DNA-syntese

Det DNA-syntese finder sted som en del af replikationen af ​​DNA. DNA'et er bærer af genetisk information og kontrollerer alle livsprocesser. Hos mennesker, som i alle andre levende ting, er det placeret i cellekernen. DNA er i form af en dobbelt streng, svarende til en snoet rebstige kaldet en helix. Denne dobbelte helix består af to DNA-molekyler. Hver af de to komplementære enkeltstrenge består af en rygrad af sukkermolekyler (deoxyribose) og phosphatrester, hvortil de fire organiske, nitrogenholdige baser guanin, adenin, cytosin og thymin er bundet. De to strenge er bundet til hinanden via brintbindinger mellem modsatte, såkaldte komplementære baser. I henhold til princippet om komplementær baseparring er kun bindinger mellem guanin og cytosin på den ene side og adenin og thymin på den anden side mulige.

Hvad er DNA-syntese?

For at DNA skal replikere er processen med DNA-syntese nødvendig. Den beskriver strukturen af ​​deoxyribonukleinsyre (forkortet til DNA eller DNA). Det centrale enzym her er DNA-polymerase. Dette er den eneste måde, celledeling er mulig.

Til replikation er den snoede DNA-dobbeltstreng først bundet af enzymer, såkaldte helikaser og topoisomeraser, og de to enkeltstrenge adskilles fra hinanden. Denne forberedelse til den faktiske replikation kaldes initiering. Nu syntetiseres et stykke RNA, som DNA-polymerasen har brug for som udgangspunkt for dets enzymatiske aktivitet.

Under den efterfølgende forlængelse (strengforlængelse) kan hver enkelt streng anvendes af DNA-polymerasen som en skabelon til syntese af det komplementære modpart-DNA. Da en af ​​baserne kun kan binde til en anden base, er det muligt at bruge en enkelt streng til at rekonstruere den anden tilknyttede streng. Denne tildeling af de komplementære baser er DNA-polymerasens opgave.

Sukker-fosfatryggen i den nye DNA-streng er derefter forbundet med en ligase. Dette skaber to nye DNA-dobbeltstrenge, der hver indeholder en streng fra den gamle DNA-helix. Den nye dobbelte helix kaldes derfor semikonservativ.

Begge dele af den dobbelte helix har en polaritet, der angiver orienteringen af ​​molekylerne. Retningen af ​​de to DNA-molekyler i en helix er modsat. Da DNA-polymerasen kun fungerer i en retning, kan kun den streng, der er i den rette orientering, opbygges kontinuerligt. Den anden streng syntetiseres stykke for stykke. De resulterende DNA-sektioner, også kendt som Okazaki-fragmenter, forbindes derefter af ligasen.Afslutning af DNA-syntese ved hjælp af forskellige cofaktorer kaldes terminering.

Funktion & opgave

Da de fleste celler kun har en begrænset levetid, skal der konstant dannes nye celler i kroppen gennem celledeling for at erstatte de døende. De røde blodlegemer i den menneskelige krop har for eksempel en gennemsnitlig levetid på 120 dage, mens nogle tarmceller skal udskiftes med nye celler efter en eller to dage. Dette kræver mitotisk celledeling, hvor to nye, identiske datterceller oprettes fra en modercelle. Begge celler har brug for det komplette sæt gener, hvilket betyder, at det i modsætning til andre cellekomponenter ikke blot kan opdeles. Så at ingen genetisk information går tabt under opdelingen, skal DNA'et fordobles ("replikeres") før opdeling.

Celleinddelingen finder også sted under modningen af ​​de mandlige og kvindelige kimceller (æg- og sædceller). I de meiotiske opdelinger, der finder sted, fordobles DNA'et ikke, da der ønskes en reduktion med halvdelen af ​​DNA'et. Når ægget og sædcellerne smelter sammen, nås det komplette antal kromosomer, DNA's emballagestilstand, igen.

DNA er vigtigt for, at den menneskelige krop og alle andre organismer fungerer, da det er grundlaget for syntesen af ​​proteiner. En kombination af tre på hinanden følgende baser står for en aminosyre, hvorfor det kaldes en tripletkode. Hver basistriplet "oversættes" til en aminosyre via messenger-RNA (mRNA); disse aminosyrer er derefter bundet til proteiner i celleplasma. MRNA'et adskiller sig kun fra DNA'et i et atom i sukkerresten af ​​rygraden og i et par baser. MRNA tjener hovedsageligt som en informationsbærer til transport af information, der er lagret i DNA'et fra cellekernen ind i celleplasma.

Sygdomme og lidelser

En organisme, der ikke er i stand til DNA-syntese, ville ikke være levedygtig, da nye celler skal dannes ved celledeling under den embryonale udvikling. Fejl i DNA-syntese, dvs. individuelle forkert inkorporerede baser, der ikke følger princippet om komplementær baseparring, forekommer relativt ofte. På grund af dette har menneskelige celler reparationssystemer. Disse er baseret på enzymer, der kontrollerer DNA-dobbeltstrengen og korrigerer forkert indsatte baser ved hjælp af forskellige mekanismer.

Til dette formål kan for eksempel området omkring den forkerte base udskæres og genopbygges i henhold til det forklarede synteseprincip. Hvis cellens DNA-reparationssystemer imidlertid er defekte eller overbelastede, kan basefejl, kendt som mutationer, akkumuleres. Disse mutationer destabiliserer genomet og øger således sandsynligheden for nye fejl i løbet af DNA-syntese. En ophobning af sådanne mutationer kan føre til kræft. Mutationen giver nogle gener en kræftfremmende effekt (funktionsgevinst), mens andre gener mister deres beskyttende virkning (tab af funktion).

I nogle celler er en øget fejlhastighed imidlertid endda ønskelig for at gøre dem mere tilpasningsdygtige, for eksempel i visse celler i det humane immunsystem.