11_BL_20231030 (Part 3)_DNA-Reparaturprozess Quiz

Wasserstoffbrückenbindung

B-Form DNA

Helikase

3.4 Nanometer

Zusätzliche Elemente von DNA, die sich unabhängig kopieren können

Sie ermöglichen den Transfer von Antibiotikaresistenz und anderen nützlichen Genen zwischen Bakterien

Sie ermöglichen Bakterien, Antibiotikaresistenzgene zu übertragen

Sie können durch bakterielle Konjugation oder Transformation auf andere Zellen übertragen werden

Plasmide sind kleiner und kreisförmig, während chromosomale DNA größer und linear ist

Es gibt hundert identische Kopien des Plasmids in der Zelle

Sie können Produkte produzieren, die den Bakterien bei der Verteidigung gegen andere Bakterien helfen

Sie fördern den Transfer von genetischen Informationen zwischen Bakterien

5'-3'-Richtung

Entspannung eines Strangs und anschließende Wiederbindung

Abspaltung von Pyrophosphat und Bildung einer Phosphodiesterbindung

Aufspaltung und Trennung der DNA-Stränge

Kurze DNA-Fragmente, die in den Lagging-Strang eingefügt werden

Durch Entfernung fehlerhafter Basen und Neusynthese

Fehler in der Verdopplung der gesamten DNA

Einzelnukleotid-Mutation, z.B. Purin-zu-Purin-Übergang

Endonukleasen, DNA-Polymerasen und Ligasen

Uracil

Strahlen oder chemische Reaktionen

Schaffung genetischer Vielfalt

Holliday-Junction

Veränderung der DNA-Konformation zum Schneiden und Verknüpfen

Bestimmte Sequenzen in den DNA-Molekülen

Rekombination an homologen DNA-Sequenzen

Das Schneiden der DNA an beiden Seiten.

Die Änderung der Proteinkonformation zur Schneiden und Verknüpfung von DNA.

Transversion

Purin-zu-Purin-Wechsel

MutS, MutL und Exonukleasen

MutS

Exonuklease

Lückenlose Polymerase 3

Mutationen in Homologen Enzymen der Reparaturmaschinerie

Säuren, Chemikalien, Zigarettenrauch, Umweltverschmutzung oder UV-Strahlung

Säureexposition

Mutationen in Homologen Enzymen der Reparaturmaschinerie

Homologe Rekombination

RecA-Protein

4300

Entweder ein RNA- oder DNA-Genom, das linear oder zirkulär sein kann

Prokaryoten

Förderung des Austauschs von DNA-Segmenten zwischen den Strängen

Eine weitere Rekombinationsveranstaltung

Chromosomen tragen hauptsächlich Gene

Rekombinative Replikation

Einzelner zirkulärer Chromosomen

Fördert die Ausrichtung homologer DNA-Stränge bei der Rekombination

G interagiert mit C und A interagiert mit T gemäß den Watson-Crick-Regeln.

Die Trennung der Stränge verursacht die massive Wicklung der DNA vor der zu öffnenden Region.

Aufgrund der Notwendigkeit, die topologischen Probleme zu bewältigen, die durch die Trennung der DNA-Stränge entstehen.

Aufgrund der semi-konservativen Natur der DNA-Replikation.

Viren können von genetischen Veränderungen profitieren, um sich den Verteidigungsmechanismen ihrer Wirte zu entziehen.

Plasmide sind separate DNA-Elemente, die sich unabhängig kopieren, und sie können Antibiotikaresistenz oder andere schützende Produkte für Bakterien produzieren. Sie sind vorteilhaft, da sie relativ einfach auf verschiedene Zellen übertragen werden können.

Die Anzahl und Größe von Plasmiden kann variieren, von einem einzelnen Genom bis zu 100 Kopien in einer Zelle.

Plasmide tragen zur genetischen Vielfalt von Bakterienpopulationen bei, da sie die Übertragung von Antibiotikaresistenz und anderen schützenden Eigenschaften ermöglichen.

Die Anwesenheit von Plasmiden in hundertfacher Kopie in einer Zelle bedeutet, dass bestimmte Eigenschaften oder Resistenzgene in der Population weit verbreitet sein können, selbst wenn einzelne Bakterien sterben.

Die Größe der genomischen DNA im Vergleich zur Zellgröße zeigt, wie enorm groß das DNA-Molekül ist und wie es sich im Zellinneren ausbreitet.

Plasmide können die Übertragung von Antibiotikaresistenz und anderen schützenden Eigenschaften auf benachbarte Bakterien fördern, wodurch sich diese Eigenschaften in der Population verbreiten.

Plasmide können den Bakterien helfen, sich gegen verschiedene Bakterien zu verteidigen und die genetische Vielfalt innerhalb der Population zu erhöhen.

Schnelle Synthese des neuen Strangs

DNA-Polymerase I

Öffnen und Trennen der DNA-Stränge

DNA-Polymerase

Pointmutationen

Topoisomerase

Durch Primersynthese und Verlängerung

Synthese von Okazaki-Fragments

Polymerasen

Okazaki-Fragments

Korrektur von Fehlern in der DNA

Pointmutationen

Eine vollständig falsche Sequenz in beiden DNA-Strängen

Durch die Verwendung von Methylasen, die die DNA modifizieren

MutS und MutL erkennen den Mismatch, dann schneiden Exonukleasen den neu synthetisierten Strang, gefolgt von der Füllung der Lücke durch Polymerase 3 und der Verbindung der Stränge durch Ligase

Erhöhtes Krebsrisiko, insbesondere Darmkrebs

Deaminierung von Adenin, Bildung von Uracil anstelle von Cytosin

Uracil-Glycosylasen

Menschen

Sie sind seltener und involvieren den Austausch von Purin zu Pyrimidin oder umgekehrt, was die DNA-Struktur verändert

Excision einzelner Basen oder DNA-Segmente (Nucleotide Excision Repair)

Unübliche Basenpaarung oder Einführung neuer Basen

Durch DNA-Ligasen

Erhöhtes Krebsrisiko und ungewöhnliche Basenpaarung

Die beiden Arten der Rekombination sind die site-spezifische Rekombination und die homologe Rekombination. Die site-spezifische Rekombination wird von Viren verwendet, während die homologe Rekombination für die genetische Reparatur verwendet wird.

Spezifische Enzyme wie Cre-Rekombinase erkennen und binden an bestimmte DNA-Sequenzen während der site-spezifischen Rekombination.

Eine Holliday-Verzweigung ist ein Intermediate, das während der Rekombination entsteht, indem DNA-Moleküle geschnitten und auf eine neue Weise wieder verbunden werden.

Die Rekombination wird von Viren genutzt, um ihre DNA in Wirtsgenome einzuführen.

Die Fähigkeit, DNA-Schäden zu reparieren und Rekombination durchzuführen, ist entscheidend für das Überleben und die Evolution des Lebens, da sie die genetische Vielfalt und Anpassungsfähigkeit von Organismen fördert.

An der Rekombination sind Enzyme wie Recombinase und Ligasen beteiligt. Sie sind für den Austausch genetischen Materials und die Verknüpfung von DNA-Strängen verantwortlich.

Einige Organismen können extremen Dosen von Strahlung widerstehen, weil sie spezialisierte Rekombinationsmechanismen nutzen, um mit den Auswirkungen der Strahlung umzugehen.

RNA verwendet Uracil anstelle von Thymin, was zu einer effektiveren Fehlerkorrektur aufgrund ihrer kürzeren Lebensdauer führt.

Rekombination ist entscheidend für die Generierung von Antikörpern, da sie die genetische Vielfalt und Anpassungsfähigkeit des Immunsystems fördert.

Durch den Rekombinationsprozess entsteht eine Holliday-Verzweigung, die für den Austausch genetischen Materials und die genetische Vielfalt verantwortlich ist.

Die DNA-Reparatur und Rekombination sind essentiell für das Überleben und die Evolution des Lebens, da sie die genetische Vielfalt fördern und Organismen befähigen, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen.

Einige Organismen nutzen spezialisierte Rekombinationsmechanismen, wie die homologe Rekombination, um mit extremen Dosen von Strahlung umzugehen.

Das RecA-Protein ist ein Schlüsselmolekül in Bakterien, das für die homologe Rekombination und die Reparatur von DNA verantwortlich ist. Es ermöglicht den Austausch von DNA-Segmenten zwischen ähnlichen DNA-Molekülen und hilft bei der Reparatur von DNA-Schäden.

Die homologe Rekombination ist ein Typ der Rekombination, die zwischen ähnlichen DNA-Molekülen auftritt. Dabei erfolgt der Austausch genetischen Materials zwischen nicht identischen, aber verwandten DNA-Molekülen.

Prokaryoten haben in der Regel einzelne zirkuläre Chromosomen.

Plasmide sind kleinere, zusätzliche DNA-Moleküle, die unabhängig vom zellulären Chromosom repliziert werden können. Sie tragen oft nicht essenzielle Gene und sind relativ einfach auf verschiedene Zellen übertragbar.

Die Topoisomerase ist für die Entwirrung und Entspannung der DNA-Doppelhelix während der Replikation verantwortlich, indem sie die Spannung in den DNA-Strängen reduziert.

Okazaki-Fragmente sind kurze DNA-Fragmente, die auf dem schwach synthetisierten Strang während der Replikation entstehen. Sie werden im Rahmen der diskontinuierlichen DNA-Synthese produziert.

Die chemische Richtung der Erweiterung während der DNA-Replikation ist von 5' nach 3' entlang des wachsenden Strangs.

Prokaryoten haben normalerweise ein einzelnes zirkuläres Chromosom, während Eukaryoten mehrere lineare Chromosomen besitzen.

Viren können RNA oder DNA-Genome haben, die entweder zirkulär oder linear, einfach- oder doppelsträngig sein können.

Recombinase ist ein Enzym, das die Rekombination von DNA-Segmenten erleichtert, indem es die Stränge schneidet und neu verknüpft.

Rekombinationsereignisse sind unvorhersehbar und variieren in ihren Ergebnissen, was zu einer erhöhten genetischen Vielfalt und Anpassungsfähigkeit der Population führt.

Homologe Rekombination ermöglicht den Austausch genetischer Materialien zwischen nicht identischen, aber verwandten DNA-Molekülen, was zu einer erhöhten genetischen Vielfalt und Anpassungsfähigkeit führt.

Viren können RNA oder DNA-Genome haben, die entweder zirkulär oder linear, einfach- oder doppelsträngig sein können.

Entwirbelung der DNA = Topoisomerase Synthese des neuen Strangs = DNA-Polymerase III Primersynthese und Verlängerung des neuen DNA-Strangs = DNA-Polymerase Lücken schließen im lagging Strand und Entfernung des RNA-Primer = DNA-Polymerase I

Richtungswechsel für die Synthese des zweiten Strangs (lagging strand) = Synthese von Okazaki-Fragments Entfernung von Nukleotiden bei Fehlerkorrektur = Rückwärtsverdauung von Nukleotiden Entdeckung und Entwirrung der DNA-Stränge = Helicase Korrektur von Fehlern während der Synthese = Exonukleasen

Häufigste Mutationen durch Inkorporation falscher Nukleotide = Pointmutationen Ursache für spontane Mutationen = Fehlerkorrektur durch DNA-Polymerase Art von Mutation durch Transition-Mutation = Fehler bei Nukleotidenwechsel Auswirkungen von DNA-Schäden durch falsche Nukleotide = Rückwärtsverdauung von Nukleotiden

Endonukleasen = Schneiden die beschädigte DNA an definierten Stellen DNA-Polymerase I = Entfernt und ersetzt Nukleotide in der beschädigten DNA RNA-Moleküle = Verwenden eine andere Reihe von Nukleotiden für eine effektivere Fehlerkorrektur Rekombination = Quelle genetischer Vielfalt und Austausch genetischen Materials

Bakterien = Können durch spezialisierte Rekombinationsmechanismen mit extremen Strahlungsdosen umgehen Wasserbären = Können durch spezialisierte Rekombinationsmechanismen mit extremen Strahlungsdosen umgehen Viren = Können durch spezialisierte Rekombinationsmechanismen mit extremen Strahlungsdosen umgehen Menschen = Verfügen nicht über spezialisierte Rekombinationsmechanismen zur Bewältigung von Strahlungsschäden

Rekombination ist ein Typ der DNA-Reparatur und eine Quelle genetischer Vielfalt = Homologe Rekombination Site-spezifische Rekombination wird von Viren genutzt = Site-spezifische Rekombination Erzeugt einen Zwischenzustand namens Holliday-Verzweigung = Beide Arten der Rekombination Wird zur Einführung von Viren-DNA in Wirtsgenome verwendet = Site-spezifische Rekombination

Recombinase = Hilft bei der Austauschreaktion von genetischem Material während der Rekombination Ligase = Verbindet die geschnittenen DNA-Moleküle in einer neuen Weise während der Rekombination Cre-Recombinase = Erkennt und bindet an spezifische DNA-Sequenzen während der site-spezifischen Rekombination Topoisomerase = Schneidet und verbindet DNA-Moleküle während der Rekombination

Rekombination = Ermöglicht den Austausch von DNA-Segmenten zwischen Strängen Homologe Rekombination = Tritt zwischen ähnlichen DNA-Molekülen auf und führt zum Austausch genetischen Materials RecA-Protein = Schlüsselmolekül in Bakterien, das für homologe Rekombination und DNA-Reparatur verantwortlich ist Chromosomen = Große DNA-Moleküle, die die meisten Gene tragen und in Organismen typischerweise vorkommen

Prokaryoten = Einzelne zirkuläre Chromosomen Eukaryoten = Mehrere lineare Chromosomen E. coli = 4,300 Gene in einem 4,6 Millionen Basenpaare enthaltenden Chromosom Viren = Können RNA oder DNA Genome haben, sowie zirkulär oder linear sein, ein- oder doppelsträngig

Rekombinationsereignisse sind unvorhersehbar und variieren in ihren Ergebnissen = Eltern können nach spezifischen Merkmalen ausgewählt werden, dennoch sind die Ergebnisse unterschiedlich Konfigurationsänderungen in der DNA lösen weitere Rekombinationsereignisse aus = Diesmal zwischen roten und orangefarbenen Strängen Rekombination bei der Generierung von Antikörpern = Hat Einfluss auf die genetische Vielfalt und somit auf die Immunantwort des Organismus Plasmide in hundertfacher Kopie in einer Zelle = Zeigen, dass nicht alle DNA genkodierend ist und sind wichtig für bakterielle Populationen

Genom = Träger der genetischen Information Plasmide = Separate DNA-Elemente, die auf ihre eigene kopieren Chromosom = Enthält die Hauptmenge der Zell-DNA Virale DNA = Kann in verschiedenen Formen vorkommen und ist viel kleiner als bakterielle DNA

Können in verschiedenen Kopienzahlen vorhanden sein = Plasmide Träger von Antibiotikaresistenzgenen = Plasmide Enthält die Hauptmenge der Zell-DNA = Genom Kann in zirkulärer Form vorliegen = Beides

Können extremen Dosen von Strahlung widerstehen = Bakterielle Zellen Können in verschiedenen Formen vorkommen = Viren Tragen Plasmide als separate DNA-Elemente = Bakterielle Zellen Sind viel kleiner als bakterielle DNA = Viren

Einfach zu benachbarten Zellen übertragbar = Plasmide Trägt genetische Informationen für die Hauptfunktionen der Zelle = Genom Produziert Produkte, die bei der Verteidigung gegen andere Bakterien helfen können = Plasmide Kann durch Replikation genetische Vielfalt schaffen = Beides

Transversion = Es ist weniger häufig, dass Nukleotide von Purin zu Pyrimidin oder umgekehrt wechseln, da dies die Einfügung eines vollständig unterschiedlich großen Nukleotids mit sich bringt. Mismatches und falsche Sequenzen = Sobald ein falsches Nukleotid in der DNA eingebaut ist, führt die nächste Kopierrunde zu einer vollständig erhaltenen falschen Sequenz auf beiden DNAs. Mechanismen zur Korrektur von Mutationen = Es gibt Mechanismen, die die Exzision einer einzelnen Base oder eines DNA-Segments beinhalten (Nukleotidexzisionsreparatur). Korrektur von Fehlanpassungen = Die Reparaturmaschinerie muss zwischen den Eltern- und den neu synthetisierten Strängen unterscheiden, um Fehlanpassungen zu korrigieren. Dies wird durch die Verwendung von Methylasen erreicht, die die DNA modifizieren.

E. coli-Reparaturmechanismus = Sobald eine Fehlanpassung von MutS und MutL erkannt wird, schneiden Exonukleasen den neu synthetisierten Strang und Polymerase 3 füllt die Lücke. Ligase verbindet dann die beiden Stränge, um ein repariertes DNA-Molekül zu bilden. Menschliche Auswirkungen = Mutationen in homologen DNA-Reparaturenzymen können das Risiko von Krebs bei Menschen erhöhen, insbesondere Darmkrebs. Spontane Mutationen = Säuren, Chemikalien, Zigarettenrauch, Verschmutzung, UV-Strahlung können zu DNA-Schäden führen, die zu ungewöhnlicher Basenpaarbildung oder zur Einführung neuer Basen führen. Beispiele für spontane Mutationen = Die Desaminierung von Adenin führt zu ungewöhnlicher Basenpaarbildung mit Thymin und zur Bildung von Uracil anstelle von Cytosin. Uracil, das in RNA, aber nicht in DNA vorkommt, paart effektiv mit Adenin anstelle von Guanin.

DNA-Schadensreparatur = Enzyme existieren, um Uracil in der DNA zu finden und zu entfernen, um die Bildung falscher Basenpaare zu verhindern. Korrektur von Fehlanpassungen = Die Reparaturmaschinerie muss zwischen den Eltern- und den neu synthetisierten Strängen unterscheiden, um Fehlanpassungen zu korrigieren. Spontane Mutationen = Säuren, Chemikalien, Zigarettenrauch, Verschmutzung, UV-Strahlung können zu DNA-Schäden führen, die zu ungewöhnlicher Basenpaarbildung oder zur Einführung neuer Basen führen. E. coli-Reparaturmechanismus = Sobald eine Fehlanpassung von MutS und MutL erkannt wird, schneiden Exonukleasen den neu synthetisierten Strang und Polymerase 3 füllt die Lücke. Ligase verbindet dann die beiden Stränge, um ein repariertes DNA-Molekül zu bilden.

B-Form DNA = Enthält 3,4 Angström Abstand zwischen den Basenpaaren Doppelhelix = Besteht aus zwei antiparallelen Strängen, die sich umwickeln Sugars und Phosphate = Bilden das Rückgrat der DNA-Moleküle Basenpaarung nach Watson-Crick-Regeln = G bindet mit C und A bindet mit T

Trennung der Stränge = Helikase Korrektur von Fehlpaarungen = DNA-Polymerase Entfernung von RNA-Primern = DNA-Polymerase I Verbindung der Okazaki-Fragmente = Ligase

Exonukleasen = Korrektur von Fehlern während der DNA-Synthese Topoisomerase = Entwirren und Entknoten von DNA bei der Replikation Recombinase = Förderung der homologen Rekombination DNA-Ligase = Verbindung von DNA-Strängen nach der Replikation

Erzeugung genetischer Vielfalt = Homologe Rekombination Generierung von Antikörpern = Rekombination bei der Immunantwort Entstehung neuer Kombinationen von Allelen = Kreuzungsüberlagerung Reparatur von Doppelstrangbrüchen = Nicht-homologe Endverknüpfung