Was bricht eine DNA-Doppelhelix auf?

Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist das hochstabile Doppelhelix-Molekül, das das genetische Material des Lebens umfasst. Der Grund für die Stabilität der DNA ist, dass sie aus zwei komplementären Strängen und den sie verbindenden Basen besteht. Die verdrehte Struktur der DNA entsteht aus Zuckerphosphatgruppen, die durch starke kovalente Bindungen verbunden sind, und Tausende von schwächere Wasserstoffbrückenbindungen, die die Nukleotidbasenpaare von Adenin und Thymin sowie Cytosin und Guanin verbinden, beziehungsweise.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Das Enzym Helicase kann das fest gebundene DNA-Doppelhelix-Molekül trennen, was die Replikation der DNA ermöglicht.

Diese fest gebundenen Stränge lassen sich zwar physikalisch auseinanderziehen, würden sich aber aufgrund ihrer Bindungen wieder zu einer Doppelhelix zusammenfügen. Ebenso kann Hitze dazu führen, dass sich die beiden Stränge trennen oder „schmelzen“. Damit sich Zellen teilen können, muss die DNA jedoch repliziert werden. Dies bedeutet, dass es einen Weg geben muss, die DNA zu trennen, um ihren genetischen Code zu enthüllen und neue Kopien zu erstellen. Dies wird als Replikation bezeichnet.

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 erfüllen kann, wird DNA-Helikase genannt. Diese DNA-Helikasen entpacken die DNA dort, wo sie synthetisiert werden muss. Die Helikasen tun dies, indem sie die Wasserstoffbrückenbindungen des Nukleotidbasenpaares brechen, 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 supercoiled-Zustand zurückkehren. Tatsächlich tritt das Enzym Gyrase ein und entspannt die Helix.

Sobald die Basenpaare von der DNA-Helikase aufgedeckt wurden, können sie sich nur noch mit ihren komplementären Basen verbinden. Daher stellt jeder Polynukleotidstrang eine Matrize für eine neue, komplementäre Seite bereit. An diesem Punkt startet das als Primase bekannte Enzym die Replikation auf einem kurzen Segment oder Primer.

Am Primersegment polymerisiert das Enzym DNA-Polymerase den ursprünglichen DNA-Strang. Es arbeitet in dem Bereich, in dem sich die DNA abwickelt, der als Replikationsgabel bezeichnet wird. Die Nukleotide werden beginnend an einem Ende der Nukleotidkette polymerisiert und die Synthese erfolgt nur in eine Richtung des Strangs (der „führende“ Strang). Neue Nukleotide schließen sich den offenbarten Basen an. 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, und diese werden Okazaki-Fragmente genannt. Das Enzym DNA-Ligase dringt in den „nacheilenden“ Strang ein und vervollständigt ihn. Enzyme „lesen“ die replizierte 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 stattfindet.

Aufgrund ihrer starken Bindung und Stabilität kann die DNA nicht einfach von selbst auseinanderbrechen, sondern bewahrt genetische Informationen, die an neue Zellen und Nachkommen weitergegeben werden können. Das hocheffiziente Enzym Helikase ermöglicht das Aufbrechen des enorm gewundenen DNA-Moleküls, damit das Leben weitergehen kann.