Die DNA-Replikation ist ein fundamental wichtiger Vorgang für das Leben. Es handelt sich um den Prozess, bei dem eine DNA-Doppelhelix ihre originale DNA in zwei identische Kopien repliziert. Dies ist der entscheidende Schritt für die Zellteilung und die Übertragung des genetischen Materials von Eltern auf Nachkommen. In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Schritte der DNA-Replikation genauer betrachten und verstehen, wie dieser komplexe Prozess abläuft.

1. Helikase öffnet die DNA-Doppelhelix

Die DNA besteht aus zwei Strängen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind und eine charakteristische Doppelhelixstruktur bilden. Um die Replikation zu starten, muss die Helikase die Wasserstoffbrückenbindungen aufbrechen und die beiden Stränge voneinander trennen. Dies schafft eine Replikationsgabel, an der die Synthese neuer DNA-Stränge stattfinden kann.

2. DNA-Polymerase synthetisiert neue DNA-Stränge

Sobald die DNA-Doppelhelix geöffnet ist, beginnt die DNA-Polymerase, die neuen DNA-Stränge zu synthetisieren. Es gibt zwei DNA-Polymerasen, die in diesem Prozess eine Rolle spielen: die DNA-Polymerase III und die DNA-Polymerase I.

Die DNA-Polymerase III ist das Hauptenzym, das die DNA repliziert. Sie addiert neue Nukleotide in der Mitte eines bestehenden DNA-Strangs und fügt sie nach dem Komplementaritätsprinzip hinzu. Beim Replikationsprozess hat sie die Fähigkeit zur Exo- und Endonuklease-Aktivität, um das fehlerhafte oder beschädigte Nukleotid zu entfernen und durch das korrekte Nukleotid zu ersetzen.

Währenddessen spielt die DNA-Polymerase I eine Nebenrolle und ist für die Reparatur und Entfernung der RNA-Primer verantwortlich, die während der Synthese der DNA hergestellt wurden.

3. Primer-Synthese durch Primase

Bevor die DNA-Polymerase starten kann, benötigt sie einen Startpunkt. Dieser Startpunkt wird durch eine RNA-Primer-Sequenz markiert, die von der Primase synthetisiert wird. Die Primase setzt an der replizierten DNA-Matrize an und fügt den RNA-Primer hinzu. Dieser Primer dient als Ausgangspunkt für die DNA-Polymerase, um den Aufbau der neuen DNA-Stränge zu starten.

4. Verbindung der DNA-Fragmente durch DNA-Ligase

Der Replikationsprozess erzeugt kurze DNA-Fragmente entlang des replizierten DNA-Strangs, die als Okazaki-Fragmente bezeichnet werden. Diese entstehen aufgrund der diskontinuierlichen Natur des replizierenden Mechanismus auf einem der DNA-Stränge. Um die Okazaki-Fragmente zu verbinden und eine kontinuierliche DNA-Doppelhelix zu bilden, kommt die DNA-Ligase ins Spiel. Sie verbindet die Fragmente, indem sie die Phosphodiesterbindung wiederherstellt und eine lückenlose DNA-Struktur erzeugt.

Fazit

Die DNA-Replikation ist ein komplexer Prozess, der für den Erhalt des genetischen Materials und die Zellteilung unerlässlich ist. Durch die Helikase wird die DNA-Doppelhelix geöffnet und die DNA-Polymerase synthetisiert neue DNA-Stränge anhand der vorhandenen Matrize. Die Primase erzeugt die RNA-Primer, um den Startpunkt für die DNA-Replikation zu markieren, und die DNA-Ligase sorgt für die Verbindung der Fragmente. Gemeinsam ermöglichen diese Prozesse die Bildung von zwei identischen DNA-Doppelhelices, die als genetische Informationen an die Tochterzellen weitergegeben werden.