Der genetische Code lebender Organismen ist in der DNA der Chromosomen. Das DNA-Molekül ist eine Doppelhelix aus Paaren von Nukleotide, die jeweils aus einer Phosphatgruppe, einer Zuckergruppe und einer Stickstoffbase bestehen. Die Struktur der Nukleotide ist asymmetrisch, dh die beiden Stränge der Doppelhelix-DNA weisen entgegengesetzte Richtungen auf.
Bei der DNA-Synthese während der DNA-Replikation werden die beiden Stränge der Doppelhelix getrennt. Die Replikation kann nur in Vorwärtsrichtung jedes Strangs erfolgen. Dadurch wird ein Strang in Vorwärtsrichtung kontinuierlich kopiert, während der andere in später zusammengefügten Segmenten diskontinuierlich kopiert wird.
Warum die DNA-Stränge eine Richtung haben
Die Seiten der Doppelhelix-DNA-Moleküle bestehen aus Phosphat- und Zuckergruppen während die Sprossen bestehen aus stickstoffhaltige Basen. Konventionell sind die Kohlenstoffatome in den Kohlenstoffketten oder -ringen organischer Moleküle der Reihe nach nummeriert. Die Kohlenstoffatome in den Stickstoffbasen sind mit 1, 2, 3 usw. nummeriert. Um die nummerierten Kohlenstoffatome der Zuckergruppen zu unterscheiden, werden diese Kohlenstoffatome mit einem Strichsymbol nummeriert, d. h. 1', 2', 3' usw. oder ein Strich usw.
Es gibt fünf Kohlenstoffatome in den Zuckergruppen, die von 1' bis 5' nummeriert sind. Das 5'-Atom hat a Phosphatgruppe daran befestigt, während der 3'-Carbon mit einem OH-Gruppe. Um die Seiten der Helix zu bilden, verbindet sich das 5'-Phosphat auf einer Seite der Zuckergruppe mit dem 3'-OH des nächsten Nukleotids. Die Sequenz dieses Strangs ist 5' bis 3'.
Die Sprossen des Helixmoleküls werden aus verknüpften Stickstoffbasen gebildet. Die vier Basen in DNA-Molekülen sind Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin, abgekürzt als A, G, C und T. Die Basen A und T können eine Verbindung bilden, und G und C können eine Verbindung herstellen.
Wenn ein Nukleotid der 5'- bis 3'-Sequenzkette mit einem anderen Nukleotid verknüpft ist, um eine Sprosse zu bilden, hat das andere Nukleotid die entgegengesetzte Phosphat/OH-Sequenz. Dies bedeutet, dass eine Seite der Helix in 5' bis 3'-Richtung verläuft, während die andere Seite in der verläuft 3' bis 5' Richtung.
Diskontinuierliche DNA-Replikation versus kontinuierliche Replikation
Die DNA-Synthese kann nur stattfinden, wenn die beiden Stränge der Doppelhelix getrennt sind. Während der DNA-Replikation bricht ein Enzym die Helix auf und DNA-Polymerase kopiert jeden Strang. Der in 5' nach 3'-Richtung verlaufende Strang wird als führender Strang bezeichnet, während der andere Strang mit einer 3' nach 5'-Sequenz der nacheilende Strang ist.
Die Polymerase kann nur DNA im 5' bis 3' Richtung. Dies bedeutet, dass es den führenden Strang kontinuierlich replizieren kann, während es sich vom Anfangspunkt der Trennung entlang des Strangs bewegt. Um den nacheilenden Strang zu kopieren, muss die Polymerase entlang des Strangs rückwärts bis zum Anfangspunkt der Trennung replizieren.
Die Replikation stoppt dann, bewegt sich den Strang nach oben und bewegt sich wieder zurück zu dem bereits kopierten Segment. Eine Reihe von getrennten DNA-Segment-Kopien, genannt Okazaki-Fragmente werden aus dem Deckstrang hergestellt.
DNA-Ligase
Mit fortschreitender DNA-Replikation wird die DNA-Ligase-Enzym verbindet die Okazaki-Fragmente zu einem durchgehenden Strang. Diese Kombination aus kontinuierlicher Synthese des Leitstrangs und stückweise oder diskontinuierlicher Replikation von der nachlaufende Strang führt zu zwei neuen DNA-Helixen, sobald die Segmente des nachlaufenden Strangs verbunden sind zusammen.
Jede neue Doppelhelix hat einen Elternstrang des ursprünglichen DNA-Moleküls und einen neu replizierten Strang, der von der DNA-Polymerase synthetisiert wird. Wenn die Replikation erfolgreich abgeschlossen ist, gibt es keinen Unterschied zwischen den beiden Kopien der ursprünglichen DNA Molekül, obwohl eines durch kontinuierliche Replikation abgeleitet wurde, während das andere diskontinuierliche DNA enthielt Reproduzieren.