DNA: Aufbau und Replikation PDF

DNA 1.Aufbau Alle genetischen Informationen werden in Form von Nukleinsäuren gespeichert, dazu zählen zum einen die DNA und zum anderen die RNA DNA steht für deoxyribonucleic acid. Übersetzt wird daraus im Deutschen Desoxyribonukleinsäure (abgekürzt DNS) Sie besteht au...

DNA 1.Aufbau Alle genetischen Informationen werden in Form von Nukleinsäuren gespeichert, dazu zählen zum einen die DNA und zum anderen die RNA DNA steht für deoxyribonucleic acid. Übersetzt wird daraus im Deutschen Desoxyribonukleinsäure (abgekürzt DNS) Sie besteht aus sich wiederholenden Nukleotideinheiten und dient damit als Funktionsträger und -vermittler Nukleotide setzen sich aus folgenden Bausteinen zusammen: o eine der 4 Basen Adenin Cytosin, Guanin und Thymin (Purinbasen: Adenin, Guanin, Pyrimidinbasen: Thymin, Cytosin, Uracil) o Phosphatrest o Zucker (Pentose) Die Verbindung zwischen einer Base und einem Zucker (N-glykosidische Bindung) nennt sich Nukleosid o Wenn an das Nukleosid über eine Esterbindung noch ein Phosphatrest dazu kommt nennt man diesen Komplex dann Nukleotid Diese Nukleotide bilden die Bausteine der Nukleinsäuren, die DNA ist also eine lange Kette aus Nukleotiden o Dabei bilden die Zucker- und Phosphatreste das Rückgrat (negativ geladen) Die Zuckerreste sind über Phosphatresten miteinander verknüpft und lassen sich wie folgt nummerieren, erfolgt im Uhrzeigersinn o Das C1-Atom eines Zuckers ist an eine Base gebunden o C2: Desoxyribose hat an dieser Position keine OH-Gruppe, Ribose schon o C3: bildet in dem Fall das namensgleiche 3´Ende des DNA-Einzelstrangs o C4 o C5-Atom: ist mit dem Phosphatrest/den Phosphatresten verbunden Wichtig zu wissen ist, dass für die Synthese ausschließlich Nukleosidtriphosphate verwendet werden Quelle: MEDBREAKER ONE In der DNA selbst werden die Nukleotide untereinander durch eine 3‘-5‘- Phosphodiesterbindung miteinander verknüpft o die OH-Gruppe am 3‘-Ende geht mit dem am 5‘-Ende gebundene Phosphat eine Verbindung ein  es gibt nur wenige Situationen, in denen die DNA als Einzelstrang vorliegt (Replikation, Transkription). Oftmals liegt sie als Doppelstrang vor (antiparallel) Doppelhelix: 2 Stränge sind über Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen miteinander verknüpft (komplementäre Basen) o Adenin und Thymin gehen über 2 Wasserstoffbrückenbindungen eine Bindung ein o Cytosin und Guanin gehen über 3 Wasserstoffbrückenbindungen eine Bindung ein Chargaff-Regel: A=T und C=G o Der Anteil des Adenins entspricht dem des Thymins o Der Anteil des Cytosins entspricht dem des Guanins Quelle: viamedici 2. DNA-Replikation Hierbei wird eine exakte Kopie der DNA erstellt Erfolgt in der S-Phase des Zellzyklus Semikonservative Replikation: der DNA-Doppelstrang wird aufgetrennt und jeder DNA-Einzelstrang dient als Matrize für die Synthese eines neuen komplementären Stranges Die DNA-Replikation kann in folgende Phasen unterteilt werden in: o Initiationsphase: DNA-Replikation wird eingeleitet und reguliert o Elongationsphase: Synthetisierung der neuen Teilstränge o Terminationsphase: Replikation wird beendet/ist abgeschlossen Initiation Spezifische Proteine erkennen und binden den Replikationsursprung (ori), dadurch können weitere Proteine rekrutiert werden Topoisomerasen entwinden die DNA und verändern so ihre räumliche Struktur, das macht sie leicht zugägnlich Ein weiteres Enzym, die helikase, führt zu einer Trennung in 2 Einzelsträngen (unter ATP Verbrauch) Weitere Proteine binden an die Einzelstränge und verhindern so, dass sich diese wieder miteinander verknüpfen Elongation Bevor die DNA-Synthese beginnt, wird noch ein Primer synthetisiert (mithilfe der Primase, DNA-abhängige RNA-Polymerase) Dieser ist nötig, um ein freies 3‘-Ende zum Anknüpfen der Nukleotide zu besitzen ein Primer besteht aus RNA (circa 8-10 Nukleotide) und ist komplementär zum Matritzenstrang Die angelagerte DNA-Polymerase katalysiert den neuen Einzelstrang mit neuen Nukleotiden vom 5´-Ende ausgehend bis zum 3´-Ende, d.h. es knüpft neue Nukleotide an das freie 3‘-OH-Ende Ein reibungsloser Ablauf ist nur beim Leitstrang (in 5‘-3‘-Richtung) möglich Bei dem zweiten Strang (Folgestrang) muss der Primer in die entgegengesetzte Richtung platziert werden. Somit ist auf diese Weise keine kontinuierliche Anlagerung von Nukleotiden möglich und es entstehen Okazaki-Fragmente, werden später durch die DNA-Ligase miteinander verknüpft Proofreading-Funktion durch die Polymerase selbst (3‘-5‘- Exonukleaseaktivität) Termination Wird nicht durch einen speziellen Mechanismus ausgelöst Wenn zum Beispiel die DNA endet, wird die Replikation durch Bindung weiterer Proteine beendet Quelle: MEDBREAKER ONE 3. DNA-Reparatur Schäden der DNA entstehen durch schädliche Einflüsse wie mutagene Substanzen, ionisierender Strahlung, Hitze usw. Dabei kann es zu Basenmodifikationen (chemischen Veränderungen der Basen), bis hin zu Basenverlust, Basenfehlpaarungen, falschen Verknüpfungen oder Strangbrüchen kommen Da es vor allem während der Replikation immer wieder zu Ablesefehlern der Matrize kommt, haben sich Mechanismen entwickelt, um diese gleich wieder zu reparieren (Proofreading bei der DNA-Polymerase), Fehler: Mismatch (Fehlpaarung der Basen, d.h. ein falsches Nukleotid wurde eingebaut) Andererseits können DNA-Abschnitte mit fehlerhaften Bereichen durch Nukleasen aber auch ganz herausgeschnitten (Basen- bzw. Nukleotidexzisionsreparatur) und komplett neu synthetisiert werden o Falsche Base wird durch die DNA-Glykosylase erkannt und entfernt Fragen Ein Nukleotid besteht aus welchen Bestandteilen? 1. Base 2. Zucker 3. Proteine 4. Phosphatrest 5. Fette Antwortmöglichkeiten A. Aussage 1, 2, 3 und 4 sind richtig B. Aussage 1, 2 und 4 sind richtig C. Nur Aussage 4 ist richtig D. Aussage 2 und 4 sind richtig E. Alle Aussagen sind richtig Das 3‘-Ende eines DANN-Stranges wird gebildet von A. einem Phosphatrest B. einem beliebigen Säurerest C. einer Hydroxygruppe D. einer Base E. einem Zucker Das 5‘-Ende eines DANN-Stranges wird gebildet von A. einer Base B. einem Sauerstoffmolekül C. Wasserstoffbrücken D. einem Kohlenstoff E. einem Phosphatrest