Restriktionsenzyme 10:08 min

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Transkript Restriktionsenzyme

Hallo, liebe Lerner und Lernerinnen! Achtung, Achtung, ihr betretet jetzt das weite Feld der Biologie und was gibt es da heute? Restriktionsenzyme, genau! Manch einer mag die berechtigte Frage stellen: Was ist denn überhaupt so ein Restriktionsenzym beziehungsweise wofür wird es gebraucht?   Dazu schauen wir Mal nach, wo solche Restriktionsenzyme überhaupt vorkommen. Zum Schluss zeige ich euch dann noch, wofür man Restriktionsenzyme verwendet, in der Praxis, also im Labor. Nehmen wir es doch einfach Mal beim Wort. Restriktion, das bedeutet Einschränkung oder Begrenzung. Was das nun für uns bedeutet, keine Eile. Ein Enzym, das ist ein Protein. Ein Molekül also, das in seiner Form und Zusammensetzung sehr unterschiedlich sein kann und daher auch eine Vielzahl von Funktionen ausführen kann. Man findet Proteine als Strukturgeber, die die Form der Zelle bestimmen oder man findet sie in Formen molekularer Motoren, wie zum Beispiel im Muskel oder als Katalysatoren, die die Umwandlung chemischer Stoffe erleichtern. Allgemein hin kann man sagen, dass es sich bei Enzymen um Proteine mit katalytischen Eigenschaften handelt. Weswegen auch die zu betrachtenden Restriktionsenzyme, Katalysatoren sind.   Gut zu wissen wäre außerdem, wenn ihr schon mal was vom Aufbau der DNA gehört habt. Sie besteht aus dem Zucker Desoxyribose, der kovalent mit einer der vier Nukleobasen verknüpft ist. Das sogenannte Rückgrat der DNA ergibt sich aus Verknüpfungen der einzelnen Ribosereste über Phosphodiestbindungen.Wir sehen, die Desoxyribose ist dreifach verknüpft. Einmal an Position 1 mit der Base, gleich Sackgasse und an den Positionen 3 und 5 mit den Phosphatresten. Diese letzten beiden Verknüpfungen sind es, die die DNA zu einem langen Molekül werden lassen. Na, das ist jetzt aber kompliziert. Vielleicht nehmen wir zum Anfang Mal dieses Modell oder das hier oder dies. Nun, aber die DNA ist doch ein Doppelstrang. Stimmt genau, und wo befinden sich jetzt die Basen? Sie liegen zwischen den Einzelsträngen und verbinden diese damit zu einem Doppelstrang. Die Stränge sind natürlich durch zwei Basen verbunden, also durch ein Basenpaar. Dabei paart sich dann Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin. Die Geheimnisse der DNA stehen geschrieben oder besser gesagt, wir schreiben sie auf. Wir meinen dieses komplizierte Gerüst auf der linken Seite, in der jedes Atom einzeln dargestellt ist, und symbolisieren die Basen lediglich durch Buchstaben. Warum? Das Zuckerphosphatrückgrat bleibt stets gleich, lediglich die Abfolge der Basen ändert sich. Und was hat das nun mit Restriktionsenzymen zu tun? Um das zu erfahren, wenden wir uns an deren Erfinder: Die Natur. Ja, ist sie denn nicht überall? Gewiss, gewiss, sieh nur. Ja, Bakterien wie auch DNA kommen in der Natur vor. Gelangt nun per Zufall, was häufig vorkommt, Fremd-DNA ins Bakterium, dann kann sie sich dort vermehren. Und was noch viel schlimmer ist, sie kann ins Genom des Bakteriums eingebaut werden, wodurch dieses sich eventuell zum Nachteil des Bakteriums verändert. Aber das Bakterium weiß sich zu helfen. Kein Bock! Kurzerhand produziert es Restriktionsenzyme, die in der Lage sind, die Fremd-DNA zu zersetzen. Das Bakterium trotzt also auf diese Weise der Gefahr. Was macht also das Restriktionsenzym? Irgendein Restriktionsenzym, schließlich kennen wir noch gar keins. Dazu halten wir fest: Es erkennt die DNA an einer durch die Sequenz, das ist die Abfolge der Basen, definierten Stelle und spaltet das Phosphodiester-Rückgrat des DNA-Doppelstrangs. Solche Spaltstellen sind in der Regel Palindrome. Palindrome behalten ihren Sinn, egal ob man sie vorwärts oder rückwärts liest. Das gibt es in der DNA genau so wie in Worten. Wir wissen nun, dass ein Restriktionsenzym die Spaltung von DNA bewerkstelligt und wie genau das geht, kommt jetzt.   Sehen wir uns dazu Mal eine Spaltstelle an, die irgendwo in irgendeiner DNA so zu finden sein könnte. Der DNA-Doppelstrang ist hier dargestellt im Vierbuchstaben-Code, der, wie wir uns erinnern, den vier Basen der DNA entspricht. Jeder dieser beiden Einzelstränge hat eine Richtung, nämlich ein 5'- und ein 3'- Ende. Wir befinden uns hier an der Schnittstelle des Restriktionsenzyms Sma I. Gemäß der Syntheserichtung der DNA, die stets von 5' nach 3' verläuft, erkennen wir, dass jeder Einzelstrang vom 5'-Ende aus gelesen, das Wort GGGCCC ergibt. Aha, ein Palindrom! Sma I spaltet die DNA genau mittig. Das Ergebnis ist eine Spaltstelle mit stumpfen Enden. Doch es gibt andere Restriktionsenzyme, wie zum Beispiel EcoR I aus dem berühmten Darmbakterium Escherichia coli, die erzeugt bei der Spaltung der DNA solche Enden, die gut zusammenpassen, weil es in dieser Bruchstelle sich gegenüberliegende Basen gibt, die Paarungen eingehen können.   So, wie war das jetzt noch mal? In Bakterien stellen Restriktionsenzyme einen natürlichen Schutz der Zelle vor Fremd-DNA dar. Restriktionsenzyme spalten DNA nicht einfach irgendwo, sondern an einer ganz bestimmten Stelle. Restriktionsenzyme passen also zu ihrer Schnittstelle wie der Schlüssel zum Schloss. Außerdem haben wir gesehen, dass Enzym-abhängig ganz unterschiedliche Schnittmuster entstehen. Zum einen die stufenförmig geschnittenen, überhängenden Enden und zum anderen die mittig durchgeschnittenen, glatten Enden. Im Ersteren liegen sich, wenn man sie wieder zusammenfügt, zur Paarung befähigte Basen gegenüber. Langweilig, solange man nicht weiß, wozu das gut sein soll. Machen wir mal ein kurzes Experiment. Man nehme ein Stück DNA aus dem Menschen, das eine Schnittstelle enthält, die bekannt ist. Dazu wählen wir das passende Restriktionsenzym und schneiden. Man nehme eine zweite DNA aus zum Beispiel Bakterien, die ebenfalls eine Restriktionsschnittstelle enthält, bekannt ist natürlich, und schneide diese ebenfalls. Nun haben wir zwei verschiedene DNAs, deren Enden sich ganz einfach verbinden lassen. Zum Beispiel so oder so. Das für Zuckerkranke essenzielle Insulin kann so durch eine Neukombination von DNA, man nennt diese dann rekombinante DNA, hergestellt werden. Das war es von mir. Viel Spaß noch!        

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5 Kommentare
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    knapper, präziser und ernsthafter.

    Von Mms 1, vor 6 Monaten
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    die naturrrr erinnert mich an Geschichtsunterricht aber informatives Video danke

    Von Petersdaniel45, vor 8 Monaten
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    Daumen runter

    Von Bdeurope, vor fast 2 Jahren
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    Ein bisschen weniger Lethargie würde nicht schaden, aber sonst gut.

    Von Schuelerjohanneum, vor fast 2 Jahren
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    Super gemacht!Dankeschöööön

    Von Dagmar Krings, vor mehr als 5 Jahren