Die Verdopplung des ErbgutesGesundheitslexikon: Replikation (DNA)
Als Replikation oder auch Reduplikation wird in der Genetik das Kopieren der DNA in den Zellen bezeichnet. Dabei wird der DNA-Doppelstrang mithilfe verschiedener Enzyme aufgewunden und kopiert. Dieser Vorgang ist wichtig, damit die Zellteilung vollständig abgeschlossen werden kann. Die Replikation findet sowohl bei Einzellern als auch bei Mehrzellern statt.
Warum und wann findet die Replikation der DNA statt?
Die Replikation der DNA ist deshalb so wichtig, da bei diesem Vorgang der Chromosomensatz verdoppelt wird. Nur so ist es möglich, dass wichtige Erbinformationen an neue Zellen weitergegeben werden. Die Proteinbiosynthese und der Aufbau neuer Zellen in den Organen des Körpers wären ohne dieses Kopieren der Erbinformationen unmöglich. Die Replikation der DNA startet nach der Meta- und Anaphase während der mitotischen Teilung der Zelle. Zu diesem Zeitpunkt liegen hier zwei Zellen mit einzelnen Chromatiden vor. Diese müssen zu Zwei-Chromatid-Chromosomen ergänzt werden. Dies geschieht im Rahmen der DNA-Verdopplung.
Ablauf der DNA-Replikation
Die DNA besteht aus einem Doppelstrang, der wendeltreppenförmig aufgebaut und durch Wasserstoffbrückenbindungen fest verbunden ist. Da nur einer dieser beiden Stränge kopiert werden soll, muss im ersten Schritt der Replikation der Doppelstrang gelöst werden. Dies geschieht mithilfe von Enzymen. Der Doppelstrang öffnet sich durch die enzymatische Auftrennung wie ein Reißverschluss. Im nächsten Schritt sorgt das Enzym Helikase dafür, dass der DNA-Doppelstrang sich entwindet. Dabei entsteht eine sogenannte Replikationsgabel, die durch den teilweise geöffneten Doppelstrang gebildet wird. Durch das Enzym Primase wird nun ein Primer katalysiert, der den Startpunkt für das Ablesen der Erbinformation vom DNA-Strang festlegt.
Replikationsgabel, Okazaki-Stücke und Primer
Nun wird das Enzym Polymerase benötigt. Dieses baut aus Nukleotiden, den DNA-Bausteinen, einen neuen Strang auf. Die Vorlage hierfür ist der zuvor abgelesene Einzelstrang. Den Strang, der komplementär dazu aus Nukleotiden aufgebaut wird, bezeichnet man als Tochterstrang. Am gegenüberliegenden Strang können nur kurze Stücke der DNA von der Replikationsgabel aus startend kopiert werden, da die Basenabfolge in diesem zweiten Strang in umgekehrter Reihenfolge vorliegt. Das Enzym Ligase verknüpft diese jedoch, sodass daraus sogenannte Okazaki-Stücke entstehen. Für jedes dieser Okazaki-Stücke wird ein neuer Primer hergestellt. Mit ihrem Wachstum wird gleichzeitig der Primer enzymatisch abgebaut. So entstehende Lücken werden von der Polymerase wieder aufgefüllt.
Ergebnis und mögliche Fehler
Nach diesem Vorgang liegen in der Zelle zwei vollkommen identische Chromatiden vor. Der neue Strang besteht zur Hälfte aus altem und zur Hälfte aus neuem Material. Dabei kommt es in seltenen Fällen auch zu Fehlern. Es gibt jedoch ein System, welches Fehler während der Replikation oder Reduplikation vermeiden soll. Ein bestimmtes Reparaturenzym folgt der Polymerase auf dem Strang und liest Korrektur. Es prüft die Abfolge der Nukleotide, die eingebaut werden. Dabei erkennt dieses Reparaturenzym, welche Nukleotide nicht für die jeweilige Stelle vorgesehen ist. In einem weiteren Schritt wird der falsche Baustein eliminiert und stattdessen das richtige Nukleotid eingebaut. Kommt es zu Fehlern in der Abfolge der Nukleotide, werden diese als Mutationen bezeichnet. Wie schwer diese sich auf den Organismus auswirkt, hängt von verschiedenen Faktoren ab.