Benutzer:Wouwbagger
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[Bearbeiten] DNA Replikation
Die DNA ist in der Lage, sich mit Hilfe verschiedener Enzyme und Proteinkomplexe selbst zu verdoppeln. Dies geschieht nachdem semikonservativen Prinzip. Dabei dient ein Einzelstrang als Matrize (Vorlage) für den neu zu synthetisierenden komplementären Strang, das heißt der enstandene neue DNA Doppelstrang besteht aus einem alten und einem neuen Einzelstrang.
Die DNA Replikation verläuft, wie auch die Transkription in drei Phasen Initiation, Elongantion, Termination. Die Regulation der Replikation findet auf Ebene der Initiation statt, eine individuell regulierte DNA Einheit wird als Replikon bezeichnet. Das Replikon ist durch einen kartierbaren Replikationsursprung (ori, origin of recombination), welcher einmal pro Zellzyklus Ausgangspunkt für die DNA-Synthese ist, und einen weniger definierten Replikationsterminus charakterisiert.
Erste Einsichten in den Replikationsprozeß erhielt man in den 70er Jahren durch elektronenmikroskopische Aufnahmen replizierender DNA des Bakteriophagen T7. Partiell replizierte T7-DNA zeigte Strukturen, welche John Cairns auch schon in E.coli beobachtete und welche, auf Grund ihrer Ähnlichkeit mit dem griechischen Buchstaben, Theta-Strukturen genannt wurden. Sowohl das Genom von E.coli als auch das des Bakteriophagen T7 besteht aus einem zirkulärem DNA-Molekül mit lediglich einem Replikationursprung. Damit entsprechen die Genome jeweils einem Replikon.
Die für Säugergenome typische Zahl liegt zwischen 103 und 104 Replikons. Diese müssen koordiniert werden, das heißt einmal pro Zellzyklus repliziert und nicht-replizierte Replikons müssen von bereits repizierten unterschieden werden. Über diesen komplexen Vorgang gibt es bis heut nur wenig Information.
[Bearbeiten] Initiation
Zunächst identifiziert ein Initiatorprotein den Origin (Replikationsstart) auf der DNA-Doppelhelix. Dieser zeichnet sich durch negative Superspiralisierung und eine Consensus-Sequenz (sich wiederholende kurze meist AT-reiche Basensequenzen) aus, dies sind die Vorrausetzung für ein leichtes Entdrillen der DNA-Doppelhelix. Der Initiator stellt am Origin Kontakt mit der DNA her und beginnt mit dem Aufwinden selbiger.
Zuständig für das Aufspreiten der Doppelhelix und das Fortschreiten der enstandenen Replikationsgabeln sie die DNA-Helicasen. Die Helicase wandert am Doppelstrang entlang und spaltet unter ATP-Verbrauch die Wasserstoffbrückenbindung der komplementären Basen. Die dabei entstandenen DNA-Einzelstränge werden durch sogenannte SSB's (single strand binding proteins, Einzelstrang-bindende Proteine) stabilisiert.
Da die DNA-Polymerase Nucleinsäuren nicht beginnen sondern nur vorhande Primer (Zünder) entlang der DNA verlängern kann, folgt nun das sogenannte Priming. Dabei synthetisiert die RNA-Primase eine kurze RNA-Sequenz (Primer), welche als Ansatzstelle für die DNA-Polymerase dient. Die Primase synthetisiert zunächst einen Primer am Leitstrang (leading-strand), dieser benötigt lediglich einen Primer, am Folgestrang (lagging-strand) wird für jedes Okazaki-Fragment ein Primer benötigt.
Während die Helicase die DNA aufwinden und die Replikationsgabel vorantreiben begegnet die DNA-Topoisomerase den entstehenden Torsionen, dabei trennt sie einen der beiden Stränge an der Phosphodiesterbindung, führt ihn durch die entstandene Lücke und schließt die Bindung wieder. Damit wird verhindert das sich die DNA beim Entwinden um die eigene Achse verdreht und möglicherweise bricht.
[Bearbeiten] Elongation
An der stabilisierten Replikationsgabel setzen nun weitere Enzyme an den Primer und verlängern den Leitstrang in 5'→3'-Richtung (den als Matrizen dienenden alten Strang in 3'→5'-Richtung ablesend).
Die DNA-Polymerase bindet an den RNA-Primer, dabei liegt das freie 3'OH-Ende im aktiven Zentrum des Enzyms. Danach werden fortlaufend mehrere monomere Desoxynukleotid-Triphosphate an die Nukleotid-Bindungsstelle der Polymerase herangeführt. Im Falle einer zur Matrize komplementären Base ändert das Enzym seine Form und katalysiert die Bildung einer Phosphodiesterbindung zwischen dem 3'OH-Ende des Primers und dem α-Phosphatrest des Nukleotids, dabei werden zwei Phosphatreste in Form des Pyrophosphats abgespalten.
Die DNA-Polymerase nimmt wieder ihre ursprünglische Form an und rutscht um eine Nukleotidlänge nach vorn, das frei 3'OH-Ende des neuangeküpften Nukleotids befindet sich nun im aktiven Zentrum des Enzyms. Auf diese Art wird der Leitstrang Schritt für Schritt kontinuierlich synthetisiert.
Liegt der Folgestrang in einer Schleife um den Proteinkomplex, ist es möglich den Leit- und Folgestrang gleichzeitig und gleichgerichtet zu synthetisieren. Durch die Schleifenbildung wird die Leserichtung an den Leitstrang angepasst. Ist die Schleife abgelesen endet die Sythese am voherigen Okazaki-Fragment und wird am nächsten durch einen neuen Primer eingeleitet.
Die RNA-Primer werden durch eine 5'→3' Exonuclease entfernt und durch DNA ersetzt. Zum Schluß verbindet eine DNA-Ligase die einzelnen Fragmente zu einem durchgängigen Strang.
[Bearbeiten] Termination
Die Replikation endet am Terminator, einer bestimmten Nukleotidsequenz. Diese ist Bindungsstelle eines Terminationsproteinkomplexes, welcher das weitere voranschreiten und damit Öffnen der DNA durch die Helicase verhindert. Die Replikationsenzyme werden von der DNA gelöst und die DNA-Synthese eingestellt.
Nachdem die neuen DNA-Moleküle voneinander getrennt wurden, werden sie unter Mithilfe von Topoisomerasen verpackt.
