Grundlagen der Molekularbiologie: DNA, RNA und Genetik

Pioniere der Molekularbiologie und Genetik

• Frederick Griffith: Beobachtete, dass Bakterien Pneumonie verursachen.
• Andrei Nikolaevich Belozersky: Isolierte DNA in reinem Zustand.
• Archibald Garrod: Schlug in seinem Buch vor, dass einige Erbkrankheiten durch die Blockade von Stoffwechselreaktionen im Körper verursacht werden.
• Edwin Chargaff: Fand heraus, dass in einem DNA-Segment die Mengen von Adenin und Thymin gleich waren (Chargaff'sche Regeln).
• Beadle und Tatum: Begannen ihre Arbeit mit der Beobachtung von Mutationen, um deren Konsequenzen zu untersuchen (Kontext der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese).

Grundlagen der Nukleinsäuren

Nukleinsäuren

Nukleinsäuren sind organische Moleküle, die genetische Information tragen.

Stickstoffbasen

Stickstoffbasen sind polare Moleküle, deren Elektronenwolken in der Struktur durch die Anwesenheit von Atomen ungleichmäßig verteilt sind.

Klassifikation der Stickstoffbasen

1. Pyrimidine: Bestehen aus einem hexagonalen Ring. Dazu gehören Cytosin, Uracil und Thymin.
2. Purine: Bestehen aus einem fünfeckigen und einem sechseckigen Ring. Dazu gehören Adenin und Guanin.

Klassifikation der DNA

1. Nicht-repetitive DNA: Enthält Informationen von Genen und ist einzigartig.
2. Mäßig repetitive DNA: Umfasst Gene, die Informationen für ribosomale RNA (rRNA) tragen, welche essenziell für die Proteinsynthese ist.
3. Stark repetitive DNA: Auch bekannt als Satelliten-DNA.

DNA-Verpackung (Nivellierung)

1. Nukleosomen: Die DNA-Doppelhelix wird um Proteine gewickelt, die als Histone bezeichnet werden. Vier Einheiten dieser Proteine bilden den Kern, der von DNA umgeben ist.
2. Solenoid: Die Nukleosomen bilden eine Spirale.
3. Domänenschleifen: Die Solenoide falten sich und bilden Schleifen, die an ihrer Basis durch Nicht-Histon-Proteine geschlossen bleiben.
4. Chromosomen: Die Domänenschleifen wickeln sich weiter auf, um die Chromosomen zu bilden.

Klassifikation der RNA (Ribonukleinsäure)

1. Boten-RNA (mRNA): Kopiert genetische Daten von einem Gen und transportiert diese vom Zellkern zum endoplasmatischen Retikulum.
2. Ribosomale RNA (rRNA): Bildet zusammen mit ribosomalen Proteinen die Ribosomen.
3. Transfer-RNA (tRNA): Paart Basen mit sich selbst (Palindrome Basen), um eine kleeblattartige Struktur zu bilden, und transportiert Aminosäuren zum Ribosom.

Hypothesen der DNA-Replikation

Die ursprünglichen Hypothesen zur DNA-Replikation:

1. Konservative Hypothese: Das Mutterband dient als Vorlage für die Synthese eines komplett neuen Doppelstrangs.
2. Semikonservative Hypothese: Die Mutterstränge dienen als Vorlage für die Synthese der Tochterstränge, wobei jeder neue Doppelstrang einen Mutterstrang und einen neu synthetisierten Strang enthält.
3. Dispersive Hypothese: Die Mutterstränge werden segmentiert, und die Segmente werden dupliziert und zufällig zusammengefügt, um eine Mischung aus alten und neuen Segmenten zu bilden.

Enzyme bei der DNA-Replikation

1. Helikasen (SSB-Proteine): Verantwortlich für die Öffnung der DNA-Stränge und deren Stabilisierung.
2. RNA-Polymerase (RNA Pol): Synthetisiert den Primer (Startmolekül).
3. DNA-Polymerase (DNA Pol): Synthetisiert den komplementären DNA-Strang.
4. Reparase: Repariert Fehler, die während der DNA-Synthese auftreten.
5. Ligase: Verbindet DNA-Segmente (z.B. Okazaki-Fragmente).

Genexpression und Proteine

1. Zelluläre Ökonomie: Man glaubte einst, dass genetische Informationen in einem kontinuierlichen Segment enthalten sind. Heute weiß man, dass ein Protein durch verschiedene Segmente (Exons) kodiert werden kann.
2. Spleißen: Der Prozess, bei dem die prä-mRNA verändert wird, um ihre funktionale, endgültige Form zu erreichen (Reifung).
3. Aminosäuren: Sind die Basiseinheiten für Proteine.
4. Proteine: Es gibt etwa 150 bekannte Aminosäuren, von denen nur 20 an der Synthese von Proteinen beteiligt sind.
5. Gen: Trägt die Information für die Struktur eines Proteins.
6. Nukleosid: Die Vereinigung eines Zuckers mit einer Stickstoffbase.