Enzyme und Mechanismen der DNA-Replikation

Die DNA-Replikation ist ein komplexer Prozess, der eine Vielzahl von Enzymen und spezifischen Mechanismen erfordert. Jedes beteiligte Enzym hat eine präzise Funktion, die zum Gesamtablauf der Replikation beiträgt.

Vocabulary: Enzyme sind biologische Katalysatoren, die chemische Reaktionen beschleunigen oder ermöglichen.

1. Primase: Dieses Enzym stellt den RNA-Primer her, der als Startpunkt für die DNA Polymerase dient. Der Primer ist eine kurze RNA-Sequenz, die sicherstellt, dass die DNA-Replikation beginnen kann.

2. DNA Polymerase: Sie spielt eine zentrale Rolle in der DNA-Replikation. Ihre Hauptaufgaben sind:

   • Verbindung komplementärer DNA-Nukleotide
   • Entfernung von RNA-Nukleotiden und Ersetzung durch DNA-Nukleotide

Highlight: Die DNA Polymerase ist das Schlüsselenzym der DNA-Replikation und verantwortlich für die eigentliche Synthese neuer DNA-Stränge.

3. DNA-Ligase: Dieses Enzym verbindet die Okazaki-Fragmente kovalent miteinander zum Folgestrang.

4. Helicase: Sie bricht die Wasserstoffbrücken zwischen den DNA-Strängen auf und erstellt so die Replikationsgabeln.

Example: Die Helicase funktioniert wie ein Reißverschluss, der die DNA-Doppelhelix öffnet und so den Zugang für andere Replikationsenzyme ermöglicht.

5. Topoisomerase: Dieses Enzym ist für das Abwickeln der DNA-Matrize zu Beginn der Replikation verantwortlich.

Der Ablauf der DNA-Replikation lässt sich in mehrere Schritte unterteilen:

1. Die Topoisomerase wickelt die DNA-Matrize ab.
2. Die Helicase bricht die Wasserstoffbrücken auf und bildet die Replikationsgabel.
3. Die Primase setzt RNA-Primer an beiden Strängen.
4. Die DNA Polymerase beginnt mit der Synthese neuer DNA-Stränge:
   • Am Leitstrang kontinuierlich in 5'-3'-Richtung
   • Am Folgestrang diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten

Definition: Okazaki-Fragmente sind kurze DNA-Abschnitte, die während der diskontinuierlichen Replikation des Folgestrangs entstehen.

5. Spezielle Enzyme entfernen die RNA-Primer und füllen die Lücken.
6. Die DNA-Ligase verbindet die Okazaki-Fragmente zum vollständigen Folgestrang.

Highlight: Die diskontinuierliche Replikation des Folgestrangs ist notwendig, da die DNA Polymerase nur in 5'-3'-Richtung arbeiten kann, der Folgestrang jedoch in 3'-5'-Richtung vorliegt.

Durch diesen komplexen Prozess entstehen zwei neue, identische DNA-Doppelhelices, die die Grundlage für die Zellteilung und die Weitergabe genetischer Information bilden.