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Biologie · Molekulare Genetik
Wie die Zelle in der S-Phase ihre DNA semikonservativ verdoppelt: Enzyme und Schritte, Leit- und Folgestrang mit Okazaki-Fragmenten, E. coli im Vergleich mit Eukaryoten und das Ende der Chromosomen mit Telomerase.
In der S-Phase kopiert die Zelle ihre DNA. Jede neue Doppelhelix besteht aus einem alten und einem neuen Strang (semikonservativ).
Eukaryoten nutzen viele Replikationsursprünge, die im Lauf der S-Phase zünden. Von jedem Ursprung läuft die Replikation in beide Richtungen, es entstehen zwei Replikationsgabeln. Bakterien haben ringförmige DNA mit nur einem Ursprung.
Die Stränge sind antiparallel, die Polymerase baut aber nur 5'→3'. Am Leitstrang läuft sie mit der Gabel, am Folgestrang von ihr weg und muss immer wieder neu ansetzen.
| Merkmal | Leitstrang | Folgestrang |
|---|---|---|
| Richtung zur Gabel | hin zur Gabel | weg von der Gabel |
| Synthese | kontinuierlich | in Stücken |
| Primer | ein einziger | immer wieder neu |
Diese kurzen Abschnitte am Folgestrang heißen Okazaki-Fragmente. Jedes beginnt mit einem eigenen Primer; am Ende verbindet die Ligase die Stücke.
Interaktives Modell
Deine AufgabeLass die Gabel laufen und zähle oben die Primer: Warum braucht der Folgestrang immer neue Primer, der Leitstrang aber nur einen?
| Aufgabe | E. coli | Eukaryoten |
|---|---|---|
| Hauptpolymerase | Pol III | Pol ε (Leit), Pol δ (Folge) |
| Primer ersetzen | Pol I | Pol δ |
| Primer setzen | Primase | Primase mit Pol α |
Die DNA der Eukaryoten ist linear. Am Ende des Folgestrangs lässt sich der letzte Primer nicht durch DNA ersetzen, denn davor fehlt das 3'-OH. Der Tochterstrang wird bei jeder Replikation kürzer (End-Replikationsproblem). Ringförmige Bakterien-DNA hat das Problem nicht.
Telomere sind repetitive Sequenzen an den Chromosomenenden (beim Menschen TTAGGG). Sie puffern die Verkürzung, Gene gehen nicht verloren.
Die Telomerase verlängert das überstehende 3'-Ende mit ihrer eigenen RNA als Matrize. Sie ist in Keim- und Stammzellen und vielen Tumorzellen aktiv, in den meisten Körperzellen kaum.
Die Hauptpolymerasen lesen Korrektur: Mit einer 3'→5'-Exonuklease entfernen sie ein falsch eingebautes Nukleotid. → Ausführlich in: Reparatur
Schrittfolge
Deine AufgabeOrdne die Schritte der Replikation (Topoisomerase, Helikase, Primase, DNA-Polymerase, Ligase) und nenne für jedes Enzym seine Teilaufgabe.
Schritt 1 von 6
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeIdentifiziere Leit- und Folgestrang an der Replikationsgabel und begründe mit der 5'-3'-Einschränkung der Polymerase, warum am Folgestrang Okazaki-Fragmente entstehen.
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