Genetik (Fach) / Replikation Genom (Lektion)
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Replikation des Genetischen Materials
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- Semikonservative Replikation Semikonservativ bedeutet "zur Hälfte erhalten". Der Begriff beschreibt die Eigenschaft von DNA-Doppelsträngen, bei der Replikation auseinanderzubrechen und beide Stränge als Matrize zur Verdopplung des Erbgutes zur Verfügung zu stellen. Nach abgeschlossener Replikation durch die DNA-Polymerasen enthalten die beiden neuen DNA-Moleküle jeweils einen Strang der alten und einen der neu synthetisierten Nukleinsäurekette.
- konservativen Replikation Bei der konservativen Replikation bleibt die Mutter-DNA vollständig erhalten und die Kopien ihrer beiden Einzelstränge setzen sich zu einem neuen Doppelstrang zusammen.
- disperse Replikation Die disperse Replikation (auch dispersive Replikation) verläuft im Prinzip ähnlich, auch hier bleibt in jeder Tochter-DNA die Hälfte der Mutter-DNA erhalten, die andere Hälfte wird durch neue Nucleotide ersetzt. Allerdings ist der Ersetzungsmechanismus ein völlig anderer - denn die Nucleotide der Mutter-DNA wechseln sich hierbei mit den neu hinzukommenden Nucleotiden ab
- Eigenschaften der DNA Polymerase alle bekannten Polymerasen synthetisieren in 5’-3’ Richtung DNA Polymerasen benötigen eine ‘Start-Primer’ DNA Polymerase I hat 5’-3’ Polymerase Aktivät 5’-3’ Exonuklease Aktivät (Repair Aktivität) 3’-5’ Exonuklease Aktivät (Proofreading Aktivität) Proteolytische Spaltung der DNA Polymerase I gibt zwei Enzym-Fragmente:- N-terminales Fragment enthält die 5’-3’ Exonuklease Aktivität- C-terminales Fragment enthält die Polymerase und 3’-5’ Exonuklease-Aktivität (Klenow-Fragment)
- Eigenschaften der DNA Polymerase I DNA Polymerase I kann einen DNAStrang durch ‘nick translation’ ersetzen DNA Polymerase I hat eine Funktionbeim DNA Repair
- Probleme bei der DNA Replikation DNA Doppelhelix muss aufgewunden werden DNA supercoiling muss aufgelöst werden DNA Einzelstränge müssen stabilisiert werden, um Sekundärstrukturen zuvermeiden DNA Synthese erfordert ‘Start-Primer’ DNA Synthese muss auf den beiden Strängen nach einem unterschiedlichenMechanismus erfolgen
- DNA Doppelhelix muss aufgewunden werden DNA Helicase katalysiert die aufwindung der Doppelbindung ATP -> ADP
- DNA Einzelstränge müssen stabilisiert werden Einzelstrang-DNA-Bindungs (SSB) Proteine stabilisieren den aufgewundenen Strang in einer verlängerten Form für die Replikation SSB (Single-stranded DNA binding proteins)
- DNA Synthese erfordert ‘Start Primer’ RNA Start-Primer wird von der Primase de novo synthetisiert DNA Primase
- DNA Synthese erfordert ‘Start Primer’ RNA Start-Primer wird von der Primase de novo synthetisiert DNA Primase
- Einzelschritte der Replikation 1. Einleitung von RNA Primer synthese von DNA Primase 2. 5' -> 3' verlängerung von RNA Primer und abspaltung von DNA Primase 3. DNA Polymerase III 5' -> 3' synthese von DNA eingeleitet am freien 3'-OH ende des RNA Primers 4a. Gleichzeitiges entfernen von RNA Primer über 5' -> 3' Exonuclease Aktivität von DNA Polymerase I und 5' -> 3' synthese über Polymerase Aktivität von DNA Polymerase I 5. Kovalente verschließung über DNA Ligase
- Synthese Leading Strand / Lagging Strand ‘Leading Strand’ wird kontinuierlich synthetisiert ‘Lagging Strand’ wird diskontinuierlich als ‘Okazaki- Fragmente’ synthetisiert
- Endproblem der Replikation von linearen Chromosomen Telomere stabilisieren die Chromosomenenden ‘Lagging-strand’ Problem: nach entfernen des RNA primers bleibt einDNA Einzelstrang erhalten
- Telomerase - Mechanismus und Funktion Telomerase enthält intrinsischen RNA primer Telomerase funktioniert als reverse Transkriptase -> 3’-Ende des Chromosomes wird verlängert Telomerase rückt weiter Wiederholtes anfügen des TTAGGG-Repeats Auffüllen des Überhangs durch DNA-Polymerase Telomere beim Menschen-> 2-50 kbpTelomer Verlängerung pro Zellzyklus-> 100-200 bp
- Alkylierende Agenzien sind mutagen chemische Verbindungen, die Alkylreste, überwiegend Methyl- und Ethylgruppen, übertragen können. Monofunktionelle a. A., wie Dimethylsulfat oder Ethylmethansulfonat, übertragen nur eine Alkylgruppe, bifunktionelle a. A., wie Senfgas, Stickstofflost oder Cyclophosphamid, können dagegen mit mehreren Molekülen oder Teilen eines Makromoleküls reagieren und sie auf diese Weise quervernetzen
- Deaminierung Basenaustausch enzymkatalysierte Abspaltung von Aminogruppen aus organischen Stickstoffverbindungen als Ammoniak ( vgl. Infobox ). Ammonifikation, Basenaustauschmutationen, Mutation. Adenine -- HNO2 --> Hypoxanthine Cytosine -- HNO2 --> Uracil Guanine -- HNO2 --> Xanthine
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- UV Strahlung kann zu Pyrimidin-Dimeren führen Thymin-Dimere können repariert werdenPhotolyase binded and Thymin-Dimer-> wird durch Licht aktiviert und löst die kovalente Dimer-BindungUvrA, UvrB, UvrC bilden einen Emzymkomplex -> Strangbruch wirdinduziert und Thymin-Dimer durch Polymerase I entfernt
- Uracil kann aus der DNA entfernt werden Uracil-Glycosylase erkennt und entfernt die Base -> Endonucleaseinduziert Strangbruch und DNA wird durch Polymerase I ersetzt
- Beschleunigtes Altern (Progeria) Werner Syndrome (WS-Syndrom) Defekt ist ein verminderterDNA-Repair Mechanismus Hutchinson-Gilford Syndrome (HGPS) Defekt liegt im veränderten Aufbau der Kern-Membran
- Relevanz von Homologer Rekombination: Synaptosomaler Komplex bei der Meiose (Austausch väterlicher und mütterlicherGene) Repair Mechanismus Antikörper Diversität Herstellen von gentechnisch veränderten Mäusen (Gene Targeting) Rekombinante DNA Techniken zur Klonierung in E.coli (ET-Cloning)
- Homologous recombination - Holiday-Junction Homologe Rekombination kann zum Austausch von kleinen DNA-Bereichen führen Homologe Rekombination kann zum ‘Cross Over’ innerhalb von Chromosomen führen