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Was ist DNA-Replikation?
Die DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem Ihre Zellen genaue Kopien ihres genetischen Codes erstellen. Dazu sind die Zellen auf die Nukleotide angewiesen, aus denen ihre DNA besteht. Nukleotide bestehen aus einer Phosphatgruppe, einem Fünf-Kohlenstoff-Zucker und einer von vier stickstoffhaltigen Basen: Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin – oft abgekürzt als A, T, C und G. Diese Basen haben ein spezifisches Bindungsmuster, bei dem sich A an T und C an G bindet, um Nukleotidpaare zu bilden. Die gebundenen Nukleotidpaare bilden eine verdrehte leiterartige Struktur, die Doppelhelix, wobei jede Sprosse der Leiter ein gebundenes Nukleotidpaar darstellt.
Um die DNA zu replizieren, werden die Bindungen zwischen den Nukleotidbasen aufgebrochen, so dass sich die Doppelhelix in zwei Teile teilt. Mit Hilfe eines Enzyms, der DNA-Polymerase, wird dann jede Base mit einem neuen Partner verbunden – wie zuvor A mit T und C mit G – um einen neuen DNA-Strang zu bilden. Dieses spezifische Bindungsmuster führt dazu, dass aus der ursprünglichen Version zwei Kopien des DNA-Moleküls entstehen.
Es kann vorkommen, dass die DNA-Polymerase versehentlich die falschen Basen miteinander verbindet, z. B. ein A mit einem C statt mit einem T. Das ist ein Problem, denn diese Art von Fehlern kann zu einer Mutation, einer vererbbaren Veränderung der DNA, führen. Um dies zu vermeiden, führt die DNA-Polymerase eine „Korrekturlesung“ durch und stoppt die Replikation, wenn sie einen Fehler entdeckt. Sobald andere Enzyme den Fehler behoben haben, kann die DNA-Polymerase ihre Arbeit wieder aufnehmen und fortsetzen, bis der DNA-Replikationsprozess abgeschlossen ist. Diese Korrekturleseaktivität ist so effektiv, dass im Durchschnitt nur eine Mutation pro 100 Millionen Basen auftritt.
Warum wird die DNA repliziert?
Die DNA-Replikation spielt eine wichtige Rolle für das Wachstum und die Erneuerung von Zellen. Wachsende Organismen bilden ständig neue Zellen, während sie sich zu einem größeren Körper entwickeln. Mit der Zeit können einige Zellen beschädigt werden, altern oder absterben. Damit Ihr Körper richtig funktioniert, ist es wichtig, dass diese Zellen schnell durch neue Zellen ersetzt werden. Diese Erneuerung und dieses Wachstum erreichen die Zellen durch den Prozess der Zellteilung, bei dem sich eine Zelle in zwei Hälften teilt und zwei neue Zellen bildet. Damit sich eine Zelle teilen kann, muss sie zunächst eine Kopie ihrer eigenen DNA anfertigen, also des genetischen Codes, den sie braucht, um richtig zu funktionieren. Es ist sehr wichtig, dass Ihre DNA genau repliziert wird, so dass neue Zellen eine exakte Kopie Ihrer genetischen Sequenz erhalten.
Wie wurde der DNA-Replikationsprozess entdeckt?
Viele Jahre lang waren sich die Wissenschaftler nicht sicher, wie eine Zelle ihre DNA repliziert. Drei konkurrierende Theorien wurden vorgeschlagen. Die erste Theorie, das so genannte konservative Modell, ging davon aus, dass die ursprüngliche DNA-Doppelhelix völlig intakt blieb und die neue Kopie keine Moleküle vom Original entlehnte. Das semikonservative Modell ging davon aus, dass sich die DNA während der Replikation abwickelt, wobei jeder Strang als Vorlage für eine neue Synthese dient. Das dispersive Modell schließlich geht davon aus, dass die ursprüngliche Doppelhelix in viele kleine Teile zerbrochen wird, von denen einige in jedem neuen Strang landen.
Die Debatte wurde schließlich 1958 von zwei Wissenschaftlern namens Matthew und Franklin Stahl gelöst. In einem berühmt gewordenen Biologieexperiment züchteten sie Bakterien in einer speziellen Lösung und markierten die gesamte DNA der Zellen mit einem Marker. Anschließend markierten sie mit einem anderen Marker nur die DNA, die neu synthetisiert wurde. Sie entdeckten, dass die replizierte DNA immer einen Strang des ursprünglichen DNA-Moleküls und einen Strang enthielt, der neu gebildet wurde. Dies bewies, dass das semikonservative Modell der DNA-Replikation korrekt war.