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DNA-Strukturen

Verzweigte Formen

Verzweigte Formen der DNA sind ausschließlich Zwischenformen der DNA, die sich bei der Rekombination oder bei der Replikation der DNA bilden. Sie wurden zunächst aufgrund genetischer Daten postuliert, bis es gelang, sie zu synthetisieren und in Kristallstruktur-Analysen die dreidimensionale Anordnung im Detail aufzuklären. Die beteiligten Enzyme gehören zu den größten Protein-Komplexen der Zelle. Diese werden in besonderen Kapiteln vorgestellt.

Eine besondere Bedeutung haben verzweigte Formen bei der DNA-Technologie. Sie werden heute vornehmlich in der PCR1) eingesetzt, indem kurze Oligonucleotid-Primer an große DNA-Moleküle binden und den Gegenstrang verdrängen. So gelingt nicht nur die PCR als konservative DNA-Vermehrung, sondern auch eine gezielte Mutagenese und die moderne DNA-Sequenzierung (siehe dort).

Tab.1
FormenErklärung
Die Holliday-Junction gehört zu den kompliziertesten Strukturen der Zelle. Sie bildet sich im Lebenscyclus des Menschen im Regelfall nur einmal, nämlich während der Meiose - genau der Prophase der Meiose I. Fehler bei der Rekombination führen zu fatalen Erbkrankheiten und sind daher von besonderem medizinischem Interesse. Die Kristallstruktur-Analyse zeigt, dass trotz der direkten Nähe der vier DNA-Stränge jede Base weiterhin in ein Basenpaar eingebunden ist. Zum Betrachten der genauen Struktur klicken Sie auf das Bild links (blauer Rahmen).
Abb.2
Diese auch als Y-Struktur bezeichnete Struktur kommt in dieser Form nicht in der Zelle vor. Allerdings benutzt man diese Darstellung gern, um die so genannte Replikationsgabel darzustellen. In der Replikationsgabel ist allerdings der dritte Strang nicht durchgängig und wird in einem besonderen Mechanismus während der Replikation gebildet (siehe dort). Die Form kommt aber vor, wenn man ein Hybrid aus doppelsträngiger DNA und einzelsträngiger DNA - mit Homologie zu beiden Strängen nur einer Hälfte der DNA - einsetzt. Eine praktische Anwendung dafür ist nicht bekannt.
Abb.3
Diese Form wird gern als verkürzte Darstellung der bidirektionalen Replikation gewählt. In der Mitte hat sich die DNA bereits verdoppelt, während die beiden Replikationsgabeln in unterschiedliche Richtungen arbeiten. Dieser Mechanismus wird z.B. bei der Replikation des bakteriellen Chromosoms genutzt. Der genaue Mechanismus wird im Kapitel Replikation beschrieben.
Abb.4
Diese Form beschreibt die Bildung eines Komplexes aus einem relativ kurzen Oligonucleotid mit einer ringförmigen DNA. Dieser Komplex bildet sich, wenn zunächst die gesamte DNA thermisch in Einzelstränge getrennt wird. Liegen die Oligonucleotide im Überschuß vor, so binden sie zuerst an die homologe DNA und verhindern die vollständige Renaturierung der ringförmigen DNA. Diese Form ist in der Zelle nicht bekannt, ist aber von großer technischer Bedeutung.
1)PCR: Polymerase-Kettenreaktion
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