Zusammenfassung Replikation PDF

Preview

Summary

Download Zusammenfassung Replikation PDF

Description

Replikation: Initiation: - DNA-Doppelstrang muss am Replikationsursprung (origin of replication) entwunden werden, um die DNA für die an der Replikation beteiligten Komponenten zugänglich zu machen - 1. Schritt der Initiation: o Bindung des Origin-Erkennungskomplexes mit seinen Untereinheiten an die doppelsträngige DNA o ORC rekrutiert weitere Proteine  Entstehung eines Präinitiationskomplexes - Cyclinabhängige Proteinkinasen und weitere Proteine treten hinzu - Aktiveren den Komplex - Helikase: o Komplex beginnt mit Helikase, unter ATP-verbrauch die DNA zu entwinden und dabei die H-Brücken zwischen den Strängen der Doppehelix zu lösen  Bildung von Einzelsträngen am Replikationsstartpunkt - Einzelsträngige DNA-Abschnitt = Replikationsblase: o Besitzt 2 Replikationsgabeln o Die entstehenden DNA-Einzelstränge binden spezifische Proteine:  Eukaryoten: RPA (replication protein A)  Prokaryoten: SSB (einzelstrangbindungsproteine, Single strand binding proteins)  stablisieren die Replikationsgabel und gewährleisten, dass sich die Einzelstränge nicht wieder aneinanerlagern - Da DNA im Zellkern als Helix vorliegt und zusammen mit Histonen und weiteren Proteinen superhelikale Strukturen bildet, führt ihre Entwindung unweigerlich zu Torsionsspannungen, die aufgelöst werden müssen, um einen reibungsosen ablauf der Replikation sicherzustellen  diese Spannungen werden von Topoisomerasen beseitigt kommen bei Pro- und Eukaryoten vor, wobei bei Eukaryoten die Typ 1 und Typ 2 am wichtigsten sind Elongation der Replikation: Synthese der DNA-Tochterstränge Primersynthese: - Nachdem der Doppelstrang geöffnet ist und die DNA-Einzelstränge vorliegen, synthetisiert zunächst die Primase (DNA-abhängige RNA-Polymerase, Untereinheit der DNA-Polymerase alpha) an beiden Matrizensträngen ein kurzes Stück RNA, den Primer - Primer: o Komplementär zur Nucleotidsequenz der DNA o Besteht aus 8-10 Nucleotiden o Enthält ein freies 3’OH-Ende für die nachfolgend aktiven DNA-Polymerasen - Zu Beginn der DNA-Replikation entsteht also zunächst ein RNA-DNA-Hybrid = RNAund ein DNA-Strang sind über H-Brücken miteinander verbunden

Synthese der DNA-Tochterstränge: - Die entgegengesetzte Polarität der beiden DNA-Einzelstrangmatrizen und die Beschränkung der DNA-Polymerasen auf die 5’3’Syntheserichtung verhindern, dass beide DNA-Tochterstränge kontinuierlich auf die Replikationgabel zu synthetisiert werden können - Deshalb: Leit- und Folgestrang - Beide werden in Richtung 5’3’-Richtung syntehtisiert: o Der Leitstrang: kontinuierlich (auf die Gabel zu) o Folgestrang: diskontinuierlich (von der Gabel weg) - Replikationsgabel bei Eukaryoten: o Topoisomerase bewegt sich von der Replikationsgabel entlang der DNA und beseitigt die Spannungen im DNA-Molekül, die u.a. durch die Entwindung durch die Helicase entstehen o Einzelsträngige Bereiche werden von RPA (Replication protein A)-Proteinen stabilisiert o Synthese des Leitstrangs durch die DNA-Polymerase epsilon erfolgt kontinuierlich auf die wandernde Replikationsgabel zu o Folgestrang wird diskontinuierlich gebildet, indem die DNA-Polymerase alpha/Primase in der Nähe der Replikationsgabel immer wieder neue RNAprimer herstellt, die zunächst von der DNA-Polymerase alpha verlängert werden o Dann übernimmt DNA-Polymerase delta, die wie DNA-Polymerase epsilon mit RFC (Beladungskomplex) und PCNA (Ringklemme) assoziiert ist o Die DNA-Polymerase delta besitzt keine 5’3’Exonucleaseaktivität, stößt sie auf das 5’Ende des folgenden Okazakifragments, assoziiert FEN1 mit dem Enzym o DNA-Polymerase delta löst die H-Brücken zwischen RNa und DNA und füllt die Lücke unter Verdrängung des RNA-primers mit Desoxynucleotiden auf (Verdränungssynthese) o Der nun abstehende Primer (Flap) wird von der assoziierten Endonuclease FEN1 abgetrennt o Ligase stellt die Phosphodiesterbindung im Zucker-Phosphat-Rückgrat der DNA her - Replikationsgabel bei Prokaryoten: o Schleifenbildung an der Replikationsgabel gibt es bei Eukaryoten auch o Helikase DnaB entwindet den Doppelstrang und die Primersynthese wird von einer separaten Primase mit der Bezeichnung DnaG übernommen o SSBs stabilisieren die Einzelstränge o Der beta-Ring (Ringklemme) ist eine Untereinheit der DNA-Polymerase 3, dem DNA-synthetisierenden Enzym an Leit- und Folgestrang o Der gamma-Komplex belädt die DNA mit Ringklemmen o Leitstrang: kontinierliche Synthese o Folgestrang: diskontinuierliche Synthese o Verknüpfung der Okazaki-Fragmente:  DNA-Polymerase 1 schließt die Lücken zwischen den OkazakiFragmenten  Besitzt 2 unterschiedliche Aktivitäten:  5’3’Exonucleaseaktivität (Ribonuclease): sie entfernt Ribonucleotide der Primer in 5’3’-Richtung

 DNA-Polymerase: sie füllt die Lücken auf DNA-Ligase: - Stellt die Phosphodiesterbindung zwischen dem 3’OH-Ene des letzten von der DNAPolymerase 1 eingefügten Nucleotids und dem 5’Phosphatende des folgenden Okazakiframgents her uns schließt so das Zucker-Phosphat-Rückgrat der DNA zu einem kontinuierlichen Strang - Dazu aktiviert die DNA-Ligase das 5’Phosphatende durch vorübergehene Anheftung von AMP, die Phosphodiesterbindung wird gebildet und das AMP wird freigesetzt Termination der Replikation: - Replikationsgabeln erreichen schließlich die Enden des Chromosoms oder treffen auf eine entgegenkommende Replikationsgabel - Prokaryoten: o Terminationsstellen und DNA-bindende Tus-Proteine - Eukaryoten: o Terminationsstellen nicht bekannt o Vielleicht treffen sich entgegenkommende Gabeln einfach an zufälligen Positionen aufeinander und die Lücken im Phosphodiesterrückgrat der neu synthetisierten DNA werden geschlossen o Endreplikationsproblem:  Man trifft an den Enden der DNA-Matrizen (Chromosomen) auf ein Problem = endreplikationsproblem genannt  Lienare Struktur ist die Ursache  Abbildung:  Der linke Primer kann von der DNA-Polymerase delta verdrängt und die Lücke mit DEsoxynucleotiden augefüllt werden  Der rechte Primer wurde genau am Chromosomenende synthetisiert  Wird er entfernt, entsteht die sog. Primerlücke  Sie kann nicht von der DNA-Polymerase delta aufgefüllt werden, da ihr ein freies 3’OH_Ene für die Anheftung der Desoxynucleotide fehlt  Es bleibt ein einzelsträngiger DNa-Abschnitt der Matrize, der nicht repliziert werden kann  Über zhalreiche Replikationsrunden hinweg verkürzen sich daher die Enden der Chromosomen deutlich

-

-

Telomerase: o Endreplikationsproblem mithilfe des Enzyms Telomerase umgangen o Telomer-DNA:  Zahlreiche, tandemartig angeordnete Kopien einer kurzen Wiederholungssequenz  Meistens 5’TTAGGG-3’  Können sich bis auf 4-6 kb verkürzen, jede weitere Verkürzung führt zu Destabilisierung der DNA und Apoptose der Zelle  Zahl der möglichen Teilungen wird u.a. durch die Telomerlänge begrenzt o Lebensverlängerne Maßnahme:  Enzym Telomerase: RNA-abhängige DNA-Polymerase (Reverse Transkriptase)  Besteht aus Protein und RNA-Anteil  Funktion:  Die nichtcodierenden repetitiven Sequenzen der Telomere durch reverse Transkription immer wieder zu verlängern  Das Enzym lagert sich an die Telomer-DNA und beginnt, mit der eigenen RNA als Matrize als 3’ene des DNA-Stranges in mehreren Schritten zu verlängern  Dann wird der Primer synthetisiert, dessen freies 3’OH-Ende von der DNA-Polymerase genutzt wird, um den Folgestrang vollständig zu synthetisieren o...