Beschreibung Aufbau DNA
Die DNA besteht aus zwei Polynukleotidsträngen. Jedes Nukleotid besteht aus einem Molekül
Desoxyribose (Zucker) mit 5 Kohlenstoffatomen, sowie einem Phosphatrest, sowie einer der 4
organischen Basen (Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin).
Der Zucker und der Phosphatrest bilden das Rückgrat der DNA. Der Zucker zusammen mit der Base
wird als Nukleosid bezeichnet. Als Nukleotid bezeichnet man den Komplex aus Zucker, Phosphatrest
und Base.
Die DNA besteht aus einem Doppelstrang also zwei Polynukleotidsträngen, die beiden Einzelstränge
sind antiparallel, das heißt, dass ein Strang mit einem unbesetzten fünften Kohlenstoffatom endet
und der gegenüberliegende Strang ein unbesetztes drittes Kohlenstoffatom aufweist. Man spricht
von einem 3´Ende oder einem 5´Ende.
Die beiden Einzelstränge sind über die komplementären Basen verbunden, die Wasserstoffbrücken
ausbilden. Nach der Basen-Bindungs-Regel „paaren“ sich nur Guanin mit Cytosin, wobei sie drei
Wasserstoffbrücken ausbilden, und Thymin mit Adenin, die zwei Wasserstoffbrücken ausbilden.
Das Doppelstrangmolekül ist gewunden und wird deshalb auch als Doppelhelix bezeichnet. Da die
negativ geladenen Phosphatgruppen nach außen zeigen, ist die DNA ein insgesamt negativ
geladenes Molekül.
Die Basensequenz innerhalb eines Einzelstranges verschlüsselt die Erbinformation.
Identische Replikation
Die Identische Replikation ist die Verdopplung der DNA ohne Fehler, während der Zellteilung in der S-
Phase (Interphase). Sie läuft semikonservativ ab (= danach 2 Doppelhelices, wobei diese je aus einem
elterlichen und einem neu synthetisierten Strang bestehen).
Zunächst wird der DNA-Doppelstrang durch das Enzym Isomerase entwunden. Helikase trennt dann
die Wasserstoffbrücken zwischen den komplementären Basen der Elternstränge auf, sodass eine
Replikationsblase entsteht, in der die Nukleotide frei liegen. Die Helikase bewegt sich von der Blase
weg in beide Richtungen fort.
Single-strand-binding Proteine verhindern ein erneutes Zusammenlagern der aufgetrennten
Elternstränge.
Das Enzym Primase katalysiert die Verknüpfung einiger an Einzelsträngen angelagerter RNA-
Nukleotide, der RNA-Primer.
Die DNA-Polymerase 3 bindet an die Primer. An den DNA-Elternstrang lagern sich komplementäre
DNA-Nukleotide an. Die DNA-Polymerase katalysiert die Verknüpfung dieser Nukleotide in 5´3´
Richtung.
Durch die vorgeschriebene Verknüpfungsrichtung der DNA-Polymerase entsteht ein kontinuierlicher
Leitstrang und ein diskontinuierlicher Folgestrang mit sogenannten Okazaki-Fragmenten.
Anschließend spaltet die DNA-Polymerase die angelagerten Primer ab und die DNA-Ligase katalysiert
die Verknüpfung der Okazaki-Fragmente.
, Transkription
Unter Transkription versteht man das Überschreiben eines Gens in einen mRNA-Einzelstrang.
Sie lässt sich in drei Phasen einteilen: der Initiation, der Elongation und der Termination.
Bei der Initiation lagert sich die RNA-Polymerase am Promotor, also der Startsequenz auf der DNA
an. Während der Elongation bewegt sie sich schrittweise auf der DNA entlang, entwindet sie und
öffnet sie blasenartig, sodass in einem kurzen Bereich DNA-Nukleotide freiliegen. Der codogene
Strang der DNA, der 3´5´verläuft fungiert hierbei als Vorlage. An ihn lagert sich komplementär RNA-
Nukleotide an, die durch die RNA-Polymerase, in 5´3´Richtung, zu einem mRNA-Einzelstrang
verknüpft werden.
Das wachsende mRNA Molekül löst sich von der DNA ab und der DNA-Doppelstrang schließt sich
hinter der RNA-Polymerase wieder. Die Transkription endet in der Termination, wenn die RNA-
Polymerase auf die Stoppsequenz, den Terminator, trifft. Die RNA-Polymerase löst sich von der DNA
und setzt die mRNA frei.
Translation
Bei der Translation wird die Basensequenz eines mRNA-Einzelstranges in eine Aminosäuresequenz
übersetzt.
Dafür binden zunächst die mit der Aminosäure Methionin beladene Start-tRNA und die kleine
ribosomale Untereinheit an das 5´Ende der mRNA und wandern daran entlang, bis sie auf das
Startcodon AUG stoßen. Nun lagert sich auch die große ribosomale Untereinheit an.
Die Start-tRNA befindet sich nun in der P-Stelle des Ribosoms und die A-Stelle ist bereit die nächste
tRNA aufzunehmen.
Es folgt eine Codonerkennung: die mit der nächsten Aminosäure beladene tRNA bindet an die A-
Stelle des Ribosoms, indem ihr Anticodon mit dem Codon der mRNA komplementäre
Basenpaarungen eingeht. Das Ribosom katalysiert nun die Peptidbindung zwischen der wachsenden
Peptidkette und der Aminosäure in der A-Stelle. Das Polypeptid in der P-Stelle trennt sich in der Folge
von seiner tRNA, sodass die Peptidkette an der tRNA in der A-Stelle hängt.
Das Ribosom verschiebt sich nun um ein Codon (3 Tripletts) in 5´3´ Richtung. Die entladene tRNA
rückt somit in die E-Stelle und wird frei, die tRNA mit der wachsenden Peptidkette befindet sich nun
in der P-Stelle und die A-Stelle ist frei und bereit, die nächste mit einer Aminosäure beladenen, tRNA
aufzunehmen.
Die Translation stoppt, wenn ein Stopcodon (UAA, UAG, UGA) die A-Stelle erreicht. Dann bindet
anstatt der nächsten tRNA ein sogenannter Releasing-Faktor, der dafür sorgt, dass der
Ribosomenkomplex mit der mRNA zerfällt und die Peptidkette frei wird und ihre Raumstruktur
einnehmen kann.
