Biologie in der Oberstufe

Verdopplung der DNA

Definiere den Begriff "semikonservative Replikation".

Semikonservativ bedeutet "zur Hälfte erhalten", also das Auftrennen der DNA-Stränge auf eine Weise, dass beide als Matrize dienen können, um per Replikation einen neuen Strang zu synthetisieren.

Der neue DNA-Strang enthält also zur Hälfte den alten, zur anderen Hälfte den neu synthetisierten Strang.

Beschreibe den Ablauf der semikonservativen Replikation.

Die Replikation beginnt mit der Entwindung der Doppelhelix und der Trennung der Stränge durch die Helicase durch das Lösen der WBB zwischen den komplementären Basen. Der aufgespreizte Bereich der DNA wird als Replikationsgabel bezeichnet.

Die Primase bildet Primer, bestehend aus RNA. An die freien Einzelstränge lagern sich spontan komplementäre Nucleotidtriphosphate an die Primer an, die dann durch die DNA-Polymerase verkettet werden können. Dabei verbindet sie ein Nucleotid immer über seine Poshphatgruppe mit dem 3'-C-Atom der Desoxyribose. DNA wird also von 5'- in 3'-Richtung aufgebaut. Die Energie dafür wird durch die Abspaltung von 2 Phosphatgruppen (=Pyrophosphat) vom Triphosphat gewährleistet.

Deshalb kann die Replikation nur an einem Strang kontinuierlich und der Helicase folgend erfolgen. Es entsteht ein Leitstrang. Am anderen Strang entstehen sogenannte Okazaki-Fragmente, die durch das Enzym DNA-Ligase miteinander verbunden werden. Die Replikation erfolgt also diskontinuerlich(=abschnittsweise) und es entsteht ein Folgestrang.

Die Primer werden schließlich durch DNA-Nucleotide eingetauscht.

Beschreibe den Ablauf der Korrektur von Replikationsfehlern.

Die DNA-Polymerase überprüft, ob sich zwischen den Nucleotiden und der Base des Matrizenstrangs neue WBB ausbilden. Außerdem hat sie eine Korrekturlesefunktion - wurde also ein falsches Nucleotid eingebaut, so hindert dies das Weitergleiten zur nächsten Bindungsstelle.

Des Weiteren fungiert die DNA-Polymerase als Exonuclease: Sie kann das fehlgepaarte Nucleotid abtrennen und die richtige Base anlagern.

Erläutere das Experiment von MESELSON und STAHL.

Es war nicht sicher, dass die Replikation semikonservativ erfolgt. Auch konservativ (=erhaltend) und dispers(=verteilt, durcheinander) wäre denkbar gewesen.

Um herauszufinden, wie die Replikation stattfindet, haben Meselson und Stahl E.-coli-Bakterien auf einem Nährboden vermehrt, der statt dem Stickstoff 14N das Isotop 15N enthielt, die die Bakterien bei jeder Replikation in die DNA einbauten. Die Bakterien enthielten nun schwere DNA.

Dann wechselten sie das Nährmedium zu 14N und extrahierten je nach einer und nach zwei Teilungen die DNA der Baktieren. Anschließend führten sie eine Dichtegradientenzentrifugation durch.

Die DNA nach einer Teilung war halbschwer. Dadurch konnte man die konservative Replikation ausschließen, da bei dieser schwere und leichte DNA nach einer Teilung hätte vorliegen müssen.

Die DNA nach zwei Teilungen war leicht und halbschwer. Dies schloss die disperse Replikation aus, da bei dieser erneut halbschwere DNA hätte vorliegen müssen.

Daraus schlossen die Forscher auf die semi-konservative Replikation. Manche DNA-Stränge enthielten zur Hälfte noch die schwere DNA von anfangs, zur anderen Hälfte schon die leichte DNA und waren somit halbschwer. Nach der zweiten Teilung enthielten manche Bakterien auch schon ausschließlich neue DNA-Stränge, somit leichte DNA.

Dies spricht für eine semi-konservative Replikation.