DNA-Replikation: PDF

DNA Replikation: Enzyme, semikonservatives Prinzip Ausgangsbedingungen DNA Replikation: Bevor sich eine Zelle teilen kann, muss zunächst einmal die DNA / DNS verdoppelt werden. Man bezeichnet dies als identische Replikation. Die Kopie soll dabei genetisch mit dem Original identisch sein. Die Beton...

DNA Replikation: Enzyme, semikonservatives Prinzip Ausgangsbedingungen DNA Replikation: Bevor sich eine Zelle teilen kann, muss zunächst einmal die DNA / DNS verdoppelt werden. Man bezeichnet dies als identische Replikation. Die Kopie soll dabei genetisch mit dem Original identisch sein. Die Betonung liegt dabei auf soll, denn es können beim Kopiervorgang Fehler auftreten. Die Replikation der DNA findet in der S-Phase des Zellzyklus statt. Zu Beginn liegt die DNA als Doppelstrang vor. Der Strang links und der Strang rechts werden durch Wasserstoffbrücken verbunden (in rot eingezeichnet). Zwischen Cytosin (C) und Guanin (G) gibt es drei Wasserstoffbrücken und zwischen Adenin (A) und Thymin (T) gibt es zwei Wasserstoffbrücken. Verlauf der DNA Replikation Schritt 1: Verschraubung aufheben ©WLeFe/verändert nach:DennisRudolph http://www.frustfrei-lernen.de/biologie/dna- replikation-ablauf-enzyme.htmlSamstag, 09. Juli 2016 um 10:29 Uhr Die DNA-Doppelhelix ist verschraubt, im Prinzip wie eine Kordel oder eine Strickleiter, welche sich verdreht hat. Dies muss sich ändern, damit die DNA Replikation überhaupt durchlaufen kann. Daher beginnt das Enzym Topoisomerase die DNA Doppelhelix zu entwinden. Schritt 2: Doppelstrang trennen: Nun startet die Trennung des Doppelstrangs. Die DNA-Helicasen sind spezielle Enzyme, die nun die Trennung des Doppelstrangs in zwei Einzelstränge starten. Dazu werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen gelöst. ©WLeFe/verändert nach:DennisRudolph http://www.frustfrei-lernen.de/biologie/dna- replikation-ablauf-enzyme.htmlSamstag, 09. Juli 2016 um 10:29 Uhr Dies geschieht unter Verbrauch von ATP (Adenosintriphosphat). Das Ganze sieht so ähnlich aus wie ein Y. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Replikationsgabel. Es entstehen dabei zwei Einzelstränge. Damit sich die Einzelstränge nicht sofort wieder verbinden, lagern sich entsprechende Proteine an. Aus dem Doppelstrang werden gerade zwei Einzelstränge. 3. Primase und Primer Der DNA-Doppelstrang hat sich geteilt. Nun beginnen die Arbeiten aus jedem Einzelstrang wieder einen Doppelstrang zu bauen. Dazu werden nun kurze Startstücke gebraucht, so genannte Primer. Der Grund dafür ist, dass DNA- Polymerasen nur schon bestehende Stränge verlängern können. Die DNA-Polymerase gehört zur Gruppe der Replikasen und ist ein Enzym. Die Primer wiederum werden mit Hilfe der Primase hergestellt, einer RNA-Polymerase. Die Primase bindet sich an einen Einzelstrang der DNA und beginnt mit dem Aufbau von kurzen RNA-Stücken. Diese Stücke aus RNA dienen der DNA-Polymerase als Startbereich. 4.Ergänzenden Strang bilden Ein DNA-Strang hat zwei Enden. Diese werden mit 3' und 5' bezeichnet. Die nächste Grafik zeigt dabei in schwarz die beiden Original-Stränge. Diese wurden aufgetrennt und werden nun einzeln ergänzt (in grün und blau dargestellt). Dabei gilt es etwas ganz besonders zu beachten: Die Ergänzung - also die Polymerase - kann nur in einer Richtung "einfach" durchgeführt werden. Es gibt dabei regelmäßig Verwirrung darum in welcher Richtung. Es gilt: Die Neusynthese erfolgt in der Richtung von 3' nach 5'. Schaut man auf den neuen Strang, so wächst dieser in Richtung 5' nach 3'. Die Verknüpfung der Nucleotide kann also nur von 5' nach 3' erfolgen, daher kann der Strang, der von 3' nach 5' verläuft kontinuierlich aufgebaut werden. Am gegenläufigen Strang kann die Synthese nur stückweise stattfinden. Die DNA- Polymerase arbeitet hier im Prinzip rückwärts und muss nach Synthese eines Stückes immer wieder an anderer Stelle arbeiten. Ist ein Teilstück komplett, erreicht die Polymerase einen weiteren Primer. Auf diese Weise entstehen zwischen den Primern, einzelne, synthetisierte Stücke der DNA, die man als Okazaki-Fragmente bezeichnet. Benannt ist es nach der japanischen Wissenschaftlerin Tsuneko Okazaki und ihrem Mann Reiji Okazaki, die den Replikationsmechanismus vorschlugen. ©WLeFe/verändert nach:DennisRudolph http://www.frustfrei-lernen.de/biologie/dna- replikation-ablauf-enzyme.htmlSamstag, 09. Juli 2016 um 10:29 Uhr 5. RNA Primer entfernen, Ligase Ribonuclease H (RNase H) entfernt nun die RNA Primer aus der DNA und die DNA Polymerase schließt die entstandenen Lücken mit Basen. Die Verknüpfung der Teilstücke wird nun durch das Enzym DNA- Ligase durchgeführt. Aus ursprünglich einem DNA-Doppelstrang sind nun zwei DNA-Doppelstränge geworden. Die DNA wurde kopiert. Hinweis: Leider kommt es bei der DNA Replikation immer wieder zu Fehlern. Viele dieser Fehler können durch Korrekturmechanismen repariert werden, manche verbleiben jedoch. Man bezeichnet die Veränderung von Erbgut als Mutationen. Folgen können schwere Krankheiten wie zum Beispiel Krebs sein. Mutationen sind auch Teil des menschlichen Alterungsprozesses. DNA Replikation Begriffe In diesem Abschnitt findet ihr noch einmal entsprechende Fachbegriffe / Begriffe zur DNA Replikation in Kurzform erläutert. Enzym: Enzyme sind die biologisch wichtigste Gruppe der Proteine. Sie beschleunigen die Stoffwechselprozesse lebender Zellen und stellen ihr Gleichgewicht ein. Topoisomerase: Eines von ganz vielen Enzymen im menschlichen Körper. Man unterscheidet zwei Varianten von Topoisomerasen in Prokaryoten und Eukaryoten. Es entwindet den DNA- Doppelstrang DNA Helicase: DNA-Helicasen sind eine Gruppe von Enzymen, die während der Replikation vor der Replikationsgabel unter Energieverbrauch die H-Brückenbindungen lösen. Leitstrang: Einer der beiden Stränge und zwar der, welcher auf "einfache" Art und Weise ergänzt werden kann. Folgestrang: Einer der beiden Stränge und zwar der, der "rückwärts" und damit deutlich aufwendiger ergänzt wird. Okazaki-Fragmente: Okazaki-Fragment nennt man in der Molekularbiologie einen während der DNA-Replikation entstehenden kurzen Abschnitt des Folgestrangs aus DNA und RNA. Ribonuclease H (RNase H): Ribonuclease H (RNase H) entfernt die RNA Primer aus der DNA. semikonservatives Prinzip: Die Vervielfältigung erfolgt semikonservativ. Das heißt, dass der ursprüngliche DNA- Doppelstrang in seine Einzelstränge getrennt, an denen dann jeweils komplementäre Stränge neu gebildet werden. Primer: Als Primer wird in der Molekularbiologie ein Oligonukleotid bezeichnet, das als Startpunkt für DNA- replizierende Enzyme wie die DNA-Polymerase dient. Polymerase: Polymerasen sind in allen Lebewesen vorkommende Enzyme, die die Polymerisation (=Synthese von Polymeren/Kettenmolekülen) von Nukleotiden, die Grundbausteine der Nukleinsäure, katalysieren. ©WLeFe/verändert nach:DennisRudolph http://www.frustfrei-lernen.de/biologie/dna- replikation-ablauf-enzyme.htmlSamstag, 09. Juli 2016 um 10:29 Uhr