thieme-via-medici-logo
  • Menü
  • Anmelden
thieme-via-medici-logo
Navigation
Biochemie

  • Kohlenhydrate
  • Oxidation von Brennstoffmolekülen
  • Lipide
  • Cholesterin und Lipoproteine
  • Aminosäuren, Peptide, Proteine
  • Enzyme und Enzymkinetik
  • Vitamine, Coenzyme, Spurenelemente
  • Ernährung und Verdauung
  • Hormone
  • Stoffwechsel der einzelnen Organe
  • Blut
  • Immunsystem
  • Molekularbiologie
    • Nucleotide und Nucleinsäuren
    • DNA-Replikation, DNA-Reparatur und Mutationen
      • Ursachen und Arten von Mutationen V
      • DNA-Reparatur V
      • DNA-Replikation V
        1. Steckbrief
        2. Einführung
        3. Prinzip der Replikation
        4. Phasen der Replikation
        5. Hemmstoffe der DNA-Replikation
        6. IMPP-Fakten im Überblick
    • Transkription und RNA-Prozessierung
    • Translation, Proteinfaltung und -Modifikation
    • Molekulare Onkologie
    • Gentechnik und Analyse von Nucleinsäuren
  • Zellbiologie

DNA-Replikation

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 29 min
  • alles schließen

Steckbrief

Essenzielle Grundlage für das Leben auf der Erde ist die Fähigkeit zur Weitergabe genetischer Information von Eltern- an Nachkommenzellen. Diese Art der Informationsübertragung erfordert zunächst jedoch eine exakte Vervielfältigung des elterlichen Genoms als Träger der Erbinformation, die als DNA-Replikation bezeichnet wird.

Die DNA wird nach dem semikonservativen Prinzip repliziert und von spezifischen Enzymen, den DNA-Polymerasen, durchgeführt. Die DNA-Synthese erfolgt bei Eukaryoten in der Regel nur in der S-Phase des Zellzyklus. Man unterteilt die DNA-Replikation in 3 Phasen:

  • Initiationsphase: Am Replikationsstartpunkt wird die Doppelhelix zu Einzelsträngen entwunden und es entsteht eine Replikationsblase mit 2 Replikationsgabeln.

  • Elongationsphase: Da DNA-Polymerasen ein freies 3'-OH-Ende benötigen, an das zum Matrizenstrang komplementäre Desoxynucleotide geheftet werden können, wird an beiden Matrizensträngen zunächst von einer Primase ein RNA-Primer synthetisiert, der dieses 3'-OH-Ende zur Verfügung stellt. Die antiparallele Orientierung der beiden parentalen DNA-Stränge und die Eigenschaft der DNA-Polymerasen, nur in 5'-3'-Richtung zu replizieren, führen zu unterschiedlichen Replikationsmechanismen an den Matrizensträngen: Der Leitstrang wird mit nur einem RNA-Primer in der Initationsphase kontinuierlich (in Richtung der wandernden Replikationsgabel) hergestellt. Der Folgestrang entsteht dagegen diskontinuierlich (von der Replikationsgabel weg). Für seine Synthese werden daher immer wieder neue Primer in der Nähe der Replikationsgabel benötigt und er besteht zunächst nicht aus einem durchgehenden DNA-Strang, sondern aus sogenannten Okazaki-Fragmenten.

  • Terminationsphase: Wie die Replikation genau beendet wird, ist bei Eukaryoten noch recht unbekannt. Am Folgestrang werden jedoch die RNA-Primer durch DNA ersetzt und die Lücke im Zucker-Phosphat-Rückgrat geschlossen.

Dem Problem, dass sich die Chromosomenenden (Telomere) der Eukaryoten in jeder Replikationsrunde verkürzen (Endreplikationsproblem), da die Lücke, die die äußersten Primer hinterlassen, nicht aufgefüllt werden kann, begegnen einige Zellen mit dem Enzym Telomerase. Die Telomerase enthält neben dem Proteinanteil auch RNA. Mithilfe dieser RNA, deren Nucleotidsequenz teilweise komplementär zu den Telomeren ist, werden die Telomere verlängert.

Antibiotika, Zytostatika und auch Virostatika können die DNA-Replikation hemmen. Sie wirken über unterschiedliche Mechanismen, z.B.:

  • Hemmung der bakteriellen Topoisomerase

  • kovalente Bindung an die DNA und Ausbildung von Quervernetzungen oder sterischen Behinderungen

  • Einbau in die DNA führt zu einem Kettenabbruch

Image description
Stark vereinfachtes Modell der Replikationsgabel von Prokaryoten

Bei Prokaryoten wird die DNA von der DNA-Polymerase III synthetisiert. Sie folgt der Helikase, die die beiden Stränge der Doppelhelix fortlaufend entwindet und Einzelstränge bereitstellt. Auftretende Spannungen werden von der Topoisomerase II (Gyrase) beseitigt. Am Leitstrang wird die DNA kontinuierlich in Richtung der wandernden Replikationsgabel hergestellt, am Folgestrang erfolgt die Synthese diskontinuierlich von der Replikationsgabel weg. Für die Synthese des Folgestrangs synthetisiert die Primase in der Nähe der Gabel beständig neue Primer, die von DNA-Polymerase III verlängert werden. Die Primer werden von der DNA-Polymerase I entfernt und die Lücke mit Nucleotiden aufgefüllt.

(Quelle: Nordheim, Knippers, Molekulare Genetik, Thieme, 2018)
    Abbrechen Speichern

    Einführung

    Bei der Replikation der DNA wird durch DNA-Neusynthese eine exakte Kopie der gesamten DNA erstellt. Diese Verdopplung findet während der Synthesephase (S-Phase) des Zellzyklus statt, also bevor die Zelle in die Mitose eintritt. Durch die Replikation entstehen aus den Ein-Chromatid-Chromosomen Chromosomen mit 2 Chromatiden, die in der Mitose auf die beiden Tochterzellen verteilt werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die beiden Tochterzellen nach der Zellteilung die gleiche genetische Information wie die Mutterzelle enthalten.

    Um die gesamte DNA in kurzer Zeit replizieren zu können, wird bei Eukaryoten und somit auch beim Menschen die DNA ausgehend von zahlreichen definierten Orten eines DNA-Moleküls, den (origins of replication, ori), synthetisiert. Die Replikation des Kerngenoms von Eukaryoten erfolgt , d.h., an einem Startpunkt entstehen 2 Replikationsgabeln (s.u.), die sich während der Replikation voneinander entfernen.

    Image description
    Die Pyrimidinbasen Cytosin, Thymin und Uracil

    Pyrimidinbasen bestehen aus einem einzelnen Ring mit 2 N-Atomen. Zidovudin (Azidothymidin) ist ein Derivat des Nucleosids Thymidin.

    (Quelle: Endspurt Biochemie 3, Thieme, 2020)
    Image description
    Strukturformeln der NRTI

    (aus Bönisch et al., Duale Reihe Pharmakologie und Toxikologie, Thieme, 2016)
      Abbrechen Speichern
      paywall image

      Erfolgreich in jeder Prüfung! Mit via medici, der Lernplattform von Thieme

      Individuelle Lerntiefen mit Speed Mode für jedes Lernmodul
      Kreuze die passenden IMPP-Fragen je Lernmodul
      Vertiefe dein Wissen in über 120 Thieme Lehrbüchern
      Ergänze dein Wissen mit Lernkursen und Lernplänen

      IMPP-Fakten im Überblick

      Voriger Artikel
      DNA-Reparatur
      Nächster Artikel
      Transkription: Grundlagen

      DNA-Replikation

      Fallbeispiele zum Thema

      Das Thema in der via medici Bibliothek

      Zeige Treffer in „Biochemie des Menschen“
      Zeige Treffer in „Molekulare Genetik“
      Zeige Treffer in „Taschenlehrbuch Biologie: Mikrobiologie“
      Zeige Treffer in „Kurzlehrbuch Biochemie“
      Zeige Treffer in „Taschenlehrbuch Biologie: Genetik“
      Springe in „Biochemie des Menschen“ direkt zu:
      Bakterielle DNA-Replikation

      Bakterielle DNA Replikation Biochemie des Menschen Molekularbiologie Genetik der Bakterien und Viren Bakterien Genetik der Bakterien Bakterielle DNA Replikation Bakterielle DNA Replikation Replikation bakterielle Da Bakterien nur über ein relativ kleines Genom verfügen kommen sie auch mit nur einem ...

      DNA-Replikation

      DNA Replikation Biochemie des Menschen Molekularbiologie Replikation Schäden und Reparatur DNA Replikation DNA Replikation Desoxyribonukleinsäure DNA Replikation Die Replikation lat replicare wiederholen unseres Erbgutes findet in der Synthesephase S Phase des Zellzyklus statt Begonnen wird die Repl...

      Hemmstoffe der DNA-Replikation

      Hemmstoffe der DNA Replikation Biochemie des Menschen Molekularbiologie Genetik der Bakterien und Viren Bakterien Grundlagen der Antibiotika Therapie Auf genetischer Ebene wirkende Antibiotika Hemmstoffe der DNA Replikation Hemmstoffe der DNA Replikation Replikation Hemmstoffe Hier greifen die bakte...

      Vernetzung mit weiteren Modulen

      zuletzt bearbeitet: 02.01.2023
      Fachlicher Beirat: Dr. rer. nat. Roland Netzker, 28.06.2022
      Lerntools
      • standard
        kurz gefasst
        standard
        vertieft

      • Navigation
      • Home
      • Datenschutz
      • Verbraucherinformationen
      • Nutzungsbedingungen
      • Kontakt
      • FAQ
      • Impressum
      • Cookie-Einstellungen
      • © 2023 Georg Thieme Verlag KG
      Du hast noch keine Fragen zu diesem Modul falsch beantwortet