DNA-Replikation

Wenn du dich in der Schule gerade mit dem Thema Genetik und Zellteilung beschäftigst, wird dir im Unterricht auch garantiert die DNA-Replikation begegnen.

Aber was passiert eigentlich bei der DNA-Replikation? Welche Enzyme sind daran beteiligt? Diese Dinge solltest du auf jeden Fall wissen, wenn ein Test oder eine Klausur zum Thema Zellteilung ansteht!

simpleclub erklärt dir, was du zu der DNA-Replikation wissen solltest.

DNA-Replikation einfach erklärt

Unsere Zellkerne enthalten den Bauplan unseres Körpers, unsere DNA. Wenn sich Zellen teilen, benötigen wir also auch mehr Baupläne, damit die Erbinformationen in allen Zellkernen enthalten sind. Unser Körper muss also die DNA für jede neue Zelle kopieren. Diese DNA Verdopplung nennt man auch DNA-Replikation. 

Für das Kopieren sind viele Enzyme notwendig, weil die DNA zunächst aus ihrer Form der Doppelhelix geöffnet werden muss, damit eine Kopie angefertigt werden kann. Dieser Vorgang ist ähnlich wie bei dem Öffnen und Schließen eines Reißverschlusses.

Die beiden geöffneten Seiten sind die Vorlage für die Kopie (Matrize). Verschiedene Nukleotide versuchen, an den geöffneten Strängen anzudocken. Weil sich nur passende Nukleotide an den geöffneten Strang ansetzen können, entstehen die perfekten Gegenstücke zu den DNA Strängen. 


Somit haben wir also wieder zwei Stränge, die genauso aussehen wie die erste DNA Doppelhelix, nur dass eine Hälfte die alte ist und die andere neu erstellt wurde. Da dieser Vorgang mit beiden Hälften passiert, werden aus einer Doppelhelix zwei und eine davon kann an eine neue Zelle weitergegeben werden.

DNA Replikation Definition

DNA-Replikation Bedeutung und Funktion

Die DNA-Replikation dient dazu, die DNA einer Zelle vor jeder Mitose oder Meiose zu verdoppeln. Sie wird also dazu benötigt, die Erbinformationen an jede neue Zelle weiterzugeben. Sonst würde die DNA bei jeder Zellteilung immer kürzer werden, bis sie irgendwann nicht mehr vorhanden ist.

• Die Replikation also Verdopplung der Erbinformation muss nicht nur bei der Fortpflanzung und somit bei der Entstehung neuen Lebens passieren, sie ist auch wichtig, um ältere Zellen zu erneuern.
• Wie sie funktioniert, haben unter anderem die Wissenschaftler Meselson und Stahl erforscht. Sie zeigten zum Beispiel, dass die Verdopplung der DNA Stränge semikonservativ abläuft. Das bedeutet, dass sich die DNA in zwei Teile aufspaltet und dann verdoppelt wird.

DNA-Replikation Ablauf

Um den Ablauf der DNA-Replikation besser verstehen zu können, wollen wir ihn für dich vorher einmal grob gliedern.

Als Erstes wirst du gleich die Enzyme kennenlernen, die an der Replikation beteiligt sind und noch einmal einen Überblick über die DNA Stränge und ihren Aufbau erhalten.

Danach siehst du die drei Phasen, in denen die DNA-Replikation abläuft. Das ist einmal die Initiation, in der die Doppelhelix aus der Spiralform gelöst wird, der Doppelstrang geöffnet wird und sich die RNA Primer an die Stränge anlagern, die Elongation, in der sich die Tochterstränge bilden und zum Schluss die Termination, die das Beenden des Vorgangs beinhaltet.

DNA Replikation Enzyme und ihre Funktionen

Drei Phasen der DNA-Replikation

Die Replikation ist in Initiation, Elongation und Termination unterteilt.

Bei Eukaryoten (Tiere und Pflanzen) bilden sich entlang der DNA viele Replikationsblasen, die dann aufeinander zulaufen.

Bei Prokaryoten verläuft die Replikation vom Replikationsursprung zum Replikationsende.

Initiation

Grob gesagt wird bei der Initiation der DNA Doppelstrang getrennt und für den Verdopplungsvorgang vorbereitet.

So läuft der Prozess ab:

• Die Topoisomerase entwindet die DNA. Dadurch verliert die DNA ihre Spiralform und nimmt die Form einer Strickleiter an.
• Die Helikase trennt die DNA in ihre Einzelstränge. Der aufgetrennte Bereich wird auch Replikationsgabel genannt. Dabei werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den jeweiligen Basenpaaren (Adenin und Thymin, Guanin und Cytosin) getrennt.
• SSB-Proteine binden zur Stabilisierung an die freien Stellen der Einzelstrangnukleotide. Hierdurch werden die einzelnen DNA-Stränge in ihrer Position gehalten, weil sich die getrennten Basenpaare wieder zueinander hinziehen.

• Im weiteren Verlauf der Initiation werden Startmoleküle benötigt, um die Kopie zu starten. Diese Startmoleküle werden Primer genannt.
• Die Primer sind kurze RNA Stücke, die von der Primase hergestellt werden. Sie werden am 3’Ende angebracht.
• Wichtig ist, dass die RNA anstatt der Base Thymin die Base Uracil enthält.
• Die Einzelstränge, die durch die Helikase entstehen, dienen als Vorlage für die Polymerase. Deshalb nennt man sie auch Matrizen- oder Mutterstrang.

Elongation

Kurz gesagt werden bei der Elongation die neuen Stränge angelagert.

Genauer gesagt passiert es wie folgt:

• Die Polymerasen lesen die DNA immer nur von 3´ nach 5´-Richtung des Mutterstranges. Das führt dazu, dass die Polymerase auf dem Leitstrang kontinuierlich in Richtung Replikationsgabel läuft.

• Da die Helikase in die gleiche Richtung wie die Polymerase bei dem Leitstrang läuft, finden diese beiden Bewegungen also in die gleiche Richtung kontinuierlich statt.

• Daher nennt man die Replikation auf dem Leitstrang auch kontinuierliche Replikation.

Auf dem Folgestrang läuft diese aber weg von der Replikationsgabel. Hier verläuft die Replikation diskontinuierlich.

• Auch hier verknüpft die Polymerase die Nukleotide in 5´ nach 3´-Richtung
• Auf dem Folgestrang werden immer wieder neue Primer befestigt, weil die Helikase auch weiter läuft und somit immer wieder ein neuer freier Strangabschnitt entsteht.
• Die Polymerase verknüpft Nukleotide auf dem Folgestrang immer nur stückweise zu Päckchen (Okazaki-Fragmente)
• Die Ribonuklease H baut die RNA-Primer ab
• Die Lücken werden mit DNA gefüllt
• Die Ligase verbindet alle DNA-Stücke und Okazaki-Fragmente

Termination

Die Termination ist das Ende des Vorgangs. 
Dies ist bei Eukaryoten anders als bei Prokaryoten.

• Die DNA-Replikation endet bei Eukaryoten, sobald zwei Replikationsgabeln aufeinandertreffen
• Es braucht also kein besonderes Signal
• Bei Prokaryoten wird die Termination durch eine spezielle Terminationssequenz ausgelöst
• Durch die kreisförmige Struktur bei prokaryotischer DNA, treffen die Replikationsgabeln am Ende der DNA-Synthese wieder aufeinander (Das geschieht aber nicht an einer zufälligen Region, sondern ist durch eine Terminationssequenz gekennzeichnet)

DNA-Replikation Anwendung

Das Prinzip der Replikation wird in der Biotechnologie in Form der Polymerase-Chain-Reaction (PCR) für alle möglichen Tests genutzt.

Sie erhöht die Menge der nachzuweisenden Strukturen, wodurch das Ergebnis zuverlässiger wird.

Beispiele dafür sind:

• DNA-Tests für Vaterschaftsuntersuchungen
• Tests für verschiedenste Krankheiten

DNA-Replikation Zusammenfassung

• Bei der DNA-Replikation werden DNA-Stränge verdoppelt.

• Der Vorgang geschieht in drei Phasen. Das sind die Initiation, Elongation und Termination.

• Bei der Initiation wird die Doppelhelix aus ihrer Spiralform in eine Strickleiterform gebracht, der DNA-Doppelstrang wird geöffnet und RNA Primer setzen sich an die offenen Stränge an.

• Bei der Elongation werden die neuen Tochterstränge gebildet, in dem durch die DNA Polymerase neue Basen von 5’ zum 3’ Ende hin Basen an die offenen Stränge angefügt werden.

• Die Termination ist das Ende des Vorgangs.