Molekulare Grundlagen der Vererbung Replikation und Reparatur der DNA Von Carola Wiersbowsky

Gliederung Einleitung Semikonservative Replikation Der Replikationsvorgang Reparatur der DNA Telomere

Wiederholung: Mitose und Meiose Erbmaterial muss sich vervielfältigen um Zellteilung und Vermehrung zu gewährleisten Replikation der DNA in der Interphase von Mitose und Meiose

Aufbau der DNA Die Basen der DNA verhalten sich zueinander komplementär Nucleotidsequenz des einen Strangs bestimmt die Abfolge des anderen

Semikonservative Replikation Der Ausgangsstrang muss sich trennen Nucleinsäuren der Einzelstränge werden nicht getrennt Elternstrang dient als Matrizenstrang an den Nucleotide angeknüpft werden

Das Meselson-Stahl-Experiment E. coli Bakterien bauen schweren Stickstoff in ihre DNA ein Anschließend: Einbau leichteren Stickstoffs auf anderem Nährmedium Extraktion der DNA und Zentrifugation Mittelschwere und leichte DNA ist Beweis für semikonservative Replikation

Der Replikationsvorgang

Entwindung der DNA Topoisomerasen „entspiralisieren“ DNA-Doppelstrang Schließen die gelösten Phosphodiester-Bindungen wieder

Replikationsblase und -gabel Auseinandergehen der parentalen Einzelstränge kommt einer „Gabelung“ gleich Mehrere Replikationsblasen entstehen durch zeitgleiche Replikationsanfänge

Helicase Löst die Wasserstoff-Brückenbindungen zwischen den komplementären Nucleotiden Verläuft in 3´-5´-Richtung Greift an z.T. mehreren Punkten die Bindungen an

Die Replikation Polymerase folgt der Helicase in 3´-5´-Richtung auf dem Leitstrang Folgestrang benötigt Primer, von Primase aus RNA gebildet um an ein 3´-Ende anknüpfen zu können

Die Replikation Nucleosid-Triphosphate werden unter Abspaltung zweier Phosphatreste von DNA-Polymerase an den Matrizenstrang gebunden

Die Replikation am Folgestrang Am Folgestrang wird nur ein kurzes DNA-Fragment (Okazaki-) synthetisiert Da sich die Polymerase nur in der Nähe der Replikationsgabel befindet, wird neuer Primer benötigt Nach seinem enzymatischen Abbau hinterläßt der Primer eine Lücke

Die Replikation am Folgestrang Lücke zwischen Okazaki-Fragmenten wird von der DNA-Polymerase aufgefüllt Ligase bildet neue Phosphodiester-Bindungen und verknüpft somit die Fragmente mit den Nucleotiden

Die Replikation Nach der Neusynthese wird das Erbgut wieder „verpackt“ Histone werden z.T neugebildet Das Chromatin liegt wieder vor

Replkiationsblasen Hamster-DNA

Die Reparatur der DNA

Die Reparaturwege Fehlpaarungs-Reparatur Mismatch Reparatur Excisionsreparatur

Die Fehlpaarungs-Reparatur Falsch gepaarte Basen werden noch während d. Replikationsvorgangs von der DNA-Polymerase entfernt Man spricht vom „Korrekturlesemechanismus“ E. coli Bakterien-Polymerasen haben Untereinheiten für beide Strangrichtungen

Die Mismatch-Reparatur Fehlgepaarte Nucleotide werden von bestimmten Enzymen (Exonucleasen) am gepaarte Doppelstrang erkannt DNA-Reparaturenzyme beim Menschen: ca. 130 verschiedene

Die Excisionsreparatur Enzyme erkennen schadhafte Strukturen in der Basenpaarung Auschnitt des Defekts am Einzelstrang durch Nuclease Neusynthese durch Polymerase und Ligase

Telomere

Telomere Nucleotidsequenzen an den Enden linearer DNA Enthalten keine Gene Sich wiederholende Basenabfolgen Telomerase verhindert das sich Verkürzen der Chromosomen bei der Replikation

Telomere Telomerase trägt RNA Telomerase ermöglicht die komplettierende DNA-Synthese am 3´-Ende Reverse Transkriptase heißt: DNA kann an eigener RNA-Matrize gebildet werden

Danke

Quellen Campbell, N. et al. (2006): Biologie. Pearson Studium. München Knippers, R. et al. (1990): Molekulare Genetik. Georg Thiemes Verlag. Stuttgart Hoff, P. et al. (1999): Genetik. Schroedel Verlag. Hannover