DNAVervielfältigung

DNAVervielfältigung, oft einfach DNA-Replikation genannt, ist der biologische Prozess, durch den eine Zelle ihre genetische Information verdoppelt. Das Replikationsprinzip ist semikonservativ: Jede neu entstandene DNA besteht aus einem alten Matrizenstrang und einem neuen Strang.

Der Prozess beginnt an Replikationsursprüngen und verläuft zu Replikationsblasen mit geöffneten Gabeln (Forks). Helikase trennt die DNA-Doppelhelix, unterstützt von Primase, die kurze RNA-Primer synthetisiert. Der Leading-Strang wird kontinuierlich in 5'-zu-3'-Richtung synthetisiert, der Lagging-Strang diskontinuierlich als Okazaki-Fragmente. Diese Fragmente werden durch Entfernung der Primer, Auffüllen mit DNA und Verknüpfung durch Ligase zusammengefügt.

Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten: Bei Bakterien beginnt die Replikation am origin OriC und läuft zirkulär ab; DnaA initiiert, DnaB-Helikase, DnaG-Primase. Eukaryotische Organismen verwenden mehrere Origins, lizensiert durch ORC, Cdc6, Cdt1 und den MCM-Komplex, und Polymerasen α, δ und ε; Clamp-PCNA und RPA stabilisieren die Replikation. Replikationsblasen wachsen simultan aus vielen Origins.

Die Replikationsenzyme umfassen Helikase, Primase, DNA-Polymerasen, Leim-, Klammer- und Ligaseproteine sowie SSB- oder RPA-Einheiten, die die Einzelstrangstabilisierung sicherstellen. Topoisomerasen lösen Spannungen, damit die Replikation ungehindert fortschreiten kann.

Feedback und Fehlerkorrektur erfolgen durch 3'-5'-Exonukleaseaktivität der DNA-Polymerasen; Mismatch-Repair-Systeme beseitigen verbleibende Fehler. In Eukaryoten enden lineare Chromosomen an Telomeren, deren Verlängerung durch Telomerase die Integrität des Erbguts über Zellgenerationen hinweg unterstützt.

Die Replikation ist eng reguliert, um Kollisionen mit Transkription zu vermeiden. Störungen können Genome-Stabilitätprobleme verursachen und sind Ziel von Antibiotika- und Krebstherapien.