KV: DNAMichael Altmann

Herbstsemester 2008/2009

Institut für Biochemie und Molekulare Medizin

Übersicht VL DNA

1.) Lernmittel 1-3

2.) Struktur der Doppelhelix

3.) Die 4 Bausteine der DNA

4.) Bildung eines Polynukleotidstranges

5.) Komplementäre Basenpaarung

6.) Verschiedene DNA-Typen

7.) DNA „schmelzen“ und renaturieren

8.) Nukleosom

9.) DNA-Verpackung in Chromosomen

10.) Menschlicher Chromosomensatz während der Metaphase

11.) Das Metaphasenchromosom besteht aus 2 Schwester-Chromatiden

12.) Mitose und Meiose

13.) Chromosomen und DNA-Gehalt

Lernmittel 1 (und Quelle der meisten Folien)

Kapitel: 16, 17, 18, 20, 21, 22, 23

Lernmittel 2http://e-learning.studmed.unibe.ch/Gen_Kurs/START.HTM

Lernmittel 3Atelier (Zellbiologisches Zentrum, Baltzerstr. 2, Praktikumsräume III+ IV, 2. Stock)• Posten (Plakate) zu den einzelnen Themen• Skripten: http://ntbiomol.unibe.ch/trachsel/teaching/MB%20Atelier/Atelier.html(Atelier-Broschüren; bitte nicht aus dem Kursraum mitnehmen!)• Videos zu verschiedenen Techniken (PCR, DNA-Isolierung, etc.)• Computer mit Internet-Anschlüsse für Schnell-Recherchen• Diskussionen / Fachsprechstunden: siehe Wochenblätter

Struktur der DNA-Doppelhelix

• Rechtsdrehende Doppelhelix (B-Struktur)

• Die beiden Helices legen sich antiparallelzueinander

• Je eine Windung alle 10 Basenpaare

• Struktur in den 50er Jahren dankUntersuchung an DNA-Kristallen /Röntgenbeugungsanalysen und chemischenAnalysen bestimmt (Crick & Watson ->siehe„zur Geschichte der Molekularbiologie“)

Die 4 Bausteine der DNA

• Nukleosid = Base + Zucker (Desoxy-Ribose)

• Nukleotid = Phosphosäurerest als Ester anNukleosid (über 5‘-OH) gekoppelt

• RNA und DNA-Bausteine unterscheiden sichin 2‘-OH Position und Base U (RNA) statt T

• In der DNA: A = T; C = G

Bildung eines Polynukleotidstranges

• Polarität (und Syntheserichtung): 5‘->3‘

• Bausteine für Synthese von DNA: Desoxy-Nucleosid-Triphosphate (dNTPs)

• Pro Bausteine werden 2 energiereicheBindungen (Säureanhydride) gespalten

Komplementäre Basenpaarung

• Wasserstoffbrücken halten die Doppelhelixzusammen

• 1 Purinbase „paart“ jeweils mit einerPyrimidinbase: A mit T und G mit C

• Die Basen bestehen aus aromatischen Ringen-> delokalisierte π-Elektronen (absorbieren UV-Licht bei 260 nm)

Verschiedene DNA-Typen

• B-Form: aus Raumgründen liegen dieglykosidischen Bindungen eines Basenpaarsnicht genau diametral zueinander ->abwechselnd kleine und grosse Furchen(Bindungsstelle für Proteine)

• A-Form (auch rechtsgängig): wasserfrei

• Z-Form (linksgängig): abwechselnd Purin- undPyrimidinbasen

!Denaturierung“ !Renaturierung“ Hybridisierung

DNA „schmelzen“ und renaturieren

• Die Doppelhelix kann mit Hitze denaturiertwerden (die beiden Helices getrennt)

• Bei Abkühlung finden die komplementärenBasen wieder zueinander

• Das „Schmelzen“ kann photometrischgemessen werden, da die Lichtabsorption bei260 nm im denat. Zustand zunimmt

Weitere Faktoren, die die Stabilität derDoppelhelix beeinflussen:• Positiv geladene Ionen (zB. Na+)neutralisieren neg. Ladungen• pH-Wert (beeinflusst H-Brücken)

Nukleosom

• Histone = kleine basische Proteine, um diesich die DNA wickelt.

• Es bildet sich jeweils ein Oktamer aus 8Proteinen bestehend (je 2x H2A, H2B, H3 undH4 Proteinketten). Ein weiteres Histon-Protein(H1) hält den DNA-Proteinkomplex zusammen(nicht gezeigt).

• Jedes Nukleosom deckt etwa 200 Basenpaareab (147 + ca. 50 Übergang).

• Um die DNA abzulesen, müssen die Histone(zumindest vorübergehend) von der DNAgetrennt werden.

DNA-Verpackung in Chromosomen

• Dank Proteine wird eine hohe Verpackungsdichte der DNA erreicht (Faktor 104)

• Chromosom = DNA + Proteine (Histone + Nichthistone)

• Besonders gut sichtbar sind sog. Metaphasenchromosomen während der Zellteilung

Menschlicher Chromosomensatz während der Metaphase

Menschlicher Chromosomensatz(diploid):

• 22 autosomale Chromosomenpaare+ 1 Paar Geschlechtschromosomen(X, Y) = (2x) 3x109 Basenpaare

Das Metaphasenchromosom besteht aus 2 Schwester-Chromatiden

1n, 2cn = Ploidie; c = Anzahl Chromatiden

Verdoppelung der DNA

Der Zellzyklus

Mitose Meiose

Crossing-over

1. Teilung

2. Teilung

2n, 4c

1n, 2c 1n, 1c

S-Phase Anaphase

2n2c 2n4c 2n2c 2x

Anaphase I(Reduktionsteilung)

1n2c

4x

2x2n4c

S-Phase

2n2c

1n1c

1n1c

Befruchtung

2x

Anaphase II

Mitose

Meiose

Chromosomen und DNA-Gehalt