Polymerase III bildet Schleife

...komplette Frage anzeigen

1 Antwort

Hi Slikey,

Fangen wir mal von vorne an: Damit die Replikation starten kann, muss am bakteriellen Replikationsursprung ori (origin of replication) ein Protein binden, das sich Initiator nennt. Der Replikationsursprung ist so aufgebaut, dass er 5 Bindestellen für diesen Initiator besitzt, sowie 3 weitere Stellen, die sich leicht entwinden und öffnen lassen, damit die Replikation dort starten kann. Das bakterielle Initatorprotein heißt "DnaA" und bindet an seine Bindungsstelle am ori. Hat DnaA außerdem ATP gebunden, kann er die DNA an der zuvor beschriebenden leicht zu entwindenden Stelle über ca. 20 Basenpaare öffnen. Er rekrutiert außerdem zwei Helicase-Lader (DnaC) und die an diesen gebundenen Helicasen (DnaB). Die Helicase-Lader laden die Helicasen dann auf die voneinander getrennten Einzelstränge und aktivieren sie.

Jede Helicase assoziiert mit einer Primase, die dann die Primer synthetisiert, und bewegt sich dann ATP-getrieben auf den Einzelsträngen in entgegengesetzte Richtungen entlang und entwindet die Stränge zu beiden Seiten, sodass eine Replikationsblase entsteht. Ist diese groß genug, tritt ein sog. DNA-Polymerase III Holoenzym hinzu, ein großer Proteinkomplex aus mehreren Untereinheiten, der unter anderem aus einem Klammerlader (clamp loader), zwei vermittelnden τ-Proteinen (griechisch: tau) und zwei Exemplaren der eigentlichen Polymerasen (DNA-Polymerase III Kernenzym) besteht. Die τ-Proteine verbinden in diesem Komplex den Klammerlader mit den Pol III-Kernenzymen und können auch Kontakt zur Helicase aufnehmen.

An den Klammerlader bindet eine sog. Gleitklammer (sliding clamp), die dafür da ist, die Prozessivität der Pol III zu erhöhen, in dem sie an die Pol III bindet und verhindert, dass diese von der DNA abdissoziiert (also sich von ihr löst und wegdiffundiert). Die Gleitklammer ist ein Ring, der die DNA hinter der Pol III umschließt. Durch die Klammer kann die Pol effizient mehrere tausend Nucleotide anhängen, ohne die Synthese zu unterbrechen.

Der Klammerlader des Holoenzyms erkennt die Primer und lädt die Gleitklammer auf diese Primer. Das Pol-III Kernenzym des Leitstrangs bindet dann an die Klammer und kann die Strangsynthese aufnehmen. Das passiert natürlich auf beiden Seiten der Replikationsblase.

DIe Helicase schreitet relativ langsam fort, sodass sie von dem Holoenzym eingeholt wird. Das Holoenzym kann dann über die τ-Proteine Kontakt mit der Helicase aufnehmen, wodurch deren Effizienz deutlich erhöht wird (wenn ich mich nicht irre, um den Faktor 10). Erst jetzt können die Stränge effizient repliziert werden.

Von Zeit zu Zeit assoziiert die Primase mit der Helicase und synthetisiert die Primer für die Folgestränge (durch Bindung an die helicase wird deren Effizienz ebenfalls deutlich erhöht). Erst wenn also die Replikationsgabel vorangeschritten ist und sich der erste Primer auf dem Folgestrang gebildet hat, kann mit der Synthese des ersten Okazaki-Fragments begonnen werden. Hier passiert das gleiche: Der Klammerlader lädt eine Klammer auf den Primer, das zweite Pol-III Kernenzym des Holoenzyms kann mit dieser assoziieren und die Folgestrangsynthese aufnehmen.

Da dies nur in 5'--3' Richtung geht, muss beim Folgestrang eine Schleife gebildet werden. In deinem Bild wird der Folgestrang dazu von unten in das Kernenzym hineingezogen, sodass es das Okazakti-Fragment vollendet. Dazu bildet sich hinter dem Pol III Kernenzym und zwischen der Helicase eine Schleife aus, die immer größer wird - einerseits, weil der Strang von unten rechts hineingezogen wird, andererseits, weil sich die Schleife aufgrund der Helicaseaktivität verlängert (deswegen bezeichnet man das ganze als Posaunenmodell). Das vergrößern dieser Schleife zwischen Helicase und Pol III Kernenzym ist in deinem Bild nicht dargestellt.

Ist das Okazaki Fragment vollendet, verringert sich die Affinität des Pol III-Kernenzyms für den Strang, sodass sich dieser mitsamt der Klammer ablöst. Der Klammerlader kann dann eine neue Klammer auf den Folgestrang-Primer Laden, und der gesamte Prozess wiederholt sich.

Das DNA-Pol III Holoenzym ist also ein riesiger Proteinkomplex, der zur Koordination der Arbeit der Pol III Kernenzyme dient und alle Komponenten dicht beieinander hält und somit die Effizienz maximiert.

Das Holoenzym arbeitet aber nicht alleine: Hinzu kommen Einzelstrangbindeproteine (SSB), die die EInzelstränge nach der Trennung stabilisieren, die Gyrase (eine Topoisomerase), das die positiven Supercoilings vor der Replikationsgabel abbaut, die zwangsläufig beim Entwinden der Stränge durch die Helicase entstehen, sowie die Ligase, die die Okazaki Fragmente letztendlich verknüpft, eine RNase, die die RNA-Primer abbaut und die DNA-Polymerase I, die die Lücken dieser Primer wieder auffüllt.

Die ganze Replikationsfabrik nennt sich Replisom

Wenn du noch Fragen hast, dann meld dich ruhig :P

mfg

Okay, also mal rein aus Neugierde: Hast Du zufällig Biochemie oder Molekularbiologie studiert? Was Du hier schreibst ist wirklich wunderbar ins Detail verfasst und erklärst es super. Danke schonmal dafür. Ich werde mir nochmal die genauen Prozesse durch den Kopf gehen lassen und morgen bekommst Du dann deinen Stern ;)

0

Was möchtest Du wissen?