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Ein DNA-Molekül ist eine Untersuchung komplexer Einfachheit. Dieses Molekül ist entscheidend für die Herstellung von Proteinen, die nahezu jeden Aspekt Ihres Körpers beeinflussen, aber nur eine Handvoll Bausteine bilden die Doppelhelix-Struktur der DNA. Bei der DNA-Replikation spaltet sich die Helix auf, um zwei neue Moleküle zu bilden. Obwohl ein Enzym den Replikationsprozess katalysiert, spielen auch mehrere andere Enzyme eine Rolle bei der Bildung eines neuen DNA-Moleküls.
Anfangen
Das Enzym, das die DNA-Replikation katalysiert, heißt DNA-Polymerase. Bevor die DNA-Polymerase ihre Arbeit aufnehmen kann, muss ein Replikationsstartpunkt gefunden und die Doppelhelix gespalten und abgewickelt werden. Das Enzym Helikase erfüllt beide Aufgaben. Das Helikaseenzym findet einen Punkt auf dem DNA-Molekül, der als Replikationsursprung bezeichnet wird, und entzippt den Strang. DNA-Polymeraseenzyme können dann an die offenen Halbstränge binden. Sobald die DNA-Polymerase zu wirken beginnt, bewegt sich die Helikase weiter den Strang hinunter und entzippt dabei das Molekül.
Pairing Up
Die Leitersprossen der DNA bestehen aus Nukleotidpaaren. Adenin paart sich mit Thymin, Guanin mit Cytosin. Wenn Helikase die Stränge öffnet, werden diese Paare aufgeteilt. Um ein neues DNA-Molekül zu bilden, müssen neue Paare für die Stränge hergestellt werden. DNA-Polymerase wandert entlang der offenen Stränge und fügt dabei neue Nukleotide hinzu. Jedes Adenin auf dem alten Strang erhält ein neues Thymin, jedes alte Guanin ein neues Cytosin und umgekehrt.
Gut mit anderen zusammenarbeiten
DNA-Polymerase mag die meiste Aufmerksamkeit bei der DNA-Replikation erhalten, aber ohne zwei andere Enzyme würden die offenen DNA-Stränge ihre Struktur verlieren. Wenn Helikase das DNA-Molekül spaltet, besteht die Gefahr, dass der Strang in eine enge Spule zurückspringt. Um zu verhindern, dass die Stränge zu einem Gewirr werden, dessen Knoten den Replikationsprozess stoppen würden, arbeitet Topoisomerase, um die Stränge gerade zu halten. Die DNA-Polymerase benötigt auch ein wenig Hilfe bei der Suche nach dem Ausgangspunkt. Tatsächlich kann es seine Arbeitsstelle ohne die Hilfe von Primase nicht finden. Die DNA-Polymerase kann den Replikationsursprung nicht erkennen, bis die Primase an den Startpunkt gebunden hat und einen Primer aus acht bis 10 Nukleotiden bildet. Sobald die DNA-Polymerase den von der Primase hergestellten Primer gefunden hat, kann die Arbeit beginnen.
Zusammenführen
Die DNA-Polymerase funktioniert reibungslos in einer Replikationsrichtung, jedoch nicht so gut in der anderen Richtung, und benötigt ein anderes Enzym, um dies auszugleichen. Entlang eines Strangs wird das neue DNA-Molekül eine feste Folge neuer Nukleotide sein, während auf dem anderen Strang die neuen Nukleotide in kurzen Segmenten mit einem Primer am Anfang jedes Segments erzeugt werden. Diese Segmente werden Okazaki-Fragmente genannt und erfordern das Enzym Ligase, um sie miteinander zu verbinden.