Mechanismus der DNA-Replikation (erklärt mit Diagrammen)

Mechanismus der DNA-Replikation!

Der gesamte Prozess der DNA-Replikation kann in vielen Schritten diskutiert werden. Diese Schritte erfordern die Verwendung von mehr als einem Dutzend Enzymen und Proteinfaktoren. Während des halbkonservativen Replikationsmodus findet zunächst das Abwickeln der Doppelhelix statt.

Diese beiden Stränge sind leicht zu trennen, da die Wasserstoffbrückenbindungen, die die beiden Stränge halten, im Gegensatz zu anderen chemischen Bindungen sehr schwach sind. Wenn sich diese beiden Stränge voneinander trennen, bildet jeder Teil eines Strangs den komplementären Teil des anderen Strangs.

Zwei Elternstränge trennen sich nicht vollständig, sondern werden beim sogenannten Replikationszweig geöffnet. Demzufolge würde gegenüber A, T, gegenüber C passen; G würde kommen und so weiter. Aufgrund dieses Prozesses würde automatisch eine genaue Nukleotidsequenz gebildet.

Somit findet die Regeneration der DNA-Helix statt, wobei sich ein Strang der ursprünglichen Helix mit frisch gebildetem Komplement kombiniert, um ein doppelsträngiges DNA-Molekül zu bilden. Diese Art der Replikation wurde auch als Zipper-Duplizierung bezeichnet. Die oben diskutierte Art der DNA-Replikation wurde später durch verschiedene Arten von Experimenten bestätigt.

Details zur DNA-Replikation können unter folgenden Überschriften diskutiert werden:

1. Aktivierung von Desoxyribonukleosiden:

Die vier Nukleoside der DNA, dh AMP, GMP, CMP und TMP, befinden sich frei im Kern. Sie alle werden durch ATP aktiviert, um Desoxyribonukleosid-Triphosphatasen zu bilden, die als ATP, GTP, CTP und TTP bezeichnet werden. In diesem Schritt benötigtes Enzym ist Phosphorylase und Schritt wird Phosphorylierung genannt.

2. Anerkennung des Initiationspunktes:

An welcher Stelle der Replikation von DNA-Molekülen sollte beginnen? Ab einem bestimmten Punkt beginnt das Abwickeln des DNA-Moleküls. Dieser spezielle Punkt wird Initiationspunkt genannt. Zur Identifizierung des Initiationspunktes am DNA-Molekül werden spezifische Initiatorproteine ​​benötigt.

In Viren und Prokaryoten wie Bakterien kann es nur einen Replikationsursprung geben. In Eukaryoten mit großen DNA-Molekülen kann es viele Initiationspunkte (Ursprung) der Replikation geben, die schließlich miteinander verschmelzen.

3. Abwicklung des DNA-Moleküls:

Die DNA-Doppelhelix wird durch den Abbau schwacher Wasserstoffbrückenbindungen in einzelne DNA-Stränge aufgespult und aufgewickelt. Das Abwickeln der Helix wird durch Enzymhelikasen unterstützt. Als Topoisomerasen bezeichnete Enzyme schneiden einen DNA-Strang ab und verbinden ihn, um die Trennung der DNA-Helix zu unterstützen.

Wenn zwei stark miteinander verflochtene Seile durch Krafteinwirkung auseinandergezogen werden, werden die beiden Seilstränge automatisch zwischen den Weinen gewechselt, sobald die Krafteinwirkung beendet wird. Wenn einer der Litzen des miteinander verflochtenen Seils durchtrennt wird, wird die Spannung gelindert und zwei Litzen kommen nicht zusammen.

Enzyme wie Topoisomerasen lösen so die Spannung der DNA-Stränge und zwei Helixstränge werden getrennt. Tatsächlich werden durch dieses Entpacken doppelsträngiger DNA-Replikationsblasen gebildet, die sich anschließend als Y-förmige Replikationsgabel erstrecken. Bei Bakterien und vielen DNA-Phagen ist diese Erweiterung bidirektional.

4. Bildung des RNA-Primers:

Die DNA-gerichtete RNA-Polymerase bildet den RNA-Primer. Es ist vergleichsweise einfacher, bereits vorhandene kleine Ketten, sogenannte Primer, die aus DNA-Matrizen gebildet werden, anzufügen (Abb. 6.17). Dies wird durch die s5mthesis eines kurzen Segments des RNA-Primers erreicht.

Dies erzeugt ein 3'-Hydroxylende an der Sequenz der Ribonukleotide, zu dem Desoxyribonukleotide hinzugefügt werden. Der RNA-Primer wird schließlich enzymatisch entfernt, wobei eine Lücke im neu synthetisierten Desoxyribonukleotidstrang verbleibt. Diese Lücke muss ausgefüllt werden.

Bildung neuer DNA-Ketten:

Das Enzym DNA-Polymerase kann die Nukleotide nur in 5'-3'-Richtung polymerisieren. DNA-Polymerase ist für die durch Templat gerichtete Kondensation von Desoxyribonukleotid verantwortlich

Triphosphatasen. Die Synthese eines neuen komplementären Strangs geht vom 3'-OH-Terminus des Primers aus und bewirkt eine Verlängerung oder ein Wachstum in 5'-3'-Richtung.

Da die beiden DNA-Stränge in antiparalleler Richtung liegen, müssen die beiden Stränge durch gegenläufiges Wachstum synthetisiert werden. Die Zugabe von Desoxyribonukleotiden erfolgt durch DNA-Polymerase in Gegenwart von ATP.

Das Enzym synthetisiert einen neuen Strang in einem kontinuierlichen Stück in 5 '-3' Richtung und wird als führender Strang bezeichnet. Auf dem anderen DNA-Strang bildet das Enzym erneut DNA-Fragmente in 5'-3'-Richtung ausgehend vom RNA-Primer.

Der Primer wird mit Hilfe des Primase-Enzyms gebildet. Die kleinen Segmente heißen Okazaki-Fragmente. Sie werden zu einem durchgehenden Tochterstrang zusammengefügt. Mit Hilfe der DNA-Ligase „(Fügen)“ wird dieser Strang als hinterer Strang bezeichnet.

Entfernung von RNA-Primern:

Sobald die kleinen Stücke von Okazaki-Fragmenten gebildet worden sind, wird der RNA-Primer durch die Exonukleaseaktivität der DNA-Polymerase nacheinander vom 5'-Ende entfernt.

Korrekturlesen und DNA-Reparatur:

Die Besonderheit der Basenpaarung gewährleistet eine exakte Replikation. Irgendwie ist es möglich, dass falsche Basen in seltenen Fällen von eins zu 10.000 eindringen. Diese falsch eingeführten Basen können durch die Aktivität der Enzym-DNA-Polymerase entfernt werden.

Sogar die falschen Basen, die durch Mutation in die DNA-Helix eingetragen wurden (entkommen durch den Mechanismus zum Auslesen der DNA-Beweise), können durch Reparaturenzyme identifiziert und korrigiert werden. Diese Reparaturenzyme (z. B. Nukleasen) schneiden das Defektsegment der DNA ab und führen das normale korrekte Segment ein (durch Enzymligase).

Ein weiterer Schaden, der repariert werden kann, ist auf UV-Strahlung zurückzuführen. In solchen Fällen bilden Pyrimidine wie Thymin Thymin-Dimer. Die Bildung eines solchen Dimers blockiert die Replikation. Ein solcher Defekt kann enzymatisch repariert werden, wodurch das defekte TT-Dinukleotid ausgeschnitten wird. Der Defekt wird dann durch enzymatische Insertion des korrekten Nucleotidkomplements erneut angeglichen.