Replikation – Was ist das? Eine Definition

Die Replikation ist der Mechanismus zur Herstellung neuer Nukleinsäuremoleküle aus DNA oder, im Falle einiger Viren, aus RNA. Auf zellulärer Ebene führt das Kopieren von DNA zur Bildung von zwei Tochtermolekülen, die untereinander und mit dem Muttermolekül identisch sind. Dies geschieht auf der Ebene der Chromosomen vor der Zellteilung (chromosomale Replikation).

Bei Bakterien, die ein zirkuläres Chromosom haben, beginnt die Replikation an einem Punkt des Bakterienchromosoms. Dann repliziert die DNA ausgehend vom Replikationsursprung in beide Richtungen. Das genetische Material muss vor der Zellteilung verdoppelt werden, was bei dem Bakterium Escherichia coli unter guten Wachstumsbedingungen alle 20 Minuten geschieht. Bei Eukaryoten beginnt die DNA-Replikation an verschiedenen Initiationspunkten im Genom. Sie findet in der S-Phase des Zellzyklus statt.

Eine bidirektionale und halbkonservative DNA-Replikation.

Die Replikation ist semikonservativ, oder auch “halb-bewahrend”: In einem Tochter-DNA-Molekül gibt es einen „alten“ und einen neugebildeten Strang. Der semikonservative Charakter der Replikation wurde durch das Experiment von Mesehlson und Stahl nachgewiesen: Dafür verwendeten sie ein Stickstoffisotop für die Replikation von E. coli. Indem sie ein schweres Isotop von den Bakterien aufnehmen und in das Chromosom einbauen ließen, konnten sie nach einer Teilung messen, wie viel die Chromosoemen der neu entstandenen Bakterien wogen. So wiesen sie die semikonservative Replikation nach.

Für die DNA-Replikation sind zahlreiche Enzyme, wie die DNA-Polymerasen, erforderlich. Da die beiden DNA-Stränge antiparallel sind, erfolgt die DNA-Synthese auf beiden Strängen unterschiedlich: Auf der einen Seite kann die DNA-Polymerase einen kontinuierlichen, von 5′ nach 3′ orientierten Strang synthetisieren. Auf der anderen Seite erfolgt die DNA-Synthese intermittierend, solche in Form vieler einzelner Abschnitte. Diese einzelnen Abschnitte heißen Okasaki-Fragmente. Sie werden durch eine Ligase miteinander verschmolzen, um einen durchgängigen Strang zu bilden.

Bei der Replikation kann es während der Synthese des neuen DNA-Strangs zu Fehlern kommen: Diese Fehler können, wenn sie nicht korrigiert werden, zu Mutationen führen.

Urhebender Autor: Redaktion Futura