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1) Was ist DNA ?
Die DNA ist ein sehr langes, fadenförmiges Makromolekül aus zahlreichen Desoxyribonucleotiden, die jeweils aus einer Base, einem Zucker und einer Phosphatgruppe bestehen. Die Basen der DNA tragen die genetische Information, während die Zucker- und Phosphatgruppen eine strukturelle Aufgabe erfüllen. DNA befindet sich in jedem Zellkern und ist für die Weitergabe und Speicherung all unserer genetischen Informationen verantwortlich.
DNA ist unser Erbgut unser "persönlicher Code" .
2)Strukturmodell der DNA
Die Struktur der DNA wurde 1953 von James Watson und Francis Crick erschlossen die sich als grundsätzlich richtig erwies und folgende Eigenschaften aufwies :
- Zwei helikale Polynucleidstränge die in antiparalleler Richtung verlaufen
Ein Polynucleidstrang (=DNA) besteht aus Basen (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin), einem Zucker (Desoxyribose) und einem Phosphat(Säure)rest.
Der Phosphatsäurerest verknüpft das 3te C-Atom eines Zuckers mit dem 5ten des folgenden Zuckers
(3-5 bzw. 5-3 "Richtung"). Diese Ketten bilden Zucker-Phosphatstrang.
Zwischen den Zuckern (durch P verknüpft) liegen die Basen die die 2 Zucker-Phosphatstrang verknüpfen. Adenin (A) tritt nur zusammen mit Thymin (T) auf und auch genau so oft, das selbe gilt für Guanin (G) und Cytosin (C). A und T binden einander mit 2H2 Brücken, G und C mit nur 2 (--> Bild d Basen)
Das eine Nucleotid ist zum anderen komplementär d.h. entsprechend.
Der Durchmesser der Helix beträgt 2nm, benachbarte Basen sind 0,34nm von einander entfernt und um 36° gegeneinander verdreht. Somit wiederholt sich die Struktur alle 3,4nm (360°).
3)Funktionen der Stoffe
Allgemein läßt sich sagen, das Phosphatgruppe und Zucker nur eine Strukturelle Aufgabe erfüllen,
Von den Basen dagegen wird angenommen, das sie die Erbinformation tragen.
Phosphorsäure: H3PO4
Desoxyribose:: eine Pentose mit desoxidierter Nebengruppe ( Ch2 statt O2 )
Basen: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin,
Cytosin und Thymin sind Derivate des Phyrimidin
Adenin und Guanin sind Derivate des Purins
Die Sequenz der Basen speichert die Information. Pro Nucleotid können 4 Basen, d.h. es gibt. 4 hoch x (x= Anzahl der Nucleotiden ) Möglichkeiten der Codierung wobei ein Individuum mindestens 1milionen Nucleotiden besitzt. So ist eine individuelle DNA gewährleistet. Die Reihenfolge der Basen auf einem Polynucleotidstrang ist in keiner Weise beschränkt.
4)Replikation
Erbsubstanz muss die Fähigkeit der identischen Reproduktion aufweisen damit die Vererbung überhaupt möglich ist. Während der Zellteilung (Mitose) werden die Chromatiden und somit auch die DNA verdoppelt. Diesen Vorgang nennt man Replikation(=Nachbildung).
Über die Art der Replikation gab es bis 1958 zwei Theorien.
Die Theorie der Konservativen Replikation welche besagt das die "elterliche DNA" nur als Kopiervorlage der "Tochter DNA" gilt
und die semikonservativ Replikation, die bis heute bewiesene wurde.
Durch ein Enzym namens Helicase wird die "Eltern DNA" in 2 Matrizen (Kopiervorlagen) gespaltet (Replikationsgabel).
Eine Primase bildet nun das "Startmolekühl" uns kathalysiert die DNA-Replikation. An das synthethisierte Startmolekühl heftet nun DNA-Polymerase freie Nucleotide (unter Energieverbrauch) und füllt auch Lücken im DNA Strang auf.
DNA-Ploymerase verknüpft jedoch nur in 5-3 Richtung da jedoch nur eine Matrize (Nucleidstrang) von 5-3 verläuft und der andere von 3-5 ist bei dem 2ten Replikationsrichtung die Replikation nicht kontinuierlich. Etwa alle 1000 Nucleotiden bricht der Replikationsvorgang (s.o.) ab und beginnt, wiederum mit Hilfe einer Primase, von Neuem. Die so während eines Replikationsvorganges produzierten DNA-Stücke nennt man nach ihrem Entdecker OKAZAKI-Stücke. Diese Stücke werden nachdem die zwischen ihnen manchmal entstehenden Lücken durch DNA-Polymerase aufgefüllt wurden, durch Ligase verfestigt.
Ähnlich wird die DNA auch repariert. Die Struktur der DNA ist sehr stabil und kann deswegen über mehrere Generationen weitergegeben werden. dennoch wird die DNA z.B. durch UV Strahlen oder Chemikalien beschädigt. Allein ein Lungenzug hat über 30 000 Reperaturvorgänge zur Folge. Solange nur 1 Nucleotidenstrang beschädigt ist, können diese Beschädigungen jedoch durch Enzyme wie z.B. Nuclease welches das Beschädigte Stück aus der DNA rausschneidet behoben werden. Wie bei der Replikation wird das herrauschgeschnittene Stück dann durch ein komplementäres ersetzt.
Bleibende Schäden entstehen nur bei beidseitiger Beschädigung des Nucleotidstranges.
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