DNA-Replikation und Reparatur Flashcards
Was zeigte der Meselson-Stahl-Versuch?
Der Meselson-Stahl-Versuch zeigte, dass die Replikation semikonservativ (semi = halb, konservativ = bewahrend) ist, die beiden neuen DNA-Doppelstränge also jeweils aus einem alten Einzelstrang und einem neu gebildeten Einzelstrang zusammengesetzt sind. Jede Tochterzelle erhält dann einen Doppelstrang.
Es war nun also klar, dass bei der Replikation die Einzelstränge aufgetrennt werden müssen, und an beiden Einzelsträngen dann ein neuer, komplementärer DNA-Strang gebildet wird, d.h. dass sich Adenin immer mit Thymin paart und Cytosin immer mit Guanin.
Welches Enzym entwindet die DNA vor der Replikation? Welches trennt die Wasserstoffbrückenbindungen auf?
Das Enzym Topoisomerase entwindet die DNA, das Enzym Helikase trennt die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Einzelsträngen auf.
Die entstehende Formation wird als „Replikationsgabel“ bezeichnet.
Welches Enzym bildet den neuen Einzelstrang? Wie geht dieses dabei vor? Was ist hierbei der Leitstrang, was der Folgestrang?
Die DNA-Polymerase. Sie lagert sich an und bildet an jedem Einzelstrang einen neuen komplementären Strang.
Sie kann den neuen Strang immer nur von 5‘ zu 3‘-Ende synthetisieren, bzw. aus Sicht des alten Strangs von 3‘ zu 5‘ entlanglaufen. Das führt dazu, dass die DNA-Polymerase an einem Strang kontinuierlich entlanglaufen kann (von links nach rechts), während die Helikase die Replikationsgabel nach rechts immer weiter öffnet, am anderen Strang die DNA-Polymerase aber immer nur von rechts nach links laufen kann, sie also bei einer weiteren Öffnung der Replikationsgabel rechts jedes mal neu ansetzen muss.
Der Strang, an dem kontinuierlich repliziert werden kann, wird Leitstrang genannt, der andere Strang Folgestrang.
Was sind Okazaki-Fragmente? Welches Enzym verbindet diese miteinander?
Die DNA-Pomyerase muss am Folgestrang also während sich die Replikationsgabel nach rechts weiter öffnet immer wieder weiter rechts ansetzen und nach links laufen.
Dabei kann die DNA-Polymerase nicht ihren neu synthetisierten Strang mit den vorher synthetisieren Stücken verbinden, am Folgestrang wird der neue Strang also in Fragmenten gebildet, welche man als Okazaki-Fragmente bezeichnet.
Die DNA-Ligase verbindet dann die Okazaki-Fragmente miteinander, indem sie die DNA-Rückgrate (aus Phosphat und Zucker) über Esterbindungen miteinander verbindet.
Woher stammen die Bausteine für die DNA Replikation?
Als Bausteine für die DNA-Polymerase dienen Nukleotide, die in der Umgebung herumschwimmen.
Sie liegen als Triphosphate vor, also als Desoxyadenosintriphosphat (dATP), dTTP, dGTP und dCTP.
Die Energie, die beim Abspalten der zwei Phosphatgruppen frei wird, wird für die Synthese der DNA genutzt.
Wozu dient die Primase? Wie hängt diese mit der Länge der DNA zusammen?
Die DNA-Polymerase kann den neuen Strang nicht einfach „frei“ anfangen, sondern braucht einen Anfang, den sie dann vervollständigt. Als Anfang dient ein Stück RNA, das von der Primase gebildet wird und RNA-Primer genannt wird.
Die RNA-Primer werden später entfernt und die DNA-Polymerase kann die Lücke auffüllen, die Ligase dann wieder das Rückgrat verschließen.
Aber auch zum Auffüllen braucht die DNA-Polymerase ein vorheriges Stück DNA oder Primer. Das führt dazu, dass beide neu synthetisierten Stränge am Anfang, bzw. Ende ein Stück kürzer werden als der alte Strang, genau um eine Primerlänge.
Die Polymerase kann nur von 5‘ -> 3‘ synthetisieren. Um die Lücken aufzufüllen, müsste es einen Primer jenseits der DNA geben, damit die DNA-Polymerase das Stück vervollständigen könnte.
Bei der nächsten Zellteilung ist der neue Strang dann einer der alten Stränge, der an ihm neu gebildete Strang wird so auch nochmal kürzer.
Was sind Telomere und wozu dienen sie?
Um der stetigen Verkürzung von DNA entgegenzuwirken, gibt es an den Enden der Chromosomen (also auch an den Enden der DNA) die sogenannten Telomere.
Sie sind DNA-Abschnitte aus sich wiederholenden (repetitiven) Basenabfolgen, die keine Erbinformation enthalten und daher verloren gehen dürfen. Bei jeder Zellteilung geht also nur ein Stück der Telomere verloren.
Die Länge der Telomere begrenzt damit auch die Lebenszeit einer Zelle, denn wenn die Telomere weg sind, wird bei jeder Zellteilung ein Stück der wichtigen, Erbinformation enthaltenden DNA abgeschnitten, was irgendwann zum Funktionsverlust und Tod führt.
Wozu dient Telomerase? Wie kann diese zum Problem werden?
Zellen, die unbedingt die Fähigkeit haben müssen, sich unbegrenzt teilen zu können, umgehen das Problem der Telomerverkürzung (und damit der begrenzten Lebenszeit von Zellen) durch das Enzym Telomerase, das die Telomere verlängern kann, indem sie DNA an die Enden anfügt. Sie hat dabei eine eigene Vorlage aus RNA, die sie in DNA umschreibt und anfügt.
In einigen Zellen ist es gewollt, wie z.B. in Knochenmarkszellen für die Bildung von Blutzellen, in Keimbahnzellen (z.B. Vorläuferzellen von Spermien) oder embryonalen Stammzellen.
Es bilden jedoch auch Tumorzellen Telomerase, da sie sich nur dadurch so stark teilen und vermehren können.
Welche Besonderheit liegt bei der DNA-Replikation von Prokayroten vor?
In fast allen Prokaryoten wie Bakterien ist das Chromosom ringförmig, sie benötigen daher keine Telomere. Die DNA-Polymerase kann einmal komplett herumlaufen, ohne dass es zum Verlust von DNA kommt.
Prokaryoten unterliegen daher keiner Zellalterung im Sinne von sich verkürzenden Telomeren (Altfrage!).
Welche äußeren Faktoren können die DNA schädigen?
Radioaktive Strahlung, UV-Strahlung und chemische Einflüsse.
Wie erfolgt die Reparatur von geschädigtem Erbgut? Was geschieht wenn der Schaden zu groß ist?
Die Reparatur erfolgt durch verschiedene Enzyme, auch DNA-Polymerase ist daran beteiligt. Die Enzyme können dann Basenfehlpaarungen rückgängig machen, Einzelstrang- oder Doppelstrangbrüche der DNA reparieren und sogar fehlerhafte Stücke aus der DNA herausschneiden (Excisionsreparatur).
Wenn die Schäden einer Zelle zu groß sind, wird die Teilung der Zelle angehalten und ggf. der programmierte Zelltod eingeleitet, um der Entstehung von Krebs vorzubeugen. Sind aber genau diese Mechanismen defekt, kann Krebs entstehen.
