Die DNA-Replikation entspricht der Vervielfältigung von genetischem Material, da die DNA eine Kopie von sich selbst erstellt. Die beiden Stränge, aus denen das Molekül besteht, trennen sich und leiten die Bildung komplementärer Stränge, die sie verbinden.
Der Zellzyklus kann in zwei Momente unterteilt werden: Interphase und Zellteilung, zum Beispiel Mitose. Die Interphase wiederum ist die längste Phase, da sie die DNA-Replikation und Intervalle vor und nach der Vervielfältigung des genetischen Materials darstellt.
Was ist DNA-Replikation?
Die DNA, die sich in eukaryontischen Zellen im Zellkern befindet, enthält alle genetischen Informationen eines Lebewesens und ihr Vervielfältigungsprozess ist wichtig für das Zellwachstum, die Reproduktion und die Reparatur.
Ein DNA-Molekül besteht aus zwei Strängen, die sich gegenseitig ergänzen. Wenn wir beispielsweise ein F-Band und ein weiteres F-Outra haben, trennen sich die Bänder beim Replikationsprozess und werden als Formen zum Bilden komplementärer Bänder verwendet. Daher bestimmt die Nukleotidsequenz von F die Sequenz eines neuen F'-Strangs und F' zeigt die Zusammensetzung eines neuen F-Strangs an.
Bevor bei der Zellteilung Zellen gebildet werden, muss der Inhalt der Mutterzelle vervielfältigt werden, um verteilt zu werden. Daher ist bei der DNA-Replikation garantiert, dass die Tochterzellen die gleiche genetische Information erhalten.
DNA-Struktur
Ö DNA, ein spiralförmiger Doppelstrang (Doppelhelix), ist eine Nukleinsäure, die aus stickstoffhaltigen Basen, der Pentose-Desoxyribose und der Phosphatgruppe gebildet wird. Diese Struktur wird durch Wasserstoffbrücken zwischen den stickstoffhaltigen Basen Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G) verbunden, die die Paare A-T und C-G bilden.
Phosphodiesterbindungen halten die Nukleotide im DNA-Molekül zusammen. Die Enden eines DNA-Strangs werden als 5' und 3' klassifiziert, da sie der Kohlenstoffzahl entsprechen. von Pentose, wo sich die Phosphatgruppe und die Hydroxylgruppe (OH) befinden, die eine Bindung eingehen. Phosphodiester. Am 5'-Ende befindet sich eine freie Phosphatgruppe und am 3'-Ende ein freies Hydroxyl.
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DNA-Replikationsprozess
Kurz gesagt, die DNA-Replikation erfolgt in 5’ → 3’-Richtung und die Stränge werden durch die Wirkung von getrennt Enzyme, die die Bindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen aufbrechen und die Ketten abwickeln, wodurch das Doppel geöffnet wird Propeller.
Während der DNA-Entwindung wirken andere Enzyme, indem sie die Synthese zweier neuer Sequenzen unter Verwendung der Elternstränge als Matrize katalysieren. Jeder erzeugte Strang verbindet sich mit einem ursprünglichen DNA-Strang. Daher wird das Verfahren als halbkonservativ eingestuft.
DNA ist ein Doppelhelix-Molekül und um es zu duplizieren, muss diese Struktur zunächst durch die Wirkung des DNA-Helikase-Enzyms entpackt werden. Die Helikase erkennt den Replikationsursprung und wirkt durch Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen in den stickstoffhaltigen Basen A-T und C-G. Dieser Vorgang tritt an verschiedenen Stellen auf und bildet "Replikationsblasen".
Wenn sich die Bindungen auflösen, ist es wie eine Reißverschlussöffnung, so dass dieser Schritt eine Y-förmige Struktur hervorbringt, die als Replikationsgabel bezeichnet wird, den Ausgangspunkt der Duplizierung.
Das Primase-Enzym ist für die Synthese eines Teils der RNA verantwortlich, der als bezeichnet wird Grundierung. In dieser Phase mehrere Grundierungen erzeugt werden und sich der Kette anschließen, um die DNA-Synthese einzuleiten.
Das DNA-Polymerase-Enzym ist das Replikationsenzym, das für die Verlängerung der neuen Kette durch Hinzufügen von Basen (A, C, G und T) verantwortlich ist. Dieser Schritt wird vom 5'-Ende mit einer Phosphatgruppe zum 3'-Ende mit einer Hydroxylgruppe geleitet. Diese Phase wird als kontinuierliche Replikation bezeichnet.
Zwischen den Grundierungen an den ursprünglichen Strang angehängt, sind mehrere DNA-Stücke angehängt und werden Okazaki-Fragmente genannt. Da die Abschnitte später zusammengefügt werden müssen, wird diese Phase als verzögert bezeichnet.
Das Exonuklease-Enzym ist für die Entfernung der Grundierungen der ursprünglichen Bänder nach dem Bilden von kontinuierlichen und diskontinuierlichen Bändern. Um Sequenzierungsfehler zu vermeiden, erfolgt eine Überprüfung und ggf. eine Korrektur durch eine andere Exonuklease.
Das DNA-Ligase-Enzym bewirkt, dass die DNA-Fragmente verbunden und die DNA in zwei kontinuierliche Stränge sequenziert wird.
Übungen zur DNA-Replikation
Verwenden Sie die folgenden Fragen, um Ihr Wissen über das, was Sie gerade über die DNA-Replikation gelernt haben, zu testen.
Frage 1
Warum wird die DNA-Replikation als halbkonservativer Prozess angesehen?
Antworten:
Die Replikation wird als halbkonservativer Prozess angesehen, da nach der Duplikation die DNA-Moleküle bestehend aus einem Originalband und einem weiteren komplementären Band, das aus dem Originalband als Schimmel.
Frage 2
Nennen Sie mindestens drei Enzyme, die bei der DNA-Replikation eine Rolle spielen und welche Rolle sie spielen.
Antworten:
DNA-Helikase: Entpackt die Struktur der DNA, indem sie die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den stickstoffhaltigen Basen des Moleküls auflöst, um die Replikation einzuleiten.
DNA-Primase: verantwortlich für die Synthese der DNA-Teile, die als Primer bezeichnet werden und an den ursprünglichen DNA-Strang binden.
DNA-Polymerase: Replikationsenzym, das für die Verlängerung des während der Replikation gebildeten neuen Strangs verantwortlich ist.
Frage 3
Beobachten Sie die Schritte im DNA-Replikationsprozess.
ICH. Erstellung von Replikationsgabeln
II. Freie Nukleotidbindung
III. Synthese und Kopplung von Grundierungen
IV. Fragmente verknüpfen und einen DNA-Strang bilden
Die richtige Reihenfolge gemäß der Reihenfolge, in der sie in der Vervielfältigung vorkommen, ist:
a) II, I, IV und III
b) I, III, II und IV
c) III, II, IV und I
d) I, II, III und IV
Richtige Alternative: b) I, III, II und IV.
ICH. Erstellung von Replikationsgabeln. Helicase-Enzyme starten den Prozess, indem sie die DNA-Stränge trennen.
III. Synthese und Kopplung von Primer, bei denen es sich um RNA-Stücke handelt, die als Duplikationsinitiatoren fungieren.
II. Freie Nukleotidbindung. Polymeraseenzyme binden freie Nukleotide an Primer.
IV. Bindung von Fragmenten und Bildung eines DNA-Strangs. Die Bindung erfolgt durch die Ligase-Enzyme.
Frage 4
Bei der Trennung der Doppelhelix eines DNA-Moleküls gibt es die folgende Sequenz von stickstoffhaltigen Basen eines der Stränge, die als Matrize verwendet werden: ATCGGTTA
Die komplementäre Strangsequenz, die produziert wird, um an den Originalstrang zu binden, ist:
a) TGCCAAT
b) CGATTGGC
c) TAGCCAAT
d) GCGTTAAC
Richtige Alternative: c) TAGCCAAT.
Stickstoffbasen bilden beim Binden immer die gleichen Paare, d. h. Thymin bindet an Adenin (A-T) und Guanin bindet an Cytosin (G-C).
Somit bindet eine Sequenz von stickstoffhaltigen Basen ATCGGTTA an die Sequenz TAGCCAAT gemäß Buchstabe c.
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