Unsere Zellen verändern sich ständig aufgrund einer Reihe von Ereignissen, die während der Phasen des Zellzyklus stattfinden. Zu diesen Vorgängen gehört die DNA-Replikation, die für die Zellerneuerung unerlässlich ist.
Was ist Zellerneuerung?
Zellerneuerung ist die Fähigkeit der Zellen, sich zu vermehren und identische Zellen zu produzieren, um die ursprünglichen zu ersetzen. Dieser Prozess ist für die Erhaltung unserer Zellen verantwortlich und ist ein ständiger Prozess.
Einer derSchlüsselschritte dieses Prozesses ist dieReplikation der DNA, bei der die Zelle ihre Zellmaschinerie darauf vorbereitet, eine exakte Kopie ihres gesamten genetischen Materials herzustellen.
Wie läuft die DNA-Replikation in menschlichen Zellen ab?
Menschliche Zellen gehören zur Gruppe der eukaryotischen Zellen. Diese Zellen enthalten eine lineare DNA in Form einer Doppelhelix. Die Doppelhelix besteht aus zwei komplementären DNA-Strängen, die durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind. Die beiden Stränge haben entgegengesetzte Richtungen, so dass sich ein Strang in 5'-> 3'-Richtung (führender Strang) und der andere in 3'-> 5'-Richtung (nachlaufender Strang) befindet.
Um eine DNA-Kopie zu erstellen, müssen die folgenden Ereignisse stattfinden:
- Die zelluläre Maschinerie muss in der Lage sein, das Innere der Doppelhelix zu erreichen, um die Informationen zu lesen, die wir kopieren wollen. Zu diesem Zweck bricht das Enzym Helicase die Wasserstoffbrücken, die die beiden DNA-Stränge zusammenhalten, auf und erzeugt eine Art Blase, die Replikationsgabel.
- Um die Spannung in den DNA-Strängen zu lösen, die durch die Supercoiling-Struktur der Doppelhelix entsteht, schneidet die Topoisomerase das Fragment des zu replizierenden DNA-Strangs und klebt es wieder zusammen. Wir könnten uns eine Struktur vorstellen, die für das Abwickeln der Doppelhelix zuständig ist.
- Die SSB-Proteine binden an den DNA-Strang, um ihn zu stabilisieren und zu verhindern, dass er sich wieder an seinen Komplementärstrang anlagert, da dies die DNA-Replikation verhindern würde.
- Das Enzym Primase erzeugt ein komplementäres RNA-Fragment (Primer) zu dem zu replizierenden DNA-Fragment. Dieses Fragment ist notwendig, damit die DNA-Replikation beginnen kann. Der Primer erzeugt ein freies 3'-OH-Ende, an das sich das für das Kopieren der Information zuständige Enzym, die DNA-Polymerase, bindet.
- DNA-Polymerasen binden an das freie 3'-OH-Ende des Primers und fügen komplementäre Nukleotide an den DNA-Strang an, den sie kopieren.
DNA-Polymerasen arbeiten nur in 5' -> 3'-Richtung. Für praktische Zwecke bedeutet dies, dass im Falle des führenden Strangs ein einziger Primer ausreicht, damit die DNA-Polymerasen ihre Arbeit erledigen können, während der nacheilende Strang mehrere Primer benötigt, um den gesamten Strang zu replizieren.
Dabei entstehen Fragmente der replizierten DNA auf dem zurückbleibenden Strang, die sogenannten Okazaki-Fragmente. Im Falle des zurückbleibenden Strangs ist die Funktion des Enzyms Ligase, das für das "Zusammenkleben" dieser Fragmente verantwortlich ist, notwendig, um die Replikation abzuschließen.
