Allgemeines

DNA als Matrize

Am Beispiel der Replikation wurde zu ersten Mal gezeigt, dass Makromoleküle mit Hilfe einer molekularen Matrize synthetisiert werden. Mit der Aufklärung der Struktur der DNA-Doppelhelix durch Watson & Crick wurde ersichtlich, wie die DNA als Matrize, d.h. als Vorlage für die Vervielfältigung und Weitergabe der genetischen Information dienen könnte. Jeder Strang der DNA ist komplementär zum anderen. Somit kann ein Strang als Matrize dienen und der zweite Strang kann aufgrund der Regeln für die Basenpaarung synthetisiert werden. Dies soll am folgenden Beispiel klar werden:

Wenn der folgende Strang als Matrize dient:

5'-AGCGTTAGCGATCAT-3'     muss der neu synthetisierte Strang die Basenfolge

3'-TCGCAATCGCTAGTA-5'     aufweisen, da A mit T und G mit C basenpaaren.

Das Replicon

Ein DNA-Abschnitt, der von einem Replikationsstartpunkt aus repliziert wird, heisst Replicon. Ein eukaryotisches Chromosom wird von mehreren Stellen aus repliziert, hat also mehrere Replicons. Die Replikation beginnt am am “Origin" (Ursprung, Startpunkt) und läuft, wenn sie einmal begonnen hat, solange weiter, bis das gesamte Replicon verdoppelt ist.

Replicon und die Kontrolle bei der Replikation.

Abbildung semikonservative DNA-Replikation

Andere Replikationstypen

Das Meselson-Stahl Experiment

Matthew Meselson und Franklin Stahl zeigten1957, dass die DNA-Replikation semikonservativ verläuft. Sie züchteten E. coli Zellen über mehrere Generationen auf einem künstlichen Nährboden, welcher als Stickstoffquelle das "schwere" Stickstoff-Isotop ¹⁵N an Stelle des "leichten" Isotopes ¹⁴N enthielt.

Die DNA, welche ¹⁵N-Isotope in ihren Bausteinen enthält, ist um etwa 1% schwerer als ¹⁴N-DNA. Sie lässt sich mittels Zentrifugation in einem CsCl-Dichtegradienten von der "¹⁴N-DNA" trennen.

Die E. coli Zellen, die "¹⁵N-DNA" enthielten wurden nun auf ein frisches Medium übertragen, welches nur das Isotop "¹⁴N" enthielt. Die "¹⁵N-DNA" diente nun als "Elternmolekül" für weitere Generationen.

Meselson und Stahl liessen die Zellen solange wachsen, bis sich die Zellpopulation gerade verdoppelt hatte. Im CsCl-Gradienten ergab die DNA der ersten Tochtergeneration nur eine einzige Bande, woraus sich folgern liess, dass alle DNA-Doppelstränge gleich schwer sein müssen und jeder einen "alten Strang" (¹⁵N) und einen "neuen" (¹⁴N) haben muss. Damit sprach das Ergebnis gegen eine konservative Replikation.

Darauf wurden die Zellen für eine erneute Verdoppelung in ¹⁴N-Medium gesetzt und die DNA wiederum im CsCl-Gradienten analysiert. Das Resultat waren zwei Banden, eine mit der leichten ¹⁴N-DNA und eine mit der gemischten ¹⁴N¹⁵N-DNA. Somit war semikonservative Replikation für die DNA von E. coli bewiesen.

Im Atelier finden Sie weitere Informationen über dieses Experiment ( Meselson-Stahl, 1958)

Lösung

Nehmen Sie die Stränge der zweiten Generation des Experimentes oben und zeichnen Sie die DNA-Stränge der dritten Generation, die in einem 15N-Medium entstehen würden, farbig auf.

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