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Das Wichtigste in Kürze

Überblick

  • Biologische Systeme können sich nicht nur selbst replizieren, sie können sich dabei auch entwickeln – optimieren im Sinne der Evolution.
  • Eine Replikation ist nur möglich, wenn Reaktionsprodukte anfallen, die ihre eigene Sequenz und die weiterer Reaktionsprodukte kopieren können. Dafür müssen sie die Information zu ihrer Struktur speichern und weitergeben können. Auch die Kopien müssen wiederum als Matrizen funktionieren.
  • Seit ca. 3,5 Milliarden Jahren ist in biologischen Systemen die Information im sehr stabilen, großen Erbmolekül DNA gespeichert. Sie wird von Ribonukleinsäuren (RNA)-Molekülen abgelesen und in Proteine übersetzt, die dann in der Zelle ihre jeweilige Funktion erfüllen.
  • Am Anfang des Lebens standen vermutlich RNA oder RNA-artige Moleküle, die alle lebensnotwendigen Funktionen inklusive der Selbstreplikation allein erfüllt haben. Diese Ribozyme enthielten einerseits alle benötigte Information, andererseits wirkten sie wie Enzyme, die ihre eigene Kopie katalytisch steuerten.
  • Das kleinstmögliche chemische System, das sich selbst replizieren kann, besteht aus zwei Bausteinen A und B, die sich an eine Matrize aus zu A und B komplementären Bausteinen anlagern. An der Matrize verbinden sich A und B untereinander. Wird dann die Verbindung zur Vorlage gelöst, ist aus A und B eine Kopie des Stoffs AB entstanden.
  • Effektiv ist ein solches System jedoch nur, wenn die Matrize auch tatsächlich sofort wieder frei wird. Sonst bleibt ein starkes Wachstum aus.
  • Der programmierte Selbstaufbau von Nanogerüsten aus künstlich verzweigten DNA-Bausteinen, die die Forscher als Trisoligos (Dreiarmige) bezeichnen, funktioniert bereits im Experiment. Auch das Kopieren solcher Bausteine, in dem sich Einzelsequenzen anlagern und kombinieren war erfolgreich.
  • Als nächstes suchen die Forscher nach Methoden, um wiederum die Kopien der Trisoligos zu kopieren.
  • Das Wissen um die programmierte Selbstorganisation und -vermehrung von chemischen Systemen macht sie nicht nur zu reizvollen Bausteinen, sondern auch zu wertvollen Reparaturwerkzeugen, mit denen sich vielleicht genetische Defekte wie beispielsweise Mukoviszidose ausgleichen lassen.
  • Forscher haben durch strukturelle Reprogrammierung ein "Twinribozym" konstruiert, das bereits eine kleine Lücke der RNA schließen – reparieren – konnte. Im Experiment ließen sich so bis zu 50 Prozent des Ausgangssubstrats durch das Twinribozym und einfaches Hinzufügen der Reparatur-RNA reparieren.
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Stand: 02.06.2006

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Molekulare Kopiermaschinen
Forschung an programmierbaren biomolekularen Nanokonstrukten

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Matritzen als „Kuppler“
Weitergabe der Information über Strukturen und Anordnung

Das Leben als Replizierlabor
Grundprinzip von DNA und RNA

Aus ABC mach zweimal AB
Das Prinzip der Selbstreplikation

Gezielte Nutzung angestrebt
Anwendungen von selbstreplizierenden Systemen

Selbstaufbau und Kopieren geschafft
Erste Erfolge der Forscher

Einsatz für die Ribozyme
Reparatur von Gendefekten durch RNA-Bausteine

Erfolgreiches Experiment
RNA-„Ersatzteil“ eingebaut

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