Biorama / Molekulare Diagnostik: 
 
Biochemie III: die Replikation der DNA  


Bei jeder Zellteilung muss die genetische Information, die in der DNA in Form der Basensequenz festgelegt ist, vollständig und unverändert (fehlerlos) weitergegeben werden. 

Daher ist eine identische Replikation (Verdoppelung) der DNA erforderlich. Die Fehlerquote liegt bei nur 1 Fehler auf 109 bis 1010 kopierte Basenpaare.

Da der neu synthetisierte DNA-Doppelstrang jeweils aus einem ursprünglichen ("elterlichen") sowie einem neu synthetisierten Einzelstrang besteht, spricht man von einer semikonservativen DNA-Replikation.

Abb. 1: Die Replikation der DNA-Doppelhelix.
Da die Strangverlängerung immer nur in 5’-3’ Richtung ablaufen kann, läuft die die Replikation nur in einem der beiden Einzelstränge , dem sogenannten Leitstrang kontinuierlich ab. Im antiparallelen sog. Folgestrang erfogt die Replikation diskontinuierlich.

 
Ablauf der Replikation 

  • Für die Neusynthese muss zuerst eine Entwindung der DNA-Doppelhelix durch eine Helicase erfolgen. Die Stelle an der die Entwindung der Doppelhelix (und anschliessend die Neusynthese) erfolgt, wird als Replikationsgabel bezeichnet. 
     
  • Zur DNA-Synthese durch die DNA-Polymerasen ist jedoch eine freie 3’-OH-Gruppe erforderlich, da die Polymerasen nicht imstande sind, das freie 3’-OH-Ende zu produzieren, an das weitere Nucleotide angeknüpft werden können. 
     
  • Es erfolgt daher an der Einzelstrang DNA zunächst die Synthese eines kurzen, zur DNA komplementären RNA-Fragments (ca. 5-10 Nucleotide), das als Primer-RNA bezeichnet wird. Die Synthese der Primer-RNA erfolgt durch eine spezifische RNA-Polymerase, die Primase.
     
  • Ein weiteres Problem besteht darin, dass der neue DNA-Strang von den DNA-Polymerasen nur in 5’-3’-Richtung synthetisiert werden kann. Daher kann in der DNA-Replikationsgabel nur ein Strang, der sogenannte Leitstrang (engl. leading strand), in Richtung der Gabel wachsen.
     
  • Der andere Strang muss von der Gabel wegwachsen, da er eine entgegengesetzte Polarität besitzt. Dieser sogenannte Folgestrang (auch Verzögerungsstrang genannt, engl. lagging strand) wird an mehreren Stellen gleichzeitig in Fragmenten von ca 1000-2000 Nucleotiden ebenfalls in 5’-3’ Richtung synthetisiert. Diese Fragmente werden nach ihrem Entdecker Okazaki-Fragmente bezeichnet.
      
  • Anschliessend werden die RNA-Primer wieder entfernt und die Lücken aufgefüllt (ebenfalls durch die DNA-Polymerase I). 
     
  • Die DNA-Ligase verknüpft die DNA-Teilstücke.

 

11.03.2000 /hpk