VL 5 Nukleosomen / Replikation 1

Question 1

Enzyme der Replikation

Answer 1

• DNA-Helicas:
• trennt unter Spaltung von ATP zu ADP den Doppelstrang auf
• Shaking: Aminosäurerest greifen die DNA, 10.000 Bewegungen/Minute
• Primase:
• synthetisiert den DNA-Primer, an welchem die DNA Polymerase ansetzt
• DNA-Polymerasen I-III
• unterschiedliche Funktionen
• Ligase:
• verbindet die entstandenen Okazaki-Fragmente am 5’→3’ Strang

Question 2

Wie wird Replikation in E. coli initiiert? Wie ist die Initiation reguliert?

Answer 2

• Replikation wird an oriC durch Bindung von DNA-A+ATP (Replikationsursprung) initiiert
• Reguliert:
• der oriC hat eine bestimmte Sequenz 11x: GATC/CTAG ⇒ methyliert
• nach der Replikation ist nur der parentale Strang methyliert
• nur bei doppelter Methylierung kann das DNA-A Protein binden und die Replikation initiieren

Question 3

Was sind Okazaki-Fragmente?

Answer 3

• Die DNA-Polymerase III kann die neuen DNA-Stränge nur in der 5’→3’ Richtung synthetisieren
• am anderen alten Strang wird durch die Primase in Abständen ein RNA-Primer eingebaut
• die Polymerase III kann nun von Primer zu Primer synthetisieren
• die Polymerase I entfernt die RNA Primer und fühlt die Lücken
  → dies sind die Okazaki-Fragmente
• die Ligase verbindet die Fragmente miteinander
  → Nachweis der Fragmente durch Inaktivierung der Ligase; das Enzym ist temperaturabhängig

Question 4

Wie sieht die Replikationsgabel aus?

Answer 4

Question 5

DNA-Polymerasen I

Answer 5

DNA- Polymerase I

• Aufbau: 1 UE, 928 As
• Biochemische Funktion: DNA-Polymerase, 3’→5’ Exonuklease, 5’→3’ Exonuklease
• Funktion in der Zelle: Entferung des RNA-Primers, Reperatur von DNA-Schäden

Exonuklease: Gruppe von Enzymen durch die Nucleinsäuren von den Kettenenden her schrittweise hydrolytisch zu Mononucleotiden abgebaut werden.

Question 6

DNA-Polymerase II

Answer 6

DNA-Polymerase II

• Aufbau: 88kDA
• Biochemische Funktion: DNA-Polymerase
• Funktion in der Zelle: primär Reperatur von DNA Schäden

Question 7

DNA-Polymerase III

Answer 7

DNA-Polymerase

• Aufbau: 10 verschiedene UE
• Funktion: DIE DNA-Polymerase, synthetisiert den neuen DNA-Strang

Question 8

Wie häufig kommen die DNA-Polymerasen I-III im Vergleich in der Zelle vor?

Answer 8

Die DNA-Polymerase III kommt trotz ihrer wichtigen Funktion am wenigstens vor. Denn sie setzt einmal am Origin (Replikationsursprung) an und synthetisiert dann die DNA entlang.

Die Polymerasen I+II werden zeitgleich an mehreren Stellen in der Zelle und auf der DNA benötigt. Deshalb liegen diese Enzyme häufiger in der Zelle vor.

Question 9

Untereinheiten der DNA-Polymerase III

Answer 9

1. Pol III-Core
2. Pol III-Core ⇒Dimer
3. Poll III*
   - γ-Komplex dazu
4. Pol III Holoenzym
   - ß-Untereinheit dazu

Question 10

Die ß-Untereinheit der Polymerase III
und was ist Prozessivität

Answer 10

Prozessivität: Die Prozessivität eines Enzyms ist umso höher, je mehr Katalysezyklen es durchlaufen kann, ohne von seinem Substrat abzufallen

• die ß-Untereinheit gewährleistet diese Prozessivität (mehr als 10.000 Nukleotide)
• die UE bilden eine Ringklemme (Sliding Clamp) um die DNA, damit die Polymerase nicht vom Strang abfällt
  →dieser Prozess ist abhängig von ATP

Question 11

Korrekturlesefunktion der Polymerase III

Answer 11

• die ϵ-Untereinheit ist in der Lage die Polymerase einen Schritt zurück zu setzen, falls diese einen Fehler macht
• 3’→5’ Exonukleaseaktivität (Rückwärtsgang)
• Polymerase macht ohne die ϵ-Untereinheit alle 10.000-100.000 bp einen Fehler

Question 12

Die Replikationsinitiation ist zellzyklusabhängig; wird über Kinasen und Cycline gesteuert

Answer 12

Cyclin-abhängige Kinasen (Cdk) aktivieren die Replikation zellzyklusabhängig

Question 13

Multiple ORIs

Answer 13

• mehrere ORIs auf der DNA
• DNA wird von mehreren Stellen aus repliziert
• sie werden nicht alle gleichzeitig genutzt, da manche Stellen für die Polymerase einfacher zugänglich sind (Euchromatin) als andere (Heterochromatin)

Question 14

Grober Unterschied zwischen der eukaryotischen Replikation und der in E.Coli

Answer 14

Es gibt wesentlich mehr Initiationsfaktoren und Polymerasen als in E.coli

Question 15

Probleme entstehen an den Chromosomenenden, die nach jeder Replikation schrumpfen müssten: Lösung: Telomerase (Funktion molekular erklären können)

Answer 15

• Aufrechterhaltung der Telomerlänge und -sequenz
• wichtigstes Bestandteil: Telemorase-Reverse-Transkriptase (TERT)
• TERT benutzt den RNA-Teil des Enzyms als “mobile Matrize” und das 3’-OH-Ende als Primer und synthetisert den Einzelstrang weiter

Question 16

Wie ist die Konzentration der Cyclin A-E über den Zellzyklus verteilt?

Answer 16

Question 17

Wie lösen Topoisomerasen die Entwindung der DNA bei der bakteriellen (ringförmigen) Replikation?

Answer 17

1. Topoisomerase bindet an die DNA: Kovalente Bindung eines Phospatrests an die OH-Gruppe eines Tyrosins im Enzym
2. Trennung zwischen Phosphat und und Zucker → es entsteht eine Stelle der freien Drehbarkeit
3. Die Reaktion ist reversibel, benötigt keine Energiezufuhr

Question 18

Was sind Telomere?

Answer 18

• Endstruktur der DNA: dient Schutz gegen Abbau und Instabilität
• bei Ciliaten (Wimperntierchen): 5’-TTGGGG-3’
• bei Säugetieren: 5’-TTAGG-3’
• Überstehende Einzelstränge des 3’-Endes bilden Paarungen mit “internen” Basen und es bilden sich D-Schleifen
• Proteine stabilisieren diese Struktur (TRF1 und POT1)

Question 19

Wieso kann die Polymerase III nur am 3’-5’-Strang kontinuierlich synthetisieren?

Answer 19

• Die Pol III setzt am Primer am 3’-Ende an, denn hier geschieht die Reaktion mit dem der 3’-OH Gruppe und dem a-Phosphat der dNTP Gruppe.
• Am 5’-Ende fehlt diese OH-Gruppe, weshalb hier die Pol III immer neu ansetzen muss, mit einem einem Primer jeweils ⇒ Okazaki-Fragmente
• Richtung des neuen Strangs ist demnach 5’-3’