DNA-Replikation – Biologie, Bedeutung, Ablauf

Inhaltsverzeichnis zum Thema DNA-Replikation

DNA-Replikation im Überblick

  • Vor jeder Zellteilung muss die DNA verdoppelt werden: Die Funktion der DNA-Replikation besteht also in der Verdopplung des Erbmaterials.

  • Der Vorgang wird als semikonservative DNA-Replikation bezeichnet.

  • Eine Vielzahl unterschiedlicher Enzyme ist am Vorgang der DNA-Replikation beteiligt.

DNA-Replikation Video

Quelle sofatutor.com

DNA-Replikation – Definition

Einfach erklärt bedeutet die DNA-Replikation die identische Verdopplung der DNA. Dieser Ablauf wird als semikonservative Replikation bezeichnet. Das bedeutet, dass zwei identische DNA-Doppelstränge entstehen. Jeweils ein Strang eines Doppelstrangs stammt dabei von der ursprünglichen DNA und dient als Kopiervorlage für den neu zu bildenden Strang. Der Vorgang der DNA-Replikation wird in drei Phasen unterteilt: Initiation, Elongation und Termination. Gestartet wird an einem definierten Startpunkt (Replikationsursprung). Die DNA-Replikation findet in der Interphase des Zellzyklus statt, bevor die Zelle bzw. der Zellkern sich teilt.

DNA-Replikation – Phasen

Der molekulare Mechanismus der DNA-Replikation wird durch zahlreiche Enzyme bewerkstelligt. Der Start der DNA-Replikation ist der Replikationsursprung. Bevor gestartet wird, muss der DNA-Doppelstrang für die Replikation entspiralisiert und die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren müssen gelöst werden. Die beiden Einzelstränge der DNA dienen dann als Matrize. Die neuen Nukleotide mit den komplementären Basen lagern sich an die jeweiligen Einzelstränge an. Sie können immer nur an das 3’-Ende (drittes Kohlenstoffatom des Zuckers mit freier OH-Gruppe) angefügt werden. Die Leserichtung bei der DNA-Replikation ist also vorgegeben. Der neue Strang wird immer vom 3’-Ende zum 5’-Ende der Matrize synthetisiert. 

In der folgenden Tabelle findest du den Ablauf der einzelnen Replikationsphasen detailliert aufgelistet. Die wichtigsten Enzyme und ihre Funktion bei der DNA-Replikation sind den einzelnen Schritten zugeordnet.

Ablauf der DNA-Replikation Beteiligte Enzyme
Initiation Topoisomerase: Ihre Funktion bei der DNA-Replikation besteht in der Entspiralisierung der DNA-Doppelhelix.
Helikase: Öffnung des Doppelstrangs durch Trennung der Wasserstoffbrückenbindung, diese Stelle wird auch als Replikationsgabel bezeichnet.
Primase: Ihre Funktion besteht in der Bereitstellung der notwendigen Primer (kurzes RNA-Stück) für die DNA-Replikation; die Primer dienen als Startmoleküle am 3’-Ende der Matrize.
Elongation DNA-Polymerase: Synthese neuer Einzelstränge durch Anlagerung der jeweils komplementären Base; Syntheserichtung des neuen Strangs: vom 5’-Ende zum 3’-Ende.

Kontinuierliche DNA-Replikation: am Leitstrang, die DNA-Polymerase arbeitet in die gleiche Richtung wie die Helikase.
Diskontinuierliche DNA-Replikation: am Folgestrang durch Bildung von sogenannten Okazaki-Fragmenten (DNA-Fragmente)
Ligase verbindet die Fragmente der DNA-Replikation am Folgestrang.

Termination Dieser Schritt der DNA-Replikation unterscheidet sich bei Eu- und Prokaryoten:
Eukaryoten: Termination meist automatisch am Ende der linearen DNA-Moleküle
Prokaryoten: definiertes Ende auf ringförmiger DNA gegenüber Startpunkt

Die folgende Abbildung zeigt die DNA-Replikation auf molekularer Ebene im Modell. Es soll dir den Mechanismus der DNA-Replikation näherbringen.

DNA-Replikation

Häufig gestellte Fragen zum Thema DNA-Replikation

Unter Replikation versteht man die identische Verdopplung der DNA vor einer Zellkernteilung (Mitose) im Rahmen des Zellzyklus.

Die DNA-Replikation findet im Zellkern während der Interphase des Zellzyklus vor der Zellkernteilung statt.

Die DNA-Replikation ist ein komplexer Vorgang, an dem mehrere Enzyme beteiligt sind. Man unterscheidet drei Phasen: Initiation, Elongation und Termination.

Die DNA-Replikation muss an einem Strang diskontinuierlich erfolgen, weil die DNA-Polymerase hier entgegengesetzt der Helikase arbeitet. 

Die Topoisomerase entwindet die DNA-Doppelhelix, die Helikase löst die Basenpaare zwischen den beiden Einzelsträngen, die Primase liefert das notwendige Startmolekül (Primer), die DNA-Polymerase synthetisiert die neuen Einzelstränge, die Ligase verbindet DNA-Fragmente am Folgestrang.

Die DNA-Polymerase synthetisiert die neuen Stränge immer vom 5’-Ende zum 3’-Ende.

Die Dauer der DNA-Replikation beträgt zwischen vier und acht Stunden.

Die Topoisomerase entwirrt die helikale Struktur des DNA-Doppelstrangs.