Genetik
DNA (Desoxyribonukleinsäure)
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Was ist die DNA Replikation und wie sieht ihr Ablauf aus? Deine Fragen zur DNA Replikation beantworten wir in unserem Beitrag.%und in unserem Video!

DNA Replikation Ablauf

Den Vorgang der DNA-Verdopplung kannst du als DNA Replikation bezeichnen. Die DNA in allen Zellen muss sich regelmäßig verdoppeln, damit sich die Zellen teilen können. Denn in der DNA sind alle Erbinformationen gespeichert.

Da die DNA in einer Doppelhelix angeordnet ist, muss sie für die Verdopplung zuerst entwunden und in eine einfach Strickleiterform gebracht werden. Der Doppelstrang der DNA kann dann in zwei Einzelstränge aufgeteilt und anschließend jeweils wieder zu einem separaten Doppelstrang ergänzt werden. Die einzelnen Schritte der DNA-Replikation sehen grundsätzlich so aus:

  1. Entwinden der DNA
  2. Spalten des Doppelstrangs
  3. Ergänzung des Leitstrangs
  4. Ergänzung des Folgestrangs

Die DNA Replikation läuft während des Zellzyklus ab, bei dem alle Zellbestandteile verdoppelt werden. Für dich ist es dabei besonders wichtig zu wissen, wie der Ablauf der Replikation aussieht.

Entwinden der DNA

Im ersten Schritt muss die DNA von ihrer ursprünglichen Spiralform in eine offene „Strickleiterform“ gebracht werden. Dafür ist das Enzym Topoisomerase zuständig, das die DNA entwindet. Nun liegt ein DNA-Doppelstrang ohne „Verdrehungen“ vor. Ohne diese Verdrehungen kann die DNA in den weiteren Schritten besser verarbeitet werden.

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Entwindung der DNA durch Topoisomerase

Spalten des Doppelstrangs

Nach dem Entwinden wird der DNA-Doppelstrang in zwei Einzelstränge umgewandelt. Hierfür wird das Enzym Helikase verwendet. Die Helikase spaltet die Bindungen zwischen den gegenüberliegenden Basen des Doppelstrangs wie eine Art Reißverschluss. Dabei entstehen die zwei DNA-Einzelstränge. Die Y-förmige Stelle, an der die Helikase die Bindungen des Doppelstrangs löst, kannst du auch als Replikationsgabel bezeichnen.

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Spalten des Doppelstrangs durch Helikase

Um für den nächsten Schritt zu markieren, wo die Verdopplung beginnen soll, benötigen die Einzelstränge jeweils Startpunkte. Das ist die Aufgabe der sogenannten Primase. Sie stellt am 3′ Ende je eines Einzelstrangs ein Startmolekül namens Primer her. Primer sind RNA-Stücke, die nur aus wenigen Nukleotiden bestehen.

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Anlagerung der RNA-Primer

Ergänzung des Leitstrangs

Nach der Aufspaltung des Doppelstrangs in zwei Einzelstränge (Leitstrang und Folgestrang) kann die Verdopplung der DNA beginnen. An den von der Primase angesetzten Primern setzt sich nun das Enzym DNA-Polymerase an. Die Polymerase lagert an die Nukleotide des Einzelstrangs weitere Nukleotide an. Dabei verbinden sich immer die komplementären Basen der Nukleotide. Die Polymerase kann neue Nukleotide nur an das 3′ Ende des Primers anfügen. Sie arbeitet also immer von 5′ -> 3′ Richtung, in Bezug auf die neu herzustellenden DNA-Stränge. Das führt zu einem Unterschied bei der Verdopplung beider Stränge.

Den Strang, bei dem die DNA-Polymerase in die gleiche Richtung arbeitet wie die Helikase, bezeichnest du als Leitstrang. Beim Leitstrang ist also das 3′ Ende des Primers in Richtung der Replikationsgabel orientiert. Mit dieser geschickten Orientierung kann die DNA-Polymerase den Einzelstrang durchgehend verlängern. Bei Lebewesen mit Zellkern findet diese Verlängerung meistens so lange statt, bis das Ende des DNA-Strangs erreicht ist.

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DNA Replikation Leitstrang

Ergänzung des Folgestrangs

Die Verdopplung des entgegengesetzten Strangs läuft anders ab. Bei diesem sogenannten Folgestrang kann die DNA-Polymerase auch nur von 5′->3′ Richtung arbeiten. Sie setzt dabei wieder an das 3′-Ende der Primer an.

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DNA Replikation Folgestrang

Um hier auch den Einzelstrang zu verdoppeln, muss die Primase immer wieder neue Primer in kleinen Abständen voneinander setzen. So hat die Polymerase immer neue Ansatzpunkte zur Bindung neuer Nukleotide mit komplementären Basen. Die daraus entstehenden, kleinen Abschnitte aus RNA-Primern und DNA-Abschnitten kannst du als Okazaki-Fragmente bezeichnen.

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DNA Replikation Folgestrang

Um nun die verbleibenden RNA-Nukleotide des Primers zu ersetzen, kommt das Enzym RNase H zum Einsatz. Es entfernt die RNA-Primer, sodass eine weitere DNA-Polymerase die Stücke durch DNA-Nukleotide ersetzen kann. Als Letztes verknüpft das Enzym Ligase am Folgestrang die einzelnen Bestandteile miteinander, sodass ein vollständiger DNA-Strang entsteht.

DNA Replikation im Detail

Nun hast du gelernt, wie der Ablauf der DNA-Replikation einfach erklärt aussieht. Wenn du dein Wissen zur Replikation vertiefen willst und unter anderem erfahren möchtest, wie sie sich zwischen Eukaryoten und Prokaryoten unterscheidet, dann schau dir gerne unseren ausführlicheren Beitrag zur Replikation an.

Zum Video: DNA Replikation
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