Die DNA als Doppelhelix
Die DNA speichert die Erbinformation als Abfolge von vier Basen. Ihre Struktur erklärt, wie diese Information stabil gelagert und exakt kopiert werden kann.
- Nucleotid:Baustein der DNA aus Phosphatrest, dem Zucker Desoxyribose und einer von vier Basen.
- Basen:Adenin (A) und Guanin (G) sind Purine mit zwei Ringen, Cytosin (C) und Thymin (T) Pyrimidine mit einem Ring.
- Rückgrat:Zucker und Phosphat wechseln sich ab, verbunden über Phosphodiesterbindungen; die Basen zeigen nach innen.
- 5′- und 3′-Ende:Jeder Strang hat eine Richtung: am 5′-Ende ein freier Phosphatrest, am 3′-Ende eine freie OH-Gruppe am Zucker.
- Antiparallel:Die beiden Stränge laufen gegenläufig — einer 5′→3′, der andere 3′→5′.
- Komplementäre Basenpaarung:A paart mit T über zwei, G mit C über drei Wasserstoffbrücken; stets ein Purin mit einem Pyrimidin, daher ist die Leiter überall gleich breit.
- Doppelhelix:Die Leiter ist rechtsgängig verdrillt (WATSON und CRICK 1953): etwa 10 Basenpaare je Windung, Durchmesser 2 nm.
- CHARGAFF-Regel:In doppelsträngiger DNA gilt A = T und G = C — eine Folge der Basenpaarung.
Weizen-DNA enthält 30 % Adenin. Zu jedem A gehört ein T.
A und T zusammen machen 60 % aus, der Rest sind G–C-Paare.
G und C kommen gleich häufig vor.
Aus einer einzigen Basenangabe folgt die ganze Zusammensetzung.
Basenpaarung: A–T (2 H-Brücken), G–C (3 H-Brücken) · die beiden Stränge sind antiparallel
Semikonservativ verdoppeln
Vor jeder Zellteilung muss die gesamte DNA kopiert werden. Die komplementäre Basenpaarung macht jeden Einzelstrang zur Vorlage für seinen Partner.
- Replikation:identische Verdopplung der DNA vor jeder Zellteilung (S-Phase des Zellzyklus).
- Helicase:trennt die Wasserstoffbrücken und öffnet die Doppelhelix zur Replikationsgabel.
- Primer:kurzes RNA-Stück der Primase; liefert das freie 3′-Ende, an dem die DNA-Polymerase ansetzt.
- DNA-Polymerase:hängt komplementäre Nucleotide an und verlängert den neuen Strang nur in 5′→3′-Richtung.
- Leit- und Folgestrang:Der Leitstrang wird durchgehend synthetisiert, der Folgestrang in Okazaki-Fragmenten, die die Ligase verknüpft.
- Semikonservativ:Jede Tochter-DNA enthält einen alten und einen neuen Strang.
- MESELSON und STAHL (1958):Bakterien wuchsen erst mit schwerem ¹⁵N, dann mit leichtem ¹⁴N; die DNA wurde im Dichtegradienten zentrifugiert und die Banden abgelesen.
Tippe für jede Generation an, welche Banden du erwartest — mehrere sind möglich. Starte dann mit ▶ die Zentrifuge und vergleiche. Über „Strangmodell“ siehst du, wie jede Hypothese die alten und neuen Stränge verteilt.
Halte fest: Nach einer Generation liegt nur eine mittlere Bande vor — das schließt die konservative Replikation aus. Erst die zweite Generation mit mittlerer und leichter Bande widerlegt auch die dispersive Hypothese.
Semikonservative Replikation: Jede Tochter-DNA = ein alter Matrizenstrang + ein neu synthetisierter Strang
Allgemeine Hinweise
Polymerase liest 3′→5′
Die DNA-Polymerase liest den Matrizenstrang in 3′→5′-Richtung und baut den neuen Strang in 5′→3′-Richtung. Wer die Richtungen verwechselt, kann Leit- und Folgestrang nicht erklären.
Chargaff nur im Doppelstrang
A = T und G = C gelten nur für doppelsträngige DNA. Innerhalb eines Einzelstrangs können die Basen beliebig verteilt sein.
Mittlere Bande heißt Hybrid
Die mittlere Bande besteht aus Doppelsträngen mit einem ¹⁵N- und einem ¹⁴N-Strang. Sie entsteht nicht durch Mischen schwerer und leichter DNA im Röhrchen.