Vorlesung 5: Replikation Fragen

Question 1

Enzyme der Replikation (Prokaryoten)

Answer 1

• DnaA(-ATP)
  
  • Erkennung Promotorsequenz
• Helicase
  
  • zerlegt Doppelstränge
  • unter ATP-Verbrauch
• DNA-abhängige RNA-Polymerase: Primase
  
  • produziert den RNA-Primer (11bp)
    
    • initiiert DNA-Synthese
• DNA Polymerase III
  
  • Kettenverlängerung, mehrere Untereinheiten
  • Untereinheiten
    
    • beta-UE: 2 ergeben Ringklemme
  • Zwei Polymerase III Moleküle sind an der Replikationsgabel miteinander verbunden
• Ligase
  
  • Verknüpfung der Okazaki-Fragmente

Question 2

Wie wird Replikation initiiert? Wie ist die Initiation reguliert? (Prokaryoten)

Answer 2

Initiation der Replikation:

Bei Vorhandensein von DnaA-ATP, wird der 9-mer Promotor unter ATP-Verbrauch erkannt. Die Konformation der DNA verändert sich und die AT-reichen instabilen 13-mere schmelzen auf. DnaB Helicase und DnaC Helicase zerlegen die Doppelstränge. Die Primase bindet an Helicase und bildet die Primer

Question 3

Was sind Okazaki-Fragmente? (Prokaryoten)

Answer 3

• Folgestrang verläuft in 3’-5’-Richtung
• Pol III synthetisiert in 5’-3’-Richtung.
• Primase
• Pol III setzt weiter stromaufwärts an und synthetisiert Strang in Fragmenten (=Okazaki Fragmente), ca. 1000 bp
• Ligase verknüpft

Question 4

**Wie sieht die Replikationsgabel aus? (Prokaryoten)**

Answer 4

leading strand Polymerase ist kontinuierlich am synthetisieren

lagging strand muss geschlaft werden damit die beiden DNA-Polymerasen in die gleiche Richtung verlaufen können und verknüpft werden können

• Helicase und stabilisierende Proteine vorne weg
• Kontinuierlicher Strang (am 3‘ -> 5‘ Strang der Matritze) in einem fort von 5‘ nach 3‘ synthetisiert nachdem ein Primer gesetzt wurde
• Am diskontinuierlichen Strang Synthese in einzelnen Okazaki-Fragmenten, dahinter entfernen und Auffüllen + Verbinden der Primer

Question 5

Wieso werden Nukleinsäuren immer in 5’-3’-Richtung verlängert? (Prokaryoten)

Answer 5

energetische Bindung fehlt

Question 6

Wodurch erreichen Eukaryoten eine so hohe Replikationsrate?

Answer 6

multiple ORIs, mehrere Ursprungsstellen

Question 7

Was ist der erste enzymatische Schritt bei der Initiation der DNA Doppelstrangsynthese, wenn sie a) von einem Ringmolekül zu einem Ringmolekül führt; b) wenn sie als rolling circle abläuft? ´

Answer 7

a) Helikaseaktivität: Auftrennung des Doppelstranges in Einzelstränge b) Spaltung eines der beiden Einzelstänge („nick“); Endonuklease-Aktivität

Question 8

. An welchem Ende der wachsenden DNA-Kette hängt der RNA Primer bei der diskontinuierlichen DNA-Synthese?

Answer 8

am 5’-Ende

Question 9

Was sind Okazaki-Fragmente?

Answer 9

Die Fragmente der neusyntethisierten RNA am Folgestrang. Kommen vor da Polymerisierungsleserichtun 5’-3’ ist. Werden durch Ligase verknüpft

Question 10

Warum braucht die DNA-Polymerase zusätzlich zu den Mononukleotiden für die Polymerisation keine weitere Energiequelle?

Answer 10

Die Energie für die Verknüpfung der Mononukleotide mit der wachsenden DNA Kette ist in den energetischen Verbindungen des Triphosphates der Mononukleotide enthalten.

Question 11

DNA-Ligase benötigt beim Schließen der diskontinuierlich gewachsenen DNAKette Energie (in Form von ATP). Wie ist das generell zu erklären?

Answer 11

Die am Folgestrang synthetisierten DNA-Fragmente enden an ihrem 3‘- Ende mit einer OH Gruppe und an ihrem 5‘-Ende mit einem Monophosphat. Beide Enden enthalten keine energiereichen Bindungen. Deshalb muss Energie in Form von ATP hinzugefügt werden.

Question 12

Welche Funktion hat die Helikase bei der DNA-Replikation, und welche die Primase?

Answer 12

Helikase: Strangtrennung der parentalen DNA - Primase: synthetisiert die RNA Primer, deren 3‘-Enden als Beginn der DNA Synthese durch die DNA Polymerase dienen.

Question 13

Durch welches Enzym werden die RNA-Primer des diskontinuierlichen Stranges wieder entfernt? Welche Aktivität des Enzyms wird hierbei benötigt?

Answer 13

DNA Polymerase I / 5‘-3‘ Exonukleaseaktivitä

Question 14

Wieviele Nukleotide/Sekunde baut E.coli an einer Replikationsgabel ein (die Replikation des gesamten Chromosoms von 4 x 106 Basenpaaren dauert ca. 40 min)?

Answer 14

4 x 106 : 40 (min) : 60 (sek) : 2 (Replikationsgabeln = 833 Nukleotide pro Sekunde

Question 15

Was ist ein Replikationsorigin?

Answer 15

Ein Sequenzabschnitt der DNA, der von Replikatoren erkannt wird, die wiederumg die Synthese der DNA an dieser Stelle einleiten.

Question 16

.Erläutern Sie, welches Problem bei der Replikation von linearen Chromosomen auftritt und wie eukaryotische Zellen dieses Problem lösen

Answer 16

• Wegen der obligaten Polymerisationsrichtung von 5‘ nach 3‘ kann das Ende des Folgestranges der DNA nicht repliziert werden. Demnach verkürzen sich Chromosomen mit jeder Zellteilung. In Stammzellen wirkt die Telomerase diesem Prozess entgegen. Sie verlängert die Chromosomenenden mittels ihrer reversen Transkriptaseaktivität

Question 17

Die Replikationsinitiation ist zellzyklusabhängig; wird über Kinasen und Cycline gesteuert

Answer 17

• Cycline sind kleine Proteine, die Kinasen aktivieren. verschiedene Cycline sind für verschiedene Kinasen zuständig und kommen an bestimmten Zeitpunkten im Zellzyklus vor und regulieren somit die Bildung des Präreplikationskomplex. Somit wird verhindert, dass ORIs mehr als nur einmal in einem Replikaitonszyklus gestartet werden

Question 18

Multiple ORIs

Answer 18

• Im Gegensatz zu Prokaryoten haben Eukaryoten im Chromosomen mehrere Replikationsursprünge, die gleichzeitig gefeuert werden können. So wird die schnelle Replikation gewährleistet, da das Genom von Eukaryoten wesentlich größer ist.

Question 19

Es gibt wesentlich mehr Initiationsfaktoren und Polymerasen als in E. Coli

Question 20

Probleme entstehen an den Chromosomenenden, die nach jeder Replikation schrumpfen müssten: Lösung: Telomerase (Funktions molekular erklären müssen)