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Ablauf der DNA-Replikation, Zusammenfassungen von Biologie

Universität HamburgBiologie

DNA-Replikation wird auf verständliche erklärt. Alles Wichtige ist enthalten und sorgfältig erläutert.

Art: Zusammenfassungen

2020/2021

Zum Verkauf seit 30.10.2021

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DNA-Replikation
Grundbegriffe, Ort, Form:
●DNA = Desoxyribonukleinsäure = Träger von Erbinformationen
●Replikation = Verdoppelung/ Herstellung einer Kopie
●Ort der DNA: bei Eukaryoten im Zellkern
◦Eukaryoten = Lebewesen mit Zellkern (Menschen, Tiere, Pflanzen, Pilze)
◦Prokaryoten = Lebewesen ohne Zellkern (Bakterien, Archaeen)
●Form der der DNA:
◦lange, schraubenförmige Doppelstränge (Doppelhelix); um Proteine (u.a. Histone)
gewickelt; als Chromosomen
Allgemeiner Ablauf:
●DNA-Replikation → Mitose (Zellkernteilung) → Cytokinese (Zellteilung)
◦DNA-Replikation: unter Beteiligung vieler Enzyme (u. a. DNA-Polymerase)
◦Cytokinese wozu?: Wachstum & Fortpflanzung
●schraubenförmige DNA muss zuerst entwunden und aufgetrennt werden (vgl.
Öffnung eines Reißverschluss)
●beide Einzelstränge = Vorlage (Matrize) für jeweils einen neu herzustellenden Strang
◦die beiden Einzelstränge verlaufen antiparallel (entgegengesetzt): die Abschnitte
des einen Strangs verlaufen von 5'-Ende zu 3'-Ende; die des anderen von 3'-Ende
zu 5'-Ende
◦5'-Ende = 5. Kohlenstoffatom des Zuckers mit der freien Phosphatgruppe (3
Phosphatreste = Triphosphat; 2 werden abgespalten als Pyrophosphat, was Energie
liefert; nur das Monophosphat wird in den DNA-Strang eingebaut)
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DNA-Replikation

Grundbegriffe, Ort, Form:

● DNA = Desoxyribonukleinsäure = Träger von Erbinformationen ● Replikation = Verdoppelung/ Herstellung einer Kopie ● Ort der DNA: bei Eukaryoten im Zellkern ◦ Eukaryoten = Lebewesen mit Zellkern (Menschen, Tiere, Pflanzen, Pilze) ◦ Prokaryoten = Lebewesen ohne Zellkern (Bakterien, Archaeen) ● Form der der DNA: ◦ lange, schraubenförmige Doppelstränge (Doppelhelix); um Proteine (u.a. Histone) gewickelt; als Chromosomen

Allgemeiner Ablauf:

● DNA-Replikation → Mitose (Zellkernteilung) → Cytokinese (Zellteilung) ◦ DNA-Replikation : unter Beteiligung vieler Enzyme (u. a. DNA-Polymerase) ◦ Cytokinese wozu?: Wachstum & Fortpflanzung ● schraubenförmige DNA muss zuerst entwunden und aufgetrennt werden (vgl. Öffnung eines Reißverschluss) ● beide Einzelstränge = Vorlage ( Matrize ) für jeweils einen neu herzustellenden Strang ◦ die beiden Einzelstränge verlaufen antiparallel (entgegengesetzt): die Abschnitte des einen Strangs verlaufen von 5'-Ende zu 3'-Ende; die des anderen von 3'-Ende zu 5'-Ende ◦ 5'-Ende = 5. Kohlenstoffatom des Zuckers mit der freien Phosphatgruppe ( Phosphatreste = Triphosphat; 2 werden abgespalten als Pyrophosphat, was Energie liefert; nur das Monophosphat wird in den DNA-Strang eingebaut)

◦ 3'-Ende = 3. Kohlenstoffatom des Zuckers mit der freien Hydroxylgruppe/ Alkoholgruppe (OH-) → wird in der DNA benötigt, um ein weiteres Nukleotid einbauen zu können ● an jede aufgetrennte Base kann sich ein Baustein ( Nukleotid) mit der passenden ( komplementären ) Base anlagern ◦ Nukleotid = Phosphatgruppe/ -n + Zucker (Desoxyribose; Fünferzucker) + organische Base ◦ Nukleotide werden im Cytoplasma hergestellt ◦ Desoxyribose = Fünferzucker: 5 Kohlenstoffatome ◦ am C1-Kohlenstoff ist eine der vier Basen gebunden ◦ Komplementäre Basenpaarung (Watson Crick): Adenin + Thymin; Guanin + Cytosin ● → zwei identische DNA-Doppelstränge entstehen ● → Semikonservativer Mechanismus : jeweils eine Hälfte der zwei identischen DNA- Doppelstränge stammt von ursprünglicher DNA, der andere wird neu erstellt

Phasen des Ablaufs:

1. Initiation: ● Start der Replikation an definierten Stellen = Replikationsursprünge ● Replikon = DNA-Abschnitt, der einen einzelnen Replikationsursprung enthält ● Entwindung / Entspiralisierung der helixförmigen Doppelstrangs durch das Enzym Topoisomerase ; Schraubenform → Strickleiterform ● Auftrennung des Doppelstrangs durch das Enzym DNA-Helikase : Denaturierung = Trennung der Wasserstoffbrücken zwischen den Basenpaaren ; Energie dafür bezieht die Helikase durch Spaltung von ATP (Adenosintriphosphat) in ADP (Adenosindiphosphat) + P (anorganisches Phosphat) ● → Y-förmige Stelle = Replikationsgabel

● Kettenverlängerung = Polymerisation (DNA = Polymer; Nukliotide = Monomere) ● Leitstrang/ Vorwärtsstrang: kann ohne Unterbrechung (kontinuierlich) verlängert werden kann, da die Polymerase hier in die gleiche Richtung arbeitet wie die ihr vorauslaufende Helikase ● Folgestrang/ Rückwärtsstrang : das zugängliche 3'-Ende des Primers sowie der daran angefügte, von der DNA-Polymerase III synthetisierte neue DNA-Strang weisen von der Replikationsgabel weg; die Polymerase & die Helikase arbeiten in entgegengesetzte Richtungen ◦ diskontinuierliche Verlängerung: ◦ da die DNA-Polymerase III und die Helikase entgegengesetzt arbeiten, liegt der Bereich vor dem Start-Primer bald immer weiter frei ◦ Aber: Die Primase erzeugt an der Aufbruchstelle immer wieder einen weiteren Primer , dessen freies 3'-Ende die DNA-Polymerase III als Startpunkt nimmt, um den Bereich zum weglaufend entfernt liegenden Primer mit DNA zu schließen ◦ das 5'-Ende des vorigen Primers stoppt dann die DNA-Polymerase III (entstandenes DNA-Fragment = Okazaki-Fragment ) ◦ es entsteht eine Lücke zwischen dem freien 3'-Ende, das die DNA-Polymerase III mit dem neu synthetisierten Okazaki-Fragment hinterlassen hat und dem 5'-Ende des angrenzenden Primers ◦ das freie 3'-Ende bildet den Startpunkt für die DNA-Polymerase I : sie baut den angrenzenden RNA-Primer ab, wenn sie sich weiterbewegt & füllt dessen Bereich mit komplementären DNA-Bausteinen auf ◦ hinterlässt dann, wenn sie das Ende des Primers erreicht hat, im Rückgrat der DNA eine Lücke ◦ Enzym DNA-Ligase schließt die durch die Okazaki-Fragmente entstandenen Lücken wie ein Kleber; dafür ist ADP erforderlich

3. Termination : ● bei den linearen DNA-Molekülen der Eukaryonten: abgeschlossen beim Erreichen der jeweiligen Enden

● Prokaryoten mit ringförmigen DNA-Strängen besitzen einen definierten Abschnitt, der das Ende einläutet (gegenüber startpunkt) Korrektur: ● Eventuell entstandene Fehler der DNA-Kopien werden korrigiert, um die Bildung von Mutationen zu verhindern