WAS IST DIE REPLIKATIONSGABEL? - BIOLOGIE - 2025

Die Replikationsgabel ist der Punkt, an dem die DNA-Replikation stattfindet, sie wird auch als Wachstumspunkt bezeichnet. Es ist Y-förmig und während der Replikation bewegt sich die Haarnadel durch das DNA-Molekül.

Die DNA-Replikation ist der zelluläre Prozess, bei dem genetisches Material in der Zelle dupliziert wird. Die Struktur der DNA ist eine Doppelhelix, und um ihren Inhalt zu replizieren, muss sie geöffnet werden. Jeder der Stränge wird Teil der neuen DNA-Kette sein, da die Replikation ein halbkonservativer Prozess ist.

Quelle: Masur basierend auf Gluon (spanische Version von Alejandro Porto)

Die Replikationsgabel bildet sich genau zwischen der Verbindung zwischen der neu getrennten Matrize oder den Matrizensträngen und der Duplex-DNA, die noch nicht dupliziert wurde. Wenn die DNA-Replikation initiiert wird, kann einer der Stränge leicht dupliziert werden, während der andere Strang einem Polaritätsproblem gegenübersteht.

Das für die Polymerisation der Kette zuständige Enzym - die DNA-Polymerase - synthetisiert den DNA-Strang nur in 5'-3'-Richtung. Somit ist ein Strang kontinuierlich und der andere wird diskontinuierlich repliziert, wodurch Okazaki-Fragmente erzeugt werden.

DNA-Replikation und Replikationsgabel

DNA ist das Molekül, das die notwendigen genetischen Informationen für alle lebenden Organismen speichert - mit Ausnahme einiger Viren.

Dieses enorme Polymer, das aus vier verschiedenen Nukleotiden (A, T, G und C) besteht, befindet sich im Kern der Eukaryoten in jeder der Zellen, aus denen das Gewebe dieser Wesen besteht (außer in reifen roten Blutkörperchen von Säugetieren, die fehlen) Ader).

Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, muss sich die DNA replizieren, um eine Tochterzelle mit genetischem Material zu erzeugen.

Einweg- und Zweiwegreplikation

Die Replikation kann unidirektional oder bidirektional sein, abhängig von der Bildung der Replikationsgabel am Ursprungsort.

Logischerweise wird bei der Replikation in eine Richtung nur eine Haarnadel gebildet, während bei der bidirektionalen Replikation zwei Haarnadeln gebildet werden.

Beteiligte Enzyme

Für diesen Prozess ist eine komplexe enzymatische Maschinerie erforderlich, die schnell arbeitet und DNA genau replizieren kann. Die wichtigsten Enzyme sind DNA-Polymerase, DNA-Primase, DNA-Helikase, DNA-Ligase und Topoisomerase.

Beginn der Replikation und Haarnadelbildung

Die DNA-Replikation beginnt an keiner zufälligen Stelle im Molekül. Es gibt bestimmte Regionen in der DNA, die den Beginn der Replikation markieren.

Bei den meisten Bakterien hat das Bakterienchromosom einen einzigen AT-reichen Startpunkt. Diese Zusammensetzung ist logisch, da sie die Öffnung der Region erleichtert (die AT-Paare sind durch zwei Wasserstoffbrücken verbunden, das GC-Paar durch drei).

Wenn sich die DNA zu öffnen beginnt, bildet sich eine Y-förmige Struktur: die Replikationsgabel.

Gabeldehnung und -bewegung

Die DNA-Polymerase kann die Synthese der Tochterkette nicht von Grund auf neu starten. Sie benötigen ein Molekül mit einem 3'-Ende, damit die Polymerase einen Platz zum Polymerisieren hat.

Dieses freie 3'-Ende wird von einem kleinen Nukleotidmolekül angeboten, das als Primer oder Primer bezeichnet wird. Der erste wirkt als eine Art Haken für die Polymerase.

Im Verlauf der Replikation kann sich die Replikationsgabel entlang der DNA bewegen. Der Durchgang der Replikationsgabel hinterlässt zwei Einzelband-DNA-Moleküle, die die Bildung der Doppelband-Tochtermoleküle steuern.

Die Haarnadel kann sich dank der Wirkung von Helikaseenzymen, die das DNA-Molekül abwickeln, vorwärts bewegen. Dieses Enzym bricht die Wasserstoffbrücken zwischen den Basenpaaren und ermöglicht es der Haarnadel, sich zu bewegen.

Beendigung

Die Replikation ist abgeschlossen, wenn die beiden Haarnadeln 180 ° C vom Ursprung entfernt sind.

In diesem Fall sprechen wir darüber, wie der Replikationsprozess in Bakterien abläuft, und es ist notwendig, den gesamten Torsionsprozess des kreisförmigen Moleküls hervorzuheben, den die Replikation impliziert. Topoisomerasen spielen eine wichtige Rolle beim Abwickeln des Moleküls.

Die DNA-Replikation ist halbkonservativ

Haben Sie sich jemals gefragt, wie die Replikation in der DNA erfolgt? Mit anderen Worten, aus der Doppelhelix muss eine weitere Doppelhelix hervorgehen, aber wie passiert das? Für mehrere Jahre war dies eine offene Frage unter Biologen. Es kann mehrere Permutationen geben: zwei alte Stränge zusammen und zwei neue Stränge zusammen oder einen neuen Strang und einen alten, um die Doppelhelix zu bilden.

Diese Frage wurde 1957 von den Forschern Matthew Meselson und Franklin Stahl beantwortet. Das von den Autoren vorgeschlagene Replikationsmodell war das halbkonservative.

Meselson und Stahl argumentierten, dass das Ergebnis der Replikation zwei DNA-Doppelhelixmoleküle sind. Jedes der resultierenden Moleküle besteht aus einem alten Strang (vom Eltern- oder Ausgangsmolekül) und einem neu synthetisierten neuen Strang.

Das Problem der Polarität

Wie funktioniert Polymerase?

Die DNA-Helix besteht aus zwei Ketten, die antiparallel verlaufen: eine in 5'-3'-Richtung und die andere in 3'-5'-Richtung.

Das bekannteste Enzym im Replikationsprozess ist die DNA-Polymerase, die für die Katalyse der Vereinigung der neuen Nukleotide verantwortlich ist, die der Kette hinzugefügt werden. DNA-Polymerase kann die Kette nur in 5'-3'-Richtung verlängern. Diese Tatsache behindert die gleichzeitige Verdoppelung der Ketten in der Replikationsgabel.

Warum? Die Addition von Nukleotiden erfolgt am freien Ende 3 ', wo sich eine Hydroxylgruppe (-OH) befindet. Somit kann nur einer der Stränge leicht durch die terminale Addition des Nukleotids an das 3'-Ende amplifiziert werden. Dies wird als leitender oder kontinuierlicher Strang bezeichnet.

Produktion von Okazaki-Scherben

Der andere Strang kann nicht verlängert werden, da das freie Ende das 5'- und nicht das 3'-Ende ist und keine der Polymerasen die Addition von Nukleotiden an das 5'-Ende katalysiert. Das Problem wird durch die Synthese mehrerer kurzer Fragmente (von 130 bis 200 Nukleotiden) gelöst, jedes in der normalen Replikationsrichtung von 5 'bis 3'.

Diese diskontinuierliche Synthese von Fragmenten endet mit der Vereinigung jedes Teils, einer durch DNA-Ligase katalysierten Reaktion. Zu Ehren des Entdeckers dieses Mechanismus, Reiji Okazaki, werden die kleinen synthetisierten Segmente Okazaki-Fragmente genannt.

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