6.6:

6.6: Folgestrang-Synthese

Lagging Strand Synthesis

JoVE Core
Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Lagging Strand Synthesis

6.5: Proofreading

6.7: DNA Helicases

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01:59 min

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November 23, 2020

Overview

During replication, the complementary strands in double-stranded DNA are synthesized at different rates. Replication first begins on the leading strand. Replication starts later, occurs more slowly, and proceeds discontinuously on the lagging strand.

There are several major differences between synthesis of the leading strand and synthesis of the lagging strand. 1) Leading strand synthesis happens in the direction of replication fork opening, whereas lagging strand synthesis happens in the opposite direction. 2) For leading strand synthesis, a single primer is needed, whereas multiple RNA primers are required for lagging strand synthesis. 3) After initial primer synthesis, the leading strand needs only DNA polymerase for replication to continue, whereas the lagging strand needs multiple enzymes, including DNA polymerase I, RNase H, and ligase. 4) The leading strand is synthesized as a continuous piece, whereas the lagging strand is synthesized as a series of shorter pieces called Okazaki fragments. Thus, lagging strand synthesis is a multistep process involving sophisticated coordination among different molecules.

Due to the different genome sizes of prokaryotes and eukaryotes, the process of lagging strand synthesis differs between them. The most prominent difference is the length of the Okazaki fragments. The average Okazaki fragment length is around 1000 to 2000 nucleotides in prokaryotes, but only 100 to 200 nucleotides in eukaryotes.

Transcript

Die komplementären Stränge in doppelsträngiger DNA replizieren sich unterschiedlich schnell. Auf einem Strang ist der Replikationsprozess kontinuierlich und schnell; Dieser neu gebildete Tochterstrang wird als führender Strang bezeichnet.

Auf dem anderen Strang ist der Replikationsprozess diskontinuierlich, relativ langsamer und beginnt etwas später; dieser Tochterstrang wird als nacheilender Strang bezeichnet.

DNA-Polymerase kann DNA nur in 5′- bis 3′-Richtung synthetisieren. Aus diesem Grund wird der Leitstrang kontinuierlich synthetisiert.

Die DNA-Polymerase kann jedoch keine DNA in einer 3′- bis 5′-Richtung auf dem nacheilenden Strang synthetisieren.

Um dieses Problem zu lösen, wird die DNA-Synthese diskontinuierlich in einer 5′- bis 3′-Richtung durchgeführt.

Das Enzym DNA-Primase, das sich in der Nähe der Öffnung der Replikationsgabel befindet, synthetisiert mehrere RNA-Primer auf dem nacheilenden Strang, während sich die DNA abwickelt.

Dann synthetisiert die DNA-Polymerase DNA am Ende des Primers, bis sie auf den nächsten Primer trifft.

Dieser Zyklus der Primersynthese durch Primase und der anschließenden DNA-Verlängerung durch Polymerase setzt sich entlang des nacheilenden Strangs fort. Die dabei entstehenden kurzen DNA-Fragmente werden als Okazaki-Fragmente bezeichnet.

Das Enzym RNase H entfernt dann die RNA-Primer, die zwischen den Okazaki-Fragmenten eingestreut sind.

Eine weitere DNA-Polymerase füllt dann die leeren Räume, die nach der Entfernung der RNA-Primer übrig bleiben.

Die DNA-Polymerase kann jedoch die Kerben zwischen den Okazaki-Fragmenten nicht füllen.

Diese letzte Aufgabe übernimmt das Enzym DNA-Ligase, das das 3′-Ende eines Fragments mit dem 5′-Ende eines anderen Fragments verbindet, um aus dem diskontinuierlichen nacheilenden Strang einen kontinuierlichen zu machen.

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Nacheilende Strangsynthese DNA-Replikation Leitstrang Nacheilender Strang DNA-Polymerase DNA-Synthese RNA-Primer Okazaki-Fragmente RNase H DNA-Polymerase