Wichtige Schritte, die am Mechanismus der DNA-Replikation beteiligt sind
Der Prozess der DNA-Replikation ist sehr kompliziert. Die Hauptschritte des Prozesses sind wie folgt:
Während dieses Prozesses ist eine ganze Reihe von Enzymen erforderlich, um verschiedene Schritte zu erledigen. Die DNA-Replikation in prokaryontischen Zellen (Bakterien) beginnt an einem einzigen Punkt, der als Replikationsursprung bezeichnet wird, und bewegt sich bidirektional.
Bild mit freundlicher Genehmigung: cnx.org/content/m46073/latest/0323_DNA_Replication.jpg
Auf der anderen Seite gibt es in eukaryotischen Zellen mehrere Ursprungspunkte bezüglich der DNA-Länge pro Chromosom.
Die erste Anforderung vor jeder Art von Synthese ist das Abwickeln der Doppelhelix von DNA, so dass die beiden Stränge frei werden, um als Template zu fungieren.
Diese Funktion des Abwickelns der Doppelhelix wird durch das Enzym Helicase ausgeführt, das die beiden Stränge beginnend am Ursprungsort öffnet.
Sobald das Abwickeln stattfindet, verbinden sich andere Proteine, die als einzelsträngige Bindungsproteine bezeichnet werden, mit Einzelsträngen und machen diesen Zustand stabil.
Beim Abwickeln entsteht auch eine Zugspannung vor der sich bewegenden Replikationsgabel, eine Struktur, die gebildet wird, wenn die DNA-Replikation beginnt.
Die durch das Abwickeln der Doppelhelix erzeugte Wickelspannung wird durch die als Topoisomerasen bezeichneten Enzyme verringert.
Eines der wichtigsten DNA-synthetisierenden Enzyme ist DNA-Polymerase III. Dieses Enzym kann zusammen mit anderen DNA-Polymerasen (dh I und II) einen vorhandenen DNA-Strang verlängern, jedoch nicht die Synthese von DNA initiieren.
Alle oben genannten drei DNA-Polymerasen (dh I, II und III) funktionieren nur in 5'-Richtung für die DNA-Polymerisation und haben 5'-nach-3'-Richtung für Exonukleaseaktivität.
Um nun die DNA-Synthese zu initiieren, wird ein kleines RNA-Segment, bekannt als RNA-Primer, der komplementär zur Template-DNA ist, durch eine einzigartige RNA-Polymerase synthetisiert, die als Primase bekannt ist.
Zu diesem RNA-Primer fügt die DNA-Polymerase III 5'-Desoxyribonukleotide hinzu und verlängert die DNA.
Ein Problem entsteht, wenn zwei DNA-Stränge antiparallel zueinander verlaufen und die DNA-Polymerase III nur in 5 '-> 3'-Richtung wirken kann. Dieses Problem wird wie folgt gelöst:
Während auf dem einen Strang die DNA-Synthese kontinuierlich in 5 '-> 3'-Richtung abläuft, wird auf dem anderen Strang DNA in kleinen Abschnitten synthetisiert, was zu einer diskontinuierlichen DNA-Synthese führt.
Dieser Prozess findet in entgegengesetzter Richtung zum ersten Strang statt, behält jedoch die gesamte 5'3'-Richtung bei Bedarf bei, und ein solcher Prozess wird manchmal als semi-diskontinuierliche Replikation bezeichnet.
Die kurzen Abschnitte der DNA, die jeweils mit RNA versehen sind, heißen Okazaki-Fragmente und wurden nach dem japanischen Wissenschaftler benannt, der sie entdeckt hatte.
Danach werden RNA-Primer entfernt und die Lücke durch DNA-Synthese gefüllt. Diese beiden Schritte werden von DNA-Polymerase I durchgeführt.
Nun werden die Okazaki-Fragmente durch das Enzym Ligase versiegelt.
Der Strang, der die kontinuierliche DNA-Synthese unterstützt, ist der führende Strang, und der in kurzen Abschnitten replizierte Strang wird als nacheilender Strang bezeichnet.
Der Prozess der DNA-Replikation gewährleistet die Genauigkeit der Aufrechterhaltung der Nukleotidsequenz der ursprünglichen DNA.
Die DNA-Synthese ist bei Eukaryonten langsamer, da größere DNAs repliziert werden müssen.
Die allgemeinen Schritte der DNA-Replikation sind sowohl bei Eukaryoten als auch bei Prokaryoten ähnlich.
