DNA Replikation

Die gesamte DNA einer Zelle wird während der S-Phase (Synthese) des Zellzyklus repliziert. Die Replikation basiert auf der komplementären Nukleotidbasenpaarung: Adenin bildet Wasserstoffbrückenbindungen mit Thymin (oder Uracil in der RNA) und Guanin bildet Wasserstoffbrückenbindungen mit Cytosin. Die Replikation erfolgt in der S-Phase des Zellzyklus vor der Zellteilung, sodass während der Metaphase der Mitose ein doppelter Chromosomensatz vorhanden ist, der während der Kernteilung (in der Anaphase) gleichmäßig auf zwei neue Tochterzellen verteilt wird.

Aktualisiert: 05.07.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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durch Physikum, M2 und M3.

Vorbereitung und Voraussetzungen für die Replikation

Cell cycle, consisting of G1, S, G2, and M phases

Zellzyklus: Unterteilung in G1-, S-, G2- und M-Phase

Bild von Lecturio

Initiation

  • Replikationsursprünge: Bestimmte Proteine Proteine Proteine und Peptide erkennen DNA-Abschnitte (AT-reiche Sequenzen), von denen die Replikation beginnen kann.
  • In Prokaryoten bindet ein Protein namens DnaA an einen Replikationsursprung. Bei Eukaryoten übernimmt dies der Origin Recognition Complex (ORC), ein aus sechs Einheiten bestehender DNA-Bindungskomplex.
  • ATP-abhängige Helikase DnaB (Prokaryoten): Entwirrung der DNA-Doppelhelix und Trennung des Doppelstrangs in zwei Einzelstränge
    • Helikase (Eukaryoten): Wanderung in 5′ → 3′-Richtung entlang des DNA-Moleküls und Bildung der Replikationsgabel, indem energieabhängig (ATP-Hydrolyse) die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen der komplementären Stränge aufgebrochen werden
    • Das Bloom-Syndrom ist eine Erkrankung, die durch ein erhöhtes Krebsrisiko gekennzeichnet ist. Ursächlich ist eine Mutation im BLM-Helikase-Gen, einer der fast 100 beim Menschen vorkommenden Helikasen.
  • Einzelstrang-Bindungsproteine (Englisches Akronym: SSB): Bindung an die entwirrten Einzelstränge verhindert, dass sich diese nach der Trennung durch die Helikase wieder zusammenlagern
  • Topoisomerasen katalysieren die vorübergehende Spaltung der DNA-Stränge. Für die Replikation muss die DNA-Doppelhelix entwunden werden. Dies führt allerdings zu einer Superspiralisierung der DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA in angrenzenden Bereichen. Topoisomerasen verhindern einen durch die Superspiralisierung verursachten Bruch der Nukleinsäurestränge durch gezielte Spaltung, Entspiralisierung und erneute Verbindung der Stränge.
    • Bei Prokaryonten hemmen Fluorchinolon-Antibiotika die Topoisomerasen II (DNA-Gyrase) und IV.
    • In Eukaryoten hemmen die Chemotherapeutika Irinotecan und Topotecan die Topoisomerase I. Etoposid und Teniposid hemmen die Topoisomerase II.
DNA Replikation

Bei der DNA-Replikation (DNA-Synthese) wird eine Kopie des doppelsträngigen DNA-Moleküls erstellt. Dieser Prozess ist für das Leben aller Organismen von größter Bedeutung.

Bild : „DNA Replication“ von Mariana Ruiz. Lizenz: Public Domain
Polymerase Funktion Exonuklease-Aktivität
α Synthese der RNA-Primer und Initiation der DNA-Synthese am Folgestrang 3′ → 5′
β Reparatur der DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA Keine
γ Replikation mitochondrialer DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA 3′ → 5′
δ Synthese des Folgestrangs und Auffüllung der DNA-Lücken nach dem Entfernen der Primer 3′ → 5′
ε Synthese des Leitstrangs 3′ → 5′ und 5′ → 3′

Elongation

  • Für die DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA Replikation ist ein Primer erforderlich.
    • Kurzes RNA-Fragment (8 – 10 Basenpaare)
    • Komplementär zum Matrizenstrang
    • Synthese durch die Primase (DNA-abhängige RNA-Polymerase)
      • In Eukaryoten ist die Primase eine Untereinheit der DNA-Polymerase α.
  • DNA-Synthese
    • Kontinuierliche Replikation am Leitstrang
    • Diskontinuierliche Replikation am Folgestrang
  • Leitstrang
    • Kontinuierliche Replikation an der freien 3′ OH-Gruppe
    • Ein Primer
  • Folgestrang
    • Diskontinuierliche Replikation, da immer wieder eine neue freie 3′-OH-Gruppe zur Verfügung gestellt werden muss
    • Bildung von Okazaki-Fragmenten (1.000 – 2.000 Nukleotide)
    • Für jedes DNA-Segment wird ein Primer benötigt.
  • Leserichtung: 5′ → 3′
  • Anfügen neuer Nukleotide an das 3′-OH-Ende des neu synthetisierten Stranges
  • Katalysiert durch die DNA-Polymerase (Polymerase δ in Eukaryoten und DNA-Polymerase III in Prokaryoten)
    • Bildung von Esterbindungen zwischen der 3′-OH-Gruppe und dem α-Phosphat des Nukleotids
    • Freisetzung von Pyrophosphat
  • Korrekturlesen
    • Polymerasen mit 3′ → 5′ Exonuklease-Aktivität
  • Entfernung der Primer
    • Entfernung in entgegengesetzter Richtung der Synthese (5′ → 3′)
    • Prokaryoten: durch die RNase H und die 5′ → 3′ Exonuklease-Aktivität der DNA-Polymerase I
    • Eukaryoten: durch die FEN-1 (Flap-Endonuklease-1)
  • Auffüllen der Lücken
    • Auffüllung mit komplementären Desoxynukleotiden
    • Prokaryoten: DNA-Polymerase I fügt einzelne Desoxynukleotide hinzu und liest dann Korrektur
    • Eukaryoten: DNA-Polymerase
  • Verbindung der Nukleotide
    • DNA-Ligase verbindet die Nukleotide der aufgefüllten Lücken
    • Ablauf der Reaktion:
      • Übertragung von AMP zum 5′-Phosphat-Ende
      • Spaltung von AMP → Bindung des 5′-Phosphat-Endes an das 3′-OH-Ende des anderen Fragments
  • Nach der Duplikation der DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA gibt es 46 Zwei-Chromatid-Chromosomen (4n).
    • Reduktion auf 46 Ein-Chromatid-Chromosomen (2n) in der Anaphase (der Mitose) und Zytokinese

Termination

Telomere und klinische Relevanz

  • Telomere
    • Nicht-kodierende DNA-Fragmente an den 3′-Enden der Chromosomen
    • Jedes Telomer besteht aus mehreren tausend Basenpaaren (Tandem-Repeats von TTAGGG)
  • Telomerase
    • Reverse Transkriptase mit einer eigenen RNA-Vorlage
    • Erhaltung der Telomere (verhindert Verkürzung der Chromosomenenden)
    • Vorkommen in schnell proliferierenden Zellen, Stammzellen und Krebszellen
      • Besonders hohe Aktivität in Krebszellen, sodass die Telomere lange erhalten bleiben und die normale Lebensdauer enorm verlängert wird

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eLearning Award 2023

Lecturio und die Exporo-Gruppe wurden für ihre digitale Compliance-Akademie mit dem eLearning Award 2023 ausgezeichnet.

eLearning Award 2019

Lecturio und die TÜV SÜD Akademie erhielten für den gemeinsam entwickelten Online-Kurs zur Vorbereitung auf den
Drohnenführerschein den eLearning Award 2019 in der Kategorie “Videotraining”.

Comenius-Award 2019

Comenius-Award 2019

Die Lecturio Business Flat erhielt 2019 das Comenius-EduMedia-Siegel, mit dem die Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien jährlich pädagogisch,  inhaltlich und gestalterisch
herausragende didaktische Multimediaprodukte auszeichnet.

IELA-Award 2022

Die International E-Learning Association, eine Gesellschaft für E-Learning Professionals und Begeisterte, verlieh der Lecturio Learning Cloud die Gold-Auszeichnung in der Kategorie “Learning Delivery Platform”.

Comenius-Award 2022

In der Kategorie “Lehr- und Lernmanagementsysteme” erhielt die Lecturio Learning Cloud die Comenius-EduMedia-Medaille. Verliehen wird der Preis von der Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien für pädagogisch, inhaltlich und gestalterisch herausragende Bildungsmedien.

B2B Award 2020/2021

Die Deutsche Gesellschaft für Verbraucherstudien (DtGV) hat Lecturio zum Branchen-Champion unter den deutschen Online-Kurs-Plattformen gekürt. Beim Kundenservice belegt Lecturio den 1. Platz, bei der Kundenzufriedenheit den 2. Platz.

B2B Award 2022

Für herausragende Kundenzufriedenheit wurde Lecturio von der Deutschen Gesellschaft für Verbraucherstudien (DtGV) mit dem deutschen B2B-Award 2022 ausgezeichnet.
In der Rubrik Kundenservice deutscher Online-Kurs-Plattformen belegt Lecturio zum zweiten Mal in Folge den 1. Platz.

Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

Holger Wöltje

Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

Frank Eilers

Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

Yasmin Kardi

Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

Leon Chaudhari

Leon Chaudhari ist ein gefragter Marketingexperte, Inhaber mehrerer Unternehmen im Kreativ- und E-Learning-Bereich und Trainer für Marketingagenturen, KMUs und Personal Brands. Er unterstützt seine Kunden vor allem in den Bereichen digitales Marketing, Unternehmensgründung, Kundenakquise, Automatisierung und Chat Bot Programmierung. Seit nun bereits sechs Jahren unterrichtet er online und gründete im Jahr 2017 die „MyTeachingHero“ Akademie.

Andreas Ellenberger

Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

Zach Davis

Zach Davis ist studierter Betriebswirt und Experte für Zeitintelligenz und Zukunftsfähigkeit. Als Unternehmens-Coach hat er einen tiefen Einblick in über 80 verschiedene Branchen erhalten. Er wurde 2011 als Vortragsredner des Jahres ausgezeichnet und ist bis heute als Speaker gefragt. Außerdem ist Zach Davis Autor von acht Büchern und Gründer des Trainingsinstituts Peoplebuilding.

Wladislav Jachtchenko

Wladislaw Jachtchenko ist mehrfach ausgezeichneter Experte, TOP-Speaker in Europa und gefragter Business Coach. Er hält Vorträge, trainiert und coacht seit 2007 Politiker, Führungskräfte und Mitarbeiter namhafter Unternehmen wie Allianz, BMW, Pro7, Westwing, 3M und viele andere – sowohl offline in Präsenztrainings als auch online in seiner Argumentorik Online-Akademie mit bereits über 52.000 Teilnehmern. Er vermittelt seinen Kunden nicht nur Tools professioneller Rhetorik, sondern auch effektive Überzeugungstechniken, Methoden für erfolgreiches Verhandeln, professionelles Konfliktmanagement und Techniken für effektives Leadership.

Alexander Plath

Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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