Bakterielle DNA Replikation

Question 1

Initiation

Answer 1

• wird hier hauptsächlich kontrolliert, damit garantiert werden kann, dass die Verdopplung des parentalen Genoms in einer Zelle genau erfolgt
• weitere wichtige Aspekte sind die Vermeidung von „Überreplikation“ und Verteilung der fertiggestellten neuen DNA Stränge auf Tochterzellen

1. • helikase DNA liegt nicht ringförmig vor sondern ist in sich verdrillst undmuss entwunden werden, um repliziert werden zu können
   • Der replikationsursprung bestimmt den Startpunkt
   • an dieser stellen werden die wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen der beiden einzelstränge aufgetrennt
   •zunächst wird das Initiatorprotein DnaA durch ATP aktiviert und an DnaA-Boxen gebunden.
   Insgesamt lagern sich 20DnaA-Proteine als Schleife um die DNA zusammen.
   •Die Proteine IHF und FIS binden an spezifische Abschnitte es OriC
   • schließlich kann die Entwindung der doppelhelix an drei aufeinanderfolgenden Adenin- und Thymin reichen Sequenzen starten. Dieser Vorgang wird von einer Helikase unter ATP Verbrauch katalysiert.
   • durch die auftrennung des Doppelstranges entstehen so am Origin zwei Replikationsgabeln, die während der Replikation bidirektional auseinanderlaufen. Damit sich die basen nicht wieder Paaren, halten sogenannte Einzelstrang bindende Proteine (SBB) die einzelnen Stränge auseinander
   • im Anschluss der Öffnung erfolgt das Priming: an den nun freien Einzelsträngen wird durch eine RNA-Polymerase, die Primase, ein kurzes RNA-Stück, der Primer, gesetzt. Dieser komplex wird als Primosom bezeichnet und ist notwendig, da der Hauptproteinkomplex der Replikation, die DNA-Polymerase, mit der Synthese des jeweils zweiten Stranges DNA nur an einer freien 3‘OH-Gruppe beginnen kann. Hat sie damit begonnen, kann sie kaum unterbrochen werden und arbeitet bis zur Termination fort. Somit muss die Regulation der Replikation in der Initiationsphase geschehen.

Question 2

Elongation

Answer 2

Hier synthetisiert die DNA-Polymerase 3 die komplementären Stränge zu den Elnzelsträngen: die Basen der einzelstränge werden nacheinander abgelesen und im synthetisierten Strang entsprechend nacheinander eingebaut.
• die DNA Polymerase kann nur in 5‘-3‘ Richtung synthetisieren. Da nun aber der DNA Polymerasekomplex an beiden Strängen gleichzeitig synthetisiert, beide Stränge aber gemäß der doppelhelikalen Struktur entgegengesetzt orientiert sind, ergeben sich zwei gegenläufige (antiparallele) Stränge an der Replikationsgabel
• man unterscheidet hierbei zwischen dem Leitstrang, der von der replikationsgabel aus gesehen 5‘-3‘ Richtung orientiert ist, und dem Folgestrang.
• in den folgenden unregelmäßigen Polymerasezyklen am Folgestrang beendet die Polymerase die Synthese immer
Am letzten RNA-Primer, also am 5‘ Ende des vorhergehenden Fragments. Die so entstandenen DNA Einzelfragmente werden auch als Okazaki Fragmente bezeichnet.
• da die Verdopplung an einem Strang kontinuierlich, am anderen mit Unterbrechungen verläuft, spricht man auch von einer semidiskontinuirlichen Verdopplung.
• damit nun ein kontinuierlicher Strang entsteht, der keine RNA Stücke enthält, tritt noch während der Replikation eine RNase H auf, die die RNA Primer entfernt und eine weitere DNA Polymerase 1 füllt die entstandenen Lücken mit der jeweils komplementären DNA auf.
Die DNA Ligase schließt dann die Bindung vom 3‘ Ende des neuen zum 5‘ Ende des alten DNA Stückes, stellt also zwischen den neu synthetisierten DNA Strängen Phosphodiesterbindungen her

Question 3

Termination

Answer 3

Ein Kontrollelement sorgt dafür, dass die Replikation bei verschiedenen Replikationsgeschwindigkeiten beider Replikationsgabeln kontrolliert an einem bestimmten Punkt endet. Die terminationsstellen sind Bindungsorte für Proteine. Dieses blockiert die replikative Helikase und bringt damit die Replikation zum Stillstand.

Question 4

Einzelnen Enzyme und ihre Aufgaben

Answer 4

Helikase - entwindung der doppelhelix
SBB - verhindern das Paaren der Basen und halten somit die einzelstränge auseinander
RNA-Polymerase (Primase) = setzt Primer an den freien Einzelsträngen
DNA-Polymerase 3 = Synthese des zweiten komplementären DNA Stranges
RNase = entfernt die Primer
DNA-Polymerase 1 = füllt die entstandenen Lücken mit der jeweils komplementären DNA auf
DNA-Ligase= schließt die Lücken der einzelnen DNA Stücke durch Bildung von Phosphodiesterbindungen