Verdopplung der DNA

• Enzym A: Entspiralisiert die DNA-Doppelhelix.

• Enzym B: Trennt den Doppelstrang der Länge nach in zwei Einzelstränge.

• Enzym C: Hält die Einzelstränge getrennt und stabilisiert sie.

• Enzym D: Ergänzt die komplementären Nucleotide (Basen) an den Einzelsträngen.

• Enzym E: Spiralisiert die zwei neuen Doppelstränge wieder zur gewohnten Doppelhelix-Struktur.

• Neubildung von Zellen: Ein vielzelliger Organismus wächst, repariert Gewebe und ersetzt abgestorbene Zellen durch Zellteilung.

• Vollständige Erbinformation: Jede neu entstehende Tochterzelle benötigt die exakte und vollständige Kopie des gesamten Erbguts, um alle Lebensfunktionen steuern zu können.

• Gefahr bei fehlender Verdopplung: Würde die DNA vor der Teilung nicht verdoppelt, würde sich die Menge an Erbinformation bei jeder Zellteilung halbieren. Den Tochterzellen würden dann wichtige Gen-Bauanleitungen fehlen und sie wären nicht überlebensfähig.

Stell dir vor, du schneidest dir beim Zwiebelschneiden mit dem Messer in den Finger:

1. Die Lücke im Gewebe: Durch den Schnitt werden Hunderte Hautzellen zerrissen und zerstört. Es entsteht eine Wundöffnung.

2. Die Bildung neuer Zellen: Damit die Wunde verheilt, müssen die gesunden Hautzellen am Wundrand neue Zellen durch Zellteilung (Mitose) erzeugen.

Warum die neu entstehenden Hautzellen zwingend DNA brauchen:

• 1. Bauanleitung für Zellbaustoffe (Proteine): Damit die neue Zelle eine feste Hautzelle werden kann, muss sie Baustoffe wie Kollagen (für die Spannkraft) oder Keratin (für die Schutzschicht) herstellen. Auf der DNA liegen in den Genen die exakten Bauanleitungen für diese Proteine.

• 2. Ohne DNA kein „Betriebssystem“: Der Zellkern mit der DNA ist die Steuerzentrale der Zelle. Ohne DNA besitzt die neue Zelle keinen Bauplan. Sie könnte keine Proteine produzieren, keinen Stoffwechsel betreiben und wäre nicht überlebensfähig.

• 3. Exakte Kopie für dieselbe Aufgabe: Vor der Zellteilung verdoppelt die Ursprungszelle ihre DNA exakt. So erhält die neue Tochterzelle dieselbe vollständige Erbinformation. Dadurch „weiß“ die neue Zelle genau, dass sie eine Hautzelle ist und wie sie die Wunde verschließen muss.

Das Kopieren von drei Milliarden Basenpaaren an einer einzigen Stelle würde aus folgenden Gründen extrem lange dauern und wird von der Zelle wie folgt gelöst:

• Warum es so lange dauern würde: Das menschliche Erbgut besteht aus etwa drei Milliarden Basenpaaren. Da die beteiligten Kopier-Enzyme etwa 50 Nucleotide pro Sekunde verarbeiten, würde das stückweise Kopieren an nur einer einzigen Stelle rechnerisch fast zwei Jahre (bzw. knapp vier Jahre bei allen sechs Milliarden Einzelstrang-Nucleotiden) dauern. Für einen Organismus, der schnell wachsen oder Wunden heilen muss, wäre dieser Zeitraum unmöglich vertretbar.

• Wie die Zelle das Zeitproblem löst: Die Helferproteine (Enzyme) beginnen nicht an einem Ende, sondern an vielen Abschnitten gleichzeitig mit der Verdopplung der DNA. Durch dieses parallele Arbeiten an tausenden Stellen gleichzeitig benötigt die Zelle für die Verdopplung des gesamten Erbguts nur wenige Stunden.