Während der S-Phase des Zellzyklus verdoppelt eine Zelle ihre DNA. Dieses Tafelbild zeigt dir in einem einfachen Überblick, was dabei auf molekularer Ebene abläuft und welche Funktionen die beteiligten Enzyme im Prozess haben.
Die Replikation der DNA wird in vier Phasen eingeteilt: Initiation, Elongation, Termination und DNA-Reparatur. Dieses Tafelbild erklärt dir die Funktion der Enzyme, die in den ersten beiden Phasen (Initiation und Termination) beteiligt sind.
Topoisomerase
Die Topoisomerase entwindet die Doppelhelix der DNA, damit sie für die anderen Enzyme zugänglich ist.
Helicase
Die Helicase trennt die Wasserstoffbrücken welche die Basen der Nukleotiden miteinander verbinden.
Einzelstrang bindende Proteine
Die Einzelstrang bindenden Proteine verhindern dass sich zwischen den beiden getrennten Einzelsträngen spontan neue Wasserstoffbrücken ausbilden.
Nachdem die DNA in zwei Einzelstränge unterteilt wurde, wird mit ihnen unterschiedlich verfahren. Während auf dem Leitstrang die DNA Polymerase III von 5’-zu 3’ und somit immer hinter der Helicase her synthetisiert, gestaltet sich der Sachverhalt auf dem Folgestrang etwas komplizierter.
Auch hier synthetisiert eine DNA Polymerase III in 5’- 3’ Richtung, da die DNA jedoch antiparallel verläuft, ist das hier entgegen der Richtung der Helicase. Dadurch muss die DNA Polymerase immer wieder frisch ansetzen und kann nur ein kleines Stück DNA Synthetisieren, bevor sie wieder frisch ansetzen muss.
Dabei kann die DNA Polymerase III nicht einfach irgendwo an der einzelstärngigen DNA beginnen, sondern ist für das Ansetzen auf einen RNA Primer angewiesen, der durch die Primase in regelmässigen Abständen auf dem Folgestrang gesetzt wird.
Das Absetzen und Neubesetzen der Polymerase auf dem Folgestrang hat zwei Konsequenzen. Zum einen Müssen die DNA Fragmente in ihrem Rückgrat (Deoxyribose zu Phosphat) verbunden werden, damit ein lückenloses Rückgrat der DNA entsteht. Andererseits müssen durch eine spezialisierte DNA Polymerase I die verbauten RNA Primer durch identische DNA Nukleotide ersetzt werden, damit die beiden DNA Stränge sich nicht mehr unterscheiden.
Diese Art der DNA Replikation wird als „semikonservativ“ bezeichnet, weil jede Tochter DNA über je einen Einzelstrang der ursprünglichen DNA verfügt. Die DNA Replikation endet sobald das DNA-Stück zu ende ist oder im Falle von zirkulärer DNA sobald die beiden bei der Initiation entstandenen Replikationsgabeln aufeinander treffen.
Anmerkung zu den DNA Polymerasen
Die DNA Polymerasen I & III kommen bei prokaryotischen Organismen vor, dabei ist es jedoch nicht so, dass die Polymerasen nur die hier angegebenen Aufgaben und Funktionen besitzen. Auch das korrigieren von Fehlern und das Reparieren von Schäden in der DNA gehört dazu. In eukaryotischen Organismen ist die Vielfalt an Polymerasen wie auch deren Funktionen noch einmal grösser.
Quelle
Alberts, Molecular Biology of the Cell, Sixth Edition