DNA, Replikation und Zellzyklus
Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist der Träger unserer Erbinformation und besteht aus zwei Strängen, die als Doppelhelix umeinander gewunden sind. Jeder DNA-Strang besteht aus vielen Nukleotiden, die jeweils aus einer Phosphatgruppe, dem Zucker Desoxyribose und einer von vier Basen aufgebaut sind. Die Basen Adenin (A) und Thymin (T) sowie Cytosin (C) und Guanin (G) bilden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip immer Paare.
Der Zellzyklus umfasst die Phasen, die eine Zelle durchläuft. Die Interphase teilt sich in drei Unterphasen: In der G1-Phase wächst die Zelle, in der S-Phase wird die DNA verdoppelt, und in der G2-Phase bereitet sich die Zelle auf die Teilung vor. Danach folgt die M-Phase (Mitose), die aus vier Phasen besteht: In der Prophase verdichten sich die Chromosomen, in der Metaphase ordnen sie sich in der Mitte an, in der Anaphase werden sie getrennt und in der Telophase entstehen zwei identische Tochterzellen.
Bei der DNA-Replikation gibt es drei theoretische Modelle: konservativ, semikonservativ und dispersiv. Das Meselson-Stahl-Experiment bewies, dass die Replikation semikonservativ abläuft. Dabei werden die beiden Stränge der DNA durch das Enzym Helicase getrennt, wodurch eine Y-förmige Replikationsgabel entsteht. Die DNA-Polymerase fügt dann neue Nukleotide an die getrennten Stränge an.
Aha-Moment: Bei der semikonservativen Replikation entstehen zwei DNA-Moleküle, die jeweils aus einem alten und einem neuen Strang bestehen - wie zwei identische Zwillinge, die jeweils ein Kleidungsstück vom Original tragen!
Interessant ist, dass die Replikation am Leitstrang kontinuierlich in 5'→3'-Richtung verläuft, während sie am Folgestrang diskontinuierlich in kleinen Stücken (Okazaki-Fragmente) erfolgt. Diese werden später durch die DNA-Ligase verbunden. Das Enzym Primase setzt zudem RNA-Primer als Startpunkte für die DNA-Polymerase.