REPLIKATION

REPLIKATION
EM-Aufnahmen von sich verdoppelnder Eukaryoten-DNA zeigen zahlreiche Replikationsblasen.
Daraus folgt, dass die DNA-Neusynthese an vielen Stellen des Doppelstranges gleichzeitig abläuft.
Molekularer Mechanismus.
Die Replikation beginnt mit einer Entwindung des DNA-Doppelstranges durch eine DNA Helicase.
DNA-Helicasen sind Enzyme, die unter ATP-Verbrauch die Wasserstoffbrückenbindungen der
DNA-Doppelhelix spalten.
Die entstehenden Einzelstränge werden durch einzelstrangbindende Proteine vorübergehend
stabilisiert, d.h., sie verhindern, dass sich die beiden Einzelstränge sofort wieder verbinden.
Auf diese Weise entsteht eine Y-förmige Struktur, eine Replikationsgabel. An beiden
Einzelsträngen wird nun mit Hilfe einer Primase (eine RNA-Polymerase), ein RNA-Primer
synthetisiert.
Der RNA-Primer ist ein kurzer Abschnitt aus Ribonucleotiden, der als Starter für die eigentliche
DNA-Replikation durch die DNA-Polymerase notwendig ist.
Die DNA-Polymerase kommt in verschiedenen Formen vor.
Für die DNA-Replikation sind die DNA -Polymerase 1 und III von Bedeutung.
Die DNA Polymerase I entfernt die Ribonucleotide des RNA Primers und ersetzt sie durch
Desoxyribonucleotide.
Die DNA-Polymerase III ist für die Verknüpfung (= Polymerisation) von Desoxyribonucleotiden
zu ständig.
Allerdings kann sie die Nucleotide an der Matrize nur in 5‘ —> 3‘-Richtung verknüpfen, d. h., sie
kann nur 3‘-Enden verlängern. Die DNA-Neusynthese verläuft daher am so genannten Leitstrang,
kontinuierlich: Die DNA Polymerase III katalysiert hier die Bindung von Desoxyribonucleotiden an
das 3‘-OH-Ende des wachsenden neuen Stranges..
Der zweite elterliche DNA-Strang, der so genannte Folgestrang, kann jedoch nicht kontinuierlich
kopiert werden. Dieser Strang wird diskontinuierlich synthetisiert:
Die DNA-Polymerase III kann nur in 5‘ — 3‘-Richtung von der Replikationsgabel weg verknüpfen.
Hierzu stellt die Primase zunächst an verschiedenen Stellen kurze RNA-Primer her, die durch
DNA-Polymerase III zu Fragmenten, den OKAZAKI Stücken, verlängert werden.
Anschließend werden die RNA-Primer von der DNA-Polymerase 1 entfernt und durch
Desoxyribonucleotide ersetzt.
Die OKAZAKI-Stücke sind allerdings noch nicht mit einander verbunden. Die Herstellung der
Phosphodiesterbindung zwischen direkt aufeinander folgenden OKAZAKI-Stücken wird von dem
Enzym DNA Ligase bewirkt. Die OKAZAKI-Stücke wurden 1967 von dem japanischen
Biochemiker OKAZAKI entdeckt.