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DNA-Replikation Ablauf und Enzyme: Dein Arbeitsblatt und mehr

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Die DNA-Replikation ist ein grundlegender Prozess in der Zellbiologie, bei dem sich der DNA-Gehalt einer Zelle identisch verdoppelt. Dieser Vorgang findet während der S-Phase der Interphase statt und ist entscheidend für die Zellteilung. Der Prozess läuft semi-konservativ ab, wobei jeder neue DNA-Doppelstrang zur Hälfte aus einem ursprünglichen Mutterstrang besteht. Verschiedene Enzyme wie Helikase, Primase, DNA-Polymerase und Ligase spielen dabei eine wichtige Rolle. Die Replikation erfolgt an beiden Strängen gleichzeitig, wobei der Leitstrang kontinuierlich und der Folgestrang diskontinuierlich aufgebaut wird.

• Die DNA-Replikation ist essentiell für die Zellteilung und Vererbung genetischer Information.
• Der Prozess wird durch einen Multienzymkomplex gesteuert, der präzise zusammenarbeitet.
• Die Replikation verläuft semi-konservativ und beinhaltet kontinuierliche und diskontinuierliche Synthese.
• Spezielle Strukturen wie Okazaki-Fragmente und Primer sind charakteristisch für den Replikationsvorgang.

23.3.2021

573

Replikation während der S-Phase der Interphase
DNA Gehalt einer Zelle verdoppelt sich identisch während der Replikation. D.h. aus einem Stra

Kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation

Die DNA-Replikation erfolgt an beiden Strängen der DNA gleichzeitig, jedoch auf unterschiedliche Weise. Dies liegt an der Arbeitsweise der DNA-Polymerase in Bezug auf die Replikationsgabel.

Definition: Die Begriffe Leitstrang und Folgestrang beziehen sich auf die unterschiedliche Art, wie die DNA-Polymerase an den beiden Strängen arbeitet.

Synthese am Leitstrang (kontinuierlicher Aufbau): Die DNA-Polymerase kann der sich öffnenden Replikationsgabel folgen und kontinuierlich Nukleotide an die 3'-Enden anbauen. Die Öffnungsrichtung des Doppelstrangs entspricht hier der Arbeitsrichtung der DNA-Polymerase.

Synthese am Folgestrang (diskontinuierlicher Aufbau): Die DNA-Polymerase arbeitet in entgegengesetzter Richtung zur Helikase. Daher muss immer wieder ein neuer Primer gesetzt werden, an dem die Polymerase anbauen kann. Der Folgestrang wird stückweise synthetisiert.

Vocabulary: Okazaki-Fragmente sind die Stücke, die am Folgestrang diskontinuierlich aufgebaut werden. Es werden immer wieder neue Primer gesetzt und daraufhin neue Okazaki-Fragmente gebildet.

Highlight: Die kontinuierliche Synthese am Leitstrang und die diskontinuierliche Synthese am Folgestrang sind charakteristisch für die DNA-Replikation.

Für die Replikation werden Nukleosidtriphosphate in der Zelle bereitgestellt. Wenn diese von der DNA-Polymerase verbaut werden, kommt es zur Abspaltung von Phosphatgruppen. Die dabei freiwerdende Energie wird zur Bildung der neuen Bindungen verwendet.

Example: Bei der Synthese des Folgestrangs werden mehrere Okazaki-Fragmente gebildet, die später durch die Ligase miteinander verbunden werden müssen.

Diese komplexen Vorgänge der kontinuierlichen und diskontinuierlichen Replikation gewährleisten eine präzise und effiziente Verdopplung des gesamten Genoms während der Zellteilung.

Replikation während der S-Phase der Interphase
DNA Gehalt einer Zelle verdoppelt sich identisch während der Replikation. D.h. aus einem Stra

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DNA-Replikation: Grundlagen und Ablauf

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler biologischer Prozess, der während der S-Phase der Interphase stattfindet. Hierbei verdoppelt sich der DNA-Gehalt einer Zelle identisch, was die Voraussetzung für die Zellteilung darstellt.

Definition: Die DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem aus einem DNA-Strang zwei identische Kopien entstehen.

Der biologische Sinn der Replikation liegt darin, dass sich eine Zelle nur dann teilen kann, wenn sich ihre Erbsubstanz verdoppelt hat. Nur so wird gewährleistet, dass jede Tochterzelle die gleiche Erbinformation erhält.

Highlight: Die Replikation verläuft semi-konservativ, was bedeutet, dass jeder der beiden neu entstandenen Tochter-DNA-Doppelstränge zur Hälfte aus einem ursprünglichen Mutterstrang besteht.

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

  1. Der Mutterstrang teilt sich, indem die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen aufgehoben werden.
  2. An jedem Einzelstrang lagern sich komplementäre Nukleotide an.
  3. An jedem ursprünglichen Mutterstrang entsteht ein komplementärer neuer Strang.

Verschiedene Enzyme spielen bei der DNA-Replikation eine entscheidende Rolle:

Vocabulary: Enzyme sind Proteine, die biochemische Reaktionen in lebenden Organismen beschleunigen oder in Gang setzen. Ihre Namen enden meist auf "-ase".

  • Topoisomerase: Entschraubt die DNA
  • Helikase: Bricht den Doppelstrang auf (löst Wasserstoffbrücken)
  • Primase: Setzt kurze RNA-Stücke als Startpunkte für die Replikation
  • DNA-Polymerase: Lagert Nukleotide an und liest den Mutterstrang ab
  • Ligase: Verknüpft das Zucker-Phosphat-Band

Example: Die DNA-Polymerase hat eine Korrekturlesefunktion (proof-reading), bei der fehlgepaarte Nukleotide erkannt und gelöst werden. Dies verhindert Mutationen durch falsch eingebaute Basennukleotide.

Diese Enzyme bilden zusammen einen Multienzymkomplex, eine Gruppe von Enzymen, die voneinander abhängig in aufeinanderfolgenden Schritten eine Reaktionskette bilden.

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Kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation

Die DNA-Replikation erfolgt an beiden Strängen der DNA gleichzeitig, jedoch auf unterschiedliche Weise. Dies liegt an der Arbeitsweise der DNA-Polymerase in Bezug auf die Replikationsgabel.

Definition: Die Begriffe Leitstrang und Folgestrang beziehen sich auf die unterschiedliche Art, wie die DNA-Polymerase an den beiden Strängen arbeitet.

Synthese am Leitstrang (kontinuierlicher Aufbau): Die DNA-Polymerase kann der sich öffnenden Replikationsgabel folgen und kontinuierlich Nukleotide an die 3'-Enden anbauen. Die Öffnungsrichtung des Doppelstrangs entspricht hier der Arbeitsrichtung der DNA-Polymerase.

Synthese am Folgestrang (diskontinuierlicher Aufbau): Die DNA-Polymerase arbeitet in entgegengesetzter Richtung zur Helikase. Daher muss immer wieder ein neuer Primer gesetzt werden, an dem die Polymerase anbauen kann. Der Folgestrang wird stückweise synthetisiert.

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Highlight: Die kontinuierliche Synthese am Leitstrang und die diskontinuierliche Synthese am Folgestrang sind charakteristisch für die DNA-Replikation.

Für die Replikation werden Nukleosidtriphosphate in der Zelle bereitgestellt. Wenn diese von der DNA-Polymerase verbaut werden, kommt es zur Abspaltung von Phosphatgruppen. Die dabei freiwerdende Energie wird zur Bildung der neuen Bindungen verwendet.

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DNA-Replikation: Grundlagen und Ablauf

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler biologischer Prozess, der während der S-Phase der Interphase stattfindet. Hierbei verdoppelt sich der DNA-Gehalt einer Zelle identisch, was die Voraussetzung für die Zellteilung darstellt.

Definition: Die DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem aus einem DNA-Strang zwei identische Kopien entstehen.

Der biologische Sinn der Replikation liegt darin, dass sich eine Zelle nur dann teilen kann, wenn sich ihre Erbsubstanz verdoppelt hat. Nur so wird gewährleistet, dass jede Tochterzelle die gleiche Erbinformation erhält.

Highlight: Die Replikation verläuft semi-konservativ, was bedeutet, dass jeder der beiden neu entstandenen Tochter-DNA-Doppelstränge zur Hälfte aus einem ursprünglichen Mutterstrang besteht.

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

  1. Der Mutterstrang teilt sich, indem die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen aufgehoben werden.
  2. An jedem Einzelstrang lagern sich komplementäre Nukleotide an.
  3. An jedem ursprünglichen Mutterstrang entsteht ein komplementärer neuer Strang.

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Vocabulary: Enzyme sind Proteine, die biochemische Reaktionen in lebenden Organismen beschleunigen oder in Gang setzen. Ihre Namen enden meist auf "-ase".

  • Topoisomerase: Entschraubt die DNA
  • Helikase: Bricht den Doppelstrang auf (löst Wasserstoffbrücken)
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  • DNA-Polymerase: Lagert Nukleotide an und liest den Mutterstrang ab
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Example: Die DNA-Polymerase hat eine Korrekturlesefunktion (proof-reading), bei der fehlgepaarte Nukleotide erkannt und gelöst werden. Dies verhindert Mutationen durch falsch eingebaute Basennukleotide.

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