Unsterbliche Lebensinformation
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Replikation – die Verdoppelung der DNA
Neben der Fähigkeit zur Informationsspeicherung muss die Erbsubstanz auch die Fähigkeit haben, sich selbst zu vervielfältigen. Damit die Erbeigenschaften erhalten bleiben, also die Nachkommenzellen wieder dasselbe aufbauen und umbauen, muss die DNA verdoppelt werden, damit nämlich die Nachkommenzelle ein eigenes Exemplar mitnehmen kann. Es stellt sich die Frage: Wie wird die Erbinformation auf der DNA von Zellgeneration zu Zellgeneration weitergegeben? Es darf keine genetische Information verloren gehen. Dieser Vorgang wird als Replikation (identische Verdoppelung) der Erbinformation bezeichnet.
Der Ablauf der DNA-Replikation im Detail
Der Schlüssel zur Lösung des Problems liegt im Prinzip der komplementären Basenpaarung. Da immer nur A mit T und C mit G gepaart wird, kann ein DNA-Einzelstrang als Matrize für die Bildung des komplementären Stranges dienen.
Das Grundprinzip der Replikation ist also denkbar einfach:
- Die beiden komplementären Stränge der DNA trennen sich voneinander. Dieser Vorgang wird gerne mit dem Öffnen eines Reißverschlusses verglichen.
- An die nun frei liegenden Basen lagern sich jeweils Nukleotide mit komplementären Basen an.
- Die Nukleotide werden miteinander zu Ketten verknüpft.
- Dadurch entstehen zwei Doppelstränge, die völlig identisch sind.
- Auf diese Weise besteht jeder Doppelstrang aus einem alten Einzelstrang und einem vollkommen neuen Einzelstrang. Die Replikation der DNA erfolgt also semikonservativ (= halb-bewahrend). Der Beweis dafür gelang 1958 den Forschern MESELSON und STAHL.
Abbildung: Verdoppelung der DNA; Quelle: By US Department of Energy (DOE Human Genome project) [Public domain], via Wikimedia Commons
Replikation
Wikipedia – Replikation
Replikation im Detail siehe: Replikation der DNA
Video Replikation (TheSimpleBiology)
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Störungen in Genen und die Genkontrolleure
Die Synthesegeschwindigkeit der DNA-Polymerase ist beträchtlich: beispielsweise kann das größte Chromosom der Fruchtfliege mit 62 Millionen Basenpaaren in nur drei Minuten repliziert werden. Umso erstaunlicher ist die Präzision, mit der die Verdoppelung der DNA erfolgt. Die Kopiergenauigkeit ist die Voraussetzung dafür, dass die genetische Information an jede Zelle und an jede weitere Information unverändert weitergegeben wird. Schon ein winziger Fehler kann sich lebensbedrohlich auswirken. Um solchen Störungen vorzubeugen, überwacht die Zelle ihren genetischen Code und repariert aufgetretene Schäden. Die durchschnittlich von einem Menschen während seines Lebens aufgenommene Strahlendosis würde zu so vielen Veränderungen von Basen führen, dass der Mensch nicht mehr lebensfähig wäre, wenn nicht fortgesetzt Reparaturen stattfänden. Am Beispiel von Zigarettenrauch kann die Wirkung von Chemikalien gezeigt werden: Je Zigarette sind im Lungengewebe etwa 30 000 Reparaturvorgänge an DNA-Molekülen erforderlich, falls Lungenzüge gemacht werden.
Bei Menschen mit der Krankheit XP (Xeroderma Pigmentosum) arbeitet die körpereigene Reparaturfunktion nicht. Die Krankheit geht mit Lichtempfindlichkeit oder chronischen Lichtschäden und extrem erhöhtem Hautkrebsrisiko einher (etwa das 2000fache Risiko). Mit zunehmender Krankheitsdauer treten neben gutartigen Hautwucherungen auch bösartige Tumore auf. Bösartige Tumore anderer Organe, insbesondere Hirntumore, sind ebenfalls häufiger. Die einzige Möglichkeit des Schutzes vor Hautkrebs ist die konsequente Vermeidung der Sonnenbestrahlung („Mondscheinkinder“).
Mondscheinkrankheit – Xeroderma pigmentosum
Arbeitsblätter
Intern 12FO (Passwort) Kapitel 04
- AB_DNA_Replikation
Übungen
…
Tests
Log in to GoFormative ….in Vorbereitung!
- Class Code is: …