Die dna replikation erfolgt bi direktional
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Die DNA-Replikation erfolgt bi-direktional. Replikationsgabel. DNA-Polymerasen starten die Replikation am Replikations-Startpunkt = “ Origin “. Startkomplex. - Primase - DNA-Polymerase. Replikation. Wie funktioniert der einzige “Origin of Replication“ in E. coli?. OriC. DnaA

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Die DNA-Replikation erfolgt bi-direktional

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Die DNA-Replikation erfolgt bi-direktional

Replikationsgabel

DNA-Polymerasen starten die Replikation am Replikations-Startpunkt = “Origin“


Wie funktioniert der einzige origin of replication in e coli

Startkomplex

- Primase

- DNA-Polymerase

Replikation

Wie funktioniert der einzige “Origin of Replication“ in E. coli?

OriC

DnaA

(ATPase)

30°C

DnaB = Helikase

DnaC

ATP

Erkennung

Offener

Komplex

leichtes „Schmelzen“ der DNA

„Prä-Priming“

Komplex


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Brechen der H-Brücken

( Helicase)

entlang der Basenpaare

Der Mechanismus der DNA-Replikation

ori


Die dna replikation erfolgt bi direktional

5‘

allgemein gilt: Desoxynukleosid-5‘-Triphosphate sind die aktivierten Vorstufen bei der DNA-Synthese:

dATP, dCTP, dGTP, dTTP

(dNMP) n + dNTP (dNTP) n+1+ PPi

DNA-Polymerase

Neu-eintretendes

Desoxy-Nukleosid-Triphosphat

3‘

Nukleophiler Angriff

der 3‘-OH Gruppe

am a-Phosphoatom

5‘

0

+

0

0

O

3‘

Die Biochemie der DNA-Kettenverlängerung

Wie werden die Desoxy-Nukleotid-Bausteine in die DNA eingebaut?

o 5‘ > 3‘ Verknüpfung

(Phospho-Diester-Brücken)

o 5‘-Ende mit Phosphat-Gruppe

o 3‘-Ende mit freier OH-Gruppe


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Die Biochemie der DNA-Kettenverlängerung

Wie werden die Desoxy-Nukleotid-Bausteine in die DNA eingebaut?


Die dna replikation erfolgt bi direktional

5‘

DNA-Polymerase

3‘

Bewegung

der Replikationsgabel

5‘

3‘

DNA-Polymerase

Die Biochemie der DNA-Replikation

(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1+ PPi

DNA-Polymerase

grundsätzlich gilt, daß DNA-Polymerasen nur synthetisieren können

5‘>3‘

d. h . DNA-Polymerasen besitzen eine 5‘>3‘ Polymerase-Aktivität

3‘

5‘


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Das Problem der “lagging strand“ DNA-Replikation

DNA-Polymerasen besitzen eine 5‘>3‘ Polymerase-Aktivität

DNA-Polymerase

kontinuierlicher

Strang

(“leading strand“)

3‘

Bewegung

der

Replikationsgabel

3‘

3‘

5‘

5‘

5‘

3‘

dis-kontinuierlicher

Strang

(“lagging strand“)

5‘


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Noch ein anderes Problem bei der DNA-Replikation......


Die dna replikation erfolgt bi direktional

DNA-Polymerasen benötigen einen kurzen “RNA-Primer“ zum Start der Replikation

DNA-Polymerasen verwenden den einzelsträngigne DNA-Strang als Matritze,

aber der Einzelstrang muß einen Primer gebunden haben (doppelsträngiger Abschnitt),

damit die DNA-Polymerase den 2. Strang auffüllen kann

Primer

DNA-Polymerase


Die dna replikation erfolgt bi direktional

DNA-Polymerase

3‘

5‘

Primer

3‘

5‘

DNA-Polymerasen benötigen einen kurzen “RNA-Primer“ zum Start der Replikation

3‘

leading

strand

3‘

5‘

lagging

strand

5‘


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Die vollständige Synthese des Folgestrangs

Primer

Primer

Okazaki Fragment


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Die Ligase-Reaktion

DNA-Ligase

+ ATP

+ PPi


Die dna replikation erfolgt bi direktional

ATP

PPi

Enzym-AMP

Die einzelnen Schritte der Ligase-Reaktion

e-Aminogruppe eines Lysins

AMP


Vergleich der drei dna polymerasen von e coli

Vergleich der drei DNA-Polymerasen von E. coli

DNA-Reparatur

DNA-Reparatur

DNA-Replikation

Anzahl der Untereinheiten

Synthese-Rate (Nukleotide/sec)

Prozessivität

(eingefügte Nukleotide vor dem Abdissoziieren)

3‘>5‘ Exonuclease (Korrekturlesen)

ja

ja

ja

5‘>3‘ Exonuclease

ja

nein

nein

Molekulargewicht

103 kDa

88 kDa

900 kDa


Untereinheiten und struktur der dna polymerase iii von e coli

DNA-Polymerase III

vermutlich Schleifenbildung

b-Untereinheit für die

Bindung an die DNA

a-Untereinheit mit

DNA-Polymerase-

Aktivität (5‘>3‘)

e-Untereinheit

3‘>5‘ Exonuclease

Untereinheiten und Struktur der DNA-Polymerase III von E. coli

Die DNA-Polymerase III (Holoenzym) bildet einen Dimer und kann dadurch

gleichzeitig sowohl am Leitstrang wie am Folgestrang synthetisieren.

Die Synthesegeschwindigkeit beträgt: V = 1000 BP/sec


Akzessorische proteine der dna polymerase

Kristallstruktur von

Klammer-Dimer Komplex

Klammer

Griff

DNA

DNA-Polymerase III

Der Griff-Klammer-Komplex (RFC-PCNA) kann armreifartig an der DNA

entlanggleiten. An den Griff-Klammer-Komplex bindet die DNA-Polymerase III,

die während der Replikation dadurch mit hoher Prozessivität an der DNA entlangwandern

kann, ohne dabei abzufallen

„Akzessorische Proteine“ der DNA-Polymerase


Das e coli replisom mit seinen verschiedenen komponenten

Primosom

Primase

Pol III

Okazaki-

Stücke

(DNA-Polymerase)

Das E. coli Replisom mit seinen verschiedenen Komponenten

Damit die DNA-Replikation

in der Replikationsgabel

kontinuierlich voran-

schreiten kann, muß die

doppelsträngigeDNA in

der Gabel in die

Einzelstränge

getrennt werden.

>> Eine DNA-Helicase

windet unter ATP-Verbrauch

die DNA auf.

Bewegungsrichtung

der

Replikationsgabel

Helicase

Damit die entwundene DNA

kurzzeitig einzelsträngig bleibt,

bindet das SSB (“single-stranded

DNA-binding protein“) an die noch

nicht replizierte DNA. Damit wird

die Verknäuelung der ss-DNA

verhindert.

SSB

Später wird das SSB von

der vorrückenden

DNA-Polymerase

wieder von der Matritze

abgetrennt.

5‘

3‘

3‘

RNA-Primer

DNA-Polymerase I

+ Ligase

Leitstrang

Folgestrang


Eine konzertierte aktion bei der synthese von leit und folgestrang

jedoch: ein- und dieselbe DNA-Polymerase III synthetisiert

gleichzeitig Leit- und Folgestrang!

Eine konzertierte Aktion bei der Synthese von Leit- und Folgestrang


Schleifenbildung am folgestrang bei der dna replikation

Bewegungsrichtung

der

Replikationsgabel

Primer

Okazaki-

Stück

„Schleifenbildung“ am Folgestrang bei der DNA-Replikation

Helicase

Primosom

Schleifenbildung

DNA-Polymerase III

Holoenzym-Dimer

Primer

DNA-Polymerase III

Holoenzym-Dimer

Leitstrang

Folgestrang


Schleifenbildung bei der synthese von leit und folgestrang

Helicase

Primosom

Schleifenbildung

3‘

3‘

5‘

Primer

5‘

DNA-Polymerase III

Holoenzym-Dimer

5‘

3‘

Schleifenbildung bei der Synthese von Leit- und Folgestrang

Okazaki-

Stück

DNA-Polymerase III

Holonenzym-Dimer


Die dna replikation erfolgt bi direktional

DNA-Polymerase III

Holonenzym-Dimer

Die Schleifenbildungan der DNA-Folgestrangmatritze ermöglicht der dimeren

DNA-Polymerase III die Synthese beider Tochterstränge in der Replikationsgabel. Dadurch wird die physikalische Richtung am Folgestrang, nicht aber die biochemische Richtung(5´>3´) umgedreht


Eine konzertierte aktion bei der synthese von leit und folgestrang1

Eine konzertierte Aktion bei der Synthese von Leit- und Folgestrang

Leitstrang

Griff

Bewegungsrichtung

der

Replikationsgabel

Klammer

DNA-Polymerase III

Helicase

Primase

Topoisomerase

Ligase

RNA-Primer

DNA-Polymerase I

SSB

Okazaki-

Stücke

RNA-Primer

Folgestrang


Die gleichzeitige synthese von dna leit und folgestrang durch die dimere dna polymerase iii

Die gleichzeitige Synthese von DNA Leit- und Folgestrang durch die dimere DNA-Polymerase III


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Eine Computer-Animation: gleichzeitige Synthese von DNA Leit- und Folgestrang durch das Holo-Enzym DNA-Polymerase III


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Fragen aus der schriftlichen Physikumsprüfung

  • 53

  • Essentielle Grundlage des Lebens ist die Fähigkeit der identischen Reduplikation

  • des genetischen Materials und damit letztendlich der Vererbung einer funktionsfähigen

  • Zellstruktur.

  • Welche Aussage zur Replikation der DNA trifft zu?

    • (A)Beim Start der Replikation werden RNA-Primer synthetisiert.

    • (B)Die Neusynthese der DNA erfolgt an beiden Strängen einer

    • Replikationsgabel in kürzeren Stücken, so genannten Okazaki-Fragmenten.

    • (C)Für die Verknüpfung der DNA-Fragmente nach Entfernen der Primer

    • phosphoryliert die DNA-Ligase das 3’-OH-Ende eines Fragmentes.

    • (D)Helicasen schützen intermedär gebildete einzelsträngige DNA-Bereiche

    • vor Schädigungen und Strangbrüchen.

    • (E)Interkalatoren, die als Zytostatika in der Tumortherapie eingesetzt werden,

    • binden spezifisch die DNA-Polymerasen.


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Die Entwindung des DNA-Matritzenstrangs während der DNA-Replikation führt zu Verdrillungen


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Entwinden der DNA während der

Replikation durch die Helicase

dadurch Verdrillung der DNA

Replikation

Transienter Bruch des einen Strangs

erlaubt freie Rotation der DNA-Stränge

und Entdrillung der beiden Stränge

>>katalysiert durchDNA-Topoisomerase


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Fragen aus der schriftlichen Physikumsprüfung


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Fragen aus der schriftlichen Physikumsprüfung


Nukleosomen assemblierung nach dna replikation in eukaryonten

Nukleosomen-Assemblierung nach DNA-Replikation in Eukaryonten


Die dna replikation erfolgt bi direktional

Die Enden der menschlichen Chromosomen sind linear

>>> Probleme bei der Replikation

Telomerase

mit RNA Primer


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