Lernziele
Wenn Sie diese Seite durchgearbeitet haben, sollten Sie wissen
- wie die Replikation der DNA im Prinzip abläuft, vor allem sollten Sie das Prinzip der komplementären Basen verstanden haben,
- dass die Replikation eine matrizengesteuerte Polymerisation ist,
- welche Enzyme bei der Replikation eine Rolle spielen und
- welche Aufgaben diese Enzyme haben.
Watson und Crick haben nicht nur das Doppelhelixmodell aufgestellt, sondern quasi nebenbei auch noch gleich den Replikationsmechanismus entdeckt - hier ein berühmtes Zitat aus ihrer spektakulären Veröffentlichung von 1953 in Nature:
"It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material." [1]
Grundprinzip
Der DNA-Doppelstrang teilt sich am Replikationsursprung in zwei Einzelstränge auf. Natürlich nicht von selbst, sondern mit Hilfe einiger Enzyme. Nun kommen andere Enzyme und heften die fehlenden Nucleotide an die jetzt ungepaarten Basen der Einzelstränge. Dabei spielt das Prinzip der Komplementarität eine wichtige Rolle: Zu jeder Base gibt es eine passende komplementäre Base. Adenin paar sich stets mit Thymin, Guanin stets mit Cytosin. Aber das haben wir ja schon auf der Seite zur Struktur der DNA gesehen.
Anschließend werden die neuen Nucleotide untereinander verbunden, damit ein geschlossener neuer DNA-Strang entsteht - natürlich wieder durch ein Enzym.
Jeder DNA-Einzelstrang wurde auf diese Weise durch die komplementären Basen vervollständigt, so dass am Ende zwei identische DNA-Doppelstränge vorliegen. Bei der Replikation wirkt jeder der beiden Mutterstränge wie eine Matrize, also eine Vorlage zur Herstellung einer Kopie. Daher kann man die DNA-Replikation auch gut als matrizengesteuerte Polymerisation bezeichnen [2].
Das Grundprinzip der DNA-Replikation in stark vereinfachter Weise
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende.
Aber, wie bereits gesagt, das Bild oben verdeutlicht nur das Grundprinzip der DNA-Replikation. In Siehe dazu auch "Replikation im Detail".
Wirklichkeit ist es doch etwas komplizierter mit der DNA-Replikation. Auf der Seite "Replikation im Detail" wird - Sie ahnen es schon - die DNA-Replikation im Detail vorgestellt.
Semikonservative Replikation
Bei der Replikation wird die DNA vorübergehend in zwei Einzelstränge aufgeteilt. Jeder Einzelstrang wird dann durch die neu eingebauten Nucleotide wieder zu einem Doppelstrang vervollständigt. Jeder dieser neuen Doppelstränge besteht dann aus einem vollständigen alten Einzelstrang und einem vollständigen neuen Einzelstrang. Weil jetzt also die Hälfte des Doppelstrangs aus alter DNA besteht, bezeichnet man diese Art und Weise der DNA-Replikation als semikonservative Replikation. Dabei steht das Wort "semi" für "halb" und "konservativ" für "erhaltend", "semikonservativ" heißt also "halb erhaltend", wenn man das Wort unbedingt übersetzen will.
Auf dieser Seite werden ausführlich die Experimente von Meselson und Stahl besprochen. Diese beiden Forscher haben nachgewiesen, dass die DNA-Replikation tatsächlich nach dem semikonservativen Mechanismus erfolgt und nicht nach einem der anderen diskutierten Verfahren.
Quellen:
- J.D. Watson, F.H.C. Crick. Nature, 171 (1953), pp. 964-967
- Alberts, Bruce et al. Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
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