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DNA-Strukturen

Andere Formen

Neben linearen, ringförmigen und verzweigten DNA-Strukturen gibt es noch verschiedene weitere Formen der DNA, wie Tripelstrang-DNA und Loop-Formen, die in diesem Kapitel vorgestellt werden.

Tab.1
FormenErklärung
Abb.1
Diese Form wird als Haarnadelschleife (hairpin loop) bezeichnet. Ursprünglich wurde sie von Gierer postuliert und lange Zeit als Gierer-Bäumchen bezeichnet. Aufgrund der Tatsache, dass natürlich vorkommende DNA aus zwei Strängen besteht, muss einem Gierer-Bäumchen ein symmetrischer Partner auf dem Gegenstrang gegenüberstehen. Tatsächlich wurden diese Strukturen aber so nicht oder nur in Gegenwart von Proteinen, z.B. bei der Einfügung von Insertionselementen belegt. Umgekehrt ist diese Form eine besonders wichtige Struktur der RNA, die sich regelmäßig zu Loop-Strukturen auffaltet (siehe tRNA). Hier gibt es zahlreiche Beispiele, die durch Kristallstruktur-Analysen sehr detailliert untersucht worden sind. Auf DNA-Ebene kennt man diese Schleifen nur bei einsträngiger, synthetischer DNA. Wenn Sie auf das nebenstehende Bild klicken, erhalten Sie eine Animation zur Auffaltung dieser Struktur.
Abb.2
Für diese Hantelform der ringförmigen DNA gibt es gleichfalls keine natürlichen Beispiele. Man kann diese Form jedoch besonders leicht synthetisch herstellen, weil ein Einzelstrang mit symmetrischer Struktur das Substrat für das Enzym Ligase ist. Diese Form ähnelt der Form eukaryontischer Chromosomen. Nur sind es dort zwei Stränge, die an den Ende ausgeprägte Loop-Strukturen besitzen, ohne dass diese kovalent geschlossen sind.
Abb.3
Diese Form kommt einmal natürlich als D-Loop an den Enden der Chromosomen (Telomere) vor und ist zum anderen eine wichtige Zwischenform bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Nur ein Teil des Primers bindet an die Plasmid-DNA. Das 5´-Ende enthält eine Sequenz, die mittels der PCR in das Amplifikationsprodukt eingeführt werden soll. Sobald die Amplifikationsprodukte gebildet worden sind, bindet der gesamte Primer. So gelingt sehr elegant die Einführung von neuen Restriktionsschnittstellen oder anderen Insertionen. Diese Methode ist heute ein Standardverfahren zur Klonierung der DNA aus beliebigen Quellen.
Abb.4
Diese Form ist erneut eine wichtige Zwischenform bei der Polymerase-Kettenreaktion. Man synthetisiert einen Primer, der einen bestimmten Bereich der DNA überbrückt. So gelingt elegant eine Deletion unerwünschter Bereiche. Die Deletion kann nur ein Basenpaar oder auch mehrere hundert Basenpaare umfassen. Auf demselben Prinzip beruht die Einführung gezielter Mutationen.
Abb.5
Diese Form ist die Zwischenform der Klonierung. Zwei DNA-Moleküle aus verschiedenen Quellen lagern sich mit Hilfe ihrer überstehenden Enden zusammen. Die Ligase verknüpft die Stränge kovalent. Diese Struktur kommt in der Zelle als Produkt der Restriktion und bei der Einleitung des Springens beweglicher genetischer Elemente vor.
Abb.6
Die sogenannte Tripelhelix ist eine Kunstform, die man durch Anlagerung überschüssiger DNA-Stränge erhält, z.B. doppelt soviel polyT wie polyA. Dabei bilden sich neben den Watson-Crick-Basenpaaren auch die Hoogsten-Basenpaare aus. Man nimmt an, dass diese Struktur die Einleitung der Rekombination darstellt. Dann ist sie aber nur in kleinen Teilbereichen und unter Stabilisierung von Proteinen vorhanden.
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Abb.7
RNA-Haarnadelschleife mit vier ungepaarten Purin-Basen
Abb.8
DNA-Tripelhelix
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