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1 Speicherung, Übertragung und Expression genetischer Informationen
2. Helicasen trennen unter ATP-Verbrauch die
DNA-Doppelstränge und erzeugen damit
die Replikationsgabel,
3. eine Primase (RNA-Polymerase) synthetisiert die Primer-RNA, um ein freies 3´-OHEnde und somit einen Anknüpfungspunkt
für die DNA-Polymerase zu schaffen.
Das Wachstum des neu synthetisierten DNAEinzelstrangs erfolgt vom 5´ zum 3´- Ende, die
Ableserichtung vom elterlichen DNA-Einzelstrang daher vom 3´ zum 5´-Ende. Durch die
entgegengesetzte Polarität im DNA-Doppelstrang ist es notwendig, einen Strang um 180°
einzudrehen, um so eine identische Syntheserichtung für die DNA-Polymerase III zu schaffen. Hierdurch wird ein Leitstrang von einem
Folgestrang unterschieden.
4. Die kontinuierliche DNA-Synthese des Leit­
strangs wird durch die schnell arbeitende DNA-Polymerase III in Richtung auf die
Repli­kations­gabel zu ausgeführt. Zur Synthese des Leitstrangs ist pro Replikationsgabel daher nur einmal ein einziger Primer
(Synthese durch Primase) zur Lieferung eines freien 3´-OH-Endes notwendig.
5. Der unterbrochene Folgestrang kann durch
die Eindrehung um 180° diskontinuierlich
(abschnittsweise) nun ebenfalls von der
gleichen DNA-Polymerase III in Richtung auf
die Repli­kationsgabel synthetisiert werden.
Durch das Ein- und Ausdrehen immer neuer DNA-Abschnitte bilden sich die Okazaki-Fragmente, die aus einem RNA-Primer
und der neu synthetisierten DNA bestehen.
6. Am Folgestrang (und einmal auch am Leit­
strang) müssen jetzt noch die RNA-Primer
durch eine 5´-3´-Exonuklease, die DNA-Polymerase I, herausgeschnitten und durch DNA
ersetzt werden. Hierzu besitzt die DNA-Polymerase I eine Ribonuklease- und eine DNAPolymerasefunktion.
7. Im letzten Schritt der Replikation muss
das Enzym DNA-Ligase den Kettenschluss
zwischen den in Schritt 6 synthetisierten
Nukleotid­abschnitten durchführen und die
DNA-Teilstücke unter ATP-Verbrauch miteinander verbinden. Hierzu aktiviert die
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DNA-Ligase das jeweilige 5´-Phosphat-Ende durch Anheften eines AMP-Rests. Die Abspaltung dieses AMP-Rests liefert die Energie für den DNA-Kettenschluss.
5’-Phosphat-Ende
O
-O
P
O
CH2
Base
O
O
O
-O
P
O
CH2
Base
O
O
O
-O
P
O
CH2
Base
O
O
OH
freies 3’-OH-Ende
Abb. 27: Freies 3´-OH-Ende
medi-learn.de/bc4-27­
Als Cofaktoren für die Replikation der DNA
werden die Nukleotide dATP,
dTTP, dCTP und dGTP benötigt.
–– Die Energie für die Verknüpfung der Nukleotide kommt
aus der Hydrolyse des gespaltenen Pyrophosphats (PPi ).
–– Die DNA-Polymerase III knüpft Phosphodiesterbindungen (1000 Nukleotide/Sec)
und besitzt eine Korrekturlesefunktion.
–– Die DNA-Polymerase I knüpft Phosphodiesterbindungen (10 Nukleotide/Sec), besitzt eine Korrekturlesefunktion sowie eine
Funktion zur Entfernung der Primer und ist
das Reparaturenzym der DNA.