Begegnungen mit der Natur 8, Schulbuch

21 Molekulare Grundlagen der Genetik M Arbeitsheft Seite 4, 8 Replikation – die Selbstverdoppelung des genetischen Materials Die DNA, als Träger der Erbinformation (Gene), muss in jeder Zelle vollständig vorhanden sein. Demnach muss vor jeder Zellteilung eine exakte Kopie der DNA angefertigt werden. Man bezeichnet diesen Vorgang als Replikation (oder auch Reduplikation). Vor Beginn einer Mitose bewirken Enzyme, so genannte Helicasen, die Entspi­ ralisierung der Doppelhelix und eine reißverschlussartige Trennung der beiden Nukleotidstränge der DNA. An die Einzelstränge binden sich zur Stabilisierung Proteine, die verhindern, dass sich die Stränge wieder verdrillen. Damit die anschließende Synthese der DNA überhaupt beginnen kann, wird ein Start­ punkt, ein Primer , benötigt, der durch die Anlagerung von RNA-Nukleotiden (vom Enzym Primase synthetisiert) gebildet wird. Im nächsten Schritt dockt das Enzym DNA-Polymerase an den Primer an und verknüpft die DNA-Nukleo­ tide, die sich an die freigewordenen Basen passend (komplementär) binden, stromaufwärts zu einer Kette ( Abb. 7). Die Nukleotide werden im Zellplasma teilungsbereiter Zellen in größerer Men­ ge synthetisiert und sind deshalb im Zellkern in ausreichender Menge frei vor­ handen. Da die durch die Replikation entstandenen DNA-Tochterstränge jeweils aus einem alten und einem neuen Polynukleotidstrang gebildet wer­ den, spricht man von einer semikonservativen Replikation . Die DNA-Polymerase kann nur DNA von 5’ nach 3’ synthetisieren Die DNA-Replikation findet an beiden Polynukleotidsträngen der DNA statt. Da diese antiparallel zueinander laufen, die DNA-Polymerase aber nur von 5’ nach 3’ synthetisieren kann, kann nur einer der beiden Stränge, nämlich der in Öff­ nungsrichtung stromaufwärts abzulesende kontinuierlich (ein Nukleotid folgt dem anderen) repliziert werden. Er wird als Leitstrang bezeichnet. Die Replikation am komplementären Strang, dem so genannten Folgestrang, erfolgt gegen die Öffnungsrichtung in Fragmenten (Bruchstücke;  Abb. 7). Für jedes dieser so genannten Okazaki-Fragmente benötigt die DNA-Polyme­ rase einen Primer. Die DNA-Polymerase verknüpft ausgehend von jedem Pri­ mer die DNA-Nukleotide stromaufwärts zu Einzelketten. Die RNA-Primer wer­ den durch DNA-Nukleotide ersetzt und das Enzym DNA-Ligase verbindet die Fragmente miteinander. Die Replikation am Folgestrang wird deshalb auch als diskontinuierlich bezeichnet.  Replikation replicatio (lat.) = Wiederholung  Primer Oligonukleotid (Verbindung von 4 bis 10 Nukleotiden, oligo [griech.] = wenige), das der DNA-Polymerase als Startpunkt dient. Primer können aus RNA oder DNA gebildet werden – bei der Replikation ist es RNA.  DNA-Polymerase Enzym, das die Synthese der DNA be- wirkt  stromaufwärts bedeutet eine Leserichtung von 3’ nach 5’. Die Synthese der DNA erfolgt von 5’ nach 3’.  semikonservative Replikation semi (lat.) = halb, conservare (lat.) = erhalten, bewahren  Okazaki-Fragmente benannt nach der japanischen Moleku- larbiologin Tsuneko Okazaki (geb. 1933) und ihrem Mann, dem Molekularbiolo- gen Reiji Okazaki (1930–1975)  DNA-Ligase Ligasen sind Enzyme, die das Verknüp- fen von Molekülen katalysieren; ligare (lat.) = verbinden  diskontinuierlich stückweise, unzusammenhängend 7  DNA-Replikation (Schema) Helicase Protein (Einzelstrangstabilisierung) Öffnungsrichtung RNA-Primer Primase (Primer-Synthese) DNA-Polymerase (DNA-Synthese) Okazaki-Fragmente DNA-Polymerase (DNA-Synthese) Replikationsrichtung Replikationsrichtung Folgestrang DNA-Ligase (Fragmentverbindung) Leitstrang RNA-Primer 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ Animation f9c8f5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv