DNA
Die Entdeckung der DNA geht auf die Transformationsversuche durch
Griffith im Jahr 1928 zurück. Der Erreger der Lungenentzündung
Pneumococcus existiert als virulenter S-Stamm oder als ungefährlicher
R-Stamm auftreten. Bei den Experiment von Griffith fand er heraus, das
sowohl der R-Stamm wie auch der hitzeinaktivierte S-Stamm alleine
keine; gemeinsam hingegen eine tödliche Wirkung hatten.
1944 fangen MacLeod und McCarthy heraus, dass das Erbmaterial der
Zelle aus Desoxyribonukleinsäuren besteht.
Die Bausteine der DNA kann man in Pyrimidine, die einen
sechsgliedrigen Ring besitzen und die Purine, bei denen ein sechs- mit
einem füngliedrigen Ring verbunden ist, unterteilen.
Die Pentose-Zucker, welche das Rückrat bilden unterscheidet man in die
Ribose bei der RNA und der Desoxyribose bei der DNA. Die Base mit dem
Zucker bezeichnet man als Nukleosid, in Verbindung mit einem Phosphat
als Nukleotid. Eine Kette von Nukleotiden ist ein Polynukleotid.
Der 5'-Rest des Zuckers ist über das Phosphat mit dem 3'-C des
nächsten verbunden. Die Bildung der Bindung erfolgt unter Spaltung
eines Nukleotid-Triphosphates.
Im Jahr 1953 fanden Watson und Crick heraus, dass die DNA in der Form
einer Doppelhelix angeordnet ist. Sie schlugen vor, dass die Basen in
dieser Kette über Wasserstoffbrücken der stickstoffhaltigen
Seitenketten verbunden sind.
Jedes Basenpaar ist gegen das nächste um 36 verdreht, so dass ca. 10
Basenpaar eine volle 360-Drehung vollziehen. Durch das
Umeinanderwinden der beiden Stränge entsteht eine kleine und eine
grosse Furche. Die Helix ist rechtsgewunden.
Durch eine Markierung der DNA mit radioaktivem Material konnte man, da
sich dieses zu gleichen Teilen auf die Tocherzellen aufteilte und man
so nur eine Bande (und keine zweite aus reiner markierter DNA) zur
Hälfte markiert und zur Hälfte unmarkiert fand, nachweisen, dass eine
semikonservative Replikation stattfindet.
Der genetische Code wird in Form von Codons oder Triplets, die jeweils
für eine AS kodieren, umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt ohne
Überlappung und von einem festgelegten Startpunkt aus. Der Nachweise
dieser Tatsacher erfolgte, indem man während der Replikation durch
Akridine Leserasterverschiebungen erzeugte.
Weiter Erkenntnisse erhielt man durch die Anwendung von Mutagenen, die
eine Punktmutation hervorrufen. Man unterscheidet bei einer
Punktmutation eine Tasition, bei der eine Purin- gegen eine Purin-Base
oder eine Pyrimidin- durch eine Pyrimidinbase ersetzt wird von einer
Transversion, bei der die Basen gegen eine Base aus der anderen Gruppe
getauscht werden.
Manche Mutagene wie Bromuracil wird an der Stelle von Thymin in die
DNA eingebaut, welches sich mit Guanin paaren kann und so das Paar AT
gegen CG ersetzt.
Durch transponierbare Elemente oder Transposons finden in der DNA
relativ häufig Insertionen und Deletionen statt.
An bestimmten Stellen der DNA treten Mutation gehäuft auf. Diese
Punkte werden Hotspots genannt. Bei E. coli finden sich z.B. an all
den Stellen, an denen das Cytosin durch Methylierung in Methylcytosin
übergeführt wurde; an dieser Stelle steigt die Wahrscheinlichkeit für
eine Änderung der Basenpaarung von GC nach AT an. Dies beruht darauf,
dass aus Methylcytosin nach Desaminierung ein Thymin wird, das von den
Reparaturmechanismen nicht erkannt wird.
Normalerweise entsteht durch Desaminierung von C ein U, das erkannt
wird und entfernt werden kann; sehr wahrscheinlich ist das der Grund,
weshalb sich in unserer DNA kein U mehr findet.
Alle Veränderungen der DNA wie die Methylierung, die zwar erblich
sind, aber die Sequenz nicht beeinflussen werden als epigenetische
Veränderungne bezeichnet.
Eine Mutation ohne Auswirkung ist eine stumme oder stille
Mutation. Wenn die Aminsäurencodierung geändert wird, die veränderte
AS das Protein aber nicht beeinflusst, spricht man von einer neutralen
Substitution.
Wird die Auswirkung einer Mutation durch Rückmutation aufgehoben, so
kann eine umkehr der Mutation an der gleichen Stelle stattfinden
(echte Reversion) oder sie kann an einer anderen Stelle lokalisiert
sein, aber die Wirkung aufheben (kompensatorische Mutation).
|
