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Abb. 57: DNA-Replikationsgabel

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An einer sogenannten Replikationsgabel entstehen aus einem DNA-Doppelstrang zwei, die genau dieselben Erbinformationen enthalten: Die Abfolge der Puzzleteile – Nukleotide genannt – bleibt gleich. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker, einer Phosphatgruppe und einer Base (s. o.). An der Verdopplung sind zahlreiche Enzyme beteiligt: Die Topoisomerase (T) windet die Doppelhelix auseinander, damit der Doppelstrang zugänglich wird. Die Helikase (H) mach aus dem Doppelstrang zwei Einzelstränge. Die Polymerasen (P) ergänzen jedes Nukleotid um das passende Gegenstück. Dabei wachsen beide neuen Einzelstränge in 5′-zu-3′-Richtung: in Richtung der Puzzleteil-Pfeile. Die Gabelung verschiebt sich allmählich nach links. Der obere der beiden neuen DNA-Stränge wächst einfach in dieselbe Richtung. Der untere neue Strang muss von links nach rechts wachsen, also notgedrungen stückchenweise. Dazu stellt die Primase
(PR) in bestimmten Abständen sogenannte Primer bereit, an denen jeweils ein neues Fragment beginnt. Wenn ein Fragment an den vorhergehenden Primer stößt, werden die Stücke verbunden. Weiter rechts (nicht im Bild) winden sich die beiden neuen Doppelstränge wieder zu Doppelhelices.

Sie dürfen diese Zeichnung gerne in Folien etc. übernehmen, sofern Sie die Quelle angeben: Dr. Andrea Kamphuis, https://autoimmunbuch.de

Die DNA-Replikationsgabel

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Ich überarbeite gerade ein Grundlagenkapitel des Buches, den „Crashkurs Biologie“. Was noch fehlte: eine Illustration zur Replikation, also zur Verdopplung der DNA-Doppelhelix. Die Darstellung ist stark vereinfacht; tatsächlich sind an dem Vorgang weit mehr Enzyme und Stützproteine beteiligt.

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Ein DNA-Einzelstrang hat chemisch unterschiedliche Enden, 5′ und 3′ genannt, und die beiden Einzelstränge in der Doppelhelix verlaufen in entgegengesetzte Richtung. Wachsen kann ein neuer Strang nur in 5′-zu-3′-Richtung: in Richtung der Pfeile an den Seiten der Puzzleteile. Die Gabelung, an der der alte Doppelstang in zwei Einzelstränge aufgeteilt wird, verschiebt sich allmählich nach links. Der obere der beiden neuen DNA-Stränge kann einfach kontinuierlich in dieselbe Richtung wachsen. Der untere neue Strang muss dagegen von links nach rechts wachsen, also notgedrungen stückchenweise. An jeder Startfahne beginnt ein neues Fragment; wenn es rechts an das vorige Fragment stößt, verbindet ein weiteres Enzym die Enden.

Die Enzyme: T = Topoisomerase, H = Helikase, Pr = Primase, P = Polymerasen

Ist die Methylierung von Lysin 27 im Histon H3 wirklich ein epigenetischer Marker?

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In einem kritischen Kommentar für The Scientist hinterfragt der Harvard-Genetiker Robert E. Kingston die weit verbreitete Überzeugung, dass die Methylierung der Aminosäure Lysin an Position 27 der Polypeptidkette des Histons H3 ein epigenetischer Marker sei, der das Ablesen eines Gens verhindert und bei der Replikation des DNA-Doppelstrangs stabil vererbt wird. Wie dieser Einbau von neuem, entsprechend methyliertem Histon an exakt der richtigen Stelle der neu synthetisierten DNA funktionieren soll, ist nämlich – anders als bei epigenetischen Modifikationen an spezifischen Sequenzen der DNA selbst – alles andere als klar.

Kingston zufolge wäre es sehr zu wünschen, dass diese Annahme bald durch Versuche überprüft wird, bei denen man das Lysin an Position 27 durch eine andere Aminosäure ersetzt. Leider gibt es sowohl im Drosophila- als auch im Mäuse-Genom jeweils über 20 H3-Gene, was solche Versuche massiv erschwert, denn man müsste entweder überall die richtige Punktmutation herbeiführen oder die nicht mutierten Gene stilllegen.

Ob sich jemand diese Mühe machen wird, solange die Mehrheit der Kollegen an dem „Glaubenssatz“ von den stabil vererbten epigenetischen H3-Markern festhält? Kingston mahnt: „Der Umstand, dass eine Hypothese einleuchtend klingt, enthebt uns nicht der Notwendigkeit, sie so streng wie möglich zu prüfen.“