DNA Replikation

DNA-Gen · Gast

Hallo. Ich interessiere mich für die DNA Replikation. Dabei wird doch die DNA vermehrt und in zwei DNA Stränge "verwandelt". Der Ablauf ist dabei in Wiki gut beschrieben. Was aber nicht beschrieben wird ist, wie es überhaupt dazu kommt, dass die DNA durch Proteine und Enzyme repliziert wird.

Ist es nicht so, dass verschiedene Gene auf der DNA für genau die Proteine kodieren, die später wiederum die DNA vermehren?

Aber ist das nicht wie mit der Henne und dem Ei? Was war zuerst da? Ich würde sagen, es war ein Molekül, welches zu seiner Vermehrung keine Proteine brauchte.

Man könnte doch stehen lassen, dass die DNA gegeben ist. Dann wird, aber wie ist mir nicht klar, die DNA abgelesen und dabei die Polymerase hergestellt. Dieser wiederum und andere Enzyme duplizieren dann die DNA. Sehr vereinfacht.

Wenn ich etwas falsch gesagt habe, bitte ich um Korrektur. Wie läuft das ab?

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Das ist wahrhaft eine sehr interessante Frage, bei der man sich in die Anfänge des Lebens begeben muss. Daher sind alle Theorien auch relativ vage.

Man geht mittlerweile, zumindest ist das mein letzter Stand, davon aus, dass alles mit RNA begang, die die Fähigkeit hatte sich zu replizieren. Danach können Proteine entstanden sein, die die Replikationsfähigkeit deutlich verbesserten, weshalb sich derartige Zellen durchgesetzt haben.

Wie es aber zu dem komplexen Synthesemechanismus kam, ist dann eine weitere Frage, bei der man meines Wissens noch keinen richtigen Ansatzpunkt hat. Es müssen schließlich verschiedene Punkte entstanden sein:
- tRNAs (=> genetische Code)
- Enzyme, die tRNAs spezifisch beladen (wahrscheinlich das größte Problem)
- RNA-Sequenz, die für ein Protein codiert (Wahrscheinlich das kleinste Problem)
Ein Ribosom wäre auch noch ganz gut, wäre mE aber erst einmal weniger relevant, da erst einmal nur die Wahrscheinlichkeit gesteigert werden muss, dass ein bestimmtes Protein an einer RNA-Sequenz gebildet wird.
Und der Wandel zur DNA kam wahrscheinlich noch ein Stück später, da Zellen mit DNA als Erbmaterial sich als beständiger herausstellten.

DNA-Gen · Gast

Und wie kann man sich den Vorgang am Beginn des Lebens vorstellen? Ein Moleküle entsteht, dass der RNA ähnlich ist oder RNA ist und dieses kann sich selbst replizieren. Aber wie repliziert ist sich? Die DNA braucht Proteine und Enzyme, damit sie sich selbst replizieren kann. Stimmt es denn, dass es verschiedene Gene gibt, die genau für die Proteine codieren, mit denen die DNA wiederum repliziert wird? Ich bin mir da unsicher.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Genauer kann ich es dir leider auch nicht sagen. Ich weiß nur, dass man bei einigen RNA-Strängen beobachtet hat, dass sie ihre eigene Replikation - ganz ohne Proteine - in einer Lösung von Ribonukleotiden begünstigen. Manchmal sind Naturwissenschaften auch erst einmal empirisch. Irgendwann später wird dann aufgeklärt, weshalb sich dieses Ergebnis gibt.

An RNA-Stränge können sich Ribonukleotide anlagern und benachbarte Ribonukleotide können auch ohne Enzyme (in wenigen Fällen) verknüpft werden. Das kann für einen RNA-Strang zwar einen Monat dauern, aber Urzellen bzw. Bakterien sind ja prinzipiell unsterblich und ein paar Jahrtausende bis zur Entwicklung eines besseren (durch ein Protein begünstigten) Mechanismus haben wir ja auch in der Evolutionstheorie Zeit.

DNA-Gen · Gast

Okay, danke. Aber eine Frage habe ich noch. Diese müsste doch wissenschaftlich geklärt sein. Die DNA repliziert bzw kopiert sich selbst. Das ist ja allgemein bekannt. Und Proteine und Enzyme erledigen das. Es muss aber doch so sein, dass die Proteine und Enzyme, die für die Vermehrung der DNA verantwortlich sind, hergestellt werden durch Gene auf der DNA die für diese Proteine kodieren. Also kann man sagen, dass es Gene auf der DNA gibt, die Proteine entstehen lassen und die Proteine vermehren die DNA. So kopiert sich die DNA selbst.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

Ich bin auch ein Vertreter der "RNA-first-Hypothese", also meines Erachtens nach war die RNA am Anfang. Aber parallel setzten sich auch erste Polypeptidketten zusammen, so, wie sich Nukleotidketten als RNA-Molekül zusammensetzten. Die RNA kann auch katalytisch aktiv sein, wie man bei manchen selbstspleißenden Introns noch sieht. Im Prinzip kann ja jede Verbindung, die dies energetisch zulässt, katalytich aktiv sein.

Begeben wir uns nun kurz zurück in die Urzeit, als durch auf der Erde eintreffende Strahlungen noch viel mehr rein chemisch ablaufen konnte; die UV-Strahlung war energiereicher, weil es die jetzt existierende Atmosphäre in dieser Form noch nicht gab (siehe z.B. auch Urey-Effekt), es existierte mehr kosmische Strahlung und so wurden Moleküle wohl immer wieder zusammengebaut und zerfielen auch wieder. Durch die Eigenschaft der Doppelstrangbildung konnte zwar nun das RNA-Rückrat zerfallen, die kleineren Stränge jedoch blieben aufgrund der Dopplestrangbildung durch Wasserstoffbrücken aneinander und ein neues Nukleotid bzw. ein weiterer herumschwirrender RNA-Strang konnte nun daran geknüpft werden, irgendwo entstand dann wieder ein Bruch usw.
Als dann die Atmosphäre nach und nach entstand, wurden die zu diesem Zeitpunkt existierenden Verbindungen immer stabiler und zerfielen weniger; es entstanden zwar damit einhergehend auch immer weniger neue Verbindungen spontan, aber das Grundgerüst desse, was wir heute "Leben" nennen, war geschaffen. Nun kommen die Proteine und die RNAs mit ihren katalytischen Aktivitäten ins Spiel, denn zufällig, konnten einige Eiweiße irgendwelche Verbindungen "verarbeiten", ohne, dass sie diesen Verbindungen jemals vorher begegnet waren (das Gnze folgte je keinem deterministischen Prinzip, auch wenn das einfacher zu verstehen wäre), aber als sie sich trafen, war war das ein Durchbruch. Wnn man sich dann noch vorstellt, dass so etwas in einem "abgeschlossenen" Reaktionsraum, z.B. von einer Lipidschicht umgeben statfindet, ist die erste Reaktionseinheit geschaffen, die - wenn auch noch sehr chemisch und rudimentär- die erstn Eigenschaften einer "Zelle" aufweist.
So kam dann eines zum anderen und es setzte sich stets das Prinzip durch, welches sich als stabil genug erwies, sich als Reaktionsraum von der Umwelt einerseits abzuschotten, andererseits aber noch genug Umwelt, auf die es ja angewiesen ist (z.B. Nährstoffaufnahme und "Schadstoffbeseitigung"), zuzulassen.

Und heute.... Ja genau, da hast du recht, es gibt Gene, die die Proteine zur Replikation der DNA kodieren, auf der DNA ist also die Information ihrer eigenen Replikation gespeichert.

DNA-Gen · Gast

Hallo Jörg, also es ist wirklich so, dass auf der DNA die Information ihrer eigenen Replikation gespeichert ist? Das bedeutet, es gibt verschiedene Gene, die abgelesen werden und die daraus resultierenden Proteine oder Enzyme sorgen dann wiederum für die Replikation der DNA. Muss ich mir das so vorstellen? Das bedeutet doch, dass die DNA sowie die RNA letztendlich ein selbst-kopierendes, also selbst-replizierendes Gebilde ist, richtig? Dann kann man doch sagen, dass die Information der DNA potentiell unsterblich ist, oder? Ergibt sich doch logisch daraus. Das DNA Molekül ist zwar endlich, aber die Information wird getreu in die Zukunft wiedergegeben. Bis auf Mutationen.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Sich selbst replizierend finde ich nicht passend, da sie Proteine bzw. den gesamten Replikationsapparat braucht. Zwar sind die Informationen auf der DNA gespeichert, aber eine DNA-Lösung mit Nukleotiden (und Aminosäuren) kann sich nicht selber replizieren. Das siehst du auch bei Viren. Diese brauchen eine Wirtszelle, ihre RNA/DNA alleine reicht nicht.

Mit der prinzipiellen "Unsterblichkeit" (die DNA alleine lebt allerdings nicht) hast du aber dennoch recht. Solange die DNA nicht zersetzt wird, bleibt die Information erhalten. Daher kann man auch noch aus Neandertalerknochen DNA isolieren. Das liegt aber an der Stabilität. Wie bei den Viren kann man dieses Erbmaterial prinzipiell aber relativ einfach wieder vervielfältigen.

DNA-Gen · Gast

Warum findest du das denn nicht passend? Jörg schrieb doch, dass auf der DNA die Information ihrer eigenen Replikation gespeichert ist. Und wenn es doch nun Gene gibt, die genau die Proteine kodieren, die wiederum die DNA replizieren, dann ist das doch eine art von selbst-kopierendem System. Vielleicht sollte man es auf der Sicht der Vergangenheit anschauen. RNA echtes selbst-replizierendes Molekül und daraus wird DNA. Zwar übernehmen Proteine das Replizieren, dennoch eben keine diese Proteine ohne die DNA.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg

DNA-Gen · Gast

Die DNA kann die Schritte zu ihrer Vervielfältigung nicht selbst übernehmen. Dazu braucht es Proteine. Soweit so gut. Aber es gibt keine Proteine ohne DNA. Und es gibt keine DNA ohne Proteine. Das heißt, der Schlüssel zu diesem Rätsel ist das erste sich selbst replizierende Molekül, über das die Entwicklung zur DNA stattfindet. Denn wenn ein Protein hergestellt wird, dass die DNA repliziert und es dazu die DNA braucht, dann ist das doch eine Art selbstreplikation.

Man könnte die Sache doch auch so betrachten. Es werden exakte Kopien der DNA angefertigt. Das heißt es findet ein Replikation oder zu deutsch Vervielfältigung statt. Ob nun Proteine diese Aufgabe übernehmen ist doch irrelevant, weil diese Proteine oder deren Ursprung auf der DNA selbst liegt. Denn ohne DNA keine Proteine.

PaGe · Moderator Anmeldungsdatum: 19.03.2007 Beiträge: 3549 Wohnort: Hannover

Selbstreplikation impliziert, wie jörg schon geschrieben hat, dass die DNA ohne weitere Proteine sich aus den Bausteinen der DNA selber herstellen kann. Und das ist falsch.
Wenn du eine Anleitung für einen Kopierer hast, hast du auch alle Informationen zum Vervielfältigen der Anleitung. Aber ohne Kopierer geht es halt auch nicht, da hilft dir die Anleitung dann auch nicht. Und ohne Maschinen/Arbeiter, die den Kopierer herstellen, wirst du auch nie einen Kopierer bekommen, auch wenn eigentlich genau steht, wie man ihn herstellen muss. Dir fehlt einfach das Werkzeug (und die Rohstoffe) für den Zusammenbau.

Die Replikation ist ein Prozess, da ist es sehr wohl von Interesse, wie die Vervielfältigung stattgefunden hat. Man könnte ja auch eine x-beliebige DNA nehmen und alles rausschneiden, was nicht passt. Dann hättest du auch eine Kopie, aber das ist keine Replikation.

jörg · Anmeldungsdatum: 12.12.2010 Beiträge: 2107 Wohnort: Bückeburg