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DNA Aufbau und Replikation

DNA Aufbau und Replikation

 Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Was ist die DNA?
2.1. Erbinformationen.
3. Aufbau der DNA
4. Replikation der DNA.
Die DNA
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In dieser Langzeithausaufgabe von mir geht es um die DNA und ihren Aufbau.

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Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Was ist die DNA? 2.1. Erbinformationen. 3. Aufbau der DNA 4. Replikation der DNA. Die DNA 2 2 2 3 1 1. Einleitung Den Begriff DNA kennen wir alle und es ist auch allgemein bekannt, dass dieser Begriff etwas mit Vererbung zu tun hat, aber mehr können die meisten auch nicht sagen. Im Rahmen meiner Langzeithausaufgabe zum Thema DNA werde ich im folgenden Text über die DNA berichten. Schwerpunkt wird hierbei bei dem Aufbau und der Replikation, also der Vermehrung, der DNA liegen. 2. Was ist die DNA? Die Abkürzung DNA steht für "desoxyribonucleic acid". Übersetzt ins Deutsche bedeutet DNA "Desoxyribonukleinsäure“. Abgekürzt wird die deutsche Variante dementsprechend mit DNS. Allerdings hat sich in Deutschland auch die Abkürzung DNA durchgesetzt (vgl. wikipedia.org) Grundlegend kann man behaupten, dass die DNA der Träger der Erbinformationen ist. Was genau die Erbinformationen enthalten, erkläre ich im nächsten Absatz. 2.1. Erbinformationen Die Erbinformationen sind so etwas, wie der „Bauplan für alle Bestandteile" (sowieso.de), aus welchen ein Lebewesen besteht. In den Erbinformationen, die der Mensch in sich trägt, befinden sich beispielsweise auch der Aufbau der Organe, die Haarfarbe, der Fingerabdruck und das Geschlecht. Jedoch hat bis heute noch niemand die komplette menschliche DNA entschlüsseln können. 3. Aufbau der DNA Im Kern jeder Zelle befinden sich die Erbinformationen in Form von Chromosomen. Vorstellen kann man sich die DNA als eine verdrehte Leiter. Man nennt...

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diese Form auch Doppelhelix. Würde man die DNA an beiden Enden auseinanderziehen, würde sie etwa 1,8m lang sein. So kommt es, dass die ganze DNA in einem Menschlichen Körper ausgestreckt etwa eine Länge von ca. 150 Milliarden Kilometern (vgl. pharmgenetix.com). Die DNA besteht aus mehreren Nukleotidketten. "Ein Nukleotid besteht aus 3 Teilen Phosphat, Zucker und einer Base“ (nach Simpleclub; youtube.com). Bei dem Zucker handelt es sich um Desoxyribose, einem auf „5 C-Atome" (chemie.de) basierenden Molekül. Daraus lässt sich auch der Name Desoxyribonukleinsäure ableiten. Man kann sich die DNA also wie folgt vorstellen: Wir nehmen eine Leiter und ersetzen die Holme gegen Zucker und Phosphat. Nun ersetzen wir noch die Sprossen gegen Basenverbindungen. DNA enthält vier unterschiedliche Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin 2 (G) und Cytosin (C). Wir schieben in unserem Leiterbeispiel die Sprossen von beiden Seiten in die Leiter und verhaken sie in der Mitte. Verbunden sind die beiden Basen der DNA in der Mitte mit einer Wasserstoffbrückenbindung. Außerdem muss die Verbindung der Sprossenteile passen, damit eine stabile Leiter entsteht, so gibt es nur zwei mögliche Verbindungen der vier Basen der DNA: A + T und C + G. Daraus ergibt sich, dass z.B. eine A- Base nie einer G-Base oder sich selbst gegenüberstehen kann. Nun verdrehen wir die Leiter noch ein paar Mal in sich selbst und fertig ist unsere DNA. Verschiedene Informationen werden abgespeichert, durch verschiedene Kombinationen der Basen. Dabei bilden jeweils „drei Basen [...] eine Einheit" (komm-ins-beet.mpg.de) und stehen beim Auslesen für eine Aminosäure. Insgesamt wird zwischen 20 dieser Aminosäuren unterschieden. Aus diesen Aminosäuren entstehen dann größtenteils Proteine, welche wir brauchen, um bestimmte Vorgänge zu regeln. Es wird allerdings nicht alles in Proteine übersetzt. Es gibt auch einen Teil, welcher sozusagen koordiniert, wann eine Basenkombination in Proteine übersetzt wird. Ein Strang beginnt immer mit einem 5', der andere mit einem 3' Anfang. Das Ende bildet dann jeweils das Gegenteil, also ein 3¹ beziehungsweise 5¹ Ende. Das 5¹ Ende besteht aus einer Phosphatgruppe, das 3¹-Ende ist durch eine Hydroxygruppe gekennzeichnet (vgl. abiweb.de). 4. Replikation der DNA In dem folgenden Abschnitt möchte ich etwas über die Vermehrung (Replikation), der DNA schreiben. Die DNA-Replikation findet nach der Zellteilung im Zellkern statt. Die Doppelhelix wird bei der Replikation in zwei Teile gespaltet. Vereinfacht könnte sagen, dass man die DNA einfach in der Mitte durchschneidet. Die Nukleotide werden dann ergänzt und es entstehen zwei Doppelstränge und somit der bei den meisten Lebewesen gewünschte diploide Chromosomensatz. „[Das Enzym Helikase] löst Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen" (lukashensel.de) und teilt so die Doppelhelix durch. Ein Enzym ist eine organische Verbindung welche für den Stoffwechsel zuständig ist. Der Spalt, welcher entsteht wird Replikationsgabel genannt. Die DNA wird dann vor der Helikase durch die Topoisomerase ausgedreht, damit die Helikase überall gerade durchkommt. Damit sie sich nicht wieder zusammenziehen, werden sie mit einzelstrangbindenen Proteinen stabilisiert. Die nun geteilten Stränge werden Mutterstrang beziehungsweise Matrixstrang genannt. Es gibt einen Leitstrang und einen Folgestrang. Der Leitstrang wird so definiert, dass die Helikase sich bei der Spaltung zum 5¹ ende bewegt. Das ist der Leitstrang. Der Strang bei dem das 3′ Ende am Ende liegt, ist der Folgestrang. Die Polymerase ist nun zuständig, aus dieser Halben „Leiter" wieder eine ganze zu machen. Das tut sie mit Hilfe eines Primers. Der Primer wird von dem Enzym Primase hergestellt. Die Polymerase beginnt immer ab dem Primer an zu arbeiten. Die Polymerase 3 geht nun an den Strängen entlang und ergänzt die richtigen Nukleotiden. Allerdings stellt die Polymerase die Nukleotide nicht selber her, sondern nimmt sie sich nur aus dem Cytoplasma der Zelle. Außerdem sei zu erwähnen, dass die Polymerasen sich nur in Richtung des 5¹ Endes bewegen können. Sie können also nur auf der Seite, welche mit dem 3¹ Ende endet, Nukleotiden ersetzen. Beim Leitstrang wird also am 3' Ende der Primer gesetzt und somit geht die Polymerase in die gleiche Richtung wie die Helikase. Bei dem Folgestrang läuft die Polymerase von der Helikase weg. Dort wird ein Primer kurz vor dem 5' Ende gesetzt und nur ein kleines Stück des Folgestrangs kopiert. Dann wird ein neuer Primer etwas weiter in Richtung 3¹ Ende gesetzt und die Polymerase geht wieder nur ein sehr kleines Stück ab. So wird das ganze bis Ende des Stranges fortgeführt. So kreuzt sich die Polymerase nicht mit der Helikase. Nun entstehen also Abschnitte mit einem Primer, einem Abschnitt des Folgestrangs und einem Teil des neuen Strangs, welchen man auch Tochterstrang nennt. Diesen Abschnitt nennt man nun Okazaki-Fragment. Diese sind allerdings auch nicht alle gleich. Sie können sich zum Beispiel in der Länge unterscheiden. Wir haben also einen durchgehenden Tochterstrang und einen Tochterstrang welcher aus vielen Okazaki-Fragmenten besteht. Nun entfernt das Enzym RNAse-H alle Primer auf den Tochtersträngen. Danach füllt eine andere Polymerase die Lücken, welche durch die nicht mehr vorhandenen Primer entstanden sind, mit Nukleotiden. Zu guter Letzt verbindet das Enzym Ligase Die Okazaki-Fragmente und es entstehen zwei neue DNA. (vgl. Simpleclub; youtube.com) Schlussendlich kann man also sagen, dass aus einer DNA zwei genau identische neue hergestellt werden. Bestehend aus einem neuen und einem alten Strang. 4 5. Quellenverzeichnis Zu 2.: https://de.wikipedia.org/wiki/Desoxyribonukleinsäure (letzter Zugriff: 12.01.21) Zu 2.1.: https://sowieso.de/lexikon/857.html (letzter Zugriff: 12.01.21) Zu 3.: https://www.pharmgenetix.com/blog/dna/ (letzter Zugriff: 12.01.21) https://youtu.be/XmKNN5oePGo?t=38 (letzter Zugriff: 13.01.21) https://www.chemie.de/lexikon/Desoxyribose.html (letzter Zugriff: 12.01.21) https://www.komm-ins-beet.mpg.de/wissenswertes/vererbung/unser-erbgut (letzter Zugriff:12.01.21) https://www.abiweb.de/biologie-molekularbiologie-genetik/dna-als-erbsubstanz/aufbau-der- dna/einzelstraenge-der-dna.html (letzter Zugriff: 12.01.21) Zu 4.: http://www.lukashensel.de/biomain.php?biopage=replieins (letzter Zugriff: 12.01.21) https://www.youtube.com/watch?v=Ee3WaE4XPWw (letzter Zugriff: 13.01.21) 5

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2. Was ist die DNA?
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Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Was ist die DNA? 2.1. Erbinformationen. 3. Aufbau der DNA 4. Replikation der DNA. Die DNA 2 2 2 3 1 1. Einleitung Den Begriff DNA kennen wir alle und es ist auch allgemein bekannt, dass dieser Begriff etwas mit Vererbung zu tun hat, aber mehr können die meisten auch nicht sagen. Im Rahmen meiner Langzeithausaufgabe zum Thema DNA werde ich im folgenden Text über die DNA berichten. Schwerpunkt wird hierbei bei dem Aufbau und der Replikation, also der Vermehrung, der DNA liegen. 2. Was ist die DNA? Die Abkürzung DNA steht für "desoxyribonucleic acid". Übersetzt ins Deutsche bedeutet DNA "Desoxyribonukleinsäure“. Abgekürzt wird die deutsche Variante dementsprechend mit DNS. Allerdings hat sich in Deutschland auch die Abkürzung DNA durchgesetzt (vgl. wikipedia.org) Grundlegend kann man behaupten, dass die DNA der Träger der Erbinformationen ist. Was genau die Erbinformationen enthalten, erkläre ich im nächsten Absatz. 2.1. Erbinformationen Die Erbinformationen sind so etwas, wie der „Bauplan für alle Bestandteile" (sowieso.de), aus welchen ein Lebewesen besteht. In den Erbinformationen, die der Mensch in sich trägt, befinden sich beispielsweise auch der Aufbau der Organe, die Haarfarbe, der Fingerabdruck und das Geschlecht. Jedoch hat bis heute noch niemand die komplette menschliche DNA entschlüsseln können. 3. Aufbau der DNA Im Kern jeder Zelle befinden sich die Erbinformationen in Form von Chromosomen. Vorstellen kann man sich die DNA als eine verdrehte Leiter. Man nennt...

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Verbunden sind die beiden Basen der DNA in der Mitte mit einer Wasserstoffbrückenbindung. Außerdem muss die Verbindung der Sprossenteile passen, damit eine stabile Leiter entsteht, so gibt es nur zwei mögliche Verbindungen der vier Basen der DNA: A + T und C + G. Daraus ergibt sich, dass z.B. eine A- Base nie einer G-Base oder sich selbst gegenüberstehen kann. Nun verdrehen wir die Leiter noch ein paar Mal in sich selbst und fertig ist unsere DNA. Verschiedene Informationen werden abgespeichert, durch verschiedene Kombinationen der Basen. Dabei bilden jeweils „drei Basen [...] eine Einheit" (komm-ins-beet.mpg.de) und stehen beim Auslesen für eine Aminosäure. Insgesamt wird zwischen 20 dieser Aminosäuren unterschieden. Aus diesen Aminosäuren entstehen dann größtenteils Proteine, welche wir brauchen, um bestimmte Vorgänge zu regeln. Es wird allerdings nicht alles in Proteine übersetzt. Es gibt auch einen Teil, welcher sozusagen koordiniert, wann eine Basenkombination in Proteine übersetzt wird. Ein Strang beginnt immer mit einem 5', der andere mit einem 3' Anfang. Das Ende bildet dann jeweils das Gegenteil, also ein 3¹ beziehungsweise 5¹ Ende. Das 5¹ Ende besteht aus einer Phosphatgruppe, das 3¹-Ende ist durch eine Hydroxygruppe gekennzeichnet (vgl. abiweb.de). 4. Replikation der DNA In dem folgenden Abschnitt möchte ich etwas über die Vermehrung (Replikation), der DNA schreiben. Die DNA-Replikation findet nach der Zellteilung im Zellkern statt. Die Doppelhelix wird bei der Replikation in zwei Teile gespaltet. Vereinfacht könnte sagen, dass man die DNA einfach in der Mitte durchschneidet. Die Nukleotide werden dann ergänzt und es entstehen zwei Doppelstränge und somit der bei den meisten Lebewesen gewünschte diploide Chromosomensatz. „[Das Enzym Helikase] löst Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen" (lukashensel.de) und teilt so die Doppelhelix durch. Ein Enzym ist eine organische Verbindung welche für den Stoffwechsel zuständig ist. Der Spalt, welcher entsteht wird Replikationsgabel genannt. Die DNA wird dann vor der Helikase durch die Topoisomerase ausgedreht, damit die Helikase überall gerade durchkommt. Damit sie sich nicht wieder zusammenziehen, werden sie mit einzelstrangbindenen Proteinen stabilisiert. Die nun geteilten Stränge werden Mutterstrang beziehungsweise Matrixstrang genannt. Es gibt einen Leitstrang und einen Folgestrang. Der Leitstrang wird so definiert, dass die Helikase sich bei der Spaltung zum 5¹ ende bewegt. Das ist der Leitstrang. Der Strang bei dem das 3′ Ende am Ende liegt, ist der Folgestrang. Die Polymerase ist nun zuständig, aus dieser Halben „Leiter" wieder eine ganze zu machen. Das tut sie mit Hilfe eines Primers. Der Primer wird von dem Enzym Primase hergestellt. Die Polymerase beginnt immer ab dem Primer an zu arbeiten. Die Polymerase 3 geht nun an den Strängen entlang und ergänzt die richtigen Nukleotiden. Allerdings stellt die Polymerase die Nukleotide nicht selber her, sondern nimmt sie sich nur aus dem Cytoplasma der Zelle. Außerdem sei zu erwähnen, dass die Polymerasen sich nur in Richtung des 5¹ Endes bewegen können. Sie können also nur auf der Seite, welche mit dem 3¹ Ende endet, Nukleotiden ersetzen. Beim Leitstrang wird also am 3' Ende der Primer gesetzt und somit geht die Polymerase in die gleiche Richtung wie die Helikase. Bei dem Folgestrang läuft die Polymerase von der Helikase weg. Dort wird ein Primer kurz vor dem 5' Ende gesetzt und nur ein kleines Stück des Folgestrangs kopiert. Dann wird ein neuer Primer etwas weiter in Richtung 3¹ Ende gesetzt und die Polymerase geht wieder nur ein sehr kleines Stück ab. So wird das ganze bis Ende des Stranges fortgeführt. So kreuzt sich die Polymerase nicht mit der Helikase. Nun entstehen also Abschnitte mit einem Primer, einem Abschnitt des Folgestrangs und einem Teil des neuen Strangs, welchen man auch Tochterstrang nennt. Diesen Abschnitt nennt man nun Okazaki-Fragment. Diese sind allerdings auch nicht alle gleich. Sie können sich zum Beispiel in der Länge unterscheiden. Wir haben also einen durchgehenden Tochterstrang und einen Tochterstrang welcher aus vielen Okazaki-Fragmenten besteht. Nun entfernt das Enzym RNAse-H alle Primer auf den Tochtersträngen. Danach füllt eine andere Polymerase die Lücken, welche durch die nicht mehr vorhandenen Primer entstanden sind, mit Nukleotiden. Zu guter Letzt verbindet das Enzym Ligase Die Okazaki-Fragmente und es entstehen zwei neue DNA. (vgl. Simpleclub; youtube.com) Schlussendlich kann man also sagen, dass aus einer DNA zwei genau identische neue hergestellt werden. Bestehend aus einem neuen und einem alten Strang. 4 5. Quellenverzeichnis Zu 2.: https://de.wikipedia.org/wiki/Desoxyribonukleinsäure (letzter Zugriff: 12.01.21) Zu 2.1.: https://sowieso.de/lexikon/857.html (letzter Zugriff: 12.01.21) Zu 3.: https://www.pharmgenetix.com/blog/dna/ (letzter Zugriff: 12.01.21) https://youtu.be/XmKNN5oePGo?t=38 (letzter Zugriff: 13.01.21) https://www.chemie.de/lexikon/Desoxyribose.html (letzter Zugriff: 12.01.21) https://www.komm-ins-beet.mpg.de/wissenswertes/vererbung/unser-erbgut (letzter Zugriff:12.01.21) https://www.abiweb.de/biologie-molekularbiologie-genetik/dna-als-erbsubstanz/aufbau-der- dna/einzelstraenge-der-dna.html (letzter Zugriff: 12.01.21) Zu 4.: http://www.lukashensel.de/biomain.php?biopage=replieins (letzter Zugriff: 12.01.21) https://www.youtube.com/watch?v=Ee3WaE4XPWw (letzter Zugriff: 13.01.21) 5