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DNA-Replikation und -Reparatur

DNA

Biologie2.421Aktualisiert 13. Sept. 202628 Seiten

Genetik mündliche Abiturprüfung 2024: Alle wichtigen Inhalte

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Jana Buljan@janabljn
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Genetik ist ein faszinierender Bereich der Biologie, der erklärt, wie Erbinformation in unseren Zellen gespeichert und weitergegeben wird. Von den ersten wissenschaftlichen Experimenten bis zur komplexen DNA-Replikation - hier erfährst du alles, was du für deine mündliche Prüfung brauchst.
Genetik - mündliche Prüfung, Abitur 24 – Seite 1

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Überblick Genetik-Themen

Diese Zusammenfassung deckt alle wichtigen Themen für deine mündliche Prüfung ab. Du lernst hier die Grundlagen der Vererbung kennen - von historischen Experimenten bis zu modernen Diagnoseverfahren.

Die Themen bauen logisch aufeinander auf: Erst verstehst du, wie Wissenschaftler herausfanden, dass DNA unser Erbmaterial ist. Dann lernst du den Aufbau von Chromosomen und DNA kennen.

Besonders wichtig sind die Proteinbiosynthese (wie aus Genen Proteine werden) und Mutationen (wenn etwas schiefgeht). Zum Schluss behandeln wir noch pränatale Diagnostik - ein aktuelles und ethisch relevantes Thema.

Tipp: Diese Themen hängen alle zusammen. Wenn du den DNA-Aufbau verstehst, wird dir die Replikation viel leichter fallen!

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Griffiths historisches Experiment (1928)

Griffith machte eine bahnbrechende Entdeckung mit Bakterien, die bei Mäusen Lungenentzündung auslösen. Er arbeitete mit zwei Bakterienstämmen: dem gefährlichen S-Stamm (mit Schutzhülle) und dem harmlosen R-Stamm (ohne Schutzhülle).

Sein Experiment hatte vier entscheidende Schritte: S-Stamm tötet Mäuse, R-Stamm ist harmlos, abgetöteter S-Stamm ist ebenfalls harmlos. Der Clou kam im vierten Schritt: Abgetöteter S-Stamm plus lebender R-Stamm töteten die Mäuse wieder!

Das bedeutete: Irgendwie hatte der tote S-Stamm dem lebenden R-Stamm die Fähigkeit zur Schutzhüllenbildung übertragen. Diese Transformation war der erste Beweis dafür, dass genetische Information zwischen Bakterien übertragen werden kann.

Merkhilfe: S = Smooth (glatt, mit Schutzhülle) = tödlich; R = Rough (rau, ohne Schutzhülle) = harmlos

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Averys Experiment - DNA als Erbmaterial

Avery wollte 1944 herausfinden, welche Substanz genau für die Transformation verantwortlich ist. Die meisten Wissenschaftler dachten damals noch, Proteine wären die Träger der Erbinformation.

Avery trennte alle Bestandteile des S-Stamms voneinander: DNA, Proteine, RNA und Polysaccharide. Dann testete er jeden Bestandteil einzeln mit dem R-Stamm. Nur die DNA konnte die Transformation auslösen!

Um sicherzugehen, machte er noch einen Kontrollversuch mit Enzymen. DNase (zerstört DNA) verhinderte die Transformation, während RNase und Protease keinen Effekt hatten. Das war der endgültige Beweis: DNA ist unser Erbmaterial.

Wichtig: Dieser Versuch war revolutionär, weil er das Protein-Dogma widerlegte und die DNA als Erbsubstanz etablierte.

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Chromosomenaufbau verstehen

Menschen haben 46 Chromosomen - das sind 22 Autosomenpaare plus zwei Geschlechtschromosomen (XX bei Frauen, XY bei Männern). Chromosomen sind quasi die "Transportform" unserer DNA während der Zellteilung.

Ein Chromosom hat eine charakteristische Form: Der kurze Arm heißt p-Arm, der lange q-Arm. Das Centromer hält die beiden Schwesterchromatiden zusammen, während die Telomere die Enden schützen.

Die DNA ist in den Chromosomen extrem kompakt verpackt - sie wickelt sich um spezielle Proteine called Histone. So passt unser komplettes Erbgut in jeden winzigen Zellkern.

Eselsbrücke: p steht für "petit" (französisch = klein), q kommt nach p im Alphabet - also der längere Arm.

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DNA-Struktur - Der Bauplan des Lebens

Die DNA besteht aus vier Bausteinen: den Basen Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C), plus Phosphat und dem Zucker Desoxyribose. Diese bilden zusammen die Nukleotide - die Kettenglieder der DNA.

Die berühmte Doppelhelix entsteht durch zwei antiparallel verlaufende Stränge. A paart sich immer mit T (2 Wasserstoffbrücken), G immer mit C (3 Wasserstoffbrücken). Diese komplementäre Basenpaarung ist der Schlüssel für alles Weitere.

Die beiden Stränge laufen in entgegengesetzte Richtungen (antiparallel): einer von 5' nach 3', der andere von 3' nach 5'. Das Phosphat-Zucker-Rückgrat bildet die "Holme" der Strickleiter, die Basen die "Sprossen".

Merkspruch: "Adenin und Thymin sind zu zweit, Guanin und Cytosin zu dritt vereint" (für die Wasserstoffbrücken)

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DNA-Replikation - Verdopplung des Erbguts

Vor jeder Zellteilung muss sich die DNA identisch verdoppeln, damit beide Tochterzellen die gleiche Erbinformation erhalten. Dieser Prozess heißt Replikation und läuft in drei Phasen ab.

Initiation: Das Enzym Helicase "reißt" die Doppelhelix auf, indem es die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen trennt. Anschließend setzt die Primase kurze RNA-Primer als Startpunkte.

Elongation: Die DNA-Polymerase baut die neuen Stränge auf - aber nur in 5'-3'-Richtung! Deshalb entsteht ein Leitstrang (kontinuierlich) und ein Folgestrang (in Fragmenten). Die Ligase klebt am Ende alle Stücke zusammen.

Wichtig: Die Replikation ist semikonservativ - jeder neue DNA-Strang behält einen alten Einzelstrang als Vorlage.

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Die drei Replikationsmodelle

Wissenschaftler diskutierten drei mögliche Wege, wie sich DNA verdoppeln könnte. Das konservative Modell besagte, dass die alte DNA komplett erhalten bleibt und eine völlig neue Kopie entsteht.

Das semikonservative Modell nahm an, dass jede neue DNA einen alten und einen neuen Einzelstrang enthält. Das dispersive Modell stellte sich vor, dass alte und neue DNA-Abschnitte gemischt werden.

Das berühmte Meselson-Stahl-Experiment bewies eindeutig, dass das semikonservative Modell richtig ist. Sie markierten DNA mit schweren Stickstoffatomen und verfolgten sie über mehrere Generationen - genial!

Fakt: "Semikonservativ" bedeutet "halb erhaltend" - perfekt, denn ein Strang bleibt, einer wird neu gemacht.

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