Wenn ein DNA-Molekül doppelsträngig ist, wie es die DNA normalerweise ist, verlaufen die beiden Stränge in entgegengesetzter Richtung. Daher wird an einem Ende des Moleküls das 3′-Ende von Strang 1 und das 5′-Ende von Strang 2 liegen und am anderen Ende genau umgekehrt. Die Tatsache, dass das Molekül zweisträngig ist, erlaubt jedoch zahlreiche verschiedene Variationen.
Stumpfe EndenBearbeiten
Das einfachste DNA-Ende eines doppelsträngigen Moleküls wird als stumpfes Ende bezeichnet. Stumpfe Enden werden auch als nicht-kohäsive Enden bezeichnet. In einem Molekül mit stumpfen Enden enden beide Stränge in einem Basenpaar. Stumpfe Enden sind in der Biotechnologie nicht immer erwünscht, da bei der Verwendung einer DNA-Ligase zum Verbinden zweier Moleküle zu einem Molekül die Ausbeute mit stumpfen Enden deutlich geringer ist. Bei der Subklonierung hat es außerdem den Nachteil, dass die Insert-DNA möglicherweise in der entgegengesetzten, gewünschten Orientierung eingefügt wird. Dagegen sind stumpfe Enden immer kompatibel zueinander. Hier ist ein Beispiel für ein kleines Stück DNA mit stumpfen Enden:
5'-GATCTGACTGATGCGTATGCTAGT-3'3'-CTAGACTGACTACGCATACGATCA-5'
Überhänge und klebrige Enden
Nicht stumpfe Enden werden durch verschiedene Überhänge erzeugt. Ein Überhang ist ein Abschnitt mit ungepaarten Nukleotiden am Ende eines DNA-Moleküls. Diese ungepaarten Nukleotide können sich in beiden Strängen befinden, wodurch entweder 3′- oder 5′-Überhänge entstehen. Diese Überhänge sind in den meisten Fällen palindromisch.
Der einfachste Fall eines Überhangs ist ein einzelnes Nukleotid. Dieses ist meist Adenosin und wird von einigen DNA-Polymerasen als 3′-Überhang erzeugt. Am häufigsten wird dies bei der Klonierung von PCR-Produkten verwendet, die von einem solchen Enzym erzeugt werden. Das Produkt wird mit einem linearen DNA-Molekül mit einem 3′-Thymin-Überhang verbunden. Da Adenin und Thymin ein Basenpaar bilden, erleichtert dies die Verbindung der beiden Moleküle durch eine Ligase, wodurch ein zirkuläres Molekül entsteht. Hier ist ein Beispiel für einen A-Überhang:
5'-ATCTGACTA-3'3'-TAGACTGA-5'
Längere Überhänge werden kohäsive Enden oder klebrige Enden genannt. Sie werden meist von Restriktionsendonukleasen erzeugt, wenn diese die DNA schneiden. Sehr oft schneiden sie die beiden DNA-Stränge vier Basenpaare voneinander entfernt, wodurch ein vier Basen langer 5′-Überhang in einem Molekül und ein komplementärer 5′-Überhang im anderen Molekül entsteht. Diese Enden werden als kohäsiv bezeichnet, da sie durch eine Ligase leicht wieder zusammengefügt werden können.
Zum Beispiel sind diese beiden „klebrigen“ Enden kompatibel:
5'-ATCTGACT + GATGCGTATGCT-3'3'-TAGACTGACTACG CATACGA-5'
Sie können komplementäre Basenpaare in der Überhangregion bilden:
GATGCGTATGCT-3'5'-ATCTGACT CATACGA-5'3'-TAGACTGACTACG
Da verschiedene Restriktionsendonukleasen in der Regel unterschiedliche Überhänge erzeugen, ist es auch möglich, ein Plasmid zu erzeugen, indem man ein Stück DNA herausschneidet (mit einem anderen Enzym für jedes Ende) und es dann an ein anderes DNA-Molekül mit Enden, die von denselben Enzymen beschnitten wurden, anschließt. Da die Überhänge komplementär sein müssen, damit die Ligase arbeiten kann, können sich die beiden Moleküle nur in einer Orientierung verbinden. Dies ist in der Molekularbiologie oft sehr erwünscht.
Ausgefranste EndenBearbeiten
Typischerweise paaren sich bei jedem Einzelstrang der DNA Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin, um einen parallelen komplementären Strang zu bilden, wie unten beschrieben. Zwei Nukleotidsequenzen, die auf diese Weise miteinander korrespondieren, werden als komplementär bezeichnet:
5'-ATCTGACT-3'3'-TAGACTGA-5'
Ein ausgefranstes Ende bezieht sich auf einen Bereich eines doppelsträngigen (oder anderen mehrsträngigen) DNA-Moleküls in der Nähe des Endes mit einem signifikanten Anteil an nicht-komplementären Sequenzen; das heißt, eine Sequenz, bei der die Nukleotide auf den benachbarten Strängen nicht korrekt übereinstimmen:
5'-ATCTGACTAGGCA-3'3'-TAGACTGACTACG-5'
Der Begriff „ausgefranst“ wird verwendet, weil die nicht korrekt zusammenpassenden Nukleotide dazu neigen, sich nicht zu verbinden und somit ähnlich wie die Stränge in einem ausfransenden Stück Seil aussehen.
Obwohl auch in der Mitte der doppelsträngigen DNA nicht-komplementäre Sequenzen möglich sind, werden fehlangepasste Bereiche abseits der Enden nicht als „ausgefranst“ bezeichnet.