Wie entsteht ein neuer DNA-Strang? Die Bausteine paaren mit der Vorlage und werden zu einer Kette verknüpft.
Den neuen Strang bauen
Bei der DNA-Synthese entsteht zu einem DNA-Strang ein neuer, passender Gegenstrang. Ziehe aus dem Vorrat die Bausteine (dNTPs) in die leeren Felder. Kommen sich zwei Basen nahe, erscheinen gestrichelte Linien zwischen ihnen. Was fällt dir auf?
Dein Molekül in 3D
Die DNA, die du gebaut hast, als Doppelhelix. Die Farben sind dieselben wie in der Zeichnung.
Länge
Farben
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Auswertung
Wie viele Wasserstoffbrücken halten ein A–T-Paar zusammen?ein G–C-Paar?
Die Synthese beginnt hier vereinfacht mit dem ersten Nukleotid. In der Zelle braucht die DNA-Polymerase ein Startstück (Primer) mit freiem 3'-OH, an das sie die Nukleotide anknüpft, und das erste Nukleotid behält nicht sein Triphosphat.
Die Basen sind aus den Koordinaten kristallisierter Nukleinsäuren in die Ebene des Basenpaares projiziert (1BNA für DNA, 1QC0 für RNA). Gezeigt sind die Atome der Watson-Crick-Paarung; die Verdrillung der Doppelhelix und die Neigung der Basen fehlen in dieser Ansicht.
Eine Wasserstoffbrücke wird gezeichnet, wenn ein Spender (N–H) und ein Empfänger (O oder N mit freiem Elektronenpaar) 2,4 bis 3,3 Å auseinanderliegen. Zwei Basen, deren Atome näher als 2,3 Å zusammenrücken, überlappen und können nicht gepaart werden (zum Beispiel zwei Purine). Ein Paar zählt als passend, wenn es mindestens zwei Wasserstoffbrücken bildet. Andere Paarungen, die es in der Natur gibt (zum Beispiel G–U in der RNA), sind hier nicht vorgesehen.
Zucker und Phosphat sind schematisch gezeichnet; die Strangrichtung ist wie im Lehrbuch dargestellt: Die beiden Stränge laufen antiparallel. Bei jeder neuen Sequenz ist das Bild zufällig senkrecht gespiegelt, damit nicht immer das 5'-Ende der Vorlage oben liegt.
Die Reaktion ist vereinfacht dargestellt: Das 3'-OH der Kette greift das α-Phosphat des neuen Nukleotids an, es entsteht eine Phosphodiesterbindung, und die beiden äußeren Phosphatgruppen verlassen das Molekül als Pyrophosphat. Das Enzym und die Magnesiumionen, die das ermöglichen, sind nicht gezeigt.
3D-Bild: Die Doppelhelix ist ein idealisiertes Modell mit gleichmäßigem Aufbau: B-DNA mit 36° Drehung und 3,4 Å Anstieg je Basenpaar, A-RNA mit 32,7° und 2,6 Å (Lehrbuchwerte). Die Atome von Base, Zucker und Phosphat sind aus je einem Rest der Kristallstrukturen 1BNA und 1QC0 übernommen, ein gemeinsames Zucker-Phosphat-Gerüst für alle Basen. Echte DNA ist ungleichmäßiger: Je nach Sequenz ändern sich Drehung, Anstieg und Neigung, und die Helix biegt sich. Bei G·C-Paaren hintereinander (CpG) liegen im Modell zwei Stickstoffe der kleinen Furche etwa 1,4 Å näher als im Kristall.
Die Wiederholungen der Sequenz (blass) sollen nur zeigen, wie die Helix weiterläuft. Furchen, Abstände und Winkel sind aus dem Modell berechnet, nicht gemessen. „P–P“ ist der Abstand zweier Phosphoratome gegenüber, nicht der Durchmesser der Helix mit Atomradien. Die Scheibe ist 5 Å dick und enthält deshalb auch Teile benachbarter Basenpaare.