Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Die Notwendigkeit, DNA-Stränge zu trennen
- Die Aufgabe der DNA-Helikase
- DNA Replikation
Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist das hochstabile Doppelhelixmolekül, aus dem das genetische Material des Lebens besteht. Der Grund, warum DNA so stabil ist, ist, dass sie aus zwei komplementären Strängen und den Basen besteht, die sie verbinden. Die verdrehte Struktur der DNA entsteht aus Zuckerphosphatgruppen, die durch starke kovalente Bindungen verbunden sind, und aus Tausenden schwächeren Wasserstoffbindungen, die die Nukleotidbasenpaare von Adenin und Thymin bzw. Cytosin und Guanin verbinden.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Das Enzym Helicase kann das fest gebundene DNA-Doppelhelixmolekül trennen und so die Replikation von DNA ermöglichen.
Die Notwendigkeit, DNA-Stränge zu trennen
Diese fest verbundenen Stränge können physisch auseinandergezogen werden, aber sie würden aufgrund ihrer Bindungen wieder zu einer Doppelhelix zusammenfinden. In ähnlicher Weise kann Hitze dazu führen, dass sich die beiden Stränge trennen oder „schmelzen“. Damit sich die Zellen teilen können, muss die DNA repliziert werden. Dies bedeutet, dass es eine Möglichkeit geben muss, die DNA zu trennen, um ihren genetischen Code zu enthüllen, und neue Kopien anzufertigen. Dies wird als Replikation bezeichnet.
Die Aufgabe der DNA-Helikase
Vor der Zellteilung beginnt die DNA-Replikation. Initiatorproteine beginnen, einen Teil der Doppelhelix zu entfalten, fast wie ein Reißverschluss, der geöffnet wird. Das Enzym, das diese Aufgabe übernehmen kann, heißt DNA-Helikase. Diese DNA-Helikasen entpacken die DNA dort, wo sie synthetisiert werden muss. Die Helikasen lösen dazu die Wasserstoffbrückenbindungen der Nukleotidbasenpaare, die die beiden DNA-Stränge zusammenhalten. Es ist ein Prozess, der die Energie von Adenosintriphosphat (ATP) -Molekülen nutzt, die alle Zellen antreiben. Die Einzelstränge dürfen nicht in einen supergewickelten Zustand zurückkehren. Tatsächlich greift das Enzym Gyrase ein und entspannt die Helix.
DNA Replikation
Sobald die Basenpaare von der DNA-Helikase entdeckt wurden, können sie sich nur noch mit ihren komplementären Basen verbinden. Daher liefert jeder Polynukleotidstrang eine Matrize für eine neue, komplementäre Seite. Zu diesem Zeitpunkt startet das als Primase bekannte Enzym die Replikation auf einem kurzen Segment oder Primer.
Im Primer-Segment polymerisiert das Enzym DNA-Polymerase den ursprünglichen DNA-Strang. Es funktioniert in dem Bereich, in dem sich die DNA abwickelt, der Replikationsgabel. Die Nukleotide werden beginnend an einem Ende der Nukleotidkette polymerisiert, und die Synthese erfolgt nur in einer Richtung des Strangs (dem "führenden" Strang). Neue Nukleotide verbinden sich mit den offenbarten Basen. Adenin (A) verbindet sich mit Thymin (T) und Cytosin (C) verbindet sich mit Guanin (G). Für den anderen Strang können nur kurze Stücke synthetisiert werden, die als Okazaki-Fragmente bezeichnet werden. Das Enzym DNA-Ligase tritt ein und vervollständigt den "nacheilenden" Strang. Enzyme "Korrekturlesen" der replizierten DNA und entfernen 99 Prozent aller gefundenen Fehler. Die neuen DNA-Stränge enthalten die gleichen Informationen wie der Elternstrang. Dies ist ein bemerkenswerter Prozess, der ständig in vielen Millionen Zellen abläuft.
Aufgrund ihrer starken Bindung und Stabilität kann DNA nicht einfach von selbst auseinander brechen, sondern erhält genetische Informationen, die an neue Zellen und Nachkommen weitergegeben werden. Das hocheffiziente Enzym Helicase ermöglicht das Aufbrechen des gewaltig gewickelten DNA-Moleküls, so dass das Leben weitergehen kann.