Speaker A
Schauen wir uns nun den Mechanismus der DNA Replikation an.
Erklärung der DNA-Replikation in 3 Minuten: Mechanismus, Enzyme und semikonservative Synthese einfach dargestellt.
Key Takeaways
- DNA-Replikation erfolgt antiparallel und semikonservativ.
- Verschiedene Enzyme spielen spezifische Rollen im Replikationsprozess.
- Leitstrang wird kontinuierlich, Folgestrang diskontinuierlich synthetisiert.
- RNA-Primer sind essentiell für den Start der DNA-Synthese.
- Okazaki-Fragmente werden durch Ligase verbunden, um den Folgestrang zu vervollständigen.
Summary
- DNA besteht aus zwei antiparallelen Einzelsträngen mit Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin.
- Helicase entwunden die Doppelhelix am Replikationsursprung und bildet eine Replikationsgabel.
- Topoisomerase mildert die entstehende Spannung, Einzelstrang-Bindungsproteine stabilisieren die Gabel.
- Primase synthetisiert RNA-Primer als Startpunkt für die DNA-Polymerase.
- DNA-Polymerase synthetisiert den Leitstrang kontinuierlich in 5' zu 3' Richtung.
- Der Folgestrang wird diskontinuierlich in Okazaki-Fragmenten synthetisiert, jeder mit eigenem Primer.
- Exonuklease entfernt RNA-Primer, DNA-Polymerase füllt die Lücken mit DNA-Basen auf.
- DNA-Ligase verbindet die Okazaki-Fragmente und schließt das Zucker-Phosphat-Rückgrat.
- Die Replikation ist semikonservativ: jedes Molekül besteht aus einem alten und einem neuen Strang.
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Speaker A
Das DNA Molekül besteht dabei aus zwei Einzelsträngen und diese beiden Einzelstränge sind gegeneinander verdrillt und bilden eine Doppelhelix.
Speaker A
Jeder Strang besteht dabei aus einer Sequenz vier verschiedener Basen: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin.
Speaker A
Durch komplementäre Basenpaarung wird an jedem Thymin ein Adenin gegenüberliegen und an jedem Cytosin Guanin entgegengesetzt sein. Jeder Strang
Speaker A
hat ein 5-Strich und ein 3-Strich Ende. Die einzelnen Stränge verlaufen dabei antiparallel. Dies spielt eine enorm wichtige Rolle beim Ablauf der Replikation.
Speaker A
Im ersten Schritt der Replikation werden am Replikationsursprung die beiden Stränge durch das Enzym Helicase entwunden und getrennt. Dies resultiert in der Entstehung einer Replikationsgabel.
Speaker A
Die Spannung, die daraus entsteht, wird durch ein hier nicht sichtbares Enzym, die Topoisomerase abgemildert. Zudem binden Einzelstrang-Bindungsproteine, die die Replikationsgabel stabilisieren und die Stränge voneinander separieren.
Speaker A
Der Prozess der DNA-Synthese beginnt mit dem Enzym Primase. Die Primase synthetisiert ein kurzes Stück RNA mit Hilfe von freien RNA-Basen, bezeichnet auch als Primer.
Speaker A
Das nun entstandene freie 3-Strich OH-Ende wird nun von der DNA-Polymerase als Ansatz genutzt. Diese benötigt DNA-Basen und kann nun in 5 zu 3-Strich Richtung synthetisieren. Der entstandene Leitstrang wird daher kontinuierlich synthetisiert.
Speaker A
Der Folgestrang kann nicht so leicht synthetisiert werden, denn er läuft in die entgegengesetzte Richtung. Die DNA-Polymerase kann den Folgestrang daher nur in kleinen Fragmenten synthetisieren, den sogenannten Okazaki-Fragmenten.
Speaker A
Jedes Fragment benötigt einen neuen Primer, hergestellt durch die Primase. Die DNA-Polymerase kann nun wie gewohnt von 5-Strich zu 3-Strich Richtung synthetisieren, bis sie auf den nächsten Primer stößt. Man spricht daher auch von der diskontinuierlichen Synthese des Folgestrangs.
Speaker A
Im nächsten Schritt produziert die Primase den nächsten Primer und ein weiteres Okazaki-Fragment wird von der DNA-Polymerase synthetisiert.
Speaker A
Zum Abschluss müssen die RNA-Primer entfernt werden, durch die Exonuklease. Die DNA-Polymerase füllt nun die Lücken mit DNA-Basen auf.
Speaker A
Der letzte Schritt stellt das Schließen des Zucker-Phosphat-Rückgrats der DNA durch die Verknüpfung der Okazaki-Fragmente mit dem Tochterstrang dar. Dies geschieht durch die DNA-Ligase. Die DNA-Replikation wird als semikonservativ beschrieben, weil jedes DNA-Molekül aus einem alten Elternstrang und einem neuen Tochterstrang besteht.
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