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Die Forscher erreichten durch eine geeignete Züchtung von E.coli, daß sich alle Zellen stets gleichzeitig teilten und somit immer alle gleich alt waren und der gleichen Zellgeneration angehörten. Sie bedienten sich bei diesem Experiment der Dichtegradientenzentrifugation (->).
Sie züchteten die Bakterien in einem Medium das als Stickstoffquelle 15N-Isotope enthält.
Die Bakterien bauten nun in ihre Zellbestandteile, also auch in die DNA, diesen schweren Stickstoff ein. Nun wurden die Bakterien in ein Medium mit dem \"normalen\" 14N geführt.
Alles was sich von nun an als DNA neu bildet, kann also nur noch gewöhnlichen Stickstoff (14N) enthalten.
Nach der ersten Bakterienverdopplung der eine einzige DNA-Replikation vorausging, fand man in einer Probe durch die Dichtegradientenzentrifugation heraus, das die Doppelhelix in den Basen einen Strang mit 14N und einen mit 15N enthielt, also ein \"halbschwerer\" Strang. Bei der nächsten Verdopplung hingegen fand man halbschwere und normale Doppelstränge im Verhältnis 1:1.
Dieses Ergebnis ist durch die semikonservative Replikation erklärbar.
Replikation der DNA
Replikation bedeutet Nachbildung. Wenn sich eine Zelle teilt und verdoppelt, müssen die Informationen der Erbsubstanz auch in gleicher Form weitergegeben werden.
Es gibt die konservative Replikation, bei der die elterliche Doppelhelix erhalten bleibt, und als Vorlage zur Neusynthese gilt. In einer Tochter DNA Zelle bleibt dann die Eltern-DNA, in der andere Tochterzelle entsteht eine neue DNA-Doppelhelix. Bei der semikonservativen Replikation erhalten beide Doppelhelixstränge je einen elterlichen und einen komplementär dazu neu synthetisierten DNA-Strang. Damit dieses zustande kommen kann, müssen die Einzelstränge voneinander getrennt werden.
Dichtegradientenzentrifugation
Im Zentrifugenröhrchen schichtet man Lösungen mit abnehmender Konzentration übereinander. Wenn das Röhrchen einige Zeit steht, ergibt sich ein kontinuierliches Konzentrationsgefälle (durch Diffusion); d.h. die Dichte nimmt vom Boden des Röhrchens zur Oberfläche hin kontinuierlich ab (-> also steigt sie zum Boden hin an).
Pränatale Diagnose
Zum vorgeburtlichen Nachweis von Erbkrankheiten beim Fetus gewinnt die Amniopunktion immer größere Bedeutung. Der Fruchtblase wird Fruchtwasser entnommen, und da in diesem stets Embryozellen enthalten sind, kann man sie in Zellkulturen vermehren. So können Chromosomen- und biochemische Untersuchungen durchgeführt werden, durch die man Chromosomen-Anomalien und Stoffwechsel-erkrankungen erkennen kann. So ist die Geburt schwer erbkranker Kinder verhinderbar. Dieses Verfahren wird jedoch nur bei begründetem Verdacht auf angeborene Erkrankungen, wie etwa bei Erbkrankheiten in der Familie oder bei hohem Lebensalter der Eltern angewandt, da es nicht ganz ungefährlich ist.
Blastopathie: Keimschädigung während der ersten 14 Tage der Befruchtung
Embryopathie: Krankheit des Embryos
Fetopathie: Krankheit der Leibesfrucht
Embryonalzeit dauert bis zum dritten Monat an
Fetalzeit dauert vom dritten Monat bis zur Geburt
vorgeburtliche Entwicklung=Kyematogenese
Progenese: Wanderung des Ei in die Gebärmutter
Nidation: Einnistung der Eizelle in der Gebärmutter
Blasto~: Keimschädigung durch ionisierende Strahlen (siamesische Zwillinge)
Embryo~: Schädigung durch Medikamente, Röteln, Virusinfektion, Strahlen, Hormone
=> 80% Wahrscheinlichkeit: Herzfehler, geistig behindert, Linsentrübung
(blind, eingeschränkte Sehkraft)
Feto~: Schädigung durch Strahlen, Infektionen, übermäßiger Alkoholkonsum; Stoff-
wechselstörung der Mutter: Herzfehler bei Kind, Skelettfehlbildung
9.-12. Woche: Chorionbiopsie: Untersuchung der Zotten
=> Chromosomenanalyse: ist Stoffwechsel in Ordnung?
12. Woche: Sonographie / Ultraschall (Fehlbildung der Körperteile)
Dominantes Erbleiden: Mutter gesund Vater krank
gg Gg
Kind krank
25%
Rezessives Erbleiden: Mutter gesund Vater gesund
Gg Gg
Kind krank
25%
Beispiel Albinismus
Eltern haben krankes Gen in sich, sind aber selbst nicht betroffen.
Proteinbiosynthese
Die Proteinbiosynthese erfolgt im Cytoplasma an den Ribosomen.
Kurzfassung:
1. Die DNA wird im Zellkern durch ein Enzym (Transkriptase) geteilt, so daß eine
Kopie eines DNA-Strangs entsteht. Die RNA-Moleküle bilden nun die
Bausteine für die
Boten-RNA.
2. Die Boten-RNA durchdringt die Poren der Zellkernmembran und gelangt somit ins
Cytoplasma.
3. Eine AS wird im Cytoplasma an die t-RNA gebunden.
4. Die t-RNA wandert mit dem AS-Triplett zum Ribosom.
5. Die tRNA lagert sich an das komplementäre Basentriplett -an die zweite
Bindungsstelle- an
von 4 - 5: Wanderung, die ganze mRNA wandert über das Ribosom zur Seite
6. AS werden durch ein Enzym im Ribosom zu einer Peptidkette geknüpft
7. tRNA löst sich vom mRNA und von der Aminosäure
8. tRNA steht wieder zur Verfügung um neu verwendet zu werden
Sinn und Zweck des ganzen: Proteine herzustellen
Der Vorgang der Proteinbiosynthese, bei dem die in der Basensequenz der m-RNA enthaltene Information in die Aminosäureabfolge eines Proteins umgeschrieben wird, heißt Translation. Orte der Translation sind die Ribosomen. Sie enthalten eine Anzahl von Enzymen, die zur Proteinbiosynthese erforderlich sind.
Die Aminosäuren werden im Cytoplasma an eine tRNA gebunden (eine tRNA besteht aus kurzen Ketten mit seltenen Basen, deren Moleküle sich nach dem Prinzip der Baasenpaarung aneinanderlagern, so entsteht eine Kleeblattform, wobei die Stiele (Enden) immer gleich sind (CCA) und die \"Blätter\" ungepaart sind, an einer dieser Schleifen befindet sich ein bestimmtes Basentriplett, das mit einem komplementären Codon der mRNA in Wechselwirkung treten kann, man nennt es daher Anticodon ; die tRNA wird im Cytoplasma abgegeben und kann AS binden). Jeder tRNA - Typ kann nur eine bestimmte Aminosäure mit Hilfe eines spezifischen Enzyms binden. Die von tRNA-Molekülen mitgebrachten Aminosäuren werden am Ribosom zum Polypeptid verknüpft.
Die tRNA - Moleküle sind Dolmetschern vergleichbar, welche die Sprache der DNA/mRNA (Sequenz von Basen) in die Sprache der Proteine (Sequenz von Aminsosäuren) übersetzten. Während der Synthese des Polypeptids beginnt sich dessen Raumstruktur auszubilden; sie ist die folge von Bindungskräften zwischen den Seitenketten der verknüpften Aminosäuren. Die Raumstruktur wird nach der Ablösung vollendet. Damit liegt ein funktionsfähiges Protein vor, meist ein Enzym.
Zur Ablesung der mRNA-Triplette durch tRNA-Moleküle bewegt sich das Ribosom relativ zum mRNA-Strang. Während der Weiterbewegung des ersten Ribosoms hat sich ein zweites Ribosom, dann ein drittes, usf. an den mRNA-Strang angelagert, so daß schließlich viele Ribosomen hintereinander auf der mRNA liegen und sich auf ihr weiterbewegen. Sie bauen alle je ein Molekül des gleichen Polypeptids auf. Die Gesamtheit aller an einem mRNA-Molekül sitzenden Ribosomen bezeichnet man als Polysom. Durch die Bildung von Polysomen wird die Information einer mRNA mehrmals genutzt, bevor ihr Abbau durch Ribonukleasen erfolgt.
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