Ein DNA-Molekül ist eine Studie von komplexer Einfachheit. Dieses Molekül ist von entscheidender Bedeutung für die Bildung von Proteinen, die fast 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.
Einstieg
Das Enzym, das die DNA-Replikation katalysiert, wird DNA-Polymerase genannt. Bevor die DNA-Polymerase ihre Arbeit aufnehmen kann, muss ein Ausgangspunkt für die Replikation gefunden und die Doppelhelix aufgespalten und abgewickelt werden. Beide Aufgaben übernimmt das Enzym Helikase. Das Helikase-Enzym findet eine Stelle auf dem DNA-Molekül, die als Replikationsursprung bezeichnet wird, und entpackt den Strang. DNA-Polymerase-Enzyme können dann an die offenen Halbstränge binden. Sobald die DNA-Polymerase zu arbeiten beginnt, bewegt sich die Helikase weiter den Strang hinunter und entpackt dabei das Molekül.
Kopplung
Die Leitersprossen der DNA bestehen aus Nukleotidpaaren. Adenin paart sich mit Thymin, während Guanin mit Cytosin paart. Wenn die Helikase die Stränge öffnet, werden diese Paare gespalten. Um ein neues DNA-Molekül zu bilden, müssen neue Paare für die Stränge gebildet werden. DNA-Polymerase wandert entlang der offenen Stränge und fügt dabei neue Nukleotide hinzu. Jedes Adenin am alten Strang erhält ein neues Thymin, jedes alte Guanin erhält ein neues Cytosin und umgekehrt.
Gut mit anderen zusammenarbeiten
DNA-Polymerase mag die meiste Aufmerksamkeit bei der DNA-Replikation auf sich ziehen, aber ohne zwei andere Enzyme würden die offenen DNA-Stränge ihre Struktur verlieren. Wenn die Helikase das DNA-Molekül spaltet, besteht die Gefahr, dass der Strang wieder in eine enge Spirale schnappt. Um zu verhindern, dass die Stränge zu einem Knäuel werden, dessen Knoten den Replikationsprozess stoppen würden, arbeitet Topoisomerase daran, die Stränge gerade zu halten. DNA-Polymerase benötigt auch ein wenig Hilfe bei der Suche nach einem Anfangspunkt. Tatsächlich kann es ohne die Hilfe von primase seinen Arbeitsplatz nicht finden. DNA-Polymerase kann den Replikationsursprung erst erkennen, wenn Primase an den Startpunkt gebunden hat und einen Primer von acht bis zehn Nukleotiden herstellt. Sobald die DNA-Polymerase den von Primase hergestellten Primer gefunden hat, kann die Arbeit beginnen.
Zusammenführen
DNA-Polymerase funktioniert in die eine Replikationsrichtung reibungslos, in die andere jedoch nicht so gut und benötigt ein anderes Enzym, um dies auszugleichen. Entlang eines Strangs wird das neue DNA-Molekül eine feste Kette neuer Nukleotide sein, aber auf dem anderen Strang, die neuen Nukleotide werden in kurzen Abschnitten mit einem Primer am Anfang jedes erzeugt Segment. Diese Segmente werden Okazaki-Fragmente genannt und benötigen das Enzym Ligase, um sie miteinander zu verbinden.