Prok. Zellbiologie: DNA-Verpackung & Replikation Flashcards
Genom und Chromosom: Definition in Bakterien
Genom= Gesamtheit der genetischen Information in einer Zelle
Chromosom= In Prokaryoten repräsentiert meist ein einzelnes, zirkuläres Chromosom das Genom;
aber: Es gibt Bakterien mit mehreren Chromosomen und solche mit linearen Chromosomen
Plasmid
Plasmid= Plasmide sind extrachromosomale, replizieren-de DNA-Moleküle mit sehr unterschiedlichen Funktionen und Größen; definitionsgemäß tragen Plasmide keine essenziellen Gene
Vorliegen des Chromosoms in Porkaryoten
Das Chromosom liegt als Nukleoid vor, eine überspirali-sierte Superhelix, die durch gebundene Proteine strukturiert wird
Der Grad der Überspiralisierung wird durch Topoisomerasen gesteuert
Nukleoid: wie liegen die Chromosomen vor und was hält sie in ihrer Form?
-In prokaryotischen Chromosomen ist die DNA stark überspiralisiert; den Überspiralisierungsgrad steuern DNA-Topoisomerasen
-Nukleoid-assoziierte Proteine (NAPs) erzeugen zahlreiche Klein-Domänen (bis zu 400 in schnell wach-senden E.-coli-Zellen) (NAPs -> machen Kleindomänen)
- Klein-Domänen des Chromosoms werden durch verschiedene Proteine zu wenigen Makrodomänen (6 in E. coli) organisiert
(viele Kleindomänen -> wenige Makrodomänen)
-Wie in Eukaryoten umklammern Kondensin-Proteine ansonsten räumlich voneinander getrennte Regionen und erzeugen mit Hilfe von ATP kompakte Strukturen
Superspiralisierung: beteiligte Enzyme
- DNA meistens überspiralisiert entgegen der Helixrichtung (negativ)
-DNA-Gyrase: wichtiges Enzym zur Erzeugung des neg. Super-Twists
-Gyrase: Angriffsort vieler Antibiotika
-Topoisomerase I: Gegenspieler der Gyrase, erzeugt positive Überspiralisierung
Vorgang relaxierter Ring -> superspiralisiert
relaxierter Ring:
1. ein Teil des Rings wird über den anderen gelegt
2. Helix bildet an 2 Stellen einen Kontakt
3. Gyrase führt Doppelstrangbruch ein
4. Nichtgespaltene Helix wird in Bruch reingezogen
5. Doppelstrangbruch wird wieder geschlossen
6. Nach der Gyrase-Einwirkung liegen 2 negative superhelikale Windungen vor
SMC (“structural maintenance of chromosomes”)-Komplexe
(dazu noch VL anschauen)
SMC- Komplexe:
Protein-Komplexe, die als Kondensine wirken; umklammern sonst räumlinch voneinander entfernte Chromosomenabschnitte
-> erzeugen kompakte Strukturen unter Verwendung von ATP
DNA-Replikation und Meselsohn-Stahl- Experiment
semikonservativ
Meselsohn-Stahl- Experiment:
1. E. coli Kolonie mit N15, Schwerem Stickstoff gefüttert
2. dann in Nährmedium mit leichtem Stickstoff, N14, übergesetzt
3. nach genau einer Replikation DNA entnommen
4. nach genau 2 Replikation wieder DNA entnommen
-> in Dichtezentrifuge, Ergebnis:
nach N15: 100% Bande bei schwerem Stickstoff
-nach ersten Replikation: eine Bande bei 50%
-nach zweiten Replikation:
2 Banden, 50% bei leichter Bande und 50% bei mittlerer
=> semikonservative Replikation
Bakterielle DNA-Polymerasen
-DNA Polymerasen katalysieren die Verlängerung der Nukleotidkette in der Richtung von 5´zu 3´Ende
-E.coli hat 5 untersch. DNA Polymerasen:
I und III sind wichtig für die normale Replikation,
II, IV und V sind wichtig für Reparaturprozesse
- DNa Polymerasen verlängern Nukleotidketten, können aber keine de novo-Synthese betreiben
Bidirektionale Replikation
- DNA Synthese bei Prokaryoten bidirektional:
-2 Replikationsgabeln wandern in entgegengesetzter Richtung
-Replisom: Komplex aus multiplen proteinen, der die Replikation katalysiert
-DNA Polymerase III arbeitet mit Geschwindigkeit von 1.000 Nukletotiden pro Sekunde
-Replikation von E.coli: 40 min (4,6Mb großes Chromosom)
Replikation-Ablauf
- Das Replisom bindet und beginnt die Synthese
- Enstehung zweier Replikationsgabeln
- Replikationsgabeln synthetisieren in entgegengesetzte Richtungen
- Replikationsgabeln erreichen Terminator, fallen ab und entlassen 2 Kopien des Chromosoms
Entstehung der Replikationsgabeln (WICHTIG)
