Molekulare Grundlagen der Vererbung

1. Molekulare Grundlagen der Vererbung Replikation und Reparatur der DNA Von Carola Wiersbowsky

2. Gliederung • Einleitung • Semikonservative Replikation • Der Replikationsvorgang • Reparatur der DNA • Telomere

3. Wiederholung:Mitose und Meiose • Erbmaterial muss sich vervielfältigen um Zellteilung und Vermehrung zu gewährleisten • Replikation der DNA in der Interphase von Mitose und Meiose

4. Aufbau der DNA • Die Basen der DNA verhalten sich zueinander komplementär • Nucleotidsequenz des einen Strangs bestimmt die Abfolge des anderen

5. Semikonservative Replikation • Der Ausgangsstrang muss sich trennen • Nucleinsäuren der Einzelstränge werden nicht getrennt • Elternstrang dient als Matrizenstrang an den Nucleotide angeknüpft werden

6. Das Meselson-Stahl-Experiment • E. coli Bakterien bauen schweren Stickstoff in ihre DNA ein • Anschließend: Einbau leichteren Stickstoffs auf anderem Nährmedium • Extraktion der DNA und Zentrifugation • Mittelschwere und leichte DNA ist Beweis für semikonservative Replikation

7. Der Replikationsvorgang

8. Entwindung der DNA • Topoisomerasen „entspiralisieren“ DNA-Doppelstrang • Schließen die gelösten Phosphodiester-Bindungen wieder

9. Replikationsblase und -gabel • Auseinandergehen der parentalen Einzelstränge kommt einer „Gabelung“ gleich • Mehrere Replikationsblasen entstehen durch zeitgleiche Replikationsanfänge

10. Helicase • Löst die Wasserstoff-Brückenbindungen zwischen den komplementären Nucleotiden • Verläuft in 3´-5´-Richtung • Greift an z.T. mehreren Punkten die Bindungen an

11. Die Replikation • Polymerase folgt der Helicase in 3´-5´-Richtung auf dem Leitstrang • Folgestrang benötigt Primer, von Primase aus RNA gebildet um an ein 3´-Ende anknüpfen zu können

12. Die Replikation • Nucleosid-Triphosphate werden unter Abspaltung zweier Phosphatreste von DNA-Polymerase an den Matrizenstrang gebunden

13. Die Replikation am Folgestrang • Am Folgestrang wird nur ein kurzes DNA-Fragment (Okazaki-) synthetisiert • Da sich die Polymerase nur in der Nähe der Replikationsgabel befindet, wird neuer Primer benötigt • Nach seinem enzymatischen Abbau hinterläßt der Primer eine Lücke

14. Die Replikation am Folgestrang • Lücke zwischen Okazaki-Fragmenten wird von der DNA-Polymerase aufgefüllt • Ligase bildet neue Phosphodiester-Bindungen und verknüpft somit die Fragmente mit den Nucleotiden

15. Die Replikation • Nach der Neusynthese wird das Erbgut wieder „verpackt“ • Histone werden z.T neugebildet • Das Chromatin liegt wieder vor

16. Replkiationsblasen Hamster-DNA

17. Die Reparatur der DNA

18. Die Reparaturwege • Fehlpaarungs-Reparatur • Mismatch Reparatur • Excisionsreparatur

19. Die Fehlpaarungs-Reparatur • Falsch gepaarte Basen werden noch während d. Replikationsvorgangs von der DNA-Polymerase entfernt • Man spricht vom „Korrekturlesemechanismus“ • E. coli Bakterien-Polymerasen haben Untereinheiten für beide Strangrichtungen

20. Die Mismatch-Reparatur • Fehlgepaarte Nucleotide werden von bestimmten Enzymen (Exonucleasen) am gepaarte Doppelstrang erkannt • DNA-Reparaturenzyme beim Menschen: ca. 130 verschiedene

21. Die Excisionsreparatur • Enzyme erkennen schadhafte Strukturen in der Basenpaarung • Auschnitt des Defekts am Einzelstrang durch Nuclease • Neusynthese durch Polymerase und Ligase

23. Telomere

24. Telomere • Nucleotidsequenzen an den Enden linearer DNA • Enthalten keine Gene • Sich wiederholende Basenabfolgen • Telomerase verhindert das sich Verkürzen der Chromosomen bei der Replikation

25. Telomere • Telomerase trägt RNA • Telomerase ermöglicht die komplettierende DNA-Synthese am 3´-Ende • Reverse Transkriptase heißt: DNA kann an eigener RNA-Matrize gebildet werden

26. Danke

27. Quellen • Campbell, N. et al. (2006): Biologie. Pearson Studium. München • Knippers, R. et al. (1990): Molekulare Genetik. Georg Thiemes Verlag. Stuttgart • Hoff, P. et al. (1999): Genetik. Schroedel Verlag. Hannover