BI-3 Lernzettel Molekulare Genetik BI-3 26.09.2021
1. Aufbau der DNA
Watson-Crick-Modell
Die DNA ist eine Doppelhelix.
Sie besteht aus zwei Einzelsträngen, die zueinander antiparallel verlaufen.
Die Stränge bestehen aus vielen Nukleotiden.
Ein Nukleotid in der DNA setzt sich zusammen aus dem Zucker Desoxyribose, einer
Phosphatgruppe und einer der 4 Nukleinbasen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin).
Zucker und Phosphat bilden in den Einzelsträngen das „Rückgrat“ der DNA in Form einer
alternierenden Kette.
Die Basen sind jeweils mit einem Zuckermolekül verbunden und nach innen ausgerichtet.
Chargaff-Regel
Nach dem Prinzip der komplementären Basenpaarung paaren sich immer Adenin mit
Thymin über zwei Wasserstoffbrückenbindungen und Guanin mit Cytosin über drei
Wasserstoffbrückenbindungen.
In jeder DNA liegen gleich viele Moleküle von Adenin (A) und Thymin (T) bzw. von Guanin (G)
und Cytosin (C) vor. In allen DNA-Molekülen gilt: A = T und C = G und A + G = T + C
Das Verhältnis von Adenin und Thymin zu Guanin und Cytosin variiert von Organismus zu
Organismus.
Hershey-Chase-Experiment
Versuchsreihe 1 Versuchsreihe 2
Die DNA der Phagensorte A wird Die Proteinkapsel der
mit radioaktivem Phosphor Phagensorte B wird mit
markiert. radioaktivem Schwefel markiert.
Dies ist möglich, da in Dies ist möglich, da
Nucleinsäure das Element Proteinmoleküle aus
Phosphor vorkommt. Aminosäuren bestehen, die das
Die radioaktiv markierte DNA ist Element Schwefel enthalten.
in die Wirtszelle eingedrungen Das radioaktiv markierte Protein
und veranlasst die Bildung von bleibt auf der Oberfläche der
Nachkommenphagen. Wirtszelle haften und gelangt
Bei den Nachkommen der nicht in die Wirtszelle.
Phagensorte A fand man Bei den Nachkommen der
radioaktiven Phosphor in den Phagensorte B fand man keinen
Zellen, aber kein radioaktiven radioaktiven Schwefel in den
Phosphor im Überstand. Zellen. Man fand aber
Die DNA ist also das genetische radioaktiven Schwefel im
Material. Überstand.
Hüllproteine können daher
nicht das genetische Material
1
, BI-3 Lernzettel Molekulare Genetik BI-3 26.09.2021
darstellen.
2. DNA-Replikation
= identische Verdopplung der DNA (semikonservativ)
1. Initiation (Start am Replikationsursprung)
Enzym Topoisomerase entspiralisiert DNA-Doppelhelix am Replikationsursprung.
Enzym Helicase öffnet / löst die H-Brückenbindungen zwischen komplementären Basen.
DNA wird in zwei Einzelstränge aufgetrennt.
Einzelstrang-Bindungsproteine heften sich an die freien Basen und stabilisieren Einzelstränge.
2. Elongation (Kettenverlängerung)
Replikation läuft vom Replikationsursprung in beide Richtungen.
Am Replikationsursprung bildet sich Replikationsgabel.
2a) Replikation am 3‘-5’-Vorwärtsstrang → Bildung des Leitstrangs
Am 3‘-5’Vorwärtsstrang verläuft Verlängerung kontinuierlich (fortlaufend).
Enzym Primase synthetisiert ein kurzes Stück (Startermolekül Primer).
Daran setzt Enzym DNA-Polymerase an und lagert fortlaufend Nukleotide in 5‘-3’Richtung hin zur
Replikationsgabel an; neu gebildete Strang heißt Leitstrang.
2b) Replikation am 5‘-3’-Rückwärtsstrang → Bildung des Folgestrangs
Am 5‘-3‘-Rückwärtsstrang (im Modell unten) verläuft die Verlängerung diskontinuierlich
(unzusammenhängend).
Auch hier synthetisiert Enzym Primase jeweils einen Primer als Startermolekül.
Daran setzt Enzym DNA-Polymerase an.
Da DNA-Polymerase den neuen Strang nur vom 5‘-Ende hin zum 3‘-Ende wachsen lassen kann,
arbeitet sie auf dem neuen 3‘-5‘-Strang weg von der Replikationsgabel.
Nach 100-200 Nukleotiden bricht die Synthese ab und beginnt in der weiterschreitenden
Replikationsgabel von neuem.
Es bilden sich immer kurze Stücke des neuen DNA-Strangs (Okazaki-Fragmente).
Neu gebildete Strang heißt Folgestrang.
2c) Lückenschluss
Ergebnis ist ein Matrizenstrang, der vollständig verdoppelt (repliziert) wurde (Leitstrang) und ein
anderer, der nur Fragmente aus Nukleotiden, sogenannte Okazaki-Fragmente, enthält (Folgestrang).
Am Ende der Replikation werden Primer durch DNA-Nukleotide ersetzt.
Enzym DNA-Ligase schließt die Lücken zwischen den Okazaki-Fragmenten wie eine Art „Kleber“.
3. Termination (Ende der Replikation)
Replikation endet, sobald der DNA-Strang das Ende erreicht hat.
Ergebnis ist neue Doppelhelix, die zur Hälfte aus einem elterlichen und zur anderen Hälfte aus
einem neu synthetisierten Tochterstrang besteht (semikonservativ).
2
1. Aufbau der DNA
Watson-Crick-Modell
Die DNA ist eine Doppelhelix.
Sie besteht aus zwei Einzelsträngen, die zueinander antiparallel verlaufen.
Die Stränge bestehen aus vielen Nukleotiden.
Ein Nukleotid in der DNA setzt sich zusammen aus dem Zucker Desoxyribose, einer
Phosphatgruppe und einer der 4 Nukleinbasen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin).
Zucker und Phosphat bilden in den Einzelsträngen das „Rückgrat“ der DNA in Form einer
alternierenden Kette.
Die Basen sind jeweils mit einem Zuckermolekül verbunden und nach innen ausgerichtet.
Chargaff-Regel
Nach dem Prinzip der komplementären Basenpaarung paaren sich immer Adenin mit
Thymin über zwei Wasserstoffbrückenbindungen und Guanin mit Cytosin über drei
Wasserstoffbrückenbindungen.
In jeder DNA liegen gleich viele Moleküle von Adenin (A) und Thymin (T) bzw. von Guanin (G)
und Cytosin (C) vor. In allen DNA-Molekülen gilt: A = T und C = G und A + G = T + C
Das Verhältnis von Adenin und Thymin zu Guanin und Cytosin variiert von Organismus zu
Organismus.
Hershey-Chase-Experiment
Versuchsreihe 1 Versuchsreihe 2
Die DNA der Phagensorte A wird Die Proteinkapsel der
mit radioaktivem Phosphor Phagensorte B wird mit
markiert. radioaktivem Schwefel markiert.
Dies ist möglich, da in Dies ist möglich, da
Nucleinsäure das Element Proteinmoleküle aus
Phosphor vorkommt. Aminosäuren bestehen, die das
Die radioaktiv markierte DNA ist Element Schwefel enthalten.
in die Wirtszelle eingedrungen Das radioaktiv markierte Protein
und veranlasst die Bildung von bleibt auf der Oberfläche der
Nachkommenphagen. Wirtszelle haften und gelangt
Bei den Nachkommen der nicht in die Wirtszelle.
Phagensorte A fand man Bei den Nachkommen der
radioaktiven Phosphor in den Phagensorte B fand man keinen
Zellen, aber kein radioaktiven radioaktiven Schwefel in den
Phosphor im Überstand. Zellen. Man fand aber
Die DNA ist also das genetische radioaktiven Schwefel im
Material. Überstand.
Hüllproteine können daher
nicht das genetische Material
1
, BI-3 Lernzettel Molekulare Genetik BI-3 26.09.2021
darstellen.
2. DNA-Replikation
= identische Verdopplung der DNA (semikonservativ)
1. Initiation (Start am Replikationsursprung)
Enzym Topoisomerase entspiralisiert DNA-Doppelhelix am Replikationsursprung.
Enzym Helicase öffnet / löst die H-Brückenbindungen zwischen komplementären Basen.
DNA wird in zwei Einzelstränge aufgetrennt.
Einzelstrang-Bindungsproteine heften sich an die freien Basen und stabilisieren Einzelstränge.
2. Elongation (Kettenverlängerung)
Replikation läuft vom Replikationsursprung in beide Richtungen.
Am Replikationsursprung bildet sich Replikationsgabel.
2a) Replikation am 3‘-5’-Vorwärtsstrang → Bildung des Leitstrangs
Am 3‘-5’Vorwärtsstrang verläuft Verlängerung kontinuierlich (fortlaufend).
Enzym Primase synthetisiert ein kurzes Stück (Startermolekül Primer).
Daran setzt Enzym DNA-Polymerase an und lagert fortlaufend Nukleotide in 5‘-3’Richtung hin zur
Replikationsgabel an; neu gebildete Strang heißt Leitstrang.
2b) Replikation am 5‘-3’-Rückwärtsstrang → Bildung des Folgestrangs
Am 5‘-3‘-Rückwärtsstrang (im Modell unten) verläuft die Verlängerung diskontinuierlich
(unzusammenhängend).
Auch hier synthetisiert Enzym Primase jeweils einen Primer als Startermolekül.
Daran setzt Enzym DNA-Polymerase an.
Da DNA-Polymerase den neuen Strang nur vom 5‘-Ende hin zum 3‘-Ende wachsen lassen kann,
arbeitet sie auf dem neuen 3‘-5‘-Strang weg von der Replikationsgabel.
Nach 100-200 Nukleotiden bricht die Synthese ab und beginnt in der weiterschreitenden
Replikationsgabel von neuem.
Es bilden sich immer kurze Stücke des neuen DNA-Strangs (Okazaki-Fragmente).
Neu gebildete Strang heißt Folgestrang.
2c) Lückenschluss
Ergebnis ist ein Matrizenstrang, der vollständig verdoppelt (repliziert) wurde (Leitstrang) und ein
anderer, der nur Fragmente aus Nukleotiden, sogenannte Okazaki-Fragmente, enthält (Folgestrang).
Am Ende der Replikation werden Primer durch DNA-Nukleotide ersetzt.
Enzym DNA-Ligase schließt die Lücken zwischen den Okazaki-Fragmenten wie eine Art „Kleber“.
3. Termination (Ende der Replikation)
Replikation endet, sobald der DNA-Strang das Ende erreicht hat.
Ergebnis ist neue Doppelhelix, die zur Hälfte aus einem elterlichen und zur anderen Hälfte aus
einem neu synthetisierten Tochterstrang besteht (semikonservativ).
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