PBC Basics: DNA-Replikation

0:41 Gut, jetzt der aufmerksamen Zuländer hat, glaube ich, schon bemerkt, dass wir ein Richtungsproblem bekommen, nämlich, wenn wir das Thema jetzt mal durchdenken. Gut, wir haben nennen.

0:51 Der Abiturienten nennt das Antizipieren.

1:13 So, Freunde. So. Hallo und herzlich willkommen zu Situs im Versus, der Folklinik Podcast. Ich bin Leo. Hi, ich bin Tim.

1:21 Und ich bin der Motor.

1:23 Wir sind für euch und mit euch in der Folklinik unterwegs, um so ein paar Themen dann am Ende doch aufzuarbeiten, vielleicht ein bisschen besser zu verstehen, vielleicht zu wiederholen oder einfach nur jemanden zu haben, der einem ins Ohr hustet, wenn man gerade einen Abwasch macht. Ich weiß es nicht.

1:37 Zumindest möchten wir starten in eine neue Reihe, eine neue Basic-Reihe zur Zellbiochemie und zur Zelle im Allgemeinen.

1:47 Was war denn die letzte Folge?

1:49 Die letzte Folge war zum Stoffwechsel.

1:51 Genau, ja, das ist jetzt eine ganz andere Hausnummer.

1:53 Genau. Ganz andere Hausnummer. Aber auch wenn ihr jetzt neue Einsteiger seid, jetzt geht's los mit Citrus Universus, der Forkling-Podcast. Wir haben, wie gesagt, bereits über verschiedene Stoffwechselvorgänge gesprochen und in den nächsten Folgen soll es darum gehen, was quasi im Leben einer Zelle so passieren kann und was man da alles braucht, um so eine Zelle zu basteln.

2:14 Dass die Zelle eine so hochrelevante Rolle spielt in der Biologie und Medizin, ist für uns halt auch aus der Schule schon relativ klar. Ich meine, jeder hat das schon mal von Zellen gehört. Und dieses Konzept ist aber erst 170 Jahre alt. Bedeutet, das geht auf den Herrn Rudolf Wirchel zurück. Jeder, der Charité geschaut hat, die Serie.

2:36 Was sehr gut, fand ich.

2:39 Ja, da hätte man fast gerne in den Studienort gewechselt.

2:41 Genau, richtig. Nur zur Info, wir sind aus Heidelberg. Man hier ist auch schön, aber Charité, die Serie war schon ein Banger. Muss man sagen. Okay.

2:50 Vielleicht können wir aber beantragen, dass es bei uns auch eine Serie gibt. Operto Carola.

3:00 Wild. Ja, ähm, okay. Ganz kurze Werbung.

3:08 Gerade beim Faktenlernen habe ich immer wieder mal so richtig Motivationsprobleme. Und meine Methode to go ist es deswegen, abwechselnd verschiedener Kanäle anzusteuern. Den Fallclinic-Podcasts gibt es also auf die Ohren und Meditrix bietet den perfekten visuellen Input aus Merkbildern und Erklärvideos.

3:24 Und das löst jetzt nicht nur meine Motivationsproblem, sondern verknüpft auch noch diese Lerninhalte und führt deswegen nachhaltig zum Erfolg. Und vor allem in Kombi mit dem 30 bzw. 50 Tage Physikumslernplan bietet Meditrix eigentlich den perfekten Begleiter durch die Vorklinik.

3:39 Wenn ihr Lust bekommen habt, Meditrix mal auszuprobieren, da klickt euch jetzt mit dem exklusiven Code SIDUSINV versus15. 15% Rabatt auf euer nächstes Meditrix-Abo. Sidusin versus 15. Jetzt sichern. Das war's schon. Genau, und also der Herrn Wirschow hat halt eben in seiner Schrift Zellularpathologie damals diese Vier-Säfte-Lehre quasi komplett ausgenockt, wenn man so will.

4:06 Weil die, also lächerlich, ne, diese komischen vier Säfte und die müssen im Gleichgewicht sein, da geht es einem gut und wenn nicht, dann nicht. Und dann, also Schwachsinn. Fundament ist was anderes, ne? Genau. Also wissen wir zumindest jetzt, was ich. Ich mache Moralpathologie.

4:19 Es klingt auf jeden Fall spannend. Klingt schlau.

4:21 Ja, das stimmt. Also ich glaube, wenn man das. Ja. Also, genau, und wir wissen halt jetzt, dass es jetzt quasi die Zelle und deswegen ist die Reihe gewählt mit anderen Bro, den Rudo, Rudolfo Bro, Herrn Wirschow, auch im Erlegt.

4:44 Also wie gesagt, wir sind jetzt im ersten Teil einer Zellquadrologie, quasi das Leben einer Zelle im Schnelldurchlauf. Wir fokussieren uns jetzt erstmal auf DNA und Proteinbiosynthese vor allem. Angefangen wird natürlich mit der Geburt einer Zelle, Zellteilung und vor allem die Duplikation der DNA, die davor stattfunden finden muss.

5:05 Danach kommt dann das Zellmanagement, also das Daily Business einer Zelle. Da geht es vor allem dann um die Proteinbiosynthese. Wir wollen auch den Nukleotidstoffwechsel behandeln, der ja auch sehr relevant für eine Zelle ist und ja, oft eher stiefmütterlich behandelt wird. Und am Ende stirbt leider auch eine Zelle und deshalb ist die Apoptose dann das Finale dieser Miniserie.

5:32 Aber jetzt als allererstes halt mal DNA-Replikation, weil das ja so ein bisschen die Basis, dass wir das hinbekommen, uns auch irgendwie zu vermehren und nicht schon nach 20 Minuten drauf zu gehen und dass wir uns auch irgendwie schön viel teilen und alles immer nice and fresh and clean ist.

5:48 Genau. Und das ist natürlich die Frage, worüber wir jetzt hier eigentlich konkret sprechen, beziehungsweise was eigentlich das Ganze hier so interessant macht. Und wir müssen ja verstehen, dass, also es ist, man könnte jetzt ja sagen, wir haben ja gerade über die Geburt einer Zelle, wollen wir ja reden.

6:06 Dann könnte man jetzt ja sagen, ja, es ist ja irgendwie dann irgendwie am Anfang vom Leben vielleicht ein Thema und später dann nicht mehr. Aber tatsächlich sind Zellen natürlich ganz hochaktiv, hochaktive Lebenseinheiten, die gehen zugrunde, die differenzieren sich, sind unterschiedlich aktiv, sie teilen sich und haben eben ganz unterschiedliche Zellteilungsraten.

6:23 Und die bezeichnet man dann auch als den sogenannten Turnover von diesen Zellen. Und da gibt es eben Gewebe, die unterschiedlich aktiv sind in ihrer Teilungsrate. Da gibt es zum Beispiel die, die so richtig Gas geben, die sich richtig gerne teilen. Das sind zum Beispiel die Entrozyten im Magen-Darm-Trakt oder auch diverse Blutzellen.

6:42 Aber es gibt natürlich auch Gewebe, das weniger aktiv ist oder auch so gar nicht mehr aktiv ist. Das wären zum Beispiel die Neuronen, die teilen sich gar nicht mehr. Und dementsprechend wäre auch ein Schaden an so einem Neuron ein bisschen blöd, wo da auch dann eben nichts mehr nachkommt. Lego, ist es nicht auch so, dass Kardiomyozyten auch sich nicht mehr teilen?

6:59 Ja, das ist ein relativ großes Forschungsthema. Das wäre jetzt schon ziemlich nice.

7:03 Ja, genau. So, aber Zellen werden ja nicht neu geboren, die werden nicht vom Storch gebracht, sondern die gehen immer aus einer Mutterzelle hervor. Also Zellen werden einfach geteilt. Und dann gibt es entsprechend eine, aus der Mutterzelle gehen zwei Tochterzellen hervor. Und vor diesem Teilungsvorgang muss entsprechend alles einmal verdoppelt werden.

7:26 Also von allen Organellen bis zu, was weiß ich, Proteinen und so weiter, wo es alles verdoppelt werden. Aber komischerweise interessieren sich alle dabei immer vor allem für die DNA. Und das ist dann eben die DNA-Replikation.

7:42 Genau. Und da geht es eben darum, wie verdoppelt sich die DNA vor der Zellteilung. Grundsätzlich ist der Zellzyklus aufgeteilt in Mitose und Interphase. Die Teilung an sich ist die Mithose, das ist das, was man kennt mit dieser Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase. Klassische Zwiebel aus dem Bio-Unterricht.

8:01 Habt ihr es noch gemacht? Ja, klar. Genau, und dann gibt es einen zweiten Teil des Zellzyklus und das ist die Interphase. Und in der Interphase findet die DNA-Verdopplung statt. Genau genommen ist die Interphase auch nochmal aufgeteilt. Und zwar in eine S-Phase, eine G1-Phase und eine G2-Phase. Zuerst kommt die G1-Phase.

8:24 Die ist direkt nach einer Mitose, also direkt nach einer tatsächlichen Teilung. Da wächst die Zelle, RNA und Proteine werden neu synthetisiert und danach folgt die S-Phase. In der S-Phase kommen wieder alle möglichen Replikationen und Verdopplung, vor allem eben der DNA. Und in der G2-Phase, das ist dann die letzte Phase vor der erneuten Mitose, kommt nochmal so ein Qualitätssicherungsschritt und die Zelle wird vorbereitet auf die eigentliche Mitose.

8:55 Es gibt auch Zellen, die sich dann nicht weiter teilen wollen oder können. Die gehen in die G0-Phase, nennt sich das dann. Also ein Ruhezustand. Das ist zum Teil auch reversibel, aber manche Zellen bleiben eben auch für immer in der G0-Phase.

9:11 Genau, und was ist, warum ist es eigentlich jetzt spannend? Oder was ist vielleicht auch packend irgendwie daran, ja? Und da kann man jetzt mal vorneweg schieben, dass das Ganze erstmal echt ordentlich beeindruckend ist. Also wir haben ungefähr 3 Milliarden Basenpaare, also quasi 3 Milliarden Buchstaben in unserer DNA und das wird in 10 Stunden S-Phase alles verdoppelt.

10:43 Das müsst ihr euch mal vor Augen führen, beziehungsweise klar machen. Das ist im Prinzip ein, also wenn ihr euch überlegt, auf eine DINA 4-Seite, Schriftgröße 12, irgendwie Zeilenabstand 1, Kalibri, packt man da irgendwie so 3200 Zeichen drauf. Das wären bei 3 Milliarden Zeichen, also mehr als 930.000 Seiten.

11:06 Packt ihr das jetzt auf einen Stapel, diese 930.000 Seiten, dann ist das ein Stapel von 46 Metern Höhe mit doppelseitig bedrucktem Papier. Und dann müsst ihr euch fragen, ob ihr das schaffen würdet, in 10 Stunden das abzuschreiben oder auch nur in den Kopierer zu legen. Wahrscheinlich nicht.

11:23 Hast du das irgendwo rausgesucht oder hast du das wirklich jetzt selbst ausprobiert? Ich hab das nicht tatsächlich selbst ausprobiert.

11:32 Wie groß ist denn jetzt so eine Papiergeschmäße? Ihr müsst ja mal auch schon dickes nehmen.

11:37 Das habe ich, glaube ich, gegoogelt, aber ich habe dann auch noch selbst so ein Dokument erstellt und habe dann hier immer auch alle Buchstaben durchgemischt. Also nicht, dass hier irgendwie ein Bias drin ist, dass irgendwie ein Buchstabe besonders schmal ist oder so. Also wenn du jetzt nur L's nehmen würdest, dann würde ja viel mehr drauf passen.

11:50 Aber so ein W, das hat ja Breite. Oder richtig Breite, weißt du?

11:53 Das ist Hingebung.

11:57 Das ist wirklich liebe.

11:59 In zehn Stunden kann man da diese 46 Metern Meter Papier wohl kaum abschreiben oder in die Kopiere legen. Also die Zelle kann mehr als wir, einigen wir uns drauf. Außerdem ist das Ganze auch medizinisch höchst relevant. Also Fehler bei diesem Replikationsverfahren sind fatal. Genauso wie es auch ein zu langsames Arbeiten wäre.

12:21 Also die muss nicht nur mega schnell arbeiten, sondern die muss auch noch total zuverlässig sein. Die Kopierfehler sind nämlich auch eine der Hauptursachen für Krebs, ja. Oder wenn die entsprechend in der Keimwand schon auftreten, diese Replikationsfehler, dann kann das zu genetischen Krankheiten führen.

12:37 Und dann eben welche Mutationen daraus folgende hereditäre Erkrankungen verursachen.

12:43 So, und jetzt müssen wir noch kurz grob über das Verfahren sprechen, wie die DNA repliziert wird, bevor wir dann genau auf die einzelnen Schritte eingehen. Und zwar nennt man das Ganze eine semikonservative Replikation. Also semi- und konservativ. Das bedeutet, ein Mutterstrang, also das DNA-Stück, was wir am Anfang haben, gibt einen der zwei Stränge.

13:08 DNA ist ja immer doppelstrengig, diese doppelstrangige Helix. Und dieser DNA-Mutterstrang gibt einen der zwei Stränge, die er hat, an die Tochterzelle ab. Also, wenn sich eine Zelle in zwei teilt, bekommt jeder einen DNA-Stran von dem Mutterstrang und noch einen zusätzlichen neuen Strang, damit dann die DNA wieder doppelstrangig ist.

13:31 Also angenommen die DNA, die man ursprünglich hat, werden einfach dargestellt durch zwei blaue Seile, die ineinander verdreht sind. Und die neuen Basen, was ja so der Grundbaustein von DNA ist, sind rot. Dann werden also zwei neue rote Stränge jeweils an einen der blauen Stränge ran synthetisiert. Und wir haben am Ende je einen blauen und einen roten Strang umeinander gebunden.

13:54 Wieso heißt es eigentlich semikonservativ? Es könnte ja vom Konzept her genauso so sein, dass man einfach die ursprüngliche DNA nimmt, die komplett erhalten bleibt und die einfach kopiert wird und dann die neue DNA aus zwei komplett neuen, also roten Strängen besteht. Genau. Und ich glaube, ganz ursprünglich kam dieses semikonservative Konzept, beziehungsweise so ein bisschen der Beweis, dass es ziemlich wahrscheinlich ist von Watson und Crick, die da in ihr Paper so ein richtiges Understatement, glaube ich, reingeschrieben haben damals, als sie die Struktur der Ideen A entdeckt haben.

14:29 Irgendwie, dass es ihnen nicht entgangen ist, dass es ein eleganter Mechanismus wäre.

14:41 Was für Schmitzer. Okay, jetzt genug der Grundlagen, jetzt geht es aber ab, die Logis, dass wir auch genug prüfungsrelevante Infos haben, dass er da auf jeden Fall sicher und entspannt und gut durchrutscht, falls das mal irgendwann aufkommt.

14:56 Das ist auf jeden Fall im Bereich des Möglichen liegt, denke ich. Minimal. Wir starten, also wir haben auch hier wieder dieses typische Verfahren mit Initiation, Elongation und Termination. Und es geht jetzt hier los wieder mit dieser Initiation, in der das Ziel im Wesentlichen ist, dass einfach alles vorbereitet werden soll, dass danach diese Replikationsmaschine einfach nur noch drüber laufen muss und so die DNA einfach kopieren kann.

15:22 Wir haben uns, also da sind in so Lehrbüchern sind dann oft irgendwie so ganz viele Sachen, werden da so ein bisschen übereinander gelegt und werden einfach aufgelistet und so. Wir haben uns überlegt, dass man da vielleicht auch von einem Wurzel rangehen könnte an die ganzen Fragestellungen und warum man und warum ja manche Sachen passieren.

15:40 Weil alles schon eine Ursache hat, ja. Und wenn man sich quasi die Probleme überlegt, vor denen die Zelle einfach rein technisch steht vor so einer Replikation, dann lässt sich auch einfach erklären, warum so verschiedene Sachen da ablaufen. Und im Wesentlichen haben wir jetzt hier vier Kernprobleme ausgemacht, das ist natürlich nicht erschöpfend, es gibt noch viele andere Sachen, die da eine Rolle spielen, aber es sind die vier Kernprobleme, die hier im Rahmen von dieser Initiation abgearbeitet werden sollen.

16:05 Und dieses erste Problem, das die Zelle sieht, ist, ja, wo soll denn jetzt eigentlich die Replikation starten? Ja, wo soll es denn losgehen? Ja, und dafür gibt es eben eine spezielle DNA-Sequenz, die heißt Ori, steht für Origin. Und dort lagert sich bereits in der G1-Phase, also vor dem eigentlichen Beginn, in der S-Phase, der ORC, der Ori Recognition Complex sich dort an.

16:32 Und an diesen wiederum sind dann weitere Proteine angelagert, die wir dann gleich benötigen werden im Rahmen von der Elongation. Aber die sind in der G1-Phase, wo sich quasi alles schon anlagert, noch nicht aktiv. Also da werden quasi die Hunde noch nicht losgelassen. Also da ist, da werden quasi diese Enzyme noch gebunden an den ORC.

16:52 Und erst sobald man dann quasi in die nächste Phase eintritt, in die Elongation und sich hier die CDKs und die Signalmoleküle ändern, dann können diese ganzen Enzyme quasi losfahren auf der DNA. Und diesen Komplex, bevor der quasi aktiviert wird, wo das quasi noch alles so zusammengebunden ist, den nennt man eben Präinitiationskomplex und der liegt eben an diesem Ursprung, an Ori.

17:18 Das zweite Problem, was man bei der Initiation hat, ist, wie gesagt, die DNA liegt ja so als schön umeinander gewundene Doppelhelix vor. Und da ist natürlich die Frage, ja, wie kommt man denn dann überhaupt in die Mitte? Weil in der Mitte liegen ja, also zwischen den beiden Strängen liegen ja die ganzen Basen.

17:36 Also muss die DNA irgendwie entwunden werden und die Stränge getrennt. Und das macht ein Enzym, das Helikase heißt, wird manchmal auch MCM-Komplex genannt. Und sobald die Zelle in die S-Phase geht und die für diesen Zellzyklus charakteristischen Enzyme auftreten, das sind sogenannte CDKs, kommen wir, glaube ich, später drauf.

17:59 Sobald das losgeht, löst sich dann die Helikase vom ORC, von dem Mordskart schon gesprochen hat. Und wenn sich die Helikase dann löst, dann fängt die quasi an, die DNA-Stränge immer weiter zu entwinden.

18:14 So, jetzt ist quasi geklärt, wo das Ganze losgehen soll und wie die DNA entwunden wird. Aber es gibt noch ein weiteres Problem. Und zwar kann dieses ständige Rumgezerre und Entwinden an der DNA dazu führen, dass die DNA zerbricht, weil da so eine Spannung drauf ist. Stellt euch vor, ihr habt zwei Geschirrtücher, die macht ihr zu so einer Wurst.

18:33 Und diese beiden Würste, die verzwirbelt ihr so ineinander. Und dann fragt ihr euren Mitbewohner, ja, halt mal bitte die beiden Enden hier. Und dann versucht ihr so in der Mitte von diesen beiden Geschirrtüchern so ein Loch aufzuziehen. Also quasi die Replikationsblase, wie es dann auch bei der DNA passiert.

18:49 Und dann wird euer Mitbewohner merken, wie der da diese Geschirrtücher festhält. Heidewitzka, da ist aber jetzt eine Spannung drauf. Und diese Spannung, die nennt man dann Torsionsspannung. Und die würde dazu beitragen, dass die DNA im Verlauf dann eben bricht. Und deswegen wird die DNA eben mit Hilfe von verschiedenen Enzymen entwunden.

19:09 Und das machen die sogenannten Topoisomerasen. Da gibt es die Topoisomerase 1 und die Topoisomerase 2. Die Topoisomerase 1, die spaltet nur einen Strang und führt dann den anderen Strang durch und klebt dann quasi den alten wieder zusammen. Und die Topoisomerase 2, die spaltet beide Stränge, führt einen anderen Abschnitt der DNA durch, verhindert damit die Superspiralisierung und fügt dann den Originalstrang wieder zusammen.

19:36 Also ganz einfache Merkhilfe hier, Topoisomerase 1, ein Strangbruch, Topoisomerase 2. Schreibt sich ans von alleine. Zwei Strangbrüche. Beantwortet sich quasi von alleine die MC-Frage.

19:47 Und dann haben wir noch ein viertes Problem, nämlich, wie verhindern wir jetzt, nachdem wir die zwei Stränge aufwendig auseinandergefriemelt haben, mit Hilfe der Helikase vor allem, dass die sich einfach wieder aneinander lagern. Weil auch das könnt ihr euch mit zwei Stricken, die ihr umeinander wickelt oder zwei Geschirrtücher vorstellen, wenn ihr das die beiden in der Mitte auseinanderzieht und dann wieder loslasst, dann gehen die einfach wieder zusammen.

20:12 Und deshalb gibt es jetzt Proteine, die sich an die Einzelstränge anlagern, zum Beispiel das Replikationsprotein A oder kurz RPA, was eben verhindert, dass die getrennten Stränge einfach wieder aneinander gehen.

20:30 Liebe Freunde der Vorklinik, bevor es losgeht, brauchen wir noch ganz kurz eure Hilfe. Wir sind nominiert beim Deutschen Podcast-Preis in der Kategorie Beste Information. Diese Kategorie wird über ein Publikumsvoting entschieden und wir brauchen eure Stimme. Hierbei würdet ihr uns unfassbar helfen, wenn ihr kurz auf den Link in der Folgenbeschreibung klickt und uns eure Stimme gibt.

20:52 Dauert nur 5 Sekunden. Ihr seid die allerbesten. Viel Spaß bei der Folge. So, jetzt haben wir das vorbereitet. Es stehen quasi alle in den Startlöchern. Jetzt können wir eigentlich fast loslegen. Es ist entwundert, es ist stabilisiert. Wir haben Replikationsgabeln gebildet. Wunderbar. Oder diese Replikationsblase quasi aus zwei Gabeln, weil man baut es ja in der Mitte auseinander.

21:17 Jetzt müssen wir kurz noch was einführen, was man jetzt relativ consequent auch durchziehen muss, und zwar den Light und den Folgestrang. Das ist quasi einfach, wenn man zwei Stränge hat, muss man halt die beiden benennen. Und zwar geht es da tatsächlich, schaut man sich an, in welche Richtung die Helikase arbeitet.

21:38 Also das war die, die die DNA entwindet. Genau, also dieses Entwindungsenzym. Und quasi die Helikase arbeitet in Richtung des Leitstrangs. Ist das am Anfang ein bisschen verwirrend? Aber was quasi das Zweite ist, ist, dass wir jetzt immer von 3 Strich zu 5 Strich und von 50 zu 3 Strich sprechen. Quasi die Enden.

21:59 Und der Leitstrang und auch die Helikase verlaufen von oder arbeiten, je nachdem, von 3 nach 5.

22:06 Also genau, dieses mit dem 3-Strich-Fünststrich-Ende. Also man hat ja immer, also das ist so ein Ausdruck, den ich noch aus der Schule kenne, dass die DNA so ein Zucker-Phosphat-Rückgrat hat. Also dass quasi bei diesen Nukleotiden immer hat man den Zucker, da hat man dann die Base und man hat das Phosphat.

22:26 Und von dem Zucker, da kann man eben den Ring durchzählen, 1, 2, 3, 4, 5. Und da gibt es am 3-Strich Ende eine OH-Gruppe und am 5-Strich-Ende ist dann das Phosphat dran. Und daher kommt eben diese ganze Bezeichnung mit 3-Strich und 5 Strich. Ist super basic, ich weiß. Und wahrscheinlich fühlen sich auch 99% beleidigt davon, dass wir das hier erklären.

22:46 Aber vielleicht ist ja auch 1% dabei, dass sich gefreut hat darüber, dass man alle Basics nochmal mitnimmt.

22:51 Ich finde das sehr gut. Vor allem, man muss sich ja klar machen, diese OH-Gruppe braucht man auch einfach, wenn man dann später was ranhängen möchte. Wenn ihr euch an die Enzymatik-Folge erinnert, braucht man ja immer irgendwelche funktionellen Gruppen, mit denen man arbeiten kann. Und es gibt eben da gar keine andere.

23:06 Und deshalb liest diese Polymerase, die wir später benutzen, eben in 3-Strich-Fünf-Strich-Richtung. Das ist also das, wo auch die Helikase lang arbeitet. Und am 3-Strich-Ende können wir was anhängen, also können immer vom 5-Strich zu 3-Strich synthetisiert werden. Aber da kommen wir jetzt gleich nochmal besser drauf.

23:26 Genau, genau, genau.

23:27 Weil wir jetzt nämlich in diese Elongation reingehen. Wir hatten gerade in der Initiation die ganzen Probleme ausgeräumt, die sich gestellt haben. Jetzt ist quasi alles ready, damit hier die DNA richtig schön kopiert werden kann. Und das ganz grundsätzliche Prinzip ist hier, dass sich an diesen wachsenden Strang einfach immer wieder neue Nukleotide anlagern.

23:49 Die kommen da, im Prinzip diffundieren die einfach durch die. Die Zelle, die lagern sich da an und werden dann da quasi so dran gebaut. Die lagern sich immer automatisch an die passende Base. Also wenn quasi, also da lagern sich immer A und T, also Adenosin und Thymin und Guanin und Cytosin, die lagern sich eben immer automatisch aneinander.

24:09 Und sobald dann das quasi drangebunden ist, dann wird mithilfe, also sobald diese quasi automatisch dahin diffundieren, die passenden Nukleotide, dann ermöglichen Enzyme die Bindung an die schon bestehende Kette. Und diese Anlagerung ist, wie das Tim gerade eben erklärt hat, immer an diesem Drei-Strichende von der wachsenden Kette.

24:30 Also von dem neuen Strang, der entsteht, da an das Drei-Strich-End, weil man da eben die erwähnte freie OH-Gruppe hat. Und unter Abspaltung von zwei Phosphaten, von diesen Nukleotiden bleibt dann eben quasi noch das eine Phosphat übrig und es wird die Energie frei, die man braucht, um diese neue Phosphodiester-Bindung hier einzuführen.

24:53 Und da ganz kurz nochmal als kleine Merkhilfe, dass man gelesen wird wie ein Buch, also von drei nach fünf. Also das heißt, dass man sich auf das Lesen konzentrieren sollte, um sich die Richtung zu merken, weil das ist wie ein Buch. Das Schreiben ist dummerweise andersrum. Keine Ahnung. Ist einfach andersrum.

25:11 Einfach dann merken, es ist das Gegenteil davon. Genau, es ist halt das Gegenteil davon. Aber wenn man sich darauf konzentriert, dass das Lesen, wie ein Buch funktioniert, dann kommt man eigentlich ganz gut bei rum.

25:19 Genau, damit meinen wir quasi eben, dass diese DNA-Polymerase, von dem wir vielleicht noch sprechen werden, dass die eben sich quasi in 3-5-Stich-Richtungen bewegt und so quasi liest und dann schreibt, also quasi an dem neuen Strang eben von 5 Strich-3-Stich-Richtung eben eben an diese OH-Kodran.

25:35 Muss ja komplementär sein. Deswegen genau andersrum.

25:38 Genau, und was die DNA-Polymerase liest, ist eben der eine von den zwei ursprünglichen Strängen. Der wird gelesen und die Nukleotide kommen eben an denen dann dran. Genau. Wie gesagt, brauchen DNA-Polymerasen dafür aber auch einen Startpunkt. Also die Polymerasen übrigens nochmal zu dem Begriff. Das sind allgemein jetzt die Enzyme, die diese Verlängerung des neu gebildeten DNA-Strangs ermöglichen.

26:05 Und der Startpunkt für DNA-Polymerasen ist immer eine OH-Gruppe. Die brauchen sie halt, damit sie da die nächsten Nukleotide dranhängen können. Übrigens nochmal kurz dazu: Nukleotide, das sind immer irgendeine Base und ein Triphosphat. Oder man könnte zu Nukleotiden auch Nukleosid-Triphosphat sagen. Sind eben auch energiereich, sodass wir dann auch Energie für diese ganzen Reaktionen bekommen.

26:32 Gut. Auf jeden Fall, wie gesagt, wir brauchen einen Startpunkt und den liefern uns die Primasen. Die Primasen generieren einen RNA-Primer. Also RNA ist nur Ribonukleotidsäure. Und an diesen RNA-Primer können dann die DNA-Polymerasen anfangen, das DNA-Rückgrad dran zu synthetisieren mit den Nukleotiden.

26:57 Gut, jetzt der aufmerksame Zuhörer hat, glaube ich, schon bemerkt, dass wir ein Richtungsproblem bekommen. Nämlich, wenn wir das Thema jetzt mal durchdenken, gut, wir haben einen.

27:08 Der Abiturienten nennt das Antizipieren.

27:17 Die, die es gecheckt haben, haben es gecheckt. Die anderen, die sind keine Nerds.

27:23 Okay, zurück zu unserem Richtungsproblem. Also wir haben ja einen Leitstrang, also einen Teil der ursprünglichen DNA, wo die Helikase ganz einfach in 3-Strich-Fünf Strich-Richtungen langarbeitet. Das ist dann überhaupt kein Problem. Dann kann nämlich die Polymerase auch der Helikase einfach folgen, in 3-Strich-Fünf-Strich-Richtung wird ja gelesen und die Synthese kann dann in 5 Strich-3-Strich erfolgen.

27:48 Gut, jetzt merkt ihr schon, wenn in 3-5-Strich-Richtung gelesen wird, wird in 5 Strich-3-Strich geschrieben. Die Stränge sind nämlich immer antiparallel. Wir haben ja immer zwei Stränge und die laufen immer genau entgegengesetzt. Also einer in 3-5 Strich, der andere in 5 Strich-, 3-Strich-Richtung. Und die neu generierte DNA ist eben genauso entgegengesetzt.

28:13 Immer 5 Strich-3-Strich an die freie OH-Gruppe ran. Gut, soweit so gut, können wir kontinuierlich synthetisieren. Aber das Problem ist ja, wir haben ja, nachdem wir die ursprüngliche DNA entfunden haben, zwei Einzelstränge. Und die Helikase orientiert sich ja nur an einem von den beiden. Die läuft ja nur bei einem in 3-5-Richtung, weil der andere ja antiparallel ist, läuft sie beim anderen dann in 5 Strich-3-Strich-Richtung eigentlich.

28:39 Und das ist natürlich problematisch, weil, wie gesagt, die Polymerasen, die das Ganze verlängern sollen, können nur in 3-5-Strich-Richtung lesen. Und deshalb erfolgt immer auf einem der zwei Einzelstränge die Synthese quasi nicht kontinuierlich. Die DNA-Polymerase arbeitet da in die andere Richtung als die Helikase.

29:03 Und deshalb werden immer nur kurze Abschnitte von neuer DNA gebildet. Und das sind die sogenannten Okazaki-Fragmente. Und diese Fragmente müssen dann später auch wieder miteinander verbunden werden. Aber zunächst mal findet hier eben eine diskontinuierliche Synthese statt.

29:23 Übrigens, falls es irgendwie ein bisschen, was ihr euch fragt, dass es heute natürlich inhaltlich on point wie immer ist, aber vielleicht doch einen Schnupf weniger Schwung hat als sonst. I don't know. Dann liegt das vielleicht daran, dass wir. Wie viel Uhr ist es Leo? Ich kann es nicht ganz lesen.

29:36 22.31 Uhr. 29.31 Uhr.

29:39 Vielleicht auch mal an dem Einsatz, dass wir die Folge schon mal aufgenommen hatten eigentlich.

29:42 Ja, Schande auf mein Haupt.

29:43 Das kann euch der Leo in einem ganz ruhigen Gespräch mal erklären.

29:46 Schande auf mein Haupt.

29:48 Aber wir senden quasi live. Also muss es ja eigentlich mal geben. Ich meine, die Folge kommt dann heute Abend noch raus oder morgen in der Früh oder so? Jetzt noch. Jetzt noch? Also Leute, das ist, wenn ihr das hört, das ist quasi direkt in euer Ohr geflissen.

30:00 Oh mein Gott. Ob man will, ist halt die Frage. Also das war jetzt schon so ein bisschen. So. Die Leiter haben das Fernlassung dabei. Aber.

30:17 Aber damit wir jetzt hier noch richtig spannend weitermachen, reden wir jetzt nochmal drüber, welche Proteine hier eigentlich involviert sind. Ja, also schnallt euch jetzt mal an. Fliegen euch jetzt ein paar Wörter um die Ohren. Ja, ist wahrscheinlich auch eher schon ein bisschen spezielles Wissen. Aber egal.

30:34 So, also am Leitstrang, da generiert eben diese Primase erst den RNA-Primer. Das ist das erste Protein, das hier, das erste Enzym, das hier relevant ist. Und dann übernimmt aber die DNA-Polymerase Alpha. Ja, und die verlängert erst einmal um ein paar RNAs, ja, also noch nicht direkt, werden quasi DSOxy-Nukleotide drangehängt.

30:55 Dann bindet der Replikationsfaktor C und bedingt ein Umschalten auf die Polymerase-Aktivität, also quasi auf die DNA-Synthese dann. Und abschließend wird erst der Proliferating Cell Nuclear Antigene, also das PCNA wird dann gebunden und dann übernimmt die Polymerase Epsilon. Also erst kommt die Primase, dann die DNA-Polymerase Alpha und wenn RFC und PCNA gebunden haben, dann übernimmt die Polymerase Epsilon.

31:24 Und am Folgestrang ist das relativ ähnlich. Es gibt nur kleine Feinheiten, die anders sind. Da haben wir auch wieder diese Primase. Erst geht dann es los mit der DNA-Polymerase Alpha, die dann später umgeschalten wird in ihrer Funktion auf DNA durch den Replikationsfaktor C und danach übernimmt hier auch wieder eine andere DNA-Polymerase, aber hier ist das die DNA-Polymerase Delta.

31:47 Also bei beiden beginnt die DNA-Polymerase Alpha, beim Leitstrang übernimmt dann Epsilon und beim Folgestrang ist das die DNA-Polymerase Delta. Beim Folgestrang haben wir ja dann das Problem, dass da quasi bei der Synthese von diesen Okazaki-Fragmenten dann immer am Ende an die alten Primer kommt und da will man ja dann quasi auch noch DNA reinbauen und diese Primer werden dann quasi ausgeschnitten mit Hilfe von dem Faktor FEN1 oder Fen1 oder wie auch immer.

32:18 Also damit ist quasi gemeint eben, was am Leit und am Folgestrang passiert von den Enzymen her. Es wird natürlich nicht der Leitstrang und der Folgestrang jetzt selbst synthetisiert, sondern es sind quasi eben die, also geht quasi hier darum, was auf den Leitstrang und auf den Folgestrang entsprechend repliziert wird.

32:35 Okay. Dann als dritte große Phase kommt noch die Termination. Also wie bei Terminator das Ende. Und das ist an sich eine relativ schlanke Phase. Wird wohl auch durch einige Faktoren eingeläutet, aber mit denen werden wir uns jetzt nicht so sehr beschäftigen. Ich glaube, die werden seltenst abgefragt.

33:02 Aber auf jeden Fall gibt es auch am Ende der Replikation wieder ein Problem, das Endreplikationsproblem. Wir haben ja jetzt neu synthetisierte DNA-Stränge. Und an den Enden, an einer Seite haben wir das 5-Strich-Ende, an der anderen das 3-Strich-Ende. Und bei der ursprünglichen DNA haben wir ja einmal den Leitstrang gehabt, der netterweise in 3-5-Strich-Richtung abgelesen werden kann.

33:31 Dementsprechend sind wir am Ende der Replikation am 5-Strichen-Ende angekommen. An diesem Leitstrang konnte ja der Tochterstrang kontinuierlich synthetisiert werden, also die neue DNA. Und dementsprechend sind wir da jetzt einfach am 3-Strichen, wird einfach fertig durchsynthetisiert. Dann ist der Leitstrang zu Ende, alles tut sich.

33:51 Und dann gibt es ja aber auf der anderen Seite gegenüber noch den Folgestrang, an dem auch eine neue DNA dran synthetisiert wird. Und der ist ja antiparallel und wird, wie gesagt, diskontinuierlich abgelesen und nachsynthetisiert. Und wir sind jetzt in die gleiche Richtung gelaufen. Dementsprechend sind wir jetzt am 3-Strichende des Folgestrangs.

34:18 Ja. Und wie gesagt, diskontinuierliche Synthese bedeutet, man braucht ja immer irgendwie neue Primer, um ein DNA-Stück zu synthetisieren. Aber Primer kann man ja auch nur woran synthetisieren, wenn da noch irgendwie DNA übrig ist. Und dementsprechend kann der letzte Primer bestenfalls quasi am Ende des Folgestrangs dran synthetisiert werden, am 3-Strichen.

34:44 Und dann haben wir ein Stück, was von diesem Primer blockiert wird und wo keine DNA dran synthetisiert werden kann.

34:54 Dieser Primer ist ja RNA und es ist ja dann nicht stabil hier in dem Szenario.

34:58 Der Flicht weg. Genau, der Primer dient ja quasi für die Polymerase immer nur so als Startpunkt. So, und ja, dementsprechend, der Primer verschwindet ja dann wieder. Und das passiert allgemein beim Folgestrang andauernd. Man hat ja dann diese Okazaki-Fragmente und die müssen verbunden werden und das macht auch eine DNA-Polymerase, nämlich die DNA-Polymerase Delta.

35:24 Aber Polymerasen brauchen, wie gesagt, eine OH-Gruppe, um das machen zu können. Und das haben wir ganz am Ende des Folgestrangs nicht, weil es da ja kein, da gibt es nichts mehr danach, wo es losgehen kann. Genau, und das würde eben dazu führen, dass die DNA bei jeder Replikation, zumindest am Folgestrang, um die Länge von einem Primer verkürzt würde.

35:48 Und die Telomere, das sind die Enden der Chromosomen, würden dann quasi bei jeder Synthese ein Stückchen kürzer.

35:57 Aber was ein Glück. Das ist natürlich, also müsst ihr jetzt nicht in Panik verfeilen, dass jetzt irgendwie jetzt hier anfangt, auf einmal einen Rosenkranz zu beten oder so. Keine Angst. Wir haben die Telomerasen, die haben wir. Und die Telomerasen, die können dieses Problem umgehen, weil die zwei Main Skills haben, die relativ gut sind für dieses Setting.

36:22 Und zwar haben die erstmal eine eigene RNA-Matrize, die sich an dieses Dreistrichende der DNA anlagern kann. Und außerdem besitzen sie auch noch die reverse Transkriptase, also quasi eine RNA-abhängige DNA-Polymerase. Das meint, dass die DNA bauen können auf RNA. Und das ist hier sehr sinnvoll, weil dann quasi eben auf diese RNA-Matrize, die das quasi selbst bieten kann, diese Telomerase auf dem Strang oder auf der anderen Seite eben entsprechend synthetisieren kann.

37:00 Also kann quasi auf die eigene Matrize, also auf die eigene Vorlage, die neue DNA bauen und dadurch die Telomere verlängern. Und das funktioniert natürlich tatsächlich auch hier nur, weil die DNA in den Telomeren sehr repetitiv ist. Also die ist nicht kodierend, das sind keine Gene oder so, die da irgendwie beschrieben werden, die jetzt irgendwie hochvariabel sind, sondern es ist schon mehr oder weniger immer die gleiche Sequenz, die dann da durch diese Telomerase immer wieder dran gehängt wird.

37:27 Ja, einfach aus reiner Schutzfunktion, eben um diese Verkürzung immer weiter aufzuhalten. Und diese Telomerasen und Verkürzung der Telomere ist auf jeden Fall auch ein Faktor der Zellalterung. Das ist jetzt absolut kein Thema, mit dem ich mich besonders gut auskenne. Aber ich weiß nicht, wie es bei euch so die Lage ist.

37:46 Ich glaube, Thermost ein bisschen Ahnung davon.

37:48 Ich finde es tatsächlich super spannend. Aber da gibt es auch wirklich verschiedene Theorien, was also es gibt einfach viele Faktoren, die zur Zellalterung beitragen. Aber meine Lieblingstheorie ist die Information Theory of Aging. Da geht es quasi darum, dass das Altern eher auf epigenetischer Dysfunktion basiert.

38:09 Also die Genregulation letztendlich nicht mehr richtig funktioniert.

38:14 Aber Telomerasen haben da schon.

38:15 Aber Telomerasen spielen auch eine Rolle, auf jeden Fall.

38:18 Also wer weiß, vielleicht nehmen wir irgendwann alle Telomerase-Tabletten oder so. Naja. Nein, macht es mal. Auf jeden Fall somatische Zellen, die haben keine Telomerase. Stammzellen, die eben schon. Wollte ich noch sagen.

38:37 Jo, jetzt haben wir das Ganze durchgearbeitet. Glücklicherweise sind wir jetzt bei 35 Minuten, also eigentlich ganz solide, haben wir jetzt in euer Ohr gehaucht. Man muss dazu sagen, das war jetzt alles eukaryontische DNA-Replikation. Ist ja bei den Bakterienkollegen ein bisschen anders, weil da ist ja kein Zellkern und so und alles ein bisschen anders aufgebaut.

39:01 Tatsächlich auch einfach einfacher. Es war jetzt weniger Enzyme.

39:04 Wir hatten damals einen, der hat das sehr gefeiert, dass es bei den Bakterien ist und fast gefühlt mehr über Bakterien geredet als über die Eukaryonten. Deswegen kann man euch nur ans Herz legen, für die unispezifische Sachen vielleicht gar nicht schlecht, das auch mal anzuschauen, wenn es einen Prof oder eine Professorin gibt, die das geil finden.

39:25 Wenn es nicht so ist, dann weiß ich nicht, wie wichtig das ist. Keine Ahnung. Muss kann man mal anschneiden. Aber wo wir gerade bei prüfungswichtig sind, das I-Mphiperium sieht es leider als wichtig und richtig an in der Vorklinik schon Medikamente und Hemmstoffe für eben genau diesen Prozess heranzuführen.

39:46 Und deswegen gibt es die jetzt nochmal schön kurz komprimiert, das Wichtigste dazu, dass ihr die auch auf den Blick habt, falls es dann irgendwann mal an das böse P-Wort geht.

39:54 Ja, also grundsätzlich kann man ja Enzyme und so immer gut hemmen und man kann auch die DNA-Replikation hemmen. Und da gibt es eigentlich zwei Gründe, warum man das machen sollte. Bei der menschlichen Replikation hemmt man die mit sogenannten Zytostatika, vor allem in der Tumortherapie. Weil bei Tumoren ist es ja so, dass sich Zellen quasi ungehemmt teilen und das kann man damit eben stoppen.

40:24 Und andererseits gibt es bei Viren und Bakterien kann man auch die Replikation hemmen. Man bemüht sich natürlich, dass man spezifisch die bakterielle Replikation hemmt. Genau, und deshalb ist das immer in der Regel an Stellen, wo sich Mensch und Mikroorganismus eben unterscheiden. Und ja, genau, das ist natürlich sinnvoll, vor allem für Antibiotika.

40:51 Bei den Zytostatiker haben wir vor allem zwei, die wir uns merken müssen. Da haben wir einmal das Mytomycin. Das Mytomycin bindet quasi kovalente Quervernetzung zwischen den DNA-Strängen auf und die können sich einfach nicht mehr auftrennen. Ja, die Helikase kann die nicht mehr aufeinander, äh, auseinanderbringen, diese beiden DNA-Strängen.

41:10 Und deswegen kommt es jetzt zu einem Erliegen der Replikation. Im Prinzip der gleiche Mechanismus bei Actinomycin D. Auch da kommt es zu einer Interkalation der DNA.

41:19 Und bei den Antibiotika gibt es zum Beispiel sogenannte Topoisomerase-Hämmer gegen eine spezielle Topoisomerase 2 der Prokarionten. Wir erinnern uns die mit zwei Strangbrüchen. Und bei den Prokarionten heißt die Gyrase. Und da gibt es zum Beispiel Ciprofloxacin, was das Hemd.

41:38 Und zuletzt haben wir auch noch die Virustartika, die richten sich entsprechend nicht gegen Bakterien, sondern gegen Viren. Und da haben wir die Nukleosid-Analoga. Das wäre zum Beispiel das Acyclovir, das an sich wie so ein Nukleotid aussieht, aber da ist eben keine Verlängerung möglich. Da ist dann irgendwie in der Regel da, wo eigentlich diese OH-Gruppe, die wir vorhin schon die ganze Zeit hatten.

41:58 Das geht richtig auf hier. Mega. Diese OH-Gruppe, die wir die ganze Zeit hatten, die liegt hier eben nicht vor, sondern da ist dann irgendein anderer Käse dran gebaut, wo man auf jeden Fall kein neues Nukleotid dranhängen kann. Und deswegen kommt dann hier diese Replikation eben auch zum Erliegen.

42:16 So, ihr Lieben, das haben wir jetzt ja wirklich gut detailliert durchgekaut. Aber überraschend detailliert wird es da ja auch auf den Klausuren und vor allem auch im Physikum behandelt. Also es hat sich gelohnt.

42:28 Also jetzt nochmal ganz kurz so knackig, was ist das Wichtigste? Das Teilungsverfahren ist semi-konservativ, bedeutet das ein alter Strang immer mit einem neuen Strang. Boah, das klingt doch nicht so gut. Das klingt gar nicht gut. Okay.

42:45 Er ist eben nicht so konservativ.

42:46 Ja, ist nicht so konservativ. Okay, also wir haben die ganze Aufteilung in Initiation, Elongation und Termination. Beginnen tut das Ganze an dem Ori, am Origin, wie auch immer. Dann in der Elongation unterscheidet man eine Folge und einen Leitstrang. Der Leitstrang wird kontinuierlich synthetisiert und der Folgestrang in Okazaki-Fragmenten.

43:14 Dabei lesen die Enzyme von 3 nach 5 und schreiben von 5 nach 3. Es gibt einige Helmstoffe, die wir leider lernen müssen. Die zählen wir jetzt nicht nochmal auf, aber zumindest es geht ja eigentlich. Wie viel waren das jetzt? 5-6? Ja, also es geht. Slap hat sich am Ende, wie man so sagt.

43:32 Es gibt mehr Leute, das ist dann so, aber.

43:34 Ansonsten gäbe es, glaube ich, sowas wie Onkologen nicht. Wenn es nur die zwei gäbe, so, oh, welchen nehmen wir denn heute? Naja, okay. Gut.

43:42 So, jetzt aber. Gute Nacht. Genau, also haben wir eine Endcard noch?

43:47 Ja, ihr findet uns natürlich auch auf Instagram at der unterstrich-Vorklinik-Podcast. Schreibt uns da gerne auch Kritik, Anregungen. Genau. Da werden auch immer die Folgen angekündigt. Es gibt Merksprüche nochmal zum Nachlesen und auch immer wieder ein Quiz, also eine MC-Frage. Hören ab und zu auch so Bilder von uns.

44:10 Tim meinte gerade hier in der kurzen Pause, als wir irgendwo nochmal was Neues aufnehmen mussten, dass er das Gefühl hat, er bringt immer so die unnötigen Streberkexte. Deswegen lasst doch einfach nochmal das Liebe für Tim. Er schickt uns auch mal eine liebe Nachricht, dass der Tim nicht abgemacht hat, Leute.