Chromatin und Replikation I (VL5) Flashcards
Das Meselson-Stahl Experiment:
Ergab, dass die Replikation semikonservativ und nicht konservativ oder dispersiv erfolgt –> das bedeutet, dass jeweils einer der beiden Stränge der DNA-Doppelhelix bereits vorhanden ist, der andere aber neu gebildet wird
Wie wird Replikation initiiert? Wie ist die Initiation reguliert?
Initiation der Replikaiton
- benötigt Replikationsursprung und Replikationsinitiatoren
- Ursprung ist DNA-Sequenz (je nach Org. unterschiedl. Länge)
- Initiatoren können kleine Proteine sein, die zB beim Binden an den Ursprung die DNA-Helix falten, wodurch zB Helicasen anbinden können
- Die Replikationsinitiation ist zellzyklusabhängig und wird über Cyclin-abhängige Kinasen gesteuert
- Entspiralisierung durch Topoisomerasen
Komponenten des Replikationsapparats
– DNA Helicase
DNA-Helicase
- unter ATP-Verbrauch wird dDNA, durch das Aufbrechen der H-Brücken zw. den Basen, in sDNA gespalten
- dabei entstehen am ORI die beiden Replikationsgabeln, von denen je eine nach rechts und eine nach links wandert
- 5’—> 3’ Richtung
- 6UE
Komponenten des Replikationsapparats:
– DNA Primase
DNA-Primase
- DNA-abhängige RNA-Polymerase
- stellt die Primer her = kurzes RNA Stück, dass an das 3’ Ende der Einzelstränge angebracht wird, an welche die DNA-Pol binden kann und somit auch den Folgestrang repliziert
Komponenten des Replikationsapparats:
– DNA Polymerase III
DNA-Polymerase III (Replikationspolymerase)
- besteht aus 10 versch. UE
- Führt Nukleotide am 3’ Ende an den „Primer“-Strang an und repliziert so den Matrizenstrang
- es erfolgt ein Nucleophiler Angriff des 3’ OH Primer-Endes auf das ɑ-Phosphat des freien Nucleotids
- Bildung einer Phosphodiester-Bindung
- 5’-3’ Nukleaseaktivität
- die β-UE von Pol III gewährleistet Prozessivität —> 2 β-UE des Pol III bilden eine Ringklemme um die DNA, die verhindert, dass das Enzym abfällt
- Beladung der Sliding Clamp ist ATP-abh.
- an der Replikation sind gleichzeitig 2 Pol III KernUEs beteiligt, die an der Replikationsgabel miteinander verknüpft sind
- besitzt Korrekturlesefunktion durch 3’-5’ Exonukleaseaktivität, der die Fehlerrate >1000 fach reduziert
Komponenten des Replikationsapparats:
– DNA Polymerase I
DNA-Pol I
- Entfernt die 5’ RNA- Primer am Ende des Nachbar Fragmentes und verlängert den DNA-Strang bis zum 5’-Ende der vorherigen Fragments
- besitzt 2 Exonukleasen
–> 3’-5’ zur Fehlererkennung und -behebung von DNA-Schäden
–> 5’-3’ zur Entfernung von Primern
Komponenten des Replikationsapparats
– DNA Ligase
DNA-Ligase
- schliesst die zwischen den Okazaki-Fragmenten entstandenden Lücken
Was sind Okazaki-Fragmente?
Okazaki-Fragmente
- der Folgestrang muss in Stücken synthetisiert werden wegen der gegensätzlichen Ausrichtung der beiden Stränge
- das bedeutet, dass sich auf dem Folgestrang die Helicase und die DNA Pol in unterschiedliche Richtungen bewegen, da sich die DNA Pol nur von 5’ in die 3’ Richtung bewegen kann
(5’-3’Exonuclease-Aktivität) - in definierten Abschnitten auf dem Folgestrang werden neue Primer gemacht –> Strang kann immer nur bis zum nächsten Primer synthetisiert werden (Bildung von Okazaki Fragmenten) –> Entfernung des Primers durch Pol I –> Verknüpfung der Fragmente durch Ligase
Wie sieht die Replikationsgabel aus?
Replikationsgabel
- 2 Pol III Moleküle sind an der Replikationsgabel miteinander verknüpft; eine für den Leitstrang und die andere für den Folgestrang
Wieso werden Nukleinsäuren immer in 5‘-3‘-Richtung verlängert?
Warum ist die 3’-5’-Polymeraseaktivität nicht möglich?
- wenn von 3’-5’ synthetisiert werden würde, müsste am Doppelstrangende PPP sein
- ist dort ein Fehler, entfernt die Exonuklease (entfernt ungebundene Nukelotide am 3’-Enden) auch PPP
- es bleibt ein -OH am 5’-Ende
=> Kettenabbruch, da keine energetische Bindung mehr folgen könnte
Multiple ORIs
Multiple ORIs (Reaktionursprünge)
- origin of replication initiation
- jedes Chromosom trägt viele ORI’s, die nicht gleichzeitig genutzt werden
- der Chromatinzustand ist entscheidend dafür, welche genutzt werden
Was für Funktionen haben die 3 DNA Polymerasen in E.coli
Probleme entstehen an den Chromosomenenden, die nach jeder Replikation schrumpfen müssten: Lösung: Telomerase (Funktion molekular erklären können)
Telomerase
- Problem: Chromosomenenden verkürzen sich bei jeder Replikation, da bei der Primerentfernung am Ende eine Lücke bleibt, die nicht durch Pol I geschlossen werden kann
- Lösung: Telomerasen, die die Lücken mit repetitiven Sequenzen füllen, die sie an das 3’-Ende anfügen
- ist eine Reverse Transkriptase (RNA-abh. DNA-Pol) mit einer eigenen RNA-Matrize
- DNA-Pol ɑ repliziert dann verlängerten Matrizenstrang
- Telomere sind Schutzkappen für Chromosomen, ohne Telomere kommt es zu Chromosomenfusionen; Apoptose
- 5’-Ende ist dennoch verkürzt => Alterung
