Post on 05-Apr-2015
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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