Replikation

• Topoisomerasen:

  Gyrase und Helikase müssen die spiralisierten 1C- Chromosomen zuerst in einen Zustand versetzen, in dem der Doppelstrang in zwei Einzelstränge gespalten vorliegt.
• die Gyrase (ATP-abhängig) - die Spiralisierung der DNA aufheben

  die Helicase - den Doppelstrang in die beiden Einzelstränge spalten
• nach der Gyrase ist die Spiralisierung aufgehoben, aber die Wasserbrückenbindungen bleiben noch, sie müssen von Helicase abgelöst werden
• Gyrase nennt man auch Topoisomerase 2, weil sie Isomere von DNA macht (aus spiralisierte DNA in gerade DNA, sie sind gleiche Stoffe, aber mit verschiedener Struktur)
• Helicase nennt man auch Topoisomerase 1
• Gyrase braucht ATP
• Nach Spaltung in Einzelstränge dienen Proteine als Abstandhalter zwischen den Einzelsträngen, damit sie sich noch mal miteinander durch Wasserbrückenbindungen nicht verbinden
• Die DNA-Polymerasen können nur in eine Richtung arbeiten
• Der eine Strang (der Leitstrang), der am 3’ Ende der Vorlage beginnt, kann kontinuierlich weiter verlängert werden. Er wird zur Replikationsgabel hin synthetisiert.
• Der andere Strang (der Folgestrang) kann nicht kontinuierlich verlängert werden! Er wird von Replikationsgabel weg synthetisiert und muss immer wieder neu angesetzt werden.
• DNA-Polymerasen können nur an vorhandenen Stränge (z.B. an RNA) weiterbauen
• Die DNA-Polymerasen können die Synthese zudem nicht neu beginnen. Sie können nur einen vorhandenen Nukleinsäurestrang (in unserem Fall an RNA) weiterbauen.
• Die RNA-Polymerasen = Primasen machen ein RNA-Anfangsstücke = Primer und die DNA-Polymerasen 3 baut dann DNA an.
• Da der Folgestrang nicht kontinuierlich verlängert werden kann und immer wieder neu angesetzt wird, entstehen hier sog. Okazaki-Fragmente. Okazaki-Fragmente sind kurz und bestehen aus RNA-Primer und DNA.
• zwischen Okazaki-Fragmenten gibt es noch nicht eine Phosphosäureesterbindung
• Okazaki-Fragmente sind kurz und bestehen aus RNA-Primer und DNA.
• längerer Abschnitt im Leitstrang ist kein Okazaki-Fragmente
• DNA-Polymerase I entfernt RNA-Primer
• Die RNA-Primer müssen entfernt werden und die Lücken müssen mit DNA aufgefüllt werden. Diese Aufgabe hat die DNA-Polymerase I
• Da die DNA- Polymerase I die RNA im ersten Arbeitsschritt entfernt, muss sie auch eine Nuklease sein
• DNA-Polymerase I ist auch Nuklease

  sie ersetzt RNA durch DNA => aber es bleiben immer noch Bruchstücke. diese sind aber keine Okazaki-Fragmente mehr
• Die Ligase verbindet DNA-Fragmente, aber dazu braucht sie ATP
• Die Bruchstücke (DNA-Fragmente) müssen noch mit einander verbunden werden. Die Ligase verbindet (unter ATP-Verbrauch) diese Fragmente zu einem durchgehenden Strang
• Gyrase zum Schluss spiralisiert DNA noch mal und braucht dazu ATP
• Gyrase (Topoisomerase II)

  > Teil der DNA-Replikase (siehe unten)
• Gyrase (Topoisomerase II)

  > ATP-abhängiges Enzym, das den Beginn der semikonservativen Replikation ermöglicht.
• Gyrase (Topoisomerase II)

  > hebt die Spiralisierung an den DNA-Abschnitten, die repliziert werden sollen, auf, damit danach (nach Trennung der betreffende Doppelstrangabschnitte) die beiden Einzelstränge repliziert werden können.
• Gyrase (Topoisomerase II)

  > verdrillt die neu entstandene DNA Stränge zu Spiralen
• Gyrase-Hemmer:

  antibakteriell wirksame Chemotherapeutika - hemmen die Synthese von Desoxynukleinsäuren

  Gyrase gibt es nur in Bakterien, so Gyrase-Hemmer nimmt man als Antibiotik, weil er die Vermehrung von Bakterien stoppt, da es keine Replikation mehr gibt
• Helicase (Topoisomerase I)

  > spaltet den Doppelstrang in die beiden Einzelsstränge
• Helicase (Topoisomerase I)

  > verhindert durch Anbindung von Proteinen an die Einzelstränge, dass diese sich durch Basenpaarung wieder zum Doppelstrang vereinen
• Primase

  > DNA-abhängige RNA-Polymerase
• Primase

  > stellt den Primer (= das RNA-Startstück, den Anfang des Okazakifragments) her
• Primase

  > Es „liest" den entsprechenden DNA-Abschnitt der Vorlage in 3'-5 'Richtung und bindet (entsprechend den Basenpaarungsregeln) die passenden RNA-Nukleotide
• DNA-Polymerase III

  > Enzym, das an RNA-Startstücke (entsprechend den Basenpaarungsregeln) bis zu 2000 DNA-Nukleotide bindet. So entstehen sog. Okazakifragmente (gemischte RNA- DNA-Einzelstränge)
• DNA-Polymerase I

  > Enzym, das die RNA-Nukleotide entfernt und durch DNA-Nukleotide (entsprechend den Basenpaarungsregeln) ersetzt
• DNA-Ligase

  > Enzym, das Nukleotide bzw. DNA-Fragmente (frühere Okazakifragmente)unter ATP-Verbrauch miteinander verknüpft (ATP -> ADP + "P")
• abschließend verdrillt Gyrase die neu entstandene DNA Stränge zu Spiralen