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Folge 037 – DNA Replikation | Terminationsphase | Genetik Teil 9

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Inhalt der Folge:

  • In dieser Podcastfolge besprechen wir die dritte und letzte Phase der DNA Replikation: die Terminationsphase.
  • Infolgedessen gehen wir kurz auf die Unterschiede der Terminationsphasen von Prokaryoten und Eukaryoten ein.

Die Phasen der DNA Replikation

Der Ablauf der DNA Replikation lässt sich in drei Phasen unterteilen:

  1. Die Initiationsphase (Folge 035)
  2. Die Elongationsphase (Folge 036)
  3. Die Terminationsphase (Thema dieser Folge)

Die Terminationsphase

Die Terminationsphase findet nach Abschluss der Elongation statt und repräsentiert das Ende der DNA Replikation.

Initiationsphase und Elongationsphase verlaufen bei Pro- und Eukaryoten sehr ähnlich.
Bei der Terminationsphase gibt es zwischen Prokaryoten und Eukaryoten allerdings ein paar Unterschiede, die wir uns heute ein bisschen genauer angucken wollen.

Terminationsphase bei Prokaryoten

Wichtig zu verstehen ist, dass die DNA der Prokaryoten meist aus einem einzelnen ringförmigen Molekül besteht (Bakterienchromosom) und deshalb auch keine Enden hat.

  • Wer sich mit den Unterschieden zwischen Prokaryoten und Eukaryoten noch nicht gut auskennt, kann sich gerne die Folge 019 anhören.
  • Und in der Folge 018 geht es nochmal etwas genauer um Bakterien (Prokaryoten).

Replikationsursprung

  • In Folge 035 haben wir bereits besprochen, dass Prokaryoten bzw. deren ringförmig vorliegende DNA nur einen Replikationsursprung hat.
  • Wie wir bereits ebenfalls aus Folge 035 wissen, wird die Eltern-DNA während der Initiationsphase am Replikationsursprung geöffnet.
  • Ausgehend vom Replikationsursprung wird die Eltern-DNA in beide Richtungen von Helicasen geöffnet und repliziert.
  • Irgendwann treffen die beiden Replikationsgabeln des ringförmigen Bakterienchromosoms logischerweise aufeinander.
  • Dieses Aufeinandertreffen läuft allerdings kontrolliert ab.

Terminationssequenzen

  • Gegenüber dem Replikationsursprung befinden sich bei ringförmig aufgebauter DNA sogenannte Terminationssequenzen.
  • Diese Terminationssequenzen sind nichts anderes als zwei bestimmte Basensequenzen, jeweils eine für einen Replikationskomplex.
  • Sie sind außerdem Bindeorte für ein bestimmtes Protein (Tus), dass die Aktivität der Helicase unterbinden kann und damit die Replikation zum Stillstand bringt.
  • Die Terminationssequenzen dienen als Kontrollelement und sorgen dafür, dass die DNA Replikation immer an einem bestimmten Punkt kontrolliert endet.
  • Einer der beiden Replikationskomplexe repliziert anschließend weiter, bis die noch fehlenden Nukleotide ergänzt sind.

Terminationsphase bei Eukaryoten

Eukaryotische DNA liegt größtenteils in Form eines Doppelstranges vor und hat dementsprechend zwei Enden.

Keine Terminationssequenzen

  • Bei Eukaryoten wurden bisher keine Terminationssequenzen endeckt.
  • Allerdings scheint es hier auch keine große Rolle zu spielen, da die DNA Replikation automatisch beendet wird, sobald die Replikationskomplexe auf die Enden der DNA-Stränge treffen.
  • Es ergibt sich jedoch ein kleines Problem aufgrund der linearen Form der DNA, das wir uns jetzt genauer angucken.

Leistrang

  • Die Termination der DNA Replikation am Leitstrang verläuft wie bereits erwähnt:
  • Die Replikation wird automatisch beendet, sobald der Replikationskomplex auf das Ende des Leitstranges trifft.

Die Folgestrang Problematik

  • An den Telomeren (Enden der Chromosomen) des Folgestranges ist eine vollständige DNA-Synthese nicht möglich!
Rückblick: Die Elongation am Folgestrang
  • Um das verstehen zu können, müssen wir uns die diskontinuierliche Elongation am Folgestrang nochmal ins Gedächtnis rufen:
  • Am Folgestrang wird die DNA diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten repliziert.
  • Dafür sind mehrer Primer nötig.
  • Um abschließend einen durchgehenden DNA-Strang zu bekommen, der keine RNA-Stücke (Primer) mehr enthält, müssen diese entfernt und durch DNA ersetzt werden.
  • Eine bestimmte Ribonuklease (Enzyme die Phosphodiesterbindungen spalten können) ist in der Lage die Primer zu entfernen.
  • Eine weitere DNA-Polymerase (DNA-Polymerase I) füllt die entstandenen Lücken mit der jeweils komplementären DNA.
  • Dies ist möglich, da hier immer ein vorhergehendes Nukleotid mit einer freien 3′-OH-Gruppe vorhanden ist, die die DNA-Polymerase als Starthilfe für die DNA-Synthese benötigt.
DNA-Verlust an den Telomeren der Tochterstränge
  • Am Ende des Folgestranges befindet sich das letzte Okazaki-Fragment, bestehend aus dem Primer am 5′-Ende und der synthetisierten DNA:
DNA Replikation - DNA-Verlust an den Telomeren der Tochterstränge (Terminationsphase) - Biologie Passion Podcast 1 von 2
  • Das Entfernen dieses Primers durch die Ribonukleasen, hinterlässt eine Lücke, die die DNA-Polymerase I nicht mehr mit DNA füllen kann!
  • Denn wie wir wissen, benötigt die DNA-Polymerase I Starthilfe in Form einer freien 3′-OH-Gruppe, die hier nicht mehr vorhanden ist!
  • Deshalb kommt es nach jeder Chromosomenverdopplung zu einer Verkürzung der 5′-Enden beider Tochterstränge und damit zum DNA-Verlust!
DNA Replikation - DNA-Verlust an den Telomeren der Tochterstränge (Terminationsphase) - Biologie Passion Podcast 2 von 2
  • Allerdings bestehen die Telomere lediglich aus repetitiven Basensequenzen, die keine Strukturgene beinhalten.
  • Deshalb ist ein DNA-Verlust an den Telomeren bis zu einer bestimmten Länge nicht von Nachteil.
  • Man vermutet aber, dass die DNA mit zunehmender Anzahl an Replikationen immer instabiler wird, da die stabilisierende Wirkung der Telomere gleichzeitig immer schwächer wird.
  • Dies könnte eventuell ein genetischen Hinweis auf den Alterungsprozess sein.

Und damit endet unsere dreiteilige Miniserie zum Ablauf der DNA Replikation.
Ich hoffe ich konntet einiges mitnehmen oder euer bereits vorhandenes Wissen nochmal auffrischen.
Vielen Dank fürs Einschalten!

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