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Biologie

10. Dez. 2025

638

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DNA-Struktur und Replikationsprozess

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Leonie @leonie.lernzettel

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler biologischer Prozess, bei dem die gesamte Erbinformation einer Zelle verdoppelt wird. Diese präzise... Mehr anzeigen

# DNA-Replikation

Enzyme

*   Topoisomerase

    → entwindet die Doppelhelix.
*   Helikase

    → spaltet die Wasserstoff brückenbindungen

Enzyme und Begriffe der DNA-Replikation

Die DNA-Replikation wird durch mehrere spezialisierte Enzyme gesteuert. Die Topoisomerase entwindet zunächst die Doppelhelix, während die Helicase die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen spaltet und so die DNA-Stränge trennt. Diese geöffneten Einzelstränge werden als Matrizenstränge bezeichnet und dienen als Vorlage für die Synthese neuer DNA.

Die RNA-Primase bewegt sich entlang der DNA und synthetisiert kurze RNA-Primer, die als Startpunkte für die DNA-Polymerase III dienen. Diese fügt dann komplementäre Nukleotide an das freie 3'-Ende in 5'-3'-Richtung an. Später entfernt die DNA-Polymerase I die Primer und ersetzt sie durch DNA-Nukleotide, während die Ligase die DNA-Fragmente miteinander verknüpft.

Ein wichtiger Unterschied besteht zwischen Leitstrang und Folgestrang. Der Leitstrang wird kontinuierlich in einem Stück synthetisiert, während der Folgestrang in kurzen Abschnitten, den Okazaki-Fragmenten, gebildet wird. Dies liegt daran, dass die DNA-Polymerase nur in 5'-3'-Richtung arbeiten kann, während die beiden Matrizenstränge antiparallel angeordnet sind.

💡 Merke Die Syntheserichtung verläuft immer vom 5'- zum 3'-Ende, da Enzyme freie Nukleotide nur am 3'-Ende der Desoxyribose eines Nukleotids hinzufügen können.

# DNA-Replikation

Enzyme

*   Topoisomerase

    → entwindet die Doppelhelix.
*   Helikase

    → spaltet die Wasserstoff brückenbindungen

Der Replikationsprozess im Detail

Die DNA-Replikation beginnt an spezifischen Ursprungsorten – bei Eukaryoten gibt es viele, bei Prokaryoten nur einen. An diesen Stellen werden die DNA-Stränge getrennt und es bildet sich eine Replikationsblase mit zwei Replikationsgabeln, die in entgegengesetzte Richtungen wandern. Diese gleichzeitige Replikation an mehreren Stellen beschleunigt den Prozess bei langen DNA-Molekülen erheblich.

An der Replikationsgabel spielen mehrere Proteine zusammen Die Topoisomerase entwindet die DNA und nimmt Spannung durch kontrollierte Strangbrüche heraus. Die Helicase trennt die Basenpaare und SSB-Proteine EinzelstrangbindendeProteineEinzelstrang-bindende Proteine verhindern, dass sich die Einzelstränge wieder zusammenlagern.

Die DNA-Synthese beginnt mit kurzen RNA-Primern, die von der Primase synthetisiert werden. Diese bieten ein freies 3'-OH-Ende, an dem die DNA-Polymerase neue Nukleotide anfügen kann. Die DNA-Polymerase verwendet dabei Desoxynukleosidtriphosphate als Substrat und spaltet zwei Phosphatgruppen ab, um Energie für die Verknüpfung zu gewinnen.

🧬 Wichtig für die Klausur Die Replikation erfolgt halbkonservativ – jeder neue DNA-Doppelstrang besteht aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang.

# DNA-Replikation

Enzyme

*   Topoisomerase

    → entwindet die Doppelhelix.
*   Helikase

    → spaltet die Wasserstoff brückenbindungen

Kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation

Die DNA-Replikation erfolgt an beiden Strängen gleichzeitig, jedoch auf unterschiedliche Weise aufgrund der antiparallelen Struktur der DNA. Am Leitstrang findet eine kontinuierliche Replikation statt, da die DNA-Polymerase in die gleiche Richtung arbeiten kann, in die sich auch die Replikationsgabel bewegt. Hier werden die Nukleotide in 5'-3'-Richtung durchgehend aneinandergefügt.

Am Folgestrang hingegen erfolgt eine diskontinuierliche Replikation. Die DNA-Polymerase muss hier in entgegengesetzter Richtung zur Bewegung der Replikationsgabel arbeiten, kann aber weiterhin nur in 5'-3'-Richtung Nukleotide verknüpfen. Dies führt zur Bildung von kurzen DNA-Abschnitten, den Okazaki-Fragmenten.

Jedes Okazaki-Fragment beginnt mit einem RNA-Primer, der von der Primase nahe der Replikationsgabel synthetisiert wird. Die DNA-Polymerase III verlängert diese Primer durch Hinzufügen von Nukleotiden in 5'-3'-Richtung. Anschließend entfernt die DNA-Polymerase I die RNA-Primer und ersetzt sie durch DNA-Nukleotide. Die DNA-Ligase verbindet schließlich die einzelnen Teilstücke zu einem durchgehenden Strang.

Essenzielles Prinzip Die Replikation erfolgt immer in 5'-3'-Richtung, unabhängig davon, ob es sich um den Leit- oder Folgestrang handelt. Der Unterschied liegt nur in der kontinuierlichen oder stückweisen Synthese!

# DNA-Replikation

Enzyme

*   Topoisomerase

    → entwindet die Doppelhelix.
*   Helikase

    → spaltet die Wasserstoff brückenbindungen

Aufbau der DNA

Die DNA ist ein Makromolekül, das aus Bausteinen namens Nukleotide besteht. Jedes Nukleotid setzt sich aus drei Komponenten zusammen einer Desoxyribose (einem Zucker), einem Phosphatrest und einer von vier Stickstoffbasen – entweder den Purinbasen Adenin und Guanin oder den Pyrimidinbasen Thymin und Cytosin.

Die Basen sind am C1'-Atom der Desoxyribose gebunden, während der Phosphatrest am C5'-Atom sitzt. Im DNA-Einzelstrang sind die Nukleotide so verknüpft, dass der Phosphatrest das freie C3'-OH der Desoxyribose mit dem C5' der nächsten Desoxyribose verbindet. Dadurch entsteht ein negativ geladenes Rückgrat aus abwechselnden Desoxyribose- und Phosphatgruppen.

Die DNA liegt als Doppelstrang vor, wobei die hydrophoben Basen nach innen zeigen. Die beiden Stränge sind antiparallel angeordnet – das 3'-Ende des einen Strangs liegt dem 5'-Ende des anderen gegenüber. Zwischen komplementären Basen bilden sich Wasserstoffbrücken Adenin paart mit Thymin 2HBru¨cken2 H-Brücken und Cytosin mit Guanin 3HBru¨cken3 H-Brücken. Diese Basenpaarung sorgt für die Spezifität der DNA-Replikation.

📌 Unterschied zur RNA Im Gegensatz zur DNA enthält RNA Ribose statt Desoxyribose und die Base Uracil anstelle von Thymin.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

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Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

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Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

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Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

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Leonie

@leonie.lernzettel

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler biologischer Prozess, bei dem die gesamte Erbinformation einer Zelle verdoppelt wird. Diese präzise ablaufende Vervielfältigung ist essenziell vor jeder Zellteilung und wird durch ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Enzyme ermöglicht.

# DNA-Replikation

Enzyme

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Enzyme und Begriffe der DNA-Replikation

Die DNA-Replikation wird durch mehrere spezialisierte Enzyme gesteuert. Die Topoisomerase entwindet zunächst die Doppelhelix, während die Helicase die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen spaltet und so die DNA-Stränge trennt. Diese geöffneten Einzelstränge werden als Matrizenstränge bezeichnet und dienen als Vorlage für die Synthese neuer DNA.

Die RNA-Primase bewegt sich entlang der DNA und synthetisiert kurze RNA-Primer, die als Startpunkte für die DNA-Polymerase III dienen. Diese fügt dann komplementäre Nukleotide an das freie 3'-Ende in 5'-3'-Richtung an. Später entfernt die DNA-Polymerase I die Primer und ersetzt sie durch DNA-Nukleotide, während die Ligase die DNA-Fragmente miteinander verknüpft.

Ein wichtiger Unterschied besteht zwischen Leitstrang und Folgestrang. Der Leitstrang wird kontinuierlich in einem Stück synthetisiert, während der Folgestrang in kurzen Abschnitten, den Okazaki-Fragmenten, gebildet wird. Dies liegt daran, dass die DNA-Polymerase nur in 5'-3'-Richtung arbeiten kann, während die beiden Matrizenstränge antiparallel angeordnet sind.

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Die DNA-Replikation beginnt an spezifischen Ursprungsorten – bei Eukaryoten gibt es viele, bei Prokaryoten nur einen. An diesen Stellen werden die DNA-Stränge getrennt und es bildet sich eine Replikationsblase mit zwei Replikationsgabeln, die in entgegengesetzte Richtungen wandern. Diese gleichzeitige Replikation an mehreren Stellen beschleunigt den Prozess bei langen DNA-Molekülen erheblich.

An der Replikationsgabel spielen mehrere Proteine zusammen: Die Topoisomerase entwindet die DNA und nimmt Spannung durch kontrollierte Strangbrüche heraus. Die Helicase trennt die Basenpaare und SSB-Proteine EinzelstrangbindendeProteineEinzelstrang-bindende Proteine verhindern, dass sich die Einzelstränge wieder zusammenlagern.

Die DNA-Synthese beginnt mit kurzen RNA-Primern, die von der Primase synthetisiert werden. Diese bieten ein freies 3'-OH-Ende, an dem die DNA-Polymerase neue Nukleotide anfügen kann. Die DNA-Polymerase verwendet dabei Desoxynukleosidtriphosphate als Substrat und spaltet zwei Phosphatgruppen ab, um Energie für die Verknüpfung zu gewinnen.

🧬 Wichtig für die Klausur: Die Replikation erfolgt halbkonservativ – jeder neue DNA-Doppelstrang besteht aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang.

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Kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation

Die DNA-Replikation erfolgt an beiden Strängen gleichzeitig, jedoch auf unterschiedliche Weise aufgrund der antiparallelen Struktur der DNA. Am Leitstrang findet eine kontinuierliche Replikation statt, da die DNA-Polymerase in die gleiche Richtung arbeiten kann, in die sich auch die Replikationsgabel bewegt. Hier werden die Nukleotide in 5'-3'-Richtung durchgehend aneinandergefügt.

Am Folgestrang hingegen erfolgt eine diskontinuierliche Replikation. Die DNA-Polymerase muss hier in entgegengesetzter Richtung zur Bewegung der Replikationsgabel arbeiten, kann aber weiterhin nur in 5'-3'-Richtung Nukleotide verknüpfen. Dies führt zur Bildung von kurzen DNA-Abschnitten, den Okazaki-Fragmenten.

Jedes Okazaki-Fragment beginnt mit einem RNA-Primer, der von der Primase nahe der Replikationsgabel synthetisiert wird. Die DNA-Polymerase III verlängert diese Primer durch Hinzufügen von Nukleotiden in 5'-3'-Richtung. Anschließend entfernt die DNA-Polymerase I die RNA-Primer und ersetzt sie durch DNA-Nukleotide. Die DNA-Ligase verbindet schließlich die einzelnen Teilstücke zu einem durchgehenden Strang.

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Aufbau der DNA

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Die Basen sind am C1'-Atom der Desoxyribose gebunden, während der Phosphatrest am C5'-Atom sitzt. Im DNA-Einzelstrang sind die Nukleotide so verknüpft, dass der Phosphatrest das freie C3'-OH der Desoxyribose mit dem C5' der nächsten Desoxyribose verbindet. Dadurch entsteht ein negativ geladenes Rückgrat aus abwechselnden Desoxyribose- und Phosphatgruppen.

Die DNA liegt als Doppelstrang vor, wobei die hydrophoben Basen nach innen zeigen. Die beiden Stränge sind antiparallel angeordnet – das 3'-Ende des einen Strangs liegt dem 5'-Ende des anderen gegenüber. Zwischen komplementären Basen bilden sich Wasserstoffbrücken: Adenin paart mit Thymin 2HBru¨cken2 H-Brücken und Cytosin mit Guanin 3HBru¨cken3 H-Brücken. Diese Basenpaarung sorgt für die Spezifität der DNA-Replikation.

📌 Unterschied zur RNA: Im Gegensatz zur DNA enthält RNA Ribose statt Desoxyribose und die Base Uracil anstelle von Thymin.

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Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

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Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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