DNA Replikation

Die DNA-Replikation erfolgt durch die Synthese neuer DNA-Stränge unter Verwendung vorhandener Stränge als Vorlage. Die beiden neuen Doppelhelices enthalten jeweils einen ursprünglichen Template-Strang und einen neu synthetisierten Tochterstrang, weshalb dieser Prozess als semikonservative Replikation bezeichnet wird.

Um die Replikation zu starten, wickelt ein Enzym, die Helikase, die DNA-Helix ab und bricht die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den beiden Strängen auf. Anschließend trennt es die einzelnen Stränge zu einer Y-förmigen Struktur, der sogenannten Replikationsgabel, auf die weitere Enzyme zugreifen können.

Ein anderes Enzym, die Primase, fügt jedem Matrizenstrang kurze RNA-Fragmente, sogenannte Primer, hinzu. Diese Primer sind für die Synthese von DNA unerlässlich, da die DNA-Polymerase nur Nukleotide an einen vorhandenen Strang anhängen kann.

DNA-Polymerase fügt sich zu den wachsenden Tochtersträngen auf beiden Matrizen-DNA-Strängen hinzu. Die Zugabe von Nukleotiden richtet sich nach der Sequenz des ursprünglichen DNA-Strangs gemäß den Regeln der DNA-Paarung.

Die Synthese eines der Tochterstränge, des führenden Strangs, erfolgt in Richtung der Bewegung der Replikationsgabel. Der andere Strang, der nacheilende Strang, wird in die entgegengesetzte Richtung synthetisiert.

Dies führt dazu, dass der führende Strang als kontinuierliches Polymer synthetisiert wird, während der nacheilende Strang in Form von kurzen Fragmenten synthetisiert wird. Dies liegt daran, dass DNA nur in 5'- bis 3'-Richtung synthetisiert werden kann.

Vor ihrer Zugabe an das wachsende Polymer liegen Nukleotide als Desoxyribonukleosidtriphosphate vor, wobei drei Phosphate an den fünften Kohlenstoff auf dem Zucker gebunden sind.

Dieses freie Nukleotidtriphosphat reagiert mit den 3'-Hydroxylgruppen. Dies ist das OH, das am Ende des Wachstumsstrangs an den dritten Kohlenstoff des Zuckers gebunden ist. Die Reaktion bewirkt die Freisetzung von Pyrophosphat und die Bildung einer Phosphodiesterbindung zwischen den beiden Nukleotiden.

Nach der Synthese der neuen Stränge entfernen RNase H oder weitere Varianten der DNA-Polymerase die Primer und synthetisieren an ihrer Stelle DNA. Die Lücken zwischen den Fragmenten werden dann durch DNA-Ligase versiegelt, um einen durchgehenden Strang zu erzeugen.

Die Zugabe von Nukleotiden wird so lange fortgesetzt, bis zwei Replikationsgabeln aufeinandertreffen, was zur abgeschlossenen Replikation führt.