DNA-Replikation Ablauf und Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten

Die DNA-Replikation folgt einem semikonservativen Mechanismus, bei dem der Doppelstrang sich reißverschlussartig teilt und jede Hälfte als Vorlage für einen neuen Strang dient. Dieser Prozess wurde von Meselson und Stahl nachgewiesen und ist für die Weitergabe der genetischen Information essentiell.

Der Ablauf der Replikation umfasst mehrere Schritte:

1. Die Helicase entspiralisiert und öffnet den DNA-Doppelstrang unter ATP-Verbrauch, wodurch die Replikationsgabel entsteht.
2. Proteine lagern sich an die getrennten Abschnitte an, um eine erneute Bindung zu verhindern.
3. Die DNA-Polymerase ergänzt die Einzelstränge, wobei der Leitstrang kontinuierlich und der Folgestrang diskontinuierlich synthetisiert wird.
4. Auf dem Folgestrang entstehen Okazaki-Fragmente, die durch die DNA-Ligase verbunden werden.

Es gibt bedeutende Unterschiede in der DNA-Replikation zwischen Prokaryoten und Eukaryoten:

• Eukaryoten haben komplexere Genome, die dichter mit Proteinen verpackt sind und mehrere Replikationsursprünge benötigen. Ihre Replikation ist langsamer (5-100 Nukleotide pro Sekunde).
• Prokaryoten haben kleinere, zirkuläre Genome mit nur einem Replikationsursprung und replizieren schneller (1000 Nukleotide pro Sekunde).

Example: Bei Eukaryoten schützen Telomere am Ende der Chromosomen vor Erbmaterialverlust, was bei Prokaryoten nicht nötig ist.

Highlight: Die DNA-Polymerase spielt eine zentrale Rolle in der Replikation und besitzt eine Korrekturlesefunktion, um Fehler zu minimieren.

DNA-Analyse: PCR und Gelelektrophorese

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine revolutionäre Methode zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Abschnitte außerhalb lebender Zellen. Der Prozess ähnelt der natürlichen DNA-Replikation und besteht aus drei Hauptschritten:

1. Denaturierung: Trennung der DNA-Stränge durch Erhitzen
2. Annealing: Anlagerung der Primer an die Einzelstränge
3. Elongation: Verlängerung der Primer durch die DNA-Polymerase

Die Entdeckung der hitzebeständigen Taq-Polymerase aus dem thermophilen Archaebakterium Thermus aquaticus ermöglichte die Automatisierung dieses Prozesses in Thermocyclern.

Die Gelelektrophorese ist eine weitere wichtige Analysemethode, die zur Auftrennung von Makromolekülen wie DNA-Fragmenten oder Proteinen dient. Sie basiert auf der unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeit geladener Teilchen im elektrischen Feld.

Vocabulary: Thermocycler - Ein Gerät, das die Temperaturzyklen für die PCR automatisch steuert.

Definition: Annealing - Der Prozess, bei dem sich Primer an komplementäre DNA-Sequenzen anlagern.

Highlight: Die PCR hat die molekularbiologische Forschung revolutioniert und findet breite Anwendung in der Diagnostik, Forensik und Genetik.

DNA-Struktur und RNA-Unterschiede

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) bildet die Grundlage des Erbmaterials und weist eine komplexe Struktur auf. Ihre Primärstruktur besteht aus einer Kette von Nukleotiden, die sich nur in der organischen Base unterscheiden. Diese Polynukleotidstränge zeigen eine Polarität von 5' zu 3', wobei Zucker und Phosphatreste abwechselnd vorkommen.

Die Sekundärstruktur der DNA zeichnet sich durch ihre Doppelstrangform aus, bei der komplementäre Basenpaare durch Wasserstoffbrücken verbunden sind. Dies führt zur charakteristischen Antiparallelität der Stränge. In der Tertiärstruktur windet sich der Doppelstrang zu einer Doppelhelix, wobei eine vollständige Windung nach 10 Basenpaaren erreicht wird.

Im Gegensatz zur DNA ist die RNA (Ribonukleinsäure) meist kürzer und liegt als Einzelstrang vor. Sie enthält Ribose statt Desoxyribose und verwendet Uracil anstelle von Thymin. RNA erfüllt verschiedene Funktionen in der Zelle, darunter als rRNA, tRNA und mRNA.

Vocabulary: Polynukleotidstrang - Eine lange Kette von Nukleotiden, die das Rückgrat der DNA bilden.

Definition: Antiparallelität - Die gegenläufige Ausrichtung der beiden DNA-Stränge in der Doppelhelix.

Highlight: Die komplementäre Basenpaarung zwischen Adenin-Thymin und Cytosin-Guanin ist entscheidend für die Stabilität und Funktion der DNA-Doppelhelix.