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DNA-Polymerase

Version vom 8. Mai 2014, 14:55 Uhr von Maria Fischer (Diskussion | Beiträge)

Synonym: DNA-abhängige DNA-Polymerase
Englisch: DNA polymerase

1 Definition

Die DNA-Polymerase ist ein Enzymkomplex, der bei der Replikation der DNA während der S-Phase des Zellzyklus eine entscheidende Bedeutung hat. Die DNA-Polymerase katalysiert die DNA-Synthese aus Desoxyribonukleotiden an einem DNA-Matrizenstrang.

2 Biochemie

2.1 Grundlagen

Nach Vorbereitung der Replikation des DNA-Doppelstranges durch das Initiationsprotein DnaA und die ATP-abhängige Helikase DnaB entsteht die Replikationsgabel, in der die DNA-Polymerase III an die geöffneten DNA-Einzelstränge andocken kann.

Jede DNA-Replikation startet mit der Synthese eines RNA-Primers, da alle DNA-Polymerasen die gemeinsame Eigenschaft verbindet, dass sie neue Nukleotide nur mit einem Basen-gepaarten Nucleotid der DNA-Doppelhelix verbinden können. Der Primer wird in einem der Polymerase nachgeschalteten Prozess wieder entfernt.

Wie alle Polymerasen synthetisiert auch die DNA-Polymerase die Nukleinsäuren vom 5’-Ende beginnend in Richtung 3’-Ende, d.h. die Leserichtung am Matrizenstrang ist vom 3’-Ende zum 5’-Ende. Diese Tatsache ergibt aufgrund der antiparallelen Anordnung der beiden DNA-Matrizenstränge ein Problem. Die DNA-Polymerase kann der Replikationsgabel kontinuierlich nur in 3’-5’-Richtung folgen, hier wird der sog. Leitstrang synthetisiert. Der andere Tochterstrang wird als Folgestrang (oder auch Verzögerungsstrang) bezeichnet und wird diskontinuierlich in Okazaki-Fragmenten synthetisiert.

2.2 Reaktionsmechanismus

Chemisch betrachtet ist die DNA-Synthese ein nukleophiler Angriff der 3’-OH-Gruppe am Ende des Nukleinsäurestrangs auf das α-Phosphoratom des jeweils als nächstes einzubauenden Nukleotids. Die beiden Edukte werden über eine Phosphorsäure-Esterbindung verknüpft. Bei jeder Anknüpfung eines Nukleotids wird somit ein Pyrophosphat freigesetzt. Folglich müssen immer ausreichend Nukleosidtriphospate (ATP, GTP, UTP, CTP) vorhanden sein.

2.3 DNA-Synthese in den verschiedenen Zellkompartimenten

2.3.1 Zellkern

Beim Menschen sind für die DNA-Replikation im Zellkern insbesondere die DNA-Polymerasen α und δ zuständig. Die DNA-Polymerase α synthetisiert an beiden Einzelsträngen den Primer und übernimmt die DNA-Synthese der Okazaki-Fragmente des Folgestrangs. Die Synthese des Führungsstranges wird nach Fertigstellung des Primers und etwa 20 weiterer Nukleotide durch die etwas schnellere DNA-Polymerase δ übernommen. Hierzu wird die Polymerase α mit Hilfe der Proteine RFC (Replikationsfaktor C) und PCNA (proliferating cell nuklar antigen) verdrängt und durch die DNA-Polymerase δ ersetzt. Die Synthese des Führungsstranges verläuft von da an ununterbrochen, bis der Enzymkomplex ein anderes Replikationsauge oder das DNA-Ende erreicht.

Die beiden DNA-Polymerasen ε und β sind ebenfalls im Zellkern lokalisiert und übernehmen Aufgaben im Bereich der DNA-Reparatur.

2.3.2 Mitochondrien

Die Replikation der mitochondrialen DNA wird durch die DNA-Polymerase γ bewerkstelligt. Diese ist entsprechend in den Mitochondrien, und nicht im Zellkern lokalisiert.

2.4 Abschliessende Mechanismen

Um bei der Replikation zwei voll funktionsfähige DNA-Doppelstränge zu erhalten, müssen zum einen die Primer entfernt und die Okazaki-Elemente des Folgestranges verbunden werden. Die DNA-Polymerase δ verfügt hierzu über 5’-3’-Exonucleaseaktivität, mit deren Hilfe spezifisch der RNA-Primer entfernt und ein komplemänteres Desoxiribonucelosidtriphosphat in die Lücke eingefügt wird. Schliesslich verknüpft das Enzym DNA-Ligase die Fragmente zu einem durchgehenden Strang.

Diese Seite wurde zuletzt am 8. Mai 2014 um 14:55 Uhr bearbeitet.

Zählt die Telomerase nicht eigentlich auch zu den DNA-Polymerasen, genau wie die reverse Transkriptase? Ansonsten müsste der Artikel doch umbenannt werden in DNA-abhängige DNA-Polymerasen
#3 am 20.02.2021 von Maxx Schuster (Student/in der Humanmedizin)
Das gilt nur für Prokaryoten. Bei Eukaryoten hat die DNA-Polymerase alpha die Primasefunktion.
#2 am 07.02.2020 von Dr. Frank Antwerpes (Arzt | Ärztin)
ist es nicht so, dass der RNA-Primer durch die Primase (eine, von der DNA-Polymerase alpha abhängige RNA-Polymerase) synthetisiert - und die DNA-Polymerase alpha lediglich für die Verlängerung des RNA-Primers zuständig ist?
#1 am 04.02.2020 von Dr. med. Andrea Schillings (Arzt | Ärztin)

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