DNA-Replikation

DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem eine Zelle ihre gesamte DNA verdoppelt, um identische Kopien der genetischen Informationen zu erzeugen. Dieser Vorgang ist entscheidend für die Zellteilung, die Entwicklung und das Wachstum von Organismen.

Die DNA-Replikation folgt einem halb-konservativen Modell, bei dem jeder der beiden entstehenden Stränge aus einem Elternstrang und einem neusynthetisierten Strang besteht. Der Prozess besteht aus mehreren Schritten:

  1. Entwindung der DNA: Ein Enzymkomplex namens Helikase trennt die beiden DNA-Stränge, indem er die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen aufbricht. Dadurch entsteht eine Replikationsgabel, an der die Replikation stattfindet.
  2. Primer-Synthese: Ein RNA-Primer wird von der Primase synthetisiert. Der Primer dient als Startpunkt für die DNA-Synthese.
  3. DNA-Synthese: Die DNA-Polymerase synthetisiert die neuen DNA-Stränge in Richtung der entgegengesetzten Replikationsgabel. Die DNA-Polymerase liest den Matrizenstrang und fügt komplementäre Nukleotide zu den wachsenden Strängen hinzu. Dabei werden die Nukleotide über Phosphodiesterbindungen miteinander verknüpft.

Aufgrund der antiparallelen Natur der DNA-Stränge erfolgt die Synthese der beiden Tochterstränge unterschiedlich:

  • Der führende Strang (leading strand): Er wird kontinuierlich in Richtung der Replikationsgabel synthetisiert, da die DNA-Polymerase in der gleichen Richtung wie die sich entwindende DNA voranschreitet.
  • Der verzögerte Strang (lagging strand): Da die DNA-Polymerase nur in 5′-3′-Richtung synthetisieren kann, wird der lagging strand diskontinuierlich synthetisiert. Es werden kurze DNA-Fragmente, die Okazaki-Fragmente, synthetisiert, die durch Lücken getrennt sind. Diese Lücken werden später durch das Enzym DNA-Ligase geschlossen, das die Okazaki-Fragmente miteinander verbindet.
  1. Termination: Der Replikationsprozess endet, wenn die gesamte DNA repliziert wurde. Die replizierten DNA-Stränge werden verdrillt und die DNA wird in ihre chromosomale Struktur zurückgewunden.

Die DNA-Replikation ist ein präziser und hochregulierter Prozess, der sicherstellt, dass die genetische Information zuverlässig auf die Tochterzellen übertragen wird. Fehler während der Replikation können zu Mutationen führen, die genetische Variation und evolutionäre Veränderungen ermöglichen, aber auch zu Krankheiten beitragen können.