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