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DNA-Replikation – die Replikationsgabel und das Meselson-Stahl-Experiment

BiologieGenetikAlter 17–18

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Eine animierte Replikationsgabel: Die Helikase entwindet die DNA, die Primase setzt RNA-Primer, die DNA-Polymerase III verlängert die neuen Stränge in 5′→3′-Richtung – kontinuierlich am Leitstrang, als Okazaki-Fragmente am Folgestrang –, dann ersetzt die DNA-Polymerase I die Primer und die Ligase verbindet die Fragmente. Sie starten, pausieren oder gehen schrittweise vor, ändern die Länge der Okazaki-Fragmente und zählen Primer und Lücken. Eine zweite Ansicht stellt das Meselson-Stahl-Experiment nach: E. coli aus ¹⁵N-Medium kommen in ¹⁴N-Medium, und die DNA-Banden nach der CsCl-Dichtegradientenzentrifugation in den Generationen 0–4 werden mit den Vorhersagen der konservativen, semikonservativen und dispersiven Hypothese verglichen.

Lektion: DNA-Replikation: Replikationsgabel, Aufgaben der Enzyme, Leit- und Folgestrang; semikonservative Replikation (Meselson-Stahl-Experiment)

Was sie zeigt

DNA-Polymerase kann Nukleotide nur an ein freies 3′-OH-Ende anhängen; jeder neue Strang wächst daher in 5′→3′-Richtung und braucht zum Start einen kurzen RNA-Primer. An der Replikationsgabel trennt die Helikase die Stränge. Am Leitstrang kopiert die DNA-Polymerase III kontinuierlich in Richtung Gabel, am Folgestrang arbeitet sie von der Gabel weg in Okazaki-Fragmenten, die jeweils die Primase startet. Danach ersetzt die DNA-Polymerase I die RNA-Primer durch DNA, und die Ligase schließt die Lücken. Das Meselson-Stahl-Experiment mit ¹⁵N, ¹⁴N und Dichtegradientenzentrifugation zeigte, dass die Replikation semikonservativ ist.

So funktioniert es

Klicken Sie in Replikationsgabel auf Start oder nutzen Sie Schritt, um Ereignis für Ereignis vorzugehen; lesen Sie den Ereigniskasten und zählen Sie Primer, Fragmente und Lücken. Ändern Sie Okazaki-Fragment und sagen Sie die Zahl der nötigen Primer voraus. Klicken Sie in Meselson-Stahl-Experiment auf Nächste Generation, vergleichen Sie jedes Röhrchen mit den drei Vorhersagen und zeigen Sie mit Hypothese ein Modell einzeln an. Die Tabelle markiert, welche Hypothesen die Daten widerlegen.

Einstellbare Parameter

  • Ansicht Replikationsgabel, Meselson-Stahl-Experiment
  • Abspielgeschwindigkeit (1 = ein Viertel der echten Rate bei E. coli) 0,25–3
  • Länge eines Okazaki-Fragments 200–2000 nt
  • Enzymnamen anzeigen
  • Generationen in ¹⁴N beim Start (Ansicht Meselson-Stahl) 0–4
  • Angezeigte Hypothesen Alle drei Hypothesen, Semikonservativ, Konservativ, Dispersiv

Fragen zum Erkunden

  1. Warum entsteht der Folgestrang in kurzen Stücken, während der Leitstrang kontinuierlich wächst?
  2. Welche Hypothese widerlegt Generation 1, und warum braucht man Generation 2, um das dispersive Modell zu verwerfen?
  3. Wie viel Prozent der DNA sind nach drei Generationen in ¹⁴N hybrid?

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