Wie funktioniert das bei der Replikation?

Hallo!

Ich hab es eigentlich schon kapiert, nur an einer Stelle habe ich in Verschiedenen Aufschrieben Verschiedene Dinge stehen.

Beim Antisense-Strang (3'-->5'):
An was bindet die DNA-Polymerase um die Basen innerhalb der einzelnen Okazaki-Fragmente zu verbinden?
Ist es ein RNA oder ein DNA Primer? Und wie werden diese Primer wieder gelöst?
Ich hab einmal RNAasen und einmal Primerasen stehen, bin mir aber nicht mal sicher, ob es Primerasen überhaupt gibt, wir hatten sonst nie etwas davon.

Danke schonmal im Voraus für eure Hilfe! (Sorry, wenn's RS gibt, aber ich glaube ihr wisst immer, was ich meine ;) )

Answer 1

[DedeM]

Moin,

es gibt die Primase.

Das ist eine spezielle RNA-Polymerase, die kurze Nukleotidsequenzen erzeugt und in Form von sogenannten Primern an die geöffneten DNA-Stränge ansetzt.

Das ist nötig, weil die eigentliche DNA-Polymerase nur an bereits vorhandenen Nukleotiden ansetzen kann, um dann in 3'→5'-Richtung zu wandern und hinzukommende Nukleotide zu verknüpfen.

Da dies nur in einer Richtung kontinuierlich erfolgen kann, unterscheidet man einen Leitstrang (bei dem nur einmal ein Primer gesetzt werden muss, wonach die die DNA-Polymerase kontinuierlich mit der Helicase mitläuft) und einen Folgestrang (bei dem die DNA-Polymerase im Grunde von der Helicase weg läuft, so dass hier immer wieder neue Primer gesetzt werden müssen und am Ende zunächst unverbundene Okazaki-Fragmente entstehen).

Ganz zum Schluss gibt es dann noch einmal spezielle Polymerasen, die die Primer (RNA-Sequenzen!) gegen DNA-Sequenzen austauschen.

Die Okazaki-Fragmente des Folgestrangs werden schließlich noch von einem Enzym namens DNA-Ligase miteinander verbunden.

Hier noch einmal ein Überblick der beteiligten Enzyme:

Topoisomerase:
entwindet die Doppelhelix und lockert die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen. 

Helicase:
spaltet lokal die entwundenen und gelockerten DNA-Einzelstränge

Primase:
versieht die Basen an den getrennten Einzelsträngen mit einer speziellen Nukleotidsequenz, die als Primer („Zünder”; RNA-Sequenz) bezeichnet wird und als Andockstelle für die DNA-Polymerase dient.
Für den Leitstrang muss die Primase nur einmal einen Primer ansetzen (danach erfolgt die Nukleotidanbindung kontinuierlich); für den Folgestrang setzt die Primase dagegen immer wieder Primer, weil hier immer nur kurze Nukleotidsequenzen – die Okazaki-Fragmente – gebildet werden können (diskontinuierlicher Strang).

DNA-Polymerasen:
es gibt verschiedene DNA-Polymerasen: bei Bakterien kennt man die Polymerasen I, II und III, bei Eukaryoten findet man die α-, β-, γ-, δ- und ε-Polymerase

Prokaryoten

DNA-Polymerase I
• setzt sich als erste an einen freien Matrizenstrang.
• kann angefügte Nukleotide verknüpfen, aber Synthesestränge nicht beginnen (darum ist ein Primer nötig).
• bildet mit der Primase einen Enzymkomplex, durch den die eigentliche Replikation gestartet wird.
• löst sich nach der Verknüpfung weniger Nukleotide wieder und macht der DNA-Polymerase III Platz

DNA-Polymerase II
• repariert später unpassende Nukleotide, die fälschlich eingebaut wurden, und tauscht die RNA-Primer gegen entsprechende DNA-Nukleotide aus

DNA-Polymerase III
• ist die „eigentliche“ Replikations-Polymerase
• läuft in 3→5'-Richtung am Matrizenstrang lang (synthetisiert also nur in 5'→3'-Richtung); darum kann nur der sogenannte Leitstrang kontinuierlich repliziert werden, während am anderen, dem sogenannten Folgestrang, die passenden Basen nur stückweise verknüpft werden können, was dort zu sogenannten Okazaki-Fragmenten führt.
• benötigt am Matrizenstrang für die Bildung des Folgestrangs immer wieder neue Primer

Eukaryoten

α-DNA-Polymerase
• setzt sich als erste an den Primer und beginnt mit der Tochterstrangsynthese.
• löst sich kurz danach wieder von den Strängen und ihren Platz nehmen dann für die Bildung des Leitstrangs die δ-Polymerase und für die Bildung des Folgestrangs die ε-Polymerase ein.
• tauscht am Ende die RNA-Primer gegen entsprechende DNA-Nukleotide aus

β-DNA-Polymerase
• tauscht falsch eingebaute Nukleotide aus (repariert Fehler in der Nukleotidfolge)

DNA-Polymerasen δ und ε
• können angefügte Nukleotide verknüpfen, aber Synthesestränge nicht beginnen (darum sind Primer sowie die Vorschaltung der α‑DNA-Polymerase nötig).
• laufen am Matrizenstrang nur in 3'→-5'-Richtung (synthetisieren dementsprechend nur in 5'→3'-Richtung); darum kann lediglich der sogenannte Leitstrang kontinuierlich repliziert werden, was die δ‑DNA-Polymerase übernimmt; der Folgestrang wird von der ε‑DNA-Polymerase nur stückweise durch passende Basen gebildet, was dort zu sogenannten Okazaki-Fragmenten führt.
• die ε-DNA-Polymerase benötigt am Folgestrang immer wieder neue Primer.

γ-DNA-Polymerase
• findet man nur in Mitochondrien
• ist wichtig bei der extrachromosomalen Vererbung.
• interessiert an dieser Stelle (der DNA-Replikation) nicht weiter.

Ligase:
tauscht falsch gepaarte Basen aus und verbindet vor allem die Okazaki-Fragmente am Folgestrang miteinander.

Ich hoffe, das es nun klarer ist, wer was wann macht?!

LG von der Waterkant