DNA-Reparaturmechanismen lernen mit Eselsbrücken – Drei essentielle Lernstrategien

DNA-Reparaturmechanismen


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Hier eine Vorschau,
wie wir dieses Thema behandeln und wie unsere Eselsbrücken aussehen:

DNA-Reparaturmechanismen lernen mit Eselsbrücken – Drei essentielle Lernstrategien

DNA-Reparaturmechanismen

Inhaltliche Einleitung
Täglich verursachen zahlreiche Einflüsse von außen (z. B. UV-Strahlung) und von innerhalb unseres Körpers (z. B. reaktive Sauerstoffspezies) DNA-Schäden, wie Nukleotidsequenzänderungen, Basen-Dimere, Strangbrüche, etc. Diese DNA-Schäden können zum Funktionsverlust der Zelle, zum Zelltod und im schlimmsten Fall zu Krebs führen. Da die DNA-Schäden nicht gänzlich vermieden werden können, haben sich viele biochemische Mechanismen entwickelt, die mithilfe von Enzymen DNA-Fehler reparieren. Dieses körpereigene Reparatursystem arbeitet (im gesunden Zustand) auf Hochtouren, um die volle Funktionsfähigkeit der Zellen und die fehlerfreie Weitergabe der genetischen Information an die nächste Generation zu gewährleisten. Wenn du also wissen möchtest, welche DNA-Schäden in Zellen auftreten können und wie deine Zellen dich Tag für Tag davor schützen, dann ist dieses Merkbild wie für dich gemacht. Um das Ganze etwas klinisch zu gestalten haben wir Krankheiten eingebaut, die auf Fehlern des Reparatursystems beruhen.

Basiswissen

  • DNA-Schäden der Basen / Nukleotide: Funktionalität, Zelltod, Krebs

    Beschädigte Basen mit Nuklearreaktoren: verwundete, tote Besatzungsmitglieder, Krebsmutation

    Die DNA-Dinos etablieren sich auf 2 neuen Planeten und bauen ein provisorisches Basislager (Nukleobasen): Jedes Basislager-Gebäude hat einen kleinen zuckerförmigen Nuklearreaktoren als Energiequelle (Zucker + phosphorgrünes Nuklearzeichen = Zuckerphosphat-Rückgrat der DNA). Diese werden aber immer wieder beschädigt (tägliche DNA-Schäden). Täglich verursachen zahlreiche Einflüsse von außen (z.B. UV-Strahlung) und innerhalb unseres Körpers (z.B. reaktive Sauerstoffspezies) DNA-Schäden: Nukleotidsequenzänderungen, Basen-Dimere, Strangbrüche, etc (s. unten). Diese DNA-Schäden können zum Funktionsverlust der Zelle (Verwundete DNA-Dinos), zum Zelltod (tote Besatzungsmitglieder) oder im schlimmsten Fall zu Krebs führen (Krebsmutant). Hinweis: Die Basislager-Gebäude sind paarweise gebaut (gepaarte Basen der DNA). Es gibt dabei nur 2 akzeptierte Basenpaarungen (A-T und G-C): Nur farblich abgestimmte Basislager-Häuschen werden akzeptiert.

  • Exogene DNA-Schäden (z.B. UV-Licht und Chemikalien)

    Echsenplanet mit aggressiver Sonne und Chemie-Fluss

    Wir unterteilen die Faktoren, die zu DNA-Schäden führen, in zwei Hauptgruppen: äußere (exogene) und innere (endogene) Faktoren. Exogen (toxische Echse) sind z.B Substanzen oder Strahlung, die unser Erbgut von außen angreifen und so zu Mutationen führen. Dazu zählen physikalische Mutagene wie UV-Licht (aggressive Sonne) und ionisierende Strahlung (Einstein). Außerdem gibt es viele Chemikalien wie Formaldehyd und Zytostatika, die zu Veränderungen unseres Erbguts führen (chemiegrüner Fluss). Exogene Faktoren werden auch Kanzerogene genannt, weil sie durch die Veränderung der DNA zu Krebs führen können (s. Merkbild Kanzerogene).

  • Exogene Schäden: Alkylierung: Falsche Basenpaarung (Chemikalien wie Tabakrauch)

    Alk-Kühler im Chemiefluss → Besoffener rauchender Reparaturdino hat Basen vertauscht

    Prinzipiell kann jeder exogene und endogene Faktor jede Art des DNA-Schadens verursachen. Tendenziell treten aber einige DNA-Schäden eher bei exogenen Einflüssen auf, andere DNA-Schäden eher bei endogenen. Die Alkylierung bspw. wird am meisten durch exogene Einflüsse verursacht: am häufigsten durch chemische Verbindungen wie Tabakrauch, hier am rauchenden Dino zu sehen, der seinen Alk im Chemiefluss kühlt. Alkyliert werden die Basen der Nukleotide. Das bedeutet, es werden Methyl- oder Ethylgruppen an die Base angehängt, wodurch eine andere Base entstehen kann. Eine falsche Basenpaarung ist die Folge: Der alkoholisierte Dino hat im Suff zwei farblich unpassende Basen nebeneinander aufgebaut.

  • Exogene Schäden: Interkalierende Substanzen: Replikationsstopp

    Kalkstein-Lawine → zwischen Basen und auf Replikations-Raumschiff

    Interkalierende chemische Verbindungen lagern sich zwischen die gestapelten Basen in die DNA ein: Hier gehen kleine interkalierende Kalkstein-Lawinen ab: eine hat sich zwischen den Basen eingelagert und eine weitere erwischt das Replikations-Raumstation (Raumstation = Replikation in Merkbilder Replikation, Mitose). Interkalierende Verbindungen führen zum Replikationsstopp und erhöhen das Risiko eines Strangbruchs.

  • Exogene Schäden: Thymindimere (UV-Strahlen)

    Sonne setzt Thymian-Büsche vor Basislager-Gebäude in Brand → schmilzt 2 zusammen

    Energiereiche Strahlung wie UVB-Strahlung führt dazu, dass benachbarte Thymin-Basen Dimere bilden. Die aggressive Sonne hat einen Thymian-Busch in Brand gesetzt: Der Thymian-Busch führt zum Verschmelzen zweier Basislager-Gebäude (Thymin-Dimer). Thymindimere führen zu einem frühzeitigen Replikationsstopp.

  • ...

Expertenwissen

  • Reparatur von Alkylschäden: Transferase entfernt Methylgruppe

    Direkt-Insekt mit Alkflasche arbeitet mit Tüllrock

    Bei der DNA-schädigenden Alkylierung werden bspw. Methylgruppen an die Base angebaut. Bei der direkten Reparatur beseitigen Transferasen diese Methylierungen der Nukleotide (Direkt-Insekt arbeitet “mit Tüll” → Aufnahme der Methylgruppe). Das Enzym bringt sie wieder in den Originalzustand zurück: Der Direkt-Insekt nimmt dem alkohlosierten alk-kühlierten Dino seinen kühlen Alk weg und bringt ihn so hoffentlich auch früher oder später in den Originalzustand zurück.

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