Replikation der DNA - Ablauf und Erklärung PDF

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Ablauf und Erklärung...

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Replikation der DNA S-Phase: Replikation des Chromatins Interphase (Zellwachstum und Verdopplung der Chromosomen als Vorbereitung für eine nachfolgende Zellteilung) • Die Interphase unterteilt sich in folgende Phasen: G1-Phase (1. Zwischenphase) S-Phase (Synthese der DNA und Centriolenverdopplung) G2-Phase (2. Zwischenphase) • Während dieser drei Phasen wächst die Zelle weiter, aber die chromosomale DNA wird nur während der S-Phase repliziert. Checkpoints •

Wichtige Checkpoints überprüfen in G1, S, G2 die DNA auf Schäden bzw. korrekte Replikation. • Sie blockieren gegebenenfalls den ZZ oder führen sogar zur Apoptose (programmierter Zelltod, Selbstzerstörung). Korrektur und DNA-Reparatur •

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Sofort nach dem Einbau eines neuen Nucleotids bei der Replikation wird durch die DNA-Polymerasen anhand des Matrizenstranges „Korrektur gelesen“. (a) Die Polymerasen haben Exonucleaseeigenschaften und können DNA Fehler sofort Reparieren: daher nur ca. 1 Fehler pro 10 hoch 9 Basenpaare. (b) Bei der Fehlerreparatur korrigieren nach der eigentlichen Neusynthese spezielle Reparaturenzyme falsch eingebaute Nucleotide.

a) 1. Während der DNA-Replikation kann eine falsche Base in die wachsende Kette eingebaut werden. 2. Die Proteine des Replikationskomplexes schneiden die falsche Base sofort heraus. 3. Die DNA-Polymerase fügt die richtige Base ein und die Replikation wird fortgesetzt. b) 1. Bei der DNA-Replikation kam es zu einer Basenfehlpaarung. 2. Die Fehlpaarungsreparaturproteine schneiden die fehlgepaarte Base und einige benachbarte Basen heraus. 3. Die DNA-Polymerase fügt die richtigen Basen ein. Excisionreparatur: ein fehlerhafter oder beschädigter DNA-Abschnitt wird durch eine Nuclease herausgeschnitten. Wiederholung DNA • Antiparallele Doppelhelix • Rückgrat aus Phosphorgruppen und Zuckermolekülen • Komplementäre Basenpaarungen Das Watson-Crick-Modell der semikonservativen Replikation sagt voraus, dass nach der Replikation die beiden neuen Moleküle aus je einem alten Strang des Ursprungsmoleküls und einem neugebildeten Strang bestehen werden.

Meselson und Stahl 1953: semikonservative Replikation durch Dichtegradientenzentrifugation mit schwerem Stickstoffisotop belegt. 1. Bakterien in einem Schweren N-Medium wachsen lassen. 2. Bakterien in ein leichtes N-Medium übertragen; die Bakterien wachsen weiter. 3. Bevor sich die Bakterien das erste Mal in dem leichten Medium vermehren, ist die gesamte (ursprüngliche) DNA schwer. 4. Nach 0 Minuten, 20 Minuten (nach einer Replikationsrunde) und 40 Minuten (zwei Replikationsrunden) werden Proben entnommen. 5. Wenn jeder Strang als Matrize für einen neuen Strang dient, muss die DNA der ersten Generation eine intermediäre Dichte besitzen, bei der zweiten Generation muss die Hälfte der DNA intermediär beziehungsweise leicht sein – was tatsächlich beobachtet wurde. Die Replikation der Enden linearer DNA-Moleküle •

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Ungeachtet der eindrucksvollen Fähigkeiten der DNA-Polymerasen gibt es einen kleinen Anteil der DNA in der Zelle, die DNA-Polymerasen weder repliziert noch reparieren können. Die normale Replikationsmaschinerie bietet keine Möglichkeit, die 5‘-Enden der neugebildeten DNA-Stränge zu vervollständigen, folglich müssten sich die DNAMoleküle bei jeder Replikationsrunde immer mehr verkürzen und entsprechend überhängende Enden aufweisen.

Eukaryotische Chromosomen tragen an ihren Enden spezialisierte Bereiche mit einer für jede Art typischen Sequenz, die Telomere genannt werden. • Die Telomere verhindern meist nicht die fortschreitende Verkürzung der DNAMoleküle in aufeinanderfolgenden Replikationsrunden, sie verhindern lediglich einen Verlust an wichtiger Erbinformation in der Nähe der Chromosomenenden. • Die Telomerverkürzung gilt auch als ein Zeichen der biologischen Alterung. • Falls sich die Chromosomen der Keimzellen mit jedem Durchlauf des Zellzyklus immer weiter verkürzen würden, müssten schnell auch einige lebenswichtige Gene verloren gehen, was aber nicht der Fall ist. • Das Enzym Telomerase findet sich in den Zellen der eukaryotischen Keimbahn und bewirkt eine Verlängerung der Telomere. Visualisierung der DNA Replikation: Einbau von Bromodeoxyuridin (BrdU), einem Nucleotid mit Uracil als Base, das durch ein Brom Atom verändert ist. •

Am Anfang der Immunhistochemie: Herstellung eines polyklonalen Antikörpers z.B. gegen BrdU (BrdU als Antigen). Zwei-Schritt Methode zur Detektion des Erstantikörpers. Chromogene können Enzyme (für Farbreaktionen) oder Fluorochrome sein. „Pulse-chase“ Experimente mit Doppelpulsen zeigen, dass die sukzessiv Replikation in anderen Bereichen der Chromosomen fortschreitet.

Methode: PCR (Polymerasekettenreaktion) 1. Ein DNA-Molekül mit einer Zielsequenz, die kopiert werden soll, wird zur Denaturierung erhitzt. 2. Sobald das Gemisch sich abkühlt, binden die Primer an die einzelsträngige DNA. 3. Für die Synthese von neuen DNA-Strängen werden dNTPs und die DNA-Polymerase zugegeben. 4. Der Vorgang wird wiederholt, sodass sich die DNA-Menge verdoppelt. 5. Durch die Wiederholung des Vorgangs können von der ursprünglichen DNA in kurzer Zeit zahlreiche Kopien erzeugt werden....