Genetik 2. DNA-Replikation

• DNA-Doppelhelix wird mittels spezifischer Enzyme verdoppelt.
• DNA-Replikation ist die Voraussetzung für die Bildung von Tochterzellen mit identischer genetischer Ausstattung.
• DNA-Replikation: Mechanismus der DNA-Verdoppelung
• Watson und Crick haben in ihrer Arbeit "Molecular structure of nucleic acids" (Nature, 1953) ein Strukturmodell für das Salz von Deoxyribonucleic Acid vorgeschlagen, das sofort einen Mechanismus für seine Selbstduplikation impliziert.
• Nach dem Auftrennen der Basenpaare kann jeder der beiden Stränge als Vorlage ("Matrize" oder "Template") für die Synthese eines neuen komplementären Stranges dienen.
• Es existieren drei mögliche Modelle für den Replikationsmechanismus: konservativ, semi-konservativ und dispersiv.
• DNA-Replikation erfolgt semikonservativ: Doppelhelix besteht nach der Replikation aus einem ursprünglichen (alten) Strang und einem neu synthetisierten Strang.
• DNA-Verdoppelung: Es entsteht ein identischer DNA-Strang.
• DNA-Replikation erfolgt semikonservativ.
• 5'→3' Synthese der DNA, Stränge verlaufen antiparallel
• Extrakaryotische Vererbung ist die Vererbung von genetischer Information außerhalb des Zellkerns.
• Prokaryoten sind eincellige Lebewesen ohne Zellkern, darunter Bakterien (alte Bezeichnung: Eubakterien) und Archaeen (alte Bezeichnung: Archaebakterien).
• DNA-Replikation in Prokaryoten erfolgt in Bakterien durch das Bakterienchromosom, das meist zirkuläre DNA enthält.
• Aufrechterhaltung der Strukturstabilität, um Veränderungen (Mutationen) zu minimieren
• Bei der Karyotischen Vererbung -> verhalten der Chromosomen während der Zellteilung.
• Die molekularen Grundlagen der Genetik beinhalten die Speicherung, die Stabilität und die Weitergabe und Replikation des Erbmaterials (DNA-Doppelhelix).
• Vererbung bei Eukaryoten erfolgt durch die Karyotische Vererbung Und Extrakaryotische Vererbung
• DNA-Replikation erfolgt äußerst schnell und mit hoher Präzision – genauer Einbau und Korrekturmechanismen („Proofreading“).
• Speichern der gesamten notwendigen biologischen Information ist eine der biologischen Aufgaben des Erbmaterials (DNA-Doppelhelix).
• Eukaryoten sind Tiere, Pflanzen, mehrzellige Pilze und Einzeller wie Hefen und Plasmodien, die einen abgegrenzten Zellkern Enthalten
• Weitergabe der Information an die Tochter-Zelle ist eine der biologischen Aufgaben des Erbmaterials (DNA-Doppelhelix).
• Präzise Replikation während der Zellverdoppelung
• Führender Strang = kontinuierliche Strang 5' → 3' Synthese der DNA – DNA-Polymerase fügt an das 3'OH Ende des wachsenden Stranges ein neues Nukleotid ein.
• DNA-Polymerasen können ohne Startpunkte keinen neuen Strang herstellen, als Startpunkte können DNA oder RNA Fragmente (Primer) dienen, die aufgrund ihrer Komplementarität an den Matrizenstrang gebunden sind.
• DNA-Replikation in Eukaryoten erfolgt durch die Ausbildung einer Replikationsblase, die aus einem Replikationsursprung und zwei Replikationsgabeln besteht.
• DNA-Polymerase I (Pol I) besitzt neben ihrer DNA-Polymerase-Aktivität (in 5´ → 3´-Richtung) auch eine 5´ → 3´ Exonuklease-Aktivität zur Entfernung des RNA-Primers und eine 3´ → 5´ Exonuklease-Aktivität zur Entfernung von falsch eingebauten Nukleotiden.
• Der G1/S Übergang markiert den Beginn der Replikation.
• Verschiedene DNA-Polymerasen sind an der Replikation beteiligt: In Bakterien sind die wichtigsten Pol I und Pol III.
• DNA-Replikation erfolgt immer semikonservativ: Doppelhelix besteht nach der Replikation aus einem ursprünglichen (alten) Strang und einem neu synthetisierten Strang
• Pol I wirkt nach der Pol III.
• Jede Chromatide besteht aus einer DNA-Doppelhelix, die DNA-Doppelhelix ist das Grundelement der Chromosomen.
• Der neu gebildete Nukleotid-Strang ist komplementär und antiparallel zum Template-Strang.
• DNA-Synthese beginnt immer bei kurzen RNA-Starterstücken ("RNA-Primer")
• Synthese läuft in beide Richtungen ab, es ist eine bidirektionale DNA-Verdoppelung.
• Bei Eukaryoten ist Pol-delta für die Elongation verantwortlich, zusätzlich benötigt Pol-delta Hilfsproteine, die den Kontakt zur DNA-Matrize sichern und die Prozessivität erhöhen.
• DNA-Replikation findet immer bei bestimmten Sequenzabschnitten statt, es ist ein Replikationsursprung.
• DNA-Synthese findet in der S-Phase des Zellzyklus statt.
• Pol III ist für die Elongation hauptverantwortlich.
• Proofreading Mechanismus: während der DNA-Replikation werden Fehler erkannt und repariert.
• DNA-Replikation: Verzögerter Strang = diskontinuierlicher Strang, kurze einzelsträngige RNA-Stücke bilden den Startpunkt für die Synthese von kurzen DNA-Fragmenten (Okazaki-Fragmente, in Eukaryoten ca. 200 Nukleotide lang).