Wie kommt es, dass sich die DNA abwickelt und bleibt

Helikasen sind für das Abspulen von doppelsträngiger DNA verantwortlich, um einsträngige DNA herzustellen. Sie sind dafür verantwortlich, dass sich die DNA während der Replikation, Rekombination und Reparatur der DNA abwickelt. Das Abwickeln von doppelsträngiger DNA beginnt am Replikationsursprung und bildet weiter eine als Replikationsgabel bezeichnete Struktur. Der Abbau von Wasserstoffbrücken zwischen den beiden DNA-Strängen erfordert Energie in Form von ATP. Die Helikasen fangen auch abgewickelte Basen ein, um das erneute Vernetzen von DNA zu verhindern.

Wichtige Bereiche

1. Was sind DNA-Helikasen?
     - Definition, Funktionen
2. Wie kommt es, dass sich die DNA abwickelt und bleibt
     - Prozess der DNA-Abwicklung

Schlüsselbegriffe: DNA-Helikase, DNA-Replikation, anfängliches DNA-Schmelzen, Herkunftserkennung, Replikationsgabel

Was sind DNA-Helikasen?

DNA-Helikasen sind die grundlegenden Komponenten der DNA-Replikation. Die Hauptfunktion von DNA-Helikasen ist das Abwickeln doppelsträngiger DNA, um einzelsträngige DNA zu bilden. Neben der DNA-Replikation sind auch DNA-Helikasen an der Transkription, Translation, Rekombination und DNA-Reparatur beteiligt. Eine prokaryotische DNA-Helikase ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Prokaryotische DNA-Helicase

Wie kommt es, dass sich die DNA abwickelt und bleibt

DNA ist ein doppelsträngiges Molekül, das in den meisten Organismen als Erbmaterial dient. Die beiden DNA-Stränge werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten. Neue DNA wird durch einen als DNA-Replikation bekannten Prozess synthetisiert. Die DNA-Replikation ist ein semikonservativer Prozess, bei dem beide Stränge als Schablonen dienen. Daher müssen die beiden Stränge abgewickelt werden, um die DNA-Replikation zu initiieren.

DNA-Helikasen sind die Enzyme, die das Abwickeln der DNA katalysieren. Das Abwickeln von DNA initiiert die DNA-Replikation. Ursprungserkennung, anfängliches DNA-Schmelzen und schließlich die Bildung der Replikationsgabel sind die drei Schritte, die zur Initiierung der DNA-Replikation erforderlich sind.

1. Herkunftserkennung - Die DNA-Replikation wird am Replikationsursprung gestartet. Verschiedene Replikationsursprünge können in Chromosomen gefunden werden. Zirkuläre, doppelsträngige DNA besteht aus einem einzelnen Replikationsursprung. Ein DNA-Bindungskomplex mit mehreren Untereinheiten, der als Origin-Erkennungskomplex (ORC) bekannt ist, ist für die Erkennung des Replikationsursprungs verantwortlich.
2. Anfangs DNA schmelzen - Die MCM-Helicase (Mini-Chromosomen-Pflege) ist für das anfängliche Schmelzen des Replikationsursprungs in Eukaryoten verantwortlich. In Prokaryoten wird dies durch das Ursprungserkennungsprotein DnaA durchgeführt, und eine als DnaB bekannte hexamere Helikase wird dann in die geschmolzene DNA geladen.
3. Bildung einer Replikationsgabel - Die Hubschrauber setzen den Abwickelvorgang fort und bilden eine Struktur, die als Replikationszweig bezeichnet wird. Sie brechen die Wasserstoffbrückenbindungen auf, die die beiden komplementären Stränge zusammenhalten. Sie nutzen zelluläre Energie in Form von ATP für diesen Prozess.

Die Initiierung der DNA-Replikation in Eukaryoten ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Initiierung der DNA-Replikation in Eukaryoten

Nach dem anfänglichen Schmelzen der doppelsträngigen DNA bindet die DNA-Polymerase an den Replikationsursprung und startet den Replikationsprozess. Wenn die Replikation fortschreitet, schreitet die Replikationsgabel durch den abgewickelten DNA-Strang voran. Da diese DNA-Helikasen zwischen den beiden Strängen eingeschlossen sind, wird die erneute Vernetzung komplementärer Basen vermieden.

Fazit

DNA-Helikasen sind die Enzyme, die für das Abwickeln von DNA verantwortlich sind, um einzelsträngige DNA zu bilden, die für DNA-Replikation, Rekombination und Reparatur erforderlich ist. Sie bauen Wasserstoffbrücken zwischen komplementären Basen der beiden Stränge auf, die die beiden Stränge zusammenhalten. Die eingeschlossenen DNA-Helikasen zwischen der abgewickelten DNA verhindern das Reannealing.

Referenz:

1. Gai, Dahai et al. "Origin-DNA-Schmelze und -Aufwindung bei der DNA-Replikation". Aktuelle Meinung in Strukturbiologie, US-amerikanische Nationalbibliothek für Medizin, Dezember 2010, erhältlich hier.

Bildhöflichkeit:

1. “Helicase” Von Phoebus87 in der Wikipedia auf Englisch (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. “EukPreRC” von Lsanman - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia