DNA als Erbmaterial

Die Identifizierung der DNA als Erbsubstanz war ein Meilenstein in der Genetik. Lange Zeit glaubte man, Proteine seien aufgrund ihrer Vielfalt die Träger der Erbinformation. Erst in den 1940er Jahren wurde die Desoxyribonukleinsäure als das wahre Erbmaterial erkannt.

Highlight: Die Entschlüsselung der DNA-Struktur durch James Watson und Francis Crick im Jahr 1953 basierte maßgeblich auf den Röntgenbeugungsaufnahmen von Rosalind Franklin.

Der Aufbau der DNA ist komplex und präzise:

• Die DNA bildet eine antiparallele Doppelhelix.
• Jeder Strang besteht aus Nukleotiden, die kovalent verbunden sind.
• Ein Nukleotid enthält eine stickstoffhaltige Base, den Zucker Desoxyribose und eine Phosphatgruppe.

Vocabulary: Nukleosid - Ein Molekül bestehend aus einer Base und dem Pentosezucker, ohne Phosphatgruppe.

Die DNA-Struktur lässt sich mit einer verdrehten Strickleiter vergleichen:

• Das Zucker-Phosphat-Rückgrat bildet die Außenseiten.
• Die Basen (Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin) liegen innen und bilden spezifische Paarungen.

Definition: Chargaff-Regel - In jeder DNA findet sich die gleiche Anzahl von Purinen und Pyrimidinen bzw. von A und T sowie von G und C.

Die Polarität der DNA-Stränge ist von großer Bedeutung:

• Das 5'-Ende trägt die Phosphatgruppe am 5'C-Atom des Zuckers.
• Das 3'-Ende hat eine freie Hydroxygruppe am 3'C-Atom, an der neue Nukleotide angehängt werden.

Die DNA-Replikation

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler Prozess, der vor jeder Zellteilung in der S-Phase stattfindet. Sie gewährleistet die exakte Weitergabe der genetischen Information.

Der Replikationsprozess verläuft semikonservativ, was durch das Meselson-Stahl-Experiment nachgewiesen wurde:

Example: Im Experiment wurden E.coli-Bakterien zunächst in einem Medium mit schwerem Stickstoffisotop N¹5 kultiviert und dann in ein Medium mit leichterem N¹4 überführt. Durch Dichtegradientenzentrifugation konnte die Zusammensetzung der DNA-Moleküle analysiert werden.

Die Replikation lässt sich in drei Hauptphasen unterteilen:

1. Initiation: Beginn an spezifischen AT-reichen Sequenzen (ORI - Origin of replication)
2. Elongation: Fortschreiten der Replikationsgabel in beide Richtungen
3. Termination: Abschluss am Ende der DNA-Stränge

Der detaillierte Ablauf der Replikation umfasst mehrere Schritte:

• Helikase öffnet die Doppelhelix an der Replikationsgabel.
• Einzelstrang-bindende Proteine (SSB-Proteine) halten die Stränge getrennt.
• Topoisomerase verhindert Überspiralisierung der DNA.

Vocabulary: DNA-Replikation einfach erklärt - Die DNA wird wie ein Reißverschluss geöffnet und jeder Strang dient als Vorlage für einen neuen komplementären Strang.