DNA-Replikation und Proteinbiosynthese

Die DNA-Replikation läuft in mehreren Schritten ab:

1. Entwindung der Helix durch Topoisomerase
2. Trennung des Doppelstrangs durch Helicase
3. Bildung einer Ansatzstelle durch Primase (RNA-Primer)
4. Anknüpfen von Nukleotiden in 5'-3'-Richtung durch DNA-Polymerase

Definition: Replikationsgabel - Der Bereich, an dem die beiden DNA-Stränge während der Replikation getrennt werden und neue Stränge synthetisiert werden.

Die Synthese erfolgt am Leitstrang kontinuierlich und am Folgestrang diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten, die durch DNA-Ligase verknüpft werden.

Die Proteinbiosynthese umfasst Transkription und Translation:

Transkription:

1. Bindung der RNA-Polymerase an die Promotor-Sequenz
2. Öffnung des DNA-Doppelstrangs
3. Ablesen des codogenen Strangs und Synthese der mRNA
4. Termination an der Terminator-Sequenz

Vocabulary: Codon - Eine Dreiergruppe von Nukleotiden in der mRNA, die für eine bestimmte Aminosäure oder ein Start- bzw. Stoppsignal codiert.

Der genetische Code ist degeneriert (mehrere Codons für eine Aminosäure), nicht überlappend, kommalos und universell.

Translation:

1. Initiation: Bindung der mRNA an die kleine ribosomale Untereinheit
2. Elongation: Anlagerung von tRNA mit Aminosäuren, Peptidbindung, Weiterwandern des Ribosoms
3. Termination: Erkennung des Stopp-Codons, Freisetzung der Polypeptidkette

Highlight: Die Raumstruktur der Aminosäurekette bestimmt die Funktion des Proteins und damit den Phänotyp.

Die Genwirkkette führt vom Genotyp über Proteinbiosynthese zum Phänotyp, wobei Enzyme eine zentrale Rolle spielen, z.B. im Phenylalaninstoffwechsel.

Historische Experimente zur Entdeckung der Erbsubstanz

Die Entdeckung der DNA als Träger der Erbinformation erfolgte durch mehrere wegweisende Experimente. Versuche mit einzelligen Schirmalgen zeigten, dass sich die Erbsubstanz im Zellkern befindet. Experimente mit pathogenen Bakterienstämmen an Mäusen bewiesen, dass zur Speicherung und Weitergabe von Informationen kein lebendes System benötigt wird.

Highlight: Das Avery-Experiment wies nach, dass die DNA und nicht Proteine die transformierende Substanz ist.

Das Hershey-Chase-Experiment mit radioaktiv markierten Bakteriophagen zeigte endgültig, dass die Erbinformation in der DNA und nicht in Proteinen gespeichert ist.

Zur Isolierung von DNA werden mehrere Schritte durchgeführt:

1. Mechanische Zerkleinerung zur Oberflächenvergrößerung
2. Einsatz von Spülmittel zur Zerstörung von Zellwänden und Kernmembranen
3. Erhitzen und schnelles Abkühlen zum Schutz der DNA
4. Filtrieren zur Trennung von Zellwänden und DNA
5. Proteinabbau durch Zusatz von Fleischentzerner
6. Ausfällen der DNA mit Ethanol

Der Aufbau der DNA wurde als Doppelhelix aus zwei antiparallelen Einzelsträngen entschlüsselt. Die Bausteine sind Desoxyribose, Phosphorsäure und die organischen Basen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Die Basenpaarung erfolgt spezifisch zwischen A-T und G-C.

Vocabulary: Doppelhelix - Die spiralförmige Struktur der DNA, bestehend aus zwei umeinander gewundenen Einzelsträngen.

Die Verpackung der DNA erfolgt in mehreren Stufen vom histonfreien Doppelstrang über die Perlschnurstruktur und Chromatinfaser bis zum kondensierten Chromatid.

Das Meselson-Stahl-Experiment bewies den semikonservativen Mechanismus der DNA-Replikation. Dabei wird jeweils ein elterlicher Strang mit einem neu synthetisierten Strang kombiniert.

Example: Bei der semikonservativen Replikation entsteht aus einem schweren DNA-Strang (N15-markiert) ein mittelschwerer Strang (ein schwerer, ein leichter Strang) in der ersten Generation und in der zweiten Generation je zur Hälfte mittelschwere und leichte DNA-Stränge.