DNA – Replikation

Die DNA-Replikation ist ein genetischer Prozess, der während der S-Phase des Zellzyklus stattfindet. Dabei wird anhand eines einzelnen DNA-Strangs, der als Vorlage dient, ein komplementärer Strang gebildet. Diese semikonservative Replikation bedeutet, dass die zwei Stränge der DNA-Doppelhelix zunächst getrennt werden und zu jedem Einzelstrang ein neu synthetisierter Strang angefügt wird.

Phasen der DNA-Replikation

1. Initiation: Zu Beginn der DNA-Replikation wird die Doppelhelix durch das Enzym Topoisomerase entdrillt. Anschließend öffnet die Helikase die DNA-Stränge, indem sie die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen aufbricht. Die Primase, eine spezielle RNA-Polymerase, setzt einen Primer an das 3´-Ende des alten Strangs. Dieser Primer dient als Startpunkt für die DNA-Polymerase, die die neuen Stränge synthetisiert.
2. Elongation: In dieser Phase katalysiert die DNA-Polymerase die Synthese des neuen Strangs, indem sie Nukleotide in 5´-3´-Richtung einfügt. Der Leitstrang kann kontinuierlich in Richtung der Replikationsgabel synthetisiert werden. Der Folgestrang hingegen wird diskontinuierlich synthetisiert, da er in entgegengesetzter Richtung liegt. Dies führt zur Bildung von sogenannten Okazaki-Fragmenten, die später durch das Enzym Ligase miteinander verbunden werden.
3. Termination: Bei Menschen gibt es keinen speziellen Mechanismus zur Beendigung der Replikation – die Replikation endet automatisch, wenn zwei Replikationsgabeln aufeinandertreffen oder die DNA zu Ende ist. 

Wichtige Enzyme der DNA-Replikation

• Topoisomerase entdrillt die DNA-Doppelhelix.
• Helikase öffnet die DNA-Stränge.
• Primase setzt Primer an den alten Strang.
• DNA-Polymerase synthetisiert den neuen Strang.
• Ligase verbindet Okazaki-Fragmente.

Ablauf der DNA-Replikation

1. Entdrillung und Öffnung: Die Topoisomerase entdrillt die DNA und die Helikase öffnet die Doppelhelix.
2. Primer-Anlagerung: Die Primase fügt Primer an den alten Strang an.
3. Strangsynthese: Die DNA-Polymerase synthetisiert den neuen Strang vom 5´-Ende zum 3´-Ende.
4. Fragmentverbindung: Am Folgestrang werden Okazaki-Fragmente durch die Ligase verbunden.
5. Beendigung: Die Replikation endet, wenn die Replikationsgabeln aufeinandertreffen oder die DNA zu Ende ist. 

Richtung der DNA-Replikation

Die DNA-Replikation erfolgt immer in 5´-3´-Richtung, was bedeutet, dass neue Nukleotide an das 3´-Ende des wachsenden Strangs angefügt werden. Dies gilt für beide Stränge, obwohl der Folgestrang diskontinuierlich synthetisiert wird.

Semikonservative Replikation

Bei der semikonservativen Replikation wird jeder der beiden ursprünglichen Stränge als Vorlage für einen neuen Strang verwendet. Das bedeutet, dass jede der neuen DNA-Moleküle einen alten und einen neuen Strang enthält.

Fazit

Die DNA-Replikation ist ein zentraler Prozess, der sicherstellt, dass genetische Informationen präzise an Tochterzellen weitergegeben werden. Dieser semikonservative Mechanismus ist in drei Phasen unterteilt: Initiation, Elongation und Termination, wobei spezifische Enzyme wie Helikase und DNA-Polymerase eine entscheidende Rolle spielen. Ein fundiertes Verständnis dieses Prozesses ist nicht nur für den MedAT, sondern auch für das allgemeine Verständnis der molekularen Biologie von großer Bedeutung. 

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