14. Themenkorb
Molekulare Genetik
DNA
RNA
Proteinbiosynthese
Replikation
DNA und RNA Zellzyklus Replikation Proteine Proteinbiosynthese Genaktivität, Epigenetik
Die DNA liegt im Zellkern und wird auch als Erbinformation bezeichnet. Im Laufe ihres Lebens durchläuft die Zelle verschiedene Phasen. Die Teilung einer eukaryotischen Zelle ist komplex und kann nicht einfach Unser ganzer Körper kst aus Proteinen aufgebaut. Doch wie sind diese Proteine aufgebaut, Ein Gen ist ein Abschnitt auf der DNA, das für ein bestimmtes Protein codiert. REGULATION DER GENAKTIVITÄT - PROKARYOTEN
Diese Phasen werden im Zellzyklus dargestellt. durch Zweiteilung, wie bei Bakterien, passieren. wie erhalten sie ihre Funktion und welche Arten gibt es? Bei der Proteinbiosynthese wird der genetische Code exprimiert (=ausgedrückt). Hierbei Nicht in allen Zellen müssen alle Gene gleichermaßen exprimiert werden. Die Prokaryoten E. Coli
Ihr Aufbau wurde 1953 von Watson und Crick entschlüsselt. Rosalind Im Zuge der Mitose, einem komplexen Prozess (siehe Themenkorb 1), teilt wird die DNA in RNA umgeschrieben, die RNA wird anschließend in Proteine übersetzt. regulieren zum Beispiel die Genexpression über Steuerung der Transkription.
Franklin leistete notwendige Vorarbeit, indem sie die Helixstruktur mittels sich die Zelle in zwei idente Tochterzellen mit diploiden Chromosomensatz. Der genetische Code ist universell (in allen Lebewesen vorhanden) und redundant (mehrfach Hierbei gibt es 2 Funktionsweisen: Die Induktion und die Repression.
Röntgenstrahlung zeigte. INTERPHASE Doch zuvor muss die DNA verdoppelt werden, dies passiert während der ALLGEMEINES ZU PROTEINEN ausgeprägt und vorhanden).
OPERON
... ist die Phase zwischen der letzten und nächsten Zellteilung, längste Phase Replikation. Die Replikation findet in der S-Phase des Zellzyklus statt. Es gibt 8 verschiedene Gruppen von Proteinen. Allgemeines Promotor
Die DNA ist als langer Chromatinfaden ca. 2 Meter lang, ein Chromosom ist G1-Phase Transkription: Umschreibung der DNA in mRNA Notwendige Strukturen für diese Vorgänge sind:
aber nur in etwa 1,4 Mikrometer groß. ... Zelle wächst, DNA-Kontrolle auf Fehler Typ Funktion Beispiele Translation: Umschreiben der mRNA (Codons) in ein Protein (Codesonne) Operon RNA-Polymerase
Wie geht das? Durch viele Faltungen der DNA. 1,4 Mikrometer G0-Phase mehrere Strukturgene
ABLAUF DER REPLIKATION Collagen und Elastin bilden im Bindegewebe DNA-STrang
... Zellen die sich nicht teilen, werden in der G1-Phase festgehalten und Promotor: Bindungsstelle für RNA-Polymerase
ein faseriges Grundgerüst (Knochen, Sehnen, PROTEINBIOSYNTHESE BEI PROKARYOTEN vs BEI EUKARYOTEN
treten in die G0-Phase ein (Ruhephase); können jederzeit wieder in G1-Phase Initiationsphase Operator: steuert Transkription der Strukturgene, wird von Repressor bedient
Struktur Bänder); Keratine sind Proteine in Haaren und
FALTUNG DER DNA eintreten und Zellzyklus normal durchlaufen (zB. Hepatozyten (Leberzellen)) ... DNA wird aufgebrochen und für Replikation markiert 1 Formgebung, Halt Prokaryoten: Transkription und Translation passiert im Cytoplasma, kein Spleißen Regulatorgen (codiert für das Repressorprotein - blockiert bei Bindung an Operator Promotor)
proteine Haut. Das Strukturprotein Actin ist
DNA-Doppelhelix wickelt sich je zweimal um Histone (spezielle Proteine) S-Phase Replikation beginnt an mehreren Stellen, Replikationsursprung (Origin) Eukaryoten: Transkription und Spleißen im Zellkern, Translation im Cytoplasma
gemeinsam mit dem Motorprotein Myosin für
es bilden sich Nucleosomen ... DNA-Replikation; Dauer: 7-8 Stunden wird gefunden, es gibt 100 bis 1000 Replikationsursprünge Substrat-Induktion (Lactose)
die Muskelkontraktion verantwortlich.
wickelt sich die DNA weiter auf, bilden sich Solenoide G2-Phase Topoisomerase entspiralisiert die DNA durch Einzel- und Das vom Lac-Operon entfernte Regulatorgen
dann Schlaufendomaine ... Kontrolle, ob alle Chromosomen richtig verdoppelt wurden —> wenn ja: Doppelstrangbrüche Verdauungsenzyme zerlegen die TRANSKRIPTION codiert die Bildung des Repressorproteins.
Durchführung und
dann die Chromatinfaser Zellteilung; wenn nein: p53-Protein für programmierten Zelltod (=Apoptose) Helikase bricht unter ATP-Verbrauch die Wasserstoffbrückenbindungen Makromoleküle in ihre Einzelbestandteile. Initiationsphase Lactose bindet an das Repressorprotein.
2 Enzyme Beschleunigung chemischer
bei vollständiger Kondensation spricht man von Chromosomen der Basen auf —> Einzelstränge liegen vor —> Replikationsblase bildet DNA-Polymerasen steuern den Aufbau der RNA-Polymerase bindet an Promotor (Promotor enthält TATA-Box) Dadurch ändert sich die Tertiärstruktur des
Reaktionen
sich —> 2 Replikationsgabeln entstehen an den beiden Enden der Blase DNA DNA wird entspiralisiert Repressorproteins und es wird „inaktiviert“.
M-PHASE Einzelstrangbindende-Proteine binden an DNA und stabilisieren die Elongationsphase Das inaktive Repressorprotein kann sich nicht an den Operator anlagern.
Insulin und Glukagon sind an der Regelung
BESTANDTEILE DER DNA ... ist die Phase, in der die Zellteilung stattfindet Einzelstränge 3 Hormone Informationsübertragung Nukleotide werden am 3‘-Ende des vorherigen Nukleotids angeknüpft Dadurch kann sich die RNA-Polymerase an den Promotor anlagern.
der Zuckerkonzentration im Blut beteiligt
Primase synthetisiert RNA-Primer (ca. 10 Nukleotide), da ein freies 3‘-
Chromatinfaser
Zucker (Desoxyribose) Solenoid
Mitose prä-mRNA entsteht Die RNA-Polymerase fährt die Strukturgene des Operons entlang und transkribiert die mRNA.
Phosphatgruppen Schlaufendomaine
... Kondensation des Erbguts und Bildung von zwei identen Kernen mit Ende für den Beginn der Replikation nötig ist Hämoglobin transportiert Sauerstoff im Blut; RNA-Polymerase überdeckt ca. 50 Nukleotide, dann löst sie sich wieder und An den Ribosomen werden die drei für die Verwertung der Lactose nötigen Enzyme hergestellt.
Transport
4 Nukleinbasen Nucleosom
jeweils vollständigem Erbgut; 5 Phasen: Prophase, Prometaphase, Metphase, 4 Transport von Stoffen andere Proteine transportieren Moleküle die DNA spiralisiert wieder
proteine
Elongationsphase
DNA-Doppelhelix
Anaphase, Telophase durch Zellmembranen hindurch Syntheserichtung in 5‘-3’-Richtung Endprodukt-Repression (Tryptophan)
Nukleotid: Phosphatgruppe + Zucker + Base Histon
Cytokinese ... an beiden Einzelsträngen wird gleichzeitig der Tochterstrang synthetisiert Matrizenstrang/codogener Strang wird in 3‘-5’-Richtung abgelesen Das Regulatorgen bewirkt die Bildung des
Nucleosom
Schutz vor Krankheit;
Nukleosid: Zucker + Base Hauptenzym: Enzymkomplex DNA-Polymerase folgt der Topoisomerase Abwehr Immunglobuline (Antikörper) bekämpfen Terminationsphase
H1-Histon
... endgültige Teilung der Zelle, kontraktiler Ring schnürt die Zelle in zwei Repressorproteins.
5 erkennen und binden
Hälften; Ergebnis: zwei identische Tochterzellen und Helikase proteine Bakterien und Viren Termination wird durch den Terminator (eine bestimmte DNA-Sequenz) ausgelöst Tryptophan bindet an das Repressorprotein.
Fremdsubstanzen
DNA-Polymerase synthetisiert nur in 5‘-3‘-Richtung (Tochterstrang) und RNA-Polymerase löst sich von der DNA, prä-mRNA wird freigesetzt Dadurch ändert sich die Tertiärstruktur des
liest die alten Stränge in 3’-5’-Richtung Myosin sorgt gemeinsam mit dem Repressorproteins, es wird „aktiviert“.
M-Kontrollpunkt
In der DNA binden immer die Basen Adenin - Thymin und Cytosin - Guanin beide Tochterstränge werden zeitgleich synthetisiert von der DNA- Strukturprotein Actin für die Kontraktion der Das aktive Repressorprotein bindet an den Operator.
G2-Kontrollpunkt Mitose
zwischen Adenin und Thymin gibt es 2 Wasserstoffbrücken Polymerase Muskulatur. innerhalb von Zellen ist das mRNA-PROZESSIERUNG Die RNA-Polymerase kann nicht mehr an den Promotor binden. Die Strukturgene sind
zwischen Guanin und Cytosin gibt es 3 Wasserstoffbrücken Polymerase synthetisiert 50-100 Nukleotide pro Sekunde Myosin gemeinsam mit den Proteinen Kinesin Die prä-mRNA durchläuft einige Prozesse um ausgeschaltet, es wird keine mRNA hergestellt.
Motor
Leitstrang: wird in 5‘-3‘-Richtung synthetisiert; Folgestrang: wird in 3‘-5‘- 6 Bewegung und Dynein für Bewegungsvorgänge (z. B. das vor abbauenden Enzymen geschützt zu sein
Cytokinese proteine
Richtung synthetisiert (gemeint sind die Tochterstränge) Ausschleusen von Stoffen oder die Bewegung ein besseres Signal zum Anheften ans Ribosom zu haben
Beim Leitstrang wird kontinuierlich in 5‘-3‘-Richtung synthetisiert, der von Zellorganellen) zuständig. Bei Einzellern den Zellkern gut verlassen zu können REGULATION DER GENAKTIVITÄT - EUKARYOTEN
Ausgangsstrang wird in 3‘-5‘-Richtung abgelesen finden sich diese Proteine in Cilien und Mosaikgene durchs Spleißen schaffen zu können Enhancer: verstärken Wirkung des Promotors
Beim Folgestrang wird immer ein neuer Primer gesetzt – Polymerase Geißeln. 5‘-Cap: ein modifiziertes Guanin-Nukleotid wird an das 5’-Ende angehängt Silencer: vermindern Wirkung des Promotors
G1-Kontrollpunkt wandert vom neu gesetzten Primer zurück zum vorherigen Primer, die Poly-A-Schwanz: ca. 50-200 Adenin-Nukleotide werden ans 3‘-Ende angehängt
Durch die Aufnahme von Lichtteilchen Transkriptionsfaktoren (verschiedene Proteine): können an DNA-Bereiche wie Promotoren, Enhancer
Segmente werden Okazaki-Fragmente genannt Aufnahme von Licht, Spleißen: Herausschneiden der Introns (nicht codierenden Stellen), zusammenfügen der Exons
Purinbase Pyrimidinbase Purinbase Pyrimidinbase Rezeptorp aktiviert das Rhodopsin andere Proteine und und Silencer binden und Genexpression regulieren
RNA-Primer müssen nachfolgend entfernt und durch DNA ersetzt 7 Bindung von
roteine löst damit biochemische Reaktionen aus, die Alternatives Spleißen: durch modifizierte Spleißvorgänge können entstehende Proteine variieren
werden – RNase H entfernt RNA-Primer, DNA-Polymerase füllt die Signalproteinen
für den Sehvorgang wichtig sind
Lücken auf, DNA-Ligase verbindet die einzelnen Fragmente TRANSLATION
CHARGAFF REGEL
Speicher ... Übersetzen der Basensequenz in eine Aminosäuresequenz
8 Speicherung von Stoffen Ferritin speichert das Eisen in der Leber. EPIGENETIK
Chargaff fand bei Untersuchungen der DNAheraus, dass… Terminationsphase proteine
KONTROLLPUNKTE ... tRNA “transfer-RNA”: Die Genexpression kann durch äußere Einflüsse reversibel beeinflusst werden. Es gibt drei bekannte
... die Basenzusammensetzung zwischen den Arten variiert ... Beendigung der Replikation
trägt ein Anticodon (komplementär zum Codon an der mRNA) Mechanismen der Epigenetik.
... die Gesamtmenge der Purinbasen (A+T) der Menge der Pyrimidinbasen (C+G) entspricht Replikation endet automatisch, wenn das Ende des Strangs erreicht wird
G1-Kontrollpunkt trägt die dem Codon entsprechende Aminosäure —> Codesonne
überprüft, ob Zelle bereit ist in die S-Phase einzutreten die Telomere am Ende der DNA verkürzen sich bei der Replikation – für
3'-Ende ... findet am 80-S-Ribosom im Cytoplasma statt, mRNA wird eingeklemmt DNA-Methylierung
In menschlicher DNA findet man: überprüft Zellgröße, Nährstoffgehalt, DNA-Integrität die Replikation wird ein freies 3‘-Ende am Folgestrang gebraucht, dieses Proteine bestehen aus Aminosäuren, die miteinander verknüpft sind. Es gibt 20 Aminosäuren,
Aminoacylstelle (A-Stelle) Wenn eine Methylgruppe an ein Cytosin
Je 30% Adenin und Thymin sind diese Vorrausetzungen nicht gegeben, kann die Zelle in die G0-Phase gibt es bei Telomeren nicht, daher verkürzt sich das 5‘-Ende —> DNA wird jede Aminosäure trägt eine Aminogruppe, eine Carboxygruppe, ein H-Atom und eine
Polypeptidstelle (P-Stelle) angehängt wird und ein Guanin folgt, kann
Je 20% Guanin und Cytosin eintreten kürzer und instabiler —> Zusammenhang mit genetischem Altern organische Restgruppe.
Exitstelle (E-Stelle) der Prozess der Transkription nicht mehr stattfinden.
Dipeptid: Verknüpfung von 2 Aminosäuren
“mRNA rückt ein Codon weiter in 5’-Richtung” Histon-Acetylierung
G2-Kontrollpunkt Oligopeptid: Verknüpfung von 2-10 Aminosäuren
Ablauf Wenn Acetylgruppen an die Histone angehängt
ENDEN DER DNA überprüft, ob bei der Replikation alles korrekt repliziert wurde und die Polypeptid: Verknüpfung von mehr als 10 Aminosäuren
5'-Ende 0) Bindung des Startcodons an der A-Stelle werden, liegt das Chromatin lockerer verpackt
Die DNA hat ein 3'-Ende und ein 5'-Ende. Zelle in die M-Phase eintreten darf Protein: Polypeptide mit ca. 100 oder mehr Aminosäuren
1) tRNA mit Startcodon wandert weiter in die P-Stelle vor, da sich die negative Ladung der Histone ver-
Am 3'-Ende befindet sich eine freie OH-Gruppe des Zuckermoleküls. liegen Fehler vor, bleibt die Zelle in der G2-Phase bis die Reparatur 2) in der P-Stelle wird die AS von der tRNA abgekoppelt und auf die wachsende Peptidkette gesetzt
RÄUMLICHER AUFBAU VON PROTEINEN ringert und sich diese von der positiven DNA löst.
Am 5'-Ende befindet sich eine Phosphatgruppe. passiert ist 3) A-Stelle ist frei, die 2. tRNA mit dem entsprechenden Anticodon bindet an die A-Stelle Transkriptionsfaktoren bindensomit besser an die
Primärstruktur 4) in der E-Stelle wird die tRNA aus dem Ribosom entlassen DNA und die Transkription wird verstärkt.
M-Kontrollpunkt 5) Prozess wird fortgesetzt, Polypeptidkette wächst
findet während der Mitose statt Abfolge der einzelnen Aminosäuren microRNAs
DNA vs RNA 6) Prozess wiederholt sich so lange, bis ein Stoppcodon erreicht wird
kontrolliert ob alle Chromosomen richtig an den Spindelapparat Sekundärstruktur microRNAs binden an die mRNA und verhindern
einfache Windungen oder Faltungen (zB. alpha-Helix) 7) durch releasing factor löst sich Peptidkette ab; Esterbindung zwischen somit die Translation der mRNA bzw. markieren die
DNA RNA gebunden wurden und verhindert somit eine Fehlverteilung von diesen
entstehen durch Wasserstoffbrücken innerhalb der AS-Kette tRNA und Peptid wird hydrolytisch gespalten mRNA als bereit zum Abbau durch Enzyme.
Aufbau Doppelhelix Einzelhelix Tertiärstruktur 8) Ribosom zerfällt in kleine und große Untereinheit, mRNA und Polypeptidkette
FEHLER BEI DER REPLIKATION 9) Proteine müssen noch in 3D-Struktur gefaltet werden
charakteristische, unregelmäßige Auffaltungen Die Aminoacyl-tRNA-Synthetase ist das Epigenom: typisches Muster von Methyl- und Acetylgruppen auf der DNA-Doppelhelix bzw. den
Base Thymin Uracil Wenn ein Fehler in der Replikation passiert, wird dieser Fehler an alle Enzym, welches die Aminosäure auf die
Auffaltung passiert durch die Anziehung von AS-Resten jeweilige tRNA setzt. Die mit der AS beladene
Histonen, das die Genexpression der Zellebestimmt
folgenden Generationen weitergegeben, es entsteht eine Mutation. für Funktion wichtige Strukturen entstehen (Schlüssel-Schloss-Prinzip)
tRNA kann danach zum Ribosom wandern
Zucker Desoxyribose Ribose und für die Translation verwendet werden.
Imprinting: genomische Prägung der Zygote (=Zelle nach Verschmelzung von Samen- und Eizelle), kein
Daher wird die Replikation genau überwacht. Die DNA-Polymerase hat eine bei Denaturierung: diese speziellen Strukturen gehen verloren - Funktionsverlust „unbeschriebenes Blatt“ oder „tabula rasa“, manche der Markierungen werden vererbt
Korrekturlesefunktion (proof-reading-function), außerdem gibt es den G2- Quartärstruktur
Kontrollpunkt. So entsteht ca. 1 Fehler pro 1 Milliarde kopierter Nukleotide. manchmal bilden mehrere Proteine eine funktionsfähige Einheit Telomere: sich vielfach wiederholende Sequenzen/ sie binden Proteine und bilden Schutzkappen,
DNA RNA (zB. Hämoglobin) somit kein Verkleben der Chromosomen und richtige Trennung bei der Zellteilung/ sie verhindern, dass
Gene verloren gehen / nur der Leitstrang kann vollständig kopiert werden,der Folgestrang hat Primer,
wird nicht kopiert / mit jeder Zellteilung wird das Chromosom um ca. 100 Basenpaare kürzer, nach ca.
25 Teilungen sind sie verbraucht, Zelle kann sich dann nicht mehr teilen, Wachstumsstopp oder Tod
Molekulare Genetik
DNA
RNA
Proteinbiosynthese
Replikation
DNA und RNA Zellzyklus Replikation Proteine Proteinbiosynthese Genaktivität, Epigenetik
Die DNA liegt im Zellkern und wird auch als Erbinformation bezeichnet. Im Laufe ihres Lebens durchläuft die Zelle verschiedene Phasen. Die Teilung einer eukaryotischen Zelle ist komplex und kann nicht einfach Unser ganzer Körper kst aus Proteinen aufgebaut. Doch wie sind diese Proteine aufgebaut, Ein Gen ist ein Abschnitt auf der DNA, das für ein bestimmtes Protein codiert. REGULATION DER GENAKTIVITÄT - PROKARYOTEN
Diese Phasen werden im Zellzyklus dargestellt. durch Zweiteilung, wie bei Bakterien, passieren. wie erhalten sie ihre Funktion und welche Arten gibt es? Bei der Proteinbiosynthese wird der genetische Code exprimiert (=ausgedrückt). Hierbei Nicht in allen Zellen müssen alle Gene gleichermaßen exprimiert werden. Die Prokaryoten E. Coli
Ihr Aufbau wurde 1953 von Watson und Crick entschlüsselt. Rosalind Im Zuge der Mitose, einem komplexen Prozess (siehe Themenkorb 1), teilt wird die DNA in RNA umgeschrieben, die RNA wird anschließend in Proteine übersetzt. regulieren zum Beispiel die Genexpression über Steuerung der Transkription.
Franklin leistete notwendige Vorarbeit, indem sie die Helixstruktur mittels sich die Zelle in zwei idente Tochterzellen mit diploiden Chromosomensatz. Der genetische Code ist universell (in allen Lebewesen vorhanden) und redundant (mehrfach Hierbei gibt es 2 Funktionsweisen: Die Induktion und die Repression.
Röntgenstrahlung zeigte. INTERPHASE Doch zuvor muss die DNA verdoppelt werden, dies passiert während der ALLGEMEINES ZU PROTEINEN ausgeprägt und vorhanden).
OPERON
... ist die Phase zwischen der letzten und nächsten Zellteilung, längste Phase Replikation. Die Replikation findet in der S-Phase des Zellzyklus statt. Es gibt 8 verschiedene Gruppen von Proteinen. Allgemeines Promotor
Die DNA ist als langer Chromatinfaden ca. 2 Meter lang, ein Chromosom ist G1-Phase Transkription: Umschreibung der DNA in mRNA Notwendige Strukturen für diese Vorgänge sind:
aber nur in etwa 1,4 Mikrometer groß. ... Zelle wächst, DNA-Kontrolle auf Fehler Typ Funktion Beispiele Translation: Umschreiben der mRNA (Codons) in ein Protein (Codesonne) Operon RNA-Polymerase
Wie geht das? Durch viele Faltungen der DNA. 1,4 Mikrometer G0-Phase mehrere Strukturgene
ABLAUF DER REPLIKATION Collagen und Elastin bilden im Bindegewebe DNA-STrang
... Zellen die sich nicht teilen, werden in der G1-Phase festgehalten und Promotor: Bindungsstelle für RNA-Polymerase
ein faseriges Grundgerüst (Knochen, Sehnen, PROTEINBIOSYNTHESE BEI PROKARYOTEN vs BEI EUKARYOTEN
treten in die G0-Phase ein (Ruhephase); können jederzeit wieder in G1-Phase Initiationsphase Operator: steuert Transkription der Strukturgene, wird von Repressor bedient
Struktur Bänder); Keratine sind Proteine in Haaren und
FALTUNG DER DNA eintreten und Zellzyklus normal durchlaufen (zB. Hepatozyten (Leberzellen)) ... DNA wird aufgebrochen und für Replikation markiert 1 Formgebung, Halt Prokaryoten: Transkription und Translation passiert im Cytoplasma, kein Spleißen Regulatorgen (codiert für das Repressorprotein - blockiert bei Bindung an Operator Promotor)
proteine Haut. Das Strukturprotein Actin ist
DNA-Doppelhelix wickelt sich je zweimal um Histone (spezielle Proteine) S-Phase Replikation beginnt an mehreren Stellen, Replikationsursprung (Origin) Eukaryoten: Transkription und Spleißen im Zellkern, Translation im Cytoplasma
gemeinsam mit dem Motorprotein Myosin für
es bilden sich Nucleosomen ... DNA-Replikation; Dauer: 7-8 Stunden wird gefunden, es gibt 100 bis 1000 Replikationsursprünge Substrat-Induktion (Lactose)
die Muskelkontraktion verantwortlich.
wickelt sich die DNA weiter auf, bilden sich Solenoide G2-Phase Topoisomerase entspiralisiert die DNA durch Einzel- und Das vom Lac-Operon entfernte Regulatorgen
dann Schlaufendomaine ... Kontrolle, ob alle Chromosomen richtig verdoppelt wurden —> wenn ja: Doppelstrangbrüche Verdauungsenzyme zerlegen die TRANSKRIPTION codiert die Bildung des Repressorproteins.
Durchführung und
dann die Chromatinfaser Zellteilung; wenn nein: p53-Protein für programmierten Zelltod (=Apoptose) Helikase bricht unter ATP-Verbrauch die Wasserstoffbrückenbindungen Makromoleküle in ihre Einzelbestandteile. Initiationsphase Lactose bindet an das Repressorprotein.
2 Enzyme Beschleunigung chemischer
bei vollständiger Kondensation spricht man von Chromosomen der Basen auf —> Einzelstränge liegen vor —> Replikationsblase bildet DNA-Polymerasen steuern den Aufbau der RNA-Polymerase bindet an Promotor (Promotor enthält TATA-Box) Dadurch ändert sich die Tertiärstruktur des
Reaktionen
sich —> 2 Replikationsgabeln entstehen an den beiden Enden der Blase DNA DNA wird entspiralisiert Repressorproteins und es wird „inaktiviert“.
M-PHASE Einzelstrangbindende-Proteine binden an DNA und stabilisieren die Elongationsphase Das inaktive Repressorprotein kann sich nicht an den Operator anlagern.
Insulin und Glukagon sind an der Regelung
BESTANDTEILE DER DNA ... ist die Phase, in der die Zellteilung stattfindet Einzelstränge 3 Hormone Informationsübertragung Nukleotide werden am 3‘-Ende des vorherigen Nukleotids angeknüpft Dadurch kann sich die RNA-Polymerase an den Promotor anlagern.
der Zuckerkonzentration im Blut beteiligt
Primase synthetisiert RNA-Primer (ca. 10 Nukleotide), da ein freies 3‘-
Chromatinfaser
Zucker (Desoxyribose) Solenoid
Mitose prä-mRNA entsteht Die RNA-Polymerase fährt die Strukturgene des Operons entlang und transkribiert die mRNA.
Phosphatgruppen Schlaufendomaine
... Kondensation des Erbguts und Bildung von zwei identen Kernen mit Ende für den Beginn der Replikation nötig ist Hämoglobin transportiert Sauerstoff im Blut; RNA-Polymerase überdeckt ca. 50 Nukleotide, dann löst sie sich wieder und An den Ribosomen werden die drei für die Verwertung der Lactose nötigen Enzyme hergestellt.
Transport
4 Nukleinbasen Nucleosom
jeweils vollständigem Erbgut; 5 Phasen: Prophase, Prometaphase, Metphase, 4 Transport von Stoffen andere Proteine transportieren Moleküle die DNA spiralisiert wieder
proteine
Elongationsphase
DNA-Doppelhelix
Anaphase, Telophase durch Zellmembranen hindurch Syntheserichtung in 5‘-3’-Richtung Endprodukt-Repression (Tryptophan)
Nukleotid: Phosphatgruppe + Zucker + Base Histon
Cytokinese ... an beiden Einzelsträngen wird gleichzeitig der Tochterstrang synthetisiert Matrizenstrang/codogener Strang wird in 3‘-5’-Richtung abgelesen Das Regulatorgen bewirkt die Bildung des
Nucleosom
Schutz vor Krankheit;
Nukleosid: Zucker + Base Hauptenzym: Enzymkomplex DNA-Polymerase folgt der Topoisomerase Abwehr Immunglobuline (Antikörper) bekämpfen Terminationsphase
H1-Histon
... endgültige Teilung der Zelle, kontraktiler Ring schnürt die Zelle in zwei Repressorproteins.
5 erkennen und binden
Hälften; Ergebnis: zwei identische Tochterzellen und Helikase proteine Bakterien und Viren Termination wird durch den Terminator (eine bestimmte DNA-Sequenz) ausgelöst Tryptophan bindet an das Repressorprotein.
Fremdsubstanzen
DNA-Polymerase synthetisiert nur in 5‘-3‘-Richtung (Tochterstrang) und RNA-Polymerase löst sich von der DNA, prä-mRNA wird freigesetzt Dadurch ändert sich die Tertiärstruktur des
liest die alten Stränge in 3’-5’-Richtung Myosin sorgt gemeinsam mit dem Repressorproteins, es wird „aktiviert“.
M-Kontrollpunkt
In der DNA binden immer die Basen Adenin - Thymin und Cytosin - Guanin beide Tochterstränge werden zeitgleich synthetisiert von der DNA- Strukturprotein Actin für die Kontraktion der Das aktive Repressorprotein bindet an den Operator.
G2-Kontrollpunkt Mitose
zwischen Adenin und Thymin gibt es 2 Wasserstoffbrücken Polymerase Muskulatur. innerhalb von Zellen ist das mRNA-PROZESSIERUNG Die RNA-Polymerase kann nicht mehr an den Promotor binden. Die Strukturgene sind
zwischen Guanin und Cytosin gibt es 3 Wasserstoffbrücken Polymerase synthetisiert 50-100 Nukleotide pro Sekunde Myosin gemeinsam mit den Proteinen Kinesin Die prä-mRNA durchläuft einige Prozesse um ausgeschaltet, es wird keine mRNA hergestellt.
Motor
Leitstrang: wird in 5‘-3‘-Richtung synthetisiert; Folgestrang: wird in 3‘-5‘- 6 Bewegung und Dynein für Bewegungsvorgänge (z. B. das vor abbauenden Enzymen geschützt zu sein
Cytokinese proteine
Richtung synthetisiert (gemeint sind die Tochterstränge) Ausschleusen von Stoffen oder die Bewegung ein besseres Signal zum Anheften ans Ribosom zu haben
Beim Leitstrang wird kontinuierlich in 5‘-3‘-Richtung synthetisiert, der von Zellorganellen) zuständig. Bei Einzellern den Zellkern gut verlassen zu können REGULATION DER GENAKTIVITÄT - EUKARYOTEN
Ausgangsstrang wird in 3‘-5‘-Richtung abgelesen finden sich diese Proteine in Cilien und Mosaikgene durchs Spleißen schaffen zu können Enhancer: verstärken Wirkung des Promotors
Beim Folgestrang wird immer ein neuer Primer gesetzt – Polymerase Geißeln. 5‘-Cap: ein modifiziertes Guanin-Nukleotid wird an das 5’-Ende angehängt Silencer: vermindern Wirkung des Promotors
G1-Kontrollpunkt wandert vom neu gesetzten Primer zurück zum vorherigen Primer, die Poly-A-Schwanz: ca. 50-200 Adenin-Nukleotide werden ans 3‘-Ende angehängt
Durch die Aufnahme von Lichtteilchen Transkriptionsfaktoren (verschiedene Proteine): können an DNA-Bereiche wie Promotoren, Enhancer
Segmente werden Okazaki-Fragmente genannt Aufnahme von Licht, Spleißen: Herausschneiden der Introns (nicht codierenden Stellen), zusammenfügen der Exons
Purinbase Pyrimidinbase Purinbase Pyrimidinbase Rezeptorp aktiviert das Rhodopsin andere Proteine und und Silencer binden und Genexpression regulieren
RNA-Primer müssen nachfolgend entfernt und durch DNA ersetzt 7 Bindung von
roteine löst damit biochemische Reaktionen aus, die Alternatives Spleißen: durch modifizierte Spleißvorgänge können entstehende Proteine variieren
werden – RNase H entfernt RNA-Primer, DNA-Polymerase füllt die Signalproteinen
für den Sehvorgang wichtig sind
Lücken auf, DNA-Ligase verbindet die einzelnen Fragmente TRANSLATION
CHARGAFF REGEL
Speicher ... Übersetzen der Basensequenz in eine Aminosäuresequenz
8 Speicherung von Stoffen Ferritin speichert das Eisen in der Leber. EPIGENETIK
Chargaff fand bei Untersuchungen der DNAheraus, dass… Terminationsphase proteine
KONTROLLPUNKTE ... tRNA “transfer-RNA”: Die Genexpression kann durch äußere Einflüsse reversibel beeinflusst werden. Es gibt drei bekannte
... die Basenzusammensetzung zwischen den Arten variiert ... Beendigung der Replikation
trägt ein Anticodon (komplementär zum Codon an der mRNA) Mechanismen der Epigenetik.
... die Gesamtmenge der Purinbasen (A+T) der Menge der Pyrimidinbasen (C+G) entspricht Replikation endet automatisch, wenn das Ende des Strangs erreicht wird
G1-Kontrollpunkt trägt die dem Codon entsprechende Aminosäure —> Codesonne
überprüft, ob Zelle bereit ist in die S-Phase einzutreten die Telomere am Ende der DNA verkürzen sich bei der Replikation – für
3'-Ende ... findet am 80-S-Ribosom im Cytoplasma statt, mRNA wird eingeklemmt DNA-Methylierung
In menschlicher DNA findet man: überprüft Zellgröße, Nährstoffgehalt, DNA-Integrität die Replikation wird ein freies 3‘-Ende am Folgestrang gebraucht, dieses Proteine bestehen aus Aminosäuren, die miteinander verknüpft sind. Es gibt 20 Aminosäuren,
Aminoacylstelle (A-Stelle) Wenn eine Methylgruppe an ein Cytosin
Je 30% Adenin und Thymin sind diese Vorrausetzungen nicht gegeben, kann die Zelle in die G0-Phase gibt es bei Telomeren nicht, daher verkürzt sich das 5‘-Ende —> DNA wird jede Aminosäure trägt eine Aminogruppe, eine Carboxygruppe, ein H-Atom und eine
Polypeptidstelle (P-Stelle) angehängt wird und ein Guanin folgt, kann
Je 20% Guanin und Cytosin eintreten kürzer und instabiler —> Zusammenhang mit genetischem Altern organische Restgruppe.
Exitstelle (E-Stelle) der Prozess der Transkription nicht mehr stattfinden.
Dipeptid: Verknüpfung von 2 Aminosäuren
“mRNA rückt ein Codon weiter in 5’-Richtung” Histon-Acetylierung
G2-Kontrollpunkt Oligopeptid: Verknüpfung von 2-10 Aminosäuren
Ablauf Wenn Acetylgruppen an die Histone angehängt
ENDEN DER DNA überprüft, ob bei der Replikation alles korrekt repliziert wurde und die Polypeptid: Verknüpfung von mehr als 10 Aminosäuren
5'-Ende 0) Bindung des Startcodons an der A-Stelle werden, liegt das Chromatin lockerer verpackt
Die DNA hat ein 3'-Ende und ein 5'-Ende. Zelle in die M-Phase eintreten darf Protein: Polypeptide mit ca. 100 oder mehr Aminosäuren
1) tRNA mit Startcodon wandert weiter in die P-Stelle vor, da sich die negative Ladung der Histone ver-
Am 3'-Ende befindet sich eine freie OH-Gruppe des Zuckermoleküls. liegen Fehler vor, bleibt die Zelle in der G2-Phase bis die Reparatur 2) in der P-Stelle wird die AS von der tRNA abgekoppelt und auf die wachsende Peptidkette gesetzt
RÄUMLICHER AUFBAU VON PROTEINEN ringert und sich diese von der positiven DNA löst.
Am 5'-Ende befindet sich eine Phosphatgruppe. passiert ist 3) A-Stelle ist frei, die 2. tRNA mit dem entsprechenden Anticodon bindet an die A-Stelle Transkriptionsfaktoren bindensomit besser an die
Primärstruktur 4) in der E-Stelle wird die tRNA aus dem Ribosom entlassen DNA und die Transkription wird verstärkt.
M-Kontrollpunkt 5) Prozess wird fortgesetzt, Polypeptidkette wächst
findet während der Mitose statt Abfolge der einzelnen Aminosäuren microRNAs
DNA vs RNA 6) Prozess wiederholt sich so lange, bis ein Stoppcodon erreicht wird
kontrolliert ob alle Chromosomen richtig an den Spindelapparat Sekundärstruktur microRNAs binden an die mRNA und verhindern
einfache Windungen oder Faltungen (zB. alpha-Helix) 7) durch releasing factor löst sich Peptidkette ab; Esterbindung zwischen somit die Translation der mRNA bzw. markieren die
DNA RNA gebunden wurden und verhindert somit eine Fehlverteilung von diesen
entstehen durch Wasserstoffbrücken innerhalb der AS-Kette tRNA und Peptid wird hydrolytisch gespalten mRNA als bereit zum Abbau durch Enzyme.
Aufbau Doppelhelix Einzelhelix Tertiärstruktur 8) Ribosom zerfällt in kleine und große Untereinheit, mRNA und Polypeptidkette
FEHLER BEI DER REPLIKATION 9) Proteine müssen noch in 3D-Struktur gefaltet werden
charakteristische, unregelmäßige Auffaltungen Die Aminoacyl-tRNA-Synthetase ist das Epigenom: typisches Muster von Methyl- und Acetylgruppen auf der DNA-Doppelhelix bzw. den
Base Thymin Uracil Wenn ein Fehler in der Replikation passiert, wird dieser Fehler an alle Enzym, welches die Aminosäure auf die
Auffaltung passiert durch die Anziehung von AS-Resten jeweilige tRNA setzt. Die mit der AS beladene
Histonen, das die Genexpression der Zellebestimmt
folgenden Generationen weitergegeben, es entsteht eine Mutation. für Funktion wichtige Strukturen entstehen (Schlüssel-Schloss-Prinzip)
tRNA kann danach zum Ribosom wandern
Zucker Desoxyribose Ribose und für die Translation verwendet werden.
Imprinting: genomische Prägung der Zygote (=Zelle nach Verschmelzung von Samen- und Eizelle), kein
Daher wird die Replikation genau überwacht. Die DNA-Polymerase hat eine bei Denaturierung: diese speziellen Strukturen gehen verloren - Funktionsverlust „unbeschriebenes Blatt“ oder „tabula rasa“, manche der Markierungen werden vererbt
Korrekturlesefunktion (proof-reading-function), außerdem gibt es den G2- Quartärstruktur
Kontrollpunkt. So entsteht ca. 1 Fehler pro 1 Milliarde kopierter Nukleotide. manchmal bilden mehrere Proteine eine funktionsfähige Einheit Telomere: sich vielfach wiederholende Sequenzen/ sie binden Proteine und bilden Schutzkappen,
DNA RNA (zB. Hämoglobin) somit kein Verkleben der Chromosomen und richtige Trennung bei der Zellteilung/ sie verhindern, dass
Gene verloren gehen / nur der Leitstrang kann vollständig kopiert werden,der Folgestrang hat Primer,
wird nicht kopiert / mit jeder Zellteilung wird das Chromosom um ca. 100 Basenpaare kürzer, nach ca.
25 Teilungen sind sie verbraucht, Zelle kann sich dann nicht mehr teilen, Wachstumsstopp oder Tod
