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Molekulare Kopiermaschinen
PDB "Molekül des Monats" #03: DNA Polymerase
PDB "Molekül des Monats" #55, DNA Ligase
Wikipedia: Replikation, DNS-Polymerase, Helikase, Ligase
Eine Escherichia coli-Zelle kann sich unter günstigen Bedingungen alle 20 min teilen. Vor jeder Zellteilung muss die gesamte genetische Information der Zelle genau einmal kopiert werden, damit jede der Tochterzelle die exakt gleiche Erbinformation erhält wie die Mutterzelle.
Um das 4'639'675 Basenpaare lange Genom einer Escherichia coli-Zelle zu verdoppeln, haften sich zwei Molküle der DNS-Polymerase an eine spezielle DNS Sequenz an, die "Origin of Replikation" genannt wird. Die beiden Polymerase-Molekülebewegen sich in entgegengesetzter Richtung dem Ring entlang. Helicasen eilen ihnen voran und öffnen den DNS-Doppelstrang. Da die beiden Stränge sich mit einer Windung pro 10 Basenpaare umeinander winden, müssen weitere Enzyme die dabei entstehende Spannung im ringförmigen DNS-Molekül abbauen.
So synthetisiert jede der beiden Polymerase für beide Einzelstränge je einen Komplementärstrang. Damit sie das können, ist die Polymerase ein Dimer. Auf der andern Seite des rinförmigen Genoms treffen sie sich wieder und lösen sich von derr DNS. Jeder der beiden Untereinheiten der beiden Polymerasen baut pro Sekunde etwa 2000 Basen in die neu synthetisierten DNS-Stränge ein. Sie arbeiten extrem genau und machen nur einen Fehler pro 108-1010 eingebaute Basen.
Die Polymerase kann jedoch DNS-Stränge nur in einer Richtung synthetisieren, und da die beiden Stränge des Doppelstrangs in unterschiedlicher Richtung laufen, muss der eine Strang in einer komplexen Schlaufe durch das Enzym geführt werden und sein Komplementärstrang in kurzen Stücken produziert werden, die anschliessend von einem anderen Enzym, der DNS-Ligase , zusammengehängt werden.
In Eukaryonten ist das Ganze noch deutlich komplizierter, da die DNS-Moleküle um eine vielfaches länger, linear statt zirkulär und in mehrere Chromosomen unterteilt sind. Wie genau hier sichergestellt wird, dass jedes Chromosom nur einmal pro Zellteilung kopiert wird, ist noch nicht völlig geklärt.
