Structure and Topology of DNA – DNA, RNA and the Genetic Code

00:00 Und auf diese Art und Weise wird die Boten-RNA in Protein übersetzt.

00:01 Die Struktur der DNA wurde von Watson und Crick und im Jahr 1953 mit Hilfe von Daten von Rosalind Franklin entdeckt.

00:07 Die Konformation der DNA, die sie beschrieben haben, ist diejenige, die wir heute als die häufigste Konformation der DNA kennen. Sie wird als die B-Form der DNA bezeichnet und enthält etwa 10,5 Basen Paare pro Windung der Helix. Wir können bei der Watson-Crick-Struktur zum Beispiel sehen, dass sich die Basen im inneren Teil des DNA-Moleküls befinden. Und wir sehen die Phosphate und die Zucker auf der Außenseite. Es stellt sich heraus, dass dies kein Zufall ist.

00:32 Phosphate und Zucker sind sehr hydrophil, während die Basen im Vergleich dazu relativ hydrophob sind, zwar nicht übermäßig hydrophob, aber durch diese Anordnung können die äußeren hydrophilen Moleküle mit Wasser interagieren, während die Basen im im Inneren nicht so viel mit Wasser interagieren müssen.

00:48 Andere Teile der Doppelhelix, die wir sehen können, sind zwei Furchen, eine große Furche, die ist eine größere, die Sie hier sehen können, und eine weitere Furche, die kleine Furche.

01:00 Diese Furchen sind sehr wichtige Stellen an denen Proteine binden können, welche die Sequenz der DNA ablesen können.

01:08 Jetzt sehen wir hier eine DNA-Doppelhelix, die abgewickelt wurde, und das zeigt uns ein wenig mehr über den Aufbau einer Doppelhelix. DNA-Stränge sind antiparallel, was bedeutet, dass die Stränge in entgegengesetzte Richtungen verlaufen, 5'-3'-Richtung des einen Stranges entgegengesetzt zur 5'-3'-Richtung des anderen Stranges.

01:29 Diese entgegengesetzte Polarität ist eine sehr wichtige Überlegung in Bezug auf ihre Struktur, und natürlich die Basenpaare; Adenin paart sich mit Thymin und Guanin paart sich mit Cytosin.

01:41 In der RNA ist das Thymin natürlich ersetzt durch Uracil, aber Uracil paart sich ebenfalls nur mit Adenin, genau wie Thymin. Sie können in dieser Abbildung die Wasserstoffbrückenbindungen sehen, die helfen die einzelnen Basen in einer Basenpaarung zusammenzuhalten. Auf der linken Seite sehen wir die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Adenin und Thymin und Sie werden feststellen, dass es zwei Wasserstoffbrückenbindungen gibt, die helfen, diese Basenpaarung zu stabilisieren. Auf der rechten Seite sehen wir, dass Guanin und Cytosinpaar drei Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden, was bedeutet, dass die Stärke der Basenpaarung zwischen Guanin und Cytosin größer ist, als zwischen zwischen Adenin und Thymin.

02:17 Das wird sich als wichtig zeigen, wenn wir über die Transkription sprechen werden, wo die Doppelhelix müssen geöffnet werden muss, und es einfacher ist, As und Ts auseinander zu ziehen, als Gs und Cs auseinander zu ziehen.

02:33 Es gibt tatsächlich noch andere Konformationen der DNA, als die von Watson und Crick beschriebene B-Form.

02:36 Wir kennen zwei weitere Konformationen der DNA, die vorkommen, sie werden als A-Form und Z-Form bezeichnet Die A-Form und die B-Form sind auf der linken Seite dieser Folie dargestellt und haben eine rechtsgängige Helix. Die Gängigkeit einer Helix ist nichts, das wir hier ausführlich erläutern müssen, aber es geht darum, wie die Stränge miteinander interagieren und es stellt sich heraus, dass die beiden Stränge auf zwei verschiedene Arten interagieren können, nämlich rechtsgängig, und das ist es, was man bei A- und B-Form der DNA sieht, und linksgängig.

03:06 Die Z-Form, die auf der rechten Seite des Bildes gezeigt wird, hat eine linksgängige Konfiguration.

03:13 Da die DNA aus miteinander verflochtenen Strängen besteht, gibt es einige Überlegungen hinsichtlich der Topologie zu beachten.

03:22 Die Topologie ist sehr wichtig, da wir uns die Stränge in Interaktion miteinander und um einander gewickelt vorstellen.

03:26 Wenn wir zum Beispiel ein Gummiband nehmen und einen Teil davon verdrehen, würden wir sehen, dass sich das Gummiband aufrollen würde. Und der Grund, aus dem es sich aufrollen würde, ist, dass wir die topologische Beschaffenheit des Gummis verändert haben und es auf das reagiert, was wir mit ihr gemacht haben. DNA kommt in mehreren Formen vor. In der entspannten Form der DNA, wie du sie links sehen kannst, haben wir eine reine Basenpaarung, wie bei Watson und Crick, 10,5 Basenpaare pro Umdrehung. Aber wenn wir diese einzelnen Stränge nehmen und sie in einem Bereich auseinanderziehen, dann würde der Teil, der von der Öffnung entfernt ist, sehr viel mehr Basen pro Windung aufweisen, wodurch das Molekül unter einer gewissen Spannung steht. Moleküle, die unter Spannung stehen, können auf verschiedenen Wegen Spannung abbauen. Eine der Möglichkeiten, um Spannung abzubauen, ist die Spannung durch die Bildung von Superhelices, wie sie rechts zu sehen sind.

04:22 Die Superhelix ist ein Weg, auf diese Spannung zu reagieren, um sie zu reduzieren. Auch wenn es so aussehen mag, als sei es enger, ist es tatsächlich weniger unter Spannung. Wichtig ist, dass die Zelle über Enzyme verfügt, die Topoisomerasen, welche die Spannung eines DNA-Strangs verändern können. Entweder erhöhen oder verringern sie sie. Zellen neigen dazu, die DNA in einer Superhelix zu belassen, und der Grund dafür ist, dass sie dann kompakter ist.

04:50 Das zentrale Dogma, über das wir gesprochen haben, besagt dass aus DNA RNA und aus RNA Proteine hergestellt werden, und wir können das hier abgebildet sehen. Wir erinnern uns, dass sich die DNA natürlich selbst replizieren kann und an einige Viren, die RNA enthalten und sich auch selbst replizieren, was wir auch auf der Abbildung unten sehen.

05:06 Wir wissen auch, dass es einen Weg gibt, über den RNA wieder in DNA umgewandelt werden kann.

05:14 Diese Erkenntnis gab es allerdings noch nicht, als als das zentrale Dogma zum ersten Mal beschrieben wurde.

05:18 Wir werden hier nicht darüber sprechen.

05:22 Die DNA-Replikation ist ein sehr wichtiger Prozess für die Zelle, weil natürlich die