mikrobio- logen. 2 Primer vom Englischen für Zünder Aufgabe S 1 Strickleiter oder Zippverschluss: Die DNA wird bildhaft oft als Strickleiter oder als Zippverschluss bezeichnet. Bewerte diese Modellverstellung und ihre Grenzen. Basiskonzept Reproduktion: Die Replikation der DNA ist ein molekularer Reproduktionsvor- gang: Ein DNA-Doppelstrang wird mittels mehrerer Enzyme verdoppelt, indem durch das stückweise Ergänzen einzelner Bausteine zwei identische Kopien hergestellt werden. In einer Phase des Zellzyklus wird die DNA verdoppelt Die DNA wird kopiert Du kennst das Kopieren von Dokumenten am Fotokopierer oder von Dateien am PC. Doch wie kopiert eine Zelle die DNA-Doppelhelix? Wenn du dir die Struktur der DNA vorstellst, er- innert diese ja an einen (verdrillten) Zippver- schluss. Und genau wie du einen Zippverschluss öffnen kannst, muss auch der Doppelstrang ge- trennt werden, damit die DNA kopiert – genauer: repliziert – werden kann. Mit dem Öffnen alleine ist es nicht getan: An der Replikation ist ein ganzer Komplex spezieller Replikationsenzyme beteiligt. Jedes dieser Enzy- me hat eine eigene Aufgabe in diesem Vorgang. Eine Schlüsselrolle nimmt die DNA-Polymerase ein (hellblau in k Abb. 8 auf S. 17). Ist der Doppelstrang geöffnet, werden beide Ein- zelstränge gleichzeitig „kopiert“, jedoch in unter- schiedlicher Weise. Das liegt daran, dass die DNA gegenläufig ist, die Polymerase aber nur am 3’-Ende eines DNA-Stranges Nukleotide anknüp- fen kann. Das heißt, dass nur einer der beiden Einzelsträn- ge kontinuierlich kopiert wird – die Leitstrang-­ Matrize. Der andere Strang, die Folgestrang-Mat- rize, wird dagegen stückchenweise abgelesen. Diese Stückchen werden nach ihren Entdeckern Okazaki-Fragmente 1 genannt. Der genaue Ablauf ist in k Abb. 8 auf S. 17 gezeigt: Die Replikation beginnt mit dem Öffnen der DNA durch das Enzym Helicase ( k Abb. 8 a). Einzel- strangbindende Proteine ( k Abb. 8 b) stabilisie- ren die Öffnung der DNA-Gabel und verhindern, dass sich die Stränge wieder vereinen. Primasen bereiten die Ansatzstellen für die DNA-Polymerasen vor ( k Abb. 8 c), indem sie die ersten Nukleotide an den Einzelstrang anfügen. Dieses erste Stück besteht aus RNA-Nukleotiden und heißt Primer 2 . Für den Leitstrang ist nur ein Primer nötig, am Folgestrang wird jedes Okazaki-­ Fragment durch einen Primer „gezündet“. Der Primer ist die Ansatzstelle für die RNA-Polyme- rase. Die Verdopplung der DNA erfolgt mit Hilfe eines Komplexes von Enzymen Reproduktion Nur zu Prüfzwecken – Eige tum d s Verlags öbv