Genetik 1

Acetabularia (Schirmalge)

Vertauschen der Zellkerne

Versuch von Frederick Griffith mit Pneumokokken(= Bakterien, die Lungenentzündung verursachen) (1928)

Avery 1944

Zusammenfassung

des Experiments von

Avery, MacLeod und

McCarty, mit dem sie

nachwiesen, dass die

DNA das

transformierende

Prinzip ist.

Reproduktionszyklus eines geradzahligen T-Bakteriophagen, nach dem

Kenntnisstand von 1952. Die elektronenmikroskopische Aufnahme bildet

E.coli während der Zellinfektion durch zahlreiche Phagen ab.

Experiment von

Hershey und

Chase, Abb. 1/3

Experiment von

Hershey und Chase,

Abb. 2/3

Experiment von Hershey und Chase, Abb. 3/3

Hypothetische DNA-Replikationswege

Experiment von Meselson und Stahl (1957) 1/4

Aufreinigung von DNA über die Dichtegradienten-Zentrifugationim Caesiumchlorid-Gradienten

Die zu untersuchende Probe wird auf die Oberfläche des Zentrifugenröhrchens gegeben. Während der mehrstündigen Trennung sedimentieren die Moleküle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit im Lösungsmittel, und zwar solange die Dichte der Probe größer ist als die Dichte des Lösungsmittels und umso schneller, je größer der Dichteunterschied ist. Bricht man die Zentrifugation zu einem geeigneten Zeitpunkt ab, erhält man unterschiedliche Banden der

Bestandteile der Probe.

Experiment von Meselson und

Stahl (1957) 2/4

Experiment von Meselson

und Stahl (1957) 3/4

Experiment von Meselson und Stahl (1957) 4/4

Struktur der Topoisomerase I. Dargestellt ist die Struktur des

Komplexes aus DNA und einem Fragment einer Typ-I-Topoisomerase

des Menschen. Die DNA liegt in einem zentralen Hohlraum innerhalb des

Enzyms. (Zeichnung nach 1EJ9.pdb.)

Exkurs: Wie arbeitet die

Topoisomerase?

Mechanismus der Topoisomerase I. Nachdem die Topoisomerase I

an die DNA gebunden hat, greift ein Tyrosin (Y) ein Phosphat an,

sodass ein Strang der DNA gespalten wird. Anschließend vollführt der

geschnittene Strang kontrollierte Drehungen um den anderen Strang.

Abgeschlossen wird die Reaktion durch Wiederverbinden des

gespaltenen Stranges. Der Vorgang führt dazu, dass sich ein

superspiralisiertes Plasmid ganz oder teilweise entspannt. [Plasmid =

kleine, ringförmige DNA, die Bakterien zusätzlich zu ihrem einen Chromosom

besitzen]

Exkurs: Folie 2

Exkurs: Folie 3

Mechanismen der DNA-Reparatur. Die Proteine des Replikationskomplexes besitzen auch

eine Funktion bei den lebenswichtigen DNA-Reparaturmechanismen. Sie stellen sicher, dass die

Matrizen-DNA exakt repliziert wird und dass bei jedem auftretenden Schaden eine Reparatur

erfolgt.

Eine wichtige Gruppe

chemischer Mutagene sind die

Basenanaloga. Sie sind den

Basen der DNA so ähnlich, dass

sie bei der Replikation anstelle

dieser eingebaut werden. Ein

Beispiel ist Bromuracil, das bis auf

eine Methylgruppe dem Thymin

entspricht. Die mutagene Wirkung

beruht darauf, dass Bromuracil

durch Umlagerung eines

Wasserstoffatoms von der Keto-

in die Enolform übergehen kann.

Während sich die Ketoform, wie

Thymin auch, mit Adenin paart, ist

zur Enolform Guanin

komplementär.

Schematische Darstellung der Schwierigkeit, die bei der Replikation an den Enden

linearer Chromosomen auftritt. Eine Lücke (--b--) bleibt nach der Synthese des

Folgestrangs offen.

Das Enzym Telomerase steuert

die Synthese der TTGGGG-

Sequenzen. Dies führt zur

Bildung einer Haarnadelstruktur

Jetzt kann die Lücke gefüllt

werden. Nach der Spaltung der

Haarnadelstruktur

verhindert dieser Vorgang

während der Replikation die

Bildung einer Lücke an den

Enden linearer Chromosomen.

Die Telomerase verlängert den TG-reichen Strang der Telomere durch DNA-

Synthese mithilfe einer eigenen RNA-Matrize. Neu

synthetisierte Hexanucleotide sind

schattiert dargestellt. Der

Elongationsmechanismus hängt von

der RNA-Matrize ab, die eine fast

vollständige Tandemwiederholung

enthält, wie sie in der folgenden

Sequenz durch Unterstreichung

markiert ist: 5'-CUAACCCUAAC-3'.

Beide Enden beider Doppelstränge

muss man sich als stark verkürzt

denken. Die weitere Verlängerung

des Leitstranges liefert die

notwendige Matrize für die DNA-

Polymerase, um die Synthese des

Folgestranges abzuschließen,d.h.

um auch diesen zu verlängern, der

ja mit einem 5’ endet.

Telomere und die Telomerase. a) Das Entfernen des RNA-Primers am 3'-Ende des

Folgestrangs führt dazu, dass ein DNA-Bereich nicht repliziert wird. b) Das Enzym

Telomerase bindet an das 3'-Ende und verlängert den Folgestrang der DNA. Eine RNA-

Sequenz, die in das Telomeraseprotein eingefügt ist, bildet die Matrize, sodass sich die DNA

insgesamt nicht verkürzt. c) Die helle Fluoreszenzfärbung markiert auf diesen blau gefärbten

menschlichen Chromosomen die Telomerbereiche.

Ein Modell für die Telomere. Aus dem Ende des Telomers ragt ein

einzelsträngiger Abschnitt des G-reichen Stranges. Nach einem

Modell für den Telomermechanismus wandert dieser Strang in den

Doppelstrang ein, sodass sich eine große doppelsträngige Schleife

bildet.