Die DNA ist aus Nukleotiden aufgebaut. Jedes Nukleotid besteht aus Desoxyribose (eine Pentose mit 5 C-Atomen), Phosphat und einer der vier Basen (Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin).
Nukleinsäure = Polynucleotid
Nukleotide bestehen aus:
Stickstoffbase (Purin oder Pyrimidin)
Monosacchatid (Ribose oder Desoxyribose)
Phosphat
=> Desoxyribonukleinsäure / Ribonukleinsäure
Der Rückgrat der DNA besteht aus Desoxyribosemolekülen und Phosphatgruppen, die abwechselnd angeordnet sind. Die Basen sind am C1- Atom angebunden. Die Phosphate verknüpfen das C3 -Atom der einen Desoxyribose mit dem C5-Atom der nächsten Desoxyribose.
Die DNA endet am 3`-Ende mit einer Hydroxygruppe (-OH), am 5`-Ende mit einem Phosphat.
Das Mengenverhältnis von Adenin und Thymin und das von Guanin zu Cytosin ist immer 1:1 (Bsp.: DNA hat einen Anteil von 14% Thymin, und somit auch einen Anteil von 14% Adenin)
Purin = Pyrimidin
Adenin = Thymin
Guanin = Cytosin
Die einzelnen Grundbausteine der DNA sind zu 2 langen Strängen/DNA-Einzelstrang gebunden, die antiparallel verlaufen.
Am 5`-Ende bindet die Phosphatgruppe
Am 3`-Ende befindet sich eine OH-Gruppe
=> Enden sind antiparallel zueinander
3`C-Atom= Phosphodiester-Bindung
5`C-Atom= 2` Desoxyribose
Beide Stränge sind an den Basen über Wasserstoffbrücken miteinander zu einer Doppelhelix (mehrfach in sich gedreht) verknüpft.
Immer spezifische Basenpaarung
Adenin und Thymin unter Ausbildung von 2 Wasserstoffbrücken Basenpartner Cytosin und Guanin unter Ausbildung von 3 Wasserstoffbrücken Basenpartner.
Basensequenz des einzelne Stränge legt die Basensequenz des anderen fest.
Große Variationsbreite bezüglich der Basenfolge -> Träger der Erbinformation.
Durch das Messelson Stahl Experiment wurde die semikonservative Replikation als Replikationsvorgang nachweisen -> Verdoppelung der DNA im Zuge der Meiose und Mitose; alle Genanschnitte werden verdoppelt -> es kann zu Mutationen kommen (Replikationsfehler)
Das entscheidende Experiment zur Erklärung des Mechanismus zur DNA-Replikation wurde 1958 von Messelson und Stahl durchgeführt. Sie kultivierten Bakterien in einem Medium, das als einzige Stickstoffquelle Ammoniumchlorid mit dem schweren, nicht radioaktiven 15N-Isotop enthielt. Dieser Stickstoff wurde in die DNA eingebaut. Die Wissenschaftler übertrugen dann die Bakterien in ein anderes Medium mit dem üblichen, leichteren 14N-Isotop. Dadurch sollte jede in den Bakterien neu synthetisierte DNA leichter sein, als die “alte” 15N-DNA.
1. Topoisomerase entspiralisiert den DNA-Doppelstrang; Zucker-Phosphat-Gruppe wird aufgelöst -> nach der Helikase
2. Die die Replikation beginnt an der einer spezifischen Stelle mit der Abspaltung der Wasserstoffbrückenbindungen durch die Helikase und somit der Trennung des doppelstrangs in 2 Einzelstränge -> es entsteht eine sogenannte Replikationsgabel
3. SSS (Einzelstrang-bindende Proteine) binden an Einzelstränge und verhindern da Wiederbinden der Basen
4. Primase stellt den RNA Primer her/Synthese RNA Primer -> fertige RNA Bausteine welche ohne weitere Hilfe eines Enzyms an ein Stück des Einzelstrangs binden können; diese stellen somit eine Bindungsstelle für die DNA-Polymerase III dar.
5. Polymerase arbeitet in die Richtung der 5`-3` Richtung und kann somit den Leitstrang herstellen -> Polymerase bindet an Primer und knüpft stück für Stück in 5`-3` Richtung komplementäre Nukleotide an den Einzelstang an und verbindet diese
Arbeitsrichtung 5`-3`!!!
DNA Polymerase III fügt kontinuierlich das passende Nukleotid an den leitstrang an (Laufrichtung 3`-5` Strang)
6. um einen neuen einzelstrang herstellen zu können bindet die Primase vor jedes Okazaki Fragment einen RNA Primer
Die DNA Polymerase III fügt die Okazaki Fragmente in 5`-3` hinter die RNA Primer (Arbeitsrichtung 3`-5` Richtung)
7 die Ligase verbindet die RNA Primer und die Okazaki Fragmente diskontinuierlich zu einem durchgehenden Folgestrang
8 RNA Primer wird von der RNase abgebaut und von der DNA Polymerase I durch den DNA Nukleotide ersetzt -> Polymerase entfernt Primer
Für die gesamte Replikation werden Nukleotide benötigt (liefern Energie für die Replikation)
unter Abspaltung von Diphosphat wird genug Energie frei, um Nukleotide einzubauen und zu verknüpfen
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