Arbeitsblatt: Replikation

Replikation Bevor sich eine Zelle teilt, muss sie ihre gesamte DNA verdoppeln. Mehrere Einheiten eines Initiatorproteins binden an die Startstelle der Replikation (Replikationsursprung) der bakteriellen DNA. Die Initiatormoleküle entwinden dann einen kurzen Bereich der Doppelhelix. Die weitere Arbeit wird dann von einer Helicase verrichtet, welche die HBrücken des Doppelstranges unter ATPVerbrauch spaltet. Die Helicase, die an der Replikation hauptsächlich beteiligt ist, besteht aus sechs Untereinheiten, die sich erst kurz vor der Replikation zur vollständigen Helicase zusammensetzen. Die reaktiven Gruppen der nunmehr ungepaarten DNABasen werden durch spezielle Bindeproteine abgepuffert, damit sich die HBrücken nicht wieder zurück bilden.Somit entsteht eine Replikationsgabel. Die DNASynthese durch die DNAPolymerase III kann nur in einer Richtung verlaufen, nämlich in der so genannten 5 3 Richtung. Wenn beide Stränge der DNADoppelhelix in die gleiche Richtung verlaufen würden, so wäre die parallele Replikation beider Stränge kein Problem. Die eine CoreEinheit der DNAPolymerase III würde den einen Strang replizieren, die andere CoreEinheit den parallelen Strang. Dummerweise verlaufen die beiden Stränge der Doppelhelix aber in entgegengesetzter Richtung. Der Leitstrang kann von der DNAPolymerse kontinuierlich repliziert werden, sie bewegt sich in der 3 5 Richtung am Leitstrang entlang und synthetisiert neue DNA, indem sie Nucleotide an das 3Ende des bisher neu erzeugten DNA Einzelstrangs anhängt. Es entsteht ein langer kontinuierlich durchgehender DNA Tochterstrang. die DNAPolymerase wandert hier einfach der Helicase hinterher. An dem den lagging strand erfolgt eine diskontinuierlichen Replikation, an dem sich die Polymerse immer in entgegengesetzter Richtung zur Helicase bewegt und dabei OkazakiFragmente synthetisiert, die dann von der Ligase zusammengefügt werden müssen. Allerdings kann die DNAPolymerase nicht einfach so mit der Neusynthese der DNA anfangen, sondern sie braucht einen RNAPrimer, den sie dann vervollständigt. Für die Synthese dieser kurzen RNAPrimer ist eine Primase zuständig, Wenn die Replikationsgabel ein Stück weiter in Richtung 53 Richtung gewandert ist, setzt nun das Enzym Primase an und katalysiert die Synthese eines RNAPrimers, ein kurzes RNAStück, das als Anfangsmolekül dient. Dann setzt sich ein DNA PolymeraseMolekül an diesen RNAPrimer und synthetisiert in Rückwärtsrichtung ein ca. 100200 Nucleotide langes Teilstück, ein sogenanntes OkazakiFragment (nach dem Japaner OKAZAKI benannt, der dies 1965 entdeckt hat). Durch ein spezielles Enzym, eine Ligase, werden die einzelnen OkazakiFragmente schließlich miteinander verbunden. Was aber passiert mit der ursrpünglichen RNA des Primers? Hier setzt eine andere DNAPolymerase ein, nämlich die DNAPolymerase I. Die Aufgabe dieses Enzyms ist es, die RNANucleotide durch entsprechende DNANucleotide zu ersetzen.