11 MZB I - Müller

N-Glykosidisch mit Pentose verbundene Basen (Base + Zucker)

Adenosin (Desoxyadenosin)
Guanosin (Desoxyguanosin)
Cytidin (Desoxycytidin)
Uridin (nur RNA)
Desoxythymidin (nur DNA)

C-1 der Pentose ist mit N-9 der Purinbasen bzw. N-1
der Pyrimidinbasen verbunden

Nucleotide sind die Phosphorsäureester der Nucleoside (Nucleosidphosphate)
- > Die Esterbindung entsteht am C-3 oder C-5 der Pentose

Adenosin
Guanosin
Uridin
Cytidin
Thymidin

(Bei Desoxyribonukleosid mit Präfix Desoxy-)

Adenylat (AMP=Adenosin 5’Monophosphat)
Guanylat (GMP)
Uridylat (UMP)
Cytidylat (CMP)
Thymidylat (TMP)

(Bei Desoxyribonukleotid Präfix Desoxy- bzw. d-)

Nukleinsäuren sind Polymere aus Mononukleotiden, die über Phosphodiester-Bindungen verknüpft sind

Die Phosphatgruppe verbindet das C3’-Atom des einen Zuckers mit dem C5’-Atoms seines Nachbarn

Das Rückgrat der Nukleinsäuren besteht aus alternierenden Zucker- und Phosphatresten

Jedes DNA und RNA-Molekül hat ein 5’-Phosphat- und ein (freies) 3’-Hydroxylende. Per Konvention wird die Sequenz vom 5’- zum 3’- Ende gelesen.

Cytosin in der DNA desaminiert zu einem messbaren Prozentsatz spontan zu Uracil. Da Uracil mit Adenin paart, ist die Desaminierung potenziell mutagen (einer der Tochterstränge würde ein AU-Basenpaar statt einem CG Basenpaar enthalten).

In DNA eingebautes Uracil wird durch ein spezielles Reparaturenzym entfernt. Die Methylmarkierung
des Thymidins bewirkt, das Thymin von der Uracil-DNA-Glykosidase nicht erkannt
wird.

Wäre die Methylgruppe nicht vorhanden, könnte korrekt eingebautes Uracil nicht von durch Desaminierung gebildetem Uracil unterschieden werden.

G:C 3 H-Brücken (Bindungsenergie ist 60 kJ/mol)
A:T 2 H-Brücken (40 kJ/mol)

3.4nm bzw. 10 Basenpaare

Direkte fehlerrate: 10^-3
-> Korrekturlesefunktion (3' - 5' Exonuklease-funktion)
    -> nur jeder 1000endste fehler entgeht dem
-> DNA - Reperatur: flickt nochmal um 10^-3 bis 10^-4 fehler
  ---> Effektive Fehlerquote: 10^-9 - 10^-10

Immer 5' in 3' Richtung
->DNA-Polymerasen brauchen immer eine 3’OH-Gruppe für die Neusynthese von DNA

Eine spezielle RNA-Polymerase (die Primase) synthetisiert ein kurzes Stück RNA (ca. 5 Nukleotide)(PRIMER), das zur einzelsträngigen DNA-Matrize komplementär ist. An das 3’OHgg
Ende können nun von einer DNA-Polymerase Nukleotide angehängt werden.

DNA-Polymerasen katalysieren die schrittweise Addition von Desoxyribonukleotiden an den wachsenden DNA-Strang

Dazu brauchen sie:
-ein freies 3’OH-Ende
-alle 4 dNTPs
-Mg2+
-eine DNA-Matrize

Die Addition erfolgt durch nukleophilen Angriff des freien 3’-OH-Endes auf das innerste () Phosphoratom des hereinkommenden dNTPs. Die Energie für die Addition liefert die anschliessende Hydrolyse des Pyrophosphats.
Damit es zur Bildung einer neuen Phosphodiesterbindung kommt muss die Base des hereinkommenden Nukleotids mit
, der gegenüberliegenden Base H-Brücken ausbilden

Der Replikationsursprung wird in G2/MPhasen des Zellzyklus vom (inaktiven) Origin Recognition Complex (ORC) gebunden.

Während der G1-Phase wird ORC (Origin Recognition Complex) von der (inaktiven) MCM2-7-Helikase und anderen zellzyklus-abhängigen Faktoren gebunden (origin licensing)

Am Anfang der S-phase werden MCM2-7 und ORC phosphoryliert, was zur Dissoziation von ORC und Aktivierung von MCM2-7 führt.

Der Ursprung wird geöffnet, was die Bindung des Primase/Polymerasekomplexes ermöglicht.

Sobald die Replikation angefangen hat, werden die Ursprungssequenzen von ORC wieder gebunden, um weitere Replikationsrunden zu vermeiden.

Replikation in Eukaryonten: die Rolle der replikationsassoziierten Helikase wird vom MCM2-7 Komplex übernommen

Prokaryonten: Tetramere des einzelstrangbindenden Proteins (single strand binding protein SSB) stabilisieren die teilentwundene DNA.

Replikation in Eukaryonten: die Rolle des single strand binding protein wird von RPA übernommen

die Polymerase α initiiert mit ihrer Primase-Untereinheit die Synthese des RNA-Primers

Primase und Pol α bilden einen Komplex; Pol ist für die Initiation der DNA-Synthese notwendig

Replikation in Eukaryonten: die Polymerasen δ und ε übernehmen von Pol α, und synthetisieren den Grossteil der DNA beider Stränge

Die Funktion der Polymerasen δ und ε  ist analog zu der der Pol III in Prokaryonten.

Prokaryonten: Zwei β-Untereinheiten der Pol III bilden eine
“gleitende Klammer” (sliding clamp) die die DNA , ringförmig umschliesst und erst wieder loslässt, wenn das gesamte DNA-Molekül repliziert ist.

 In Eukaryonten ist die gleitende Klammer ein separates Protein (ein Homotrimer), keine Untereinheit der Polymerase.

Prokaryonten haben 5 und Eukaryonten mindestens 11 verschiedene DNA Polymerasen

Prokaryonten:
DNA-Pol I - Auffüllen von Okazaki-Fragmenten, Abbau des Primers
DNA-Pol II - Reparatur
DNA-Pol III - Replikation
DNA-Pol IV - DNA-Synthese auf beschädigter DNA
DNA-Pol V - DNA-Synthese auf beschädigter DNA

Eukaryonten 
DNA-Pol (alpha) - Primase, kurze DNA-Fragmente 
DNA-Pol (beta) - Reparatur
DNA-Pol (gamma) - Replikation des Mitochondriengenoms 
DNA-Pol (delta) - Replikation Folgestrang
DNA-Pol (epsilon) Replikation Leiitstrang
DNA-Pol (ab Kappa alle) - DNA-Synthese auf beschädigter DNA 

Nach Abbau des RNA-Primers bleibt am Folgestrang ein Stück einzelsträngige DNA übrig (der 3’ Űberhang)

Die Telomerase ist ein Ribonukleoproteinkomplex 

Telomere werden durch die Aktivität der Telomerase verlängert
-> Die RNA-Matrize der Telomerase bindet und verlängert den 3’ Űberhang der Chromosomenenden

die aus repetitiver DNA und assoziierten Proteinenbestehenden Enden der Chromosomen

UV-Licht kann benachbarte Pyrimidinreste im gleichen Strang crosslinken

Bakterien und Hefen können Pyrimidindimere photochemisch spalten und zu zwei Monomeren rekonvertieren

Desaminierung von C oder 5-Methyl-C ist die häufigste Ursache für Punktmutationen

Spontan desaminierte Basen werden durch die Basenexzisionsreparatur repariert

Pyrimidindimere können durch die Nukleotidexzisionsreparatur repariert werden

->Defekte in der Nukleotidexzisionsreparatur: Xeroderma pigmentosum Patienten

Transition: Ersatz eines Purins durch ein anderes oder eines Pyrimidins durch ein anderes

Transversion: Ersatz eines Purins durch ein Pyrimidin oder umgekehrt

Die Fehlpaarungsreparatur erkennt fehlgepaarte Basen oder kleine Insertionen

Ionisierende Strahlung (X-, γ-) kann Doppelstrangbrüche hervorrufen

Diese werden durch nicht-homologes „End-joining“ repariert
Doppelstrangbrüche können auch durch homologe Rekombination repariert werden