Vom Gen zum Merkmal
Nukleinsäuren
- Der kleinste Baustein, das Nukleotid, besteht aus einer Einheit Zuckermolekül, einem
Phosphatmolekül und einer Nukleinbase
- Die Nukleotide werden zu einem Polynukleotidstrang verbunden
- Die Basensequenz innerhlab des Strangs codiert die genetische Information; Je nach
Leserichtung (5S nach 3S oder 3S nach 5S) ergibt sich eine andere Information
Nukleotid der DNA Nukleotid der RNA
Phosphat vorhanden vorhanden
Zucker Desoxyribose Ribose
Nukleinbase Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin Adenin, Uracil, Guanin, Cytosin
Aufbau der DNA Aufbau der RNA
Zwei antiparallele Polynukleotidstränge die Einzelsträngig
eine Doppelhelix bilden
Komplementäre Basenpaarung von Thymin Komplementäre Basenpaarung von Uracil
mit Adenin und Guanin mit Cytosin mit Adenin und Guanin mit Cytosin
Bindung durch Wasserstoffbrücken Bindung durch Wasserstoffbrücken
- Chromosomen der Eukaryoten werden aus DNA und Proteinen gebildet als
„Verpackungsform“
- Nur einer der Stränge enthält die Information, die die DNA ausmacht
Replikation
Identische Verdopplung der DNA; an jedem der beiden Polynukleotidstränge des DNA-
Moleküls entsteht dabei ein neuer Strang; es handelt sich dementsprechend um eine
semikonservative Verdopplung
Ablauf:
- Die DNA wird entspiralisiert
- Die Spaltung beginnt am Replikationsursprung in beide Richtungen, sodass die
Replikationsblase entsteht
- Diese wird durch das Enzym Helicase erweitert, dass die Wasserstoffbrücken bricht
- Einzelstrangbindende Proteine verhindern die Wiederverbindung beider Stränge
- Das Enzym DNA-Polymerase synthetisiert ausgehend von Primern neue
komplementäre Stränge unter Verwendung freier Nukleotide
- Am Leitstrang kann der neue Strang kontinuierlich durch die Polymerase am 3S-Ende
beginnend in 5S nach 3S Richtung synthetisiert werden
- Am Folgestrang wird der Strang diskontinuierlich anhand von Okazaki-Fragmenten
durch die Polymerase synthetisiert
Die Synthese ist simultan, semikonservativ und semidiskontinuierlich
Eigenschaften des genetischen Codes
- Lesen von 5S nach 3S
- Triplett-Code
- Kommafrei und nicht-überlappend
- Degeneriert
- Universell
, Proteinbiosynthese
Transkription Transkriptionsfaktoren bilden Anknüpfpunkt bei Eukaryoten
RNA-Polymerase bindet an die Promotor-Region
RNA-Polymerase entwindet und öffnet den Doppelstrang
Liest den codogenen Strang (3S nach 5S) ab
Freie RNA-Nucleotide lagern sich nach Komplementaritätsregel an
Es ergibt sich ein mRNA-Einzelstrang, bei Eukaryoten prä-mRNA
Prozessierung Anhängen des Poly-A-Schwanz als Abbauschutz am 3S-Ende
bei Eukaryoten Aufsetzen einer Kappe als Abbauschutz am 5S-Ende
Entfernen der Introns und Bindung der Exons
Alternatives Spleißen: Andere Reihenfolge der Exons
AS dient der Erhöhung der Proteinvielfalt
Translation mRNA wird durch tRNA und Ribosomen in Aminosäuren übersetzt
tRNA besitzt Anticodon zur Bindung an die mRNA
Am 3S-Ende der tRNA ist eine Bindestelle für spezifische Aminosäuren
Kleine Ribosomuntereinheit und Start-tRNA binden an die Kappe
Wandern bis zum Startcodon AUG wo die große Untereinheit anlagert
Start tRNA befindet sich an der P-Stelle des Ribosoms
A-Stelle ist bereit eine neue tRNA aufzunehmen
Codonerkennung: An der P-Stelle ist eine tRNA mit wachsender
Peptidkette; neue tRNA bindet an die A-Stelle, indem ihr Anticodon die
Basenpaarung mit der mRNA eingeht
Peptidbindung: Das Ribosom katalysiert eine Peptidbindung von der
wachsenden Peptidkette und der neuen Aminosäure an der A-Stelle;
Polypeptid trennt sich von der tRNA und hängt nun an der tRNA an der
A-Stelle
Verschiebung: Das Ribosom rückt weiter um ein Codon; die entladene
tRNA wird auf der E-Stelle verschoben und löst sich ab; tRNA mit
Polypeptidkette befindet sich auf der P-Stelle und A-Stelle ist bereit für
neue tRNA
Wenn die A-Stelle ein Stoppcodon erreicht, bindet ein Freisetzungsfaktor
Die Peptidkette löst sich ab und nimmt die Raumstruktur ein
Der Ribosom-mRNA-Komplex zerfällt
Mehrere Ribosomen, die eine mRNA gleichzeitig bearbeiten nennt man Polysom
Vergleich der Proteinbiosynthese bei Eukaryoten und Prokaryoten
Prokaryoten Eukaryoten
DNA-Codierung Nur codogene Bereiche Nicht-codogene Bereiche vorhanden
Transkription Im Zellplasma Im Zellkern
Promotor Einer für mehrere Strukturgene Einer für jedes Gen
Translation Im Zellplasma Im Zellplasma
Ablauf der Am gleichen Ort; Beginn der Räumlich getrennt und
Teilschritte Translation vor dem Ende der nacheinander
Translation
Prozessierung keine Anfügen von Poly-A-Schwanz und
Kappe; Spleißen
Existenzdauer Kurzlebig, meist kürzer als 2 Langlebig
der mRNA Minuten
Nukleinsäuren
- Der kleinste Baustein, das Nukleotid, besteht aus einer Einheit Zuckermolekül, einem
Phosphatmolekül und einer Nukleinbase
- Die Nukleotide werden zu einem Polynukleotidstrang verbunden
- Die Basensequenz innerhlab des Strangs codiert die genetische Information; Je nach
Leserichtung (5S nach 3S oder 3S nach 5S) ergibt sich eine andere Information
Nukleotid der DNA Nukleotid der RNA
Phosphat vorhanden vorhanden
Zucker Desoxyribose Ribose
Nukleinbase Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin Adenin, Uracil, Guanin, Cytosin
Aufbau der DNA Aufbau der RNA
Zwei antiparallele Polynukleotidstränge die Einzelsträngig
eine Doppelhelix bilden
Komplementäre Basenpaarung von Thymin Komplementäre Basenpaarung von Uracil
mit Adenin und Guanin mit Cytosin mit Adenin und Guanin mit Cytosin
Bindung durch Wasserstoffbrücken Bindung durch Wasserstoffbrücken
- Chromosomen der Eukaryoten werden aus DNA und Proteinen gebildet als
„Verpackungsform“
- Nur einer der Stränge enthält die Information, die die DNA ausmacht
Replikation
Identische Verdopplung der DNA; an jedem der beiden Polynukleotidstränge des DNA-
Moleküls entsteht dabei ein neuer Strang; es handelt sich dementsprechend um eine
semikonservative Verdopplung
Ablauf:
- Die DNA wird entspiralisiert
- Die Spaltung beginnt am Replikationsursprung in beide Richtungen, sodass die
Replikationsblase entsteht
- Diese wird durch das Enzym Helicase erweitert, dass die Wasserstoffbrücken bricht
- Einzelstrangbindende Proteine verhindern die Wiederverbindung beider Stränge
- Das Enzym DNA-Polymerase synthetisiert ausgehend von Primern neue
komplementäre Stränge unter Verwendung freier Nukleotide
- Am Leitstrang kann der neue Strang kontinuierlich durch die Polymerase am 3S-Ende
beginnend in 5S nach 3S Richtung synthetisiert werden
- Am Folgestrang wird der Strang diskontinuierlich anhand von Okazaki-Fragmenten
durch die Polymerase synthetisiert
Die Synthese ist simultan, semikonservativ und semidiskontinuierlich
Eigenschaften des genetischen Codes
- Lesen von 5S nach 3S
- Triplett-Code
- Kommafrei und nicht-überlappend
- Degeneriert
- Universell
, Proteinbiosynthese
Transkription Transkriptionsfaktoren bilden Anknüpfpunkt bei Eukaryoten
RNA-Polymerase bindet an die Promotor-Region
RNA-Polymerase entwindet und öffnet den Doppelstrang
Liest den codogenen Strang (3S nach 5S) ab
Freie RNA-Nucleotide lagern sich nach Komplementaritätsregel an
Es ergibt sich ein mRNA-Einzelstrang, bei Eukaryoten prä-mRNA
Prozessierung Anhängen des Poly-A-Schwanz als Abbauschutz am 3S-Ende
bei Eukaryoten Aufsetzen einer Kappe als Abbauschutz am 5S-Ende
Entfernen der Introns und Bindung der Exons
Alternatives Spleißen: Andere Reihenfolge der Exons
AS dient der Erhöhung der Proteinvielfalt
Translation mRNA wird durch tRNA und Ribosomen in Aminosäuren übersetzt
tRNA besitzt Anticodon zur Bindung an die mRNA
Am 3S-Ende der tRNA ist eine Bindestelle für spezifische Aminosäuren
Kleine Ribosomuntereinheit und Start-tRNA binden an die Kappe
Wandern bis zum Startcodon AUG wo die große Untereinheit anlagert
Start tRNA befindet sich an der P-Stelle des Ribosoms
A-Stelle ist bereit eine neue tRNA aufzunehmen
Codonerkennung: An der P-Stelle ist eine tRNA mit wachsender
Peptidkette; neue tRNA bindet an die A-Stelle, indem ihr Anticodon die
Basenpaarung mit der mRNA eingeht
Peptidbindung: Das Ribosom katalysiert eine Peptidbindung von der
wachsenden Peptidkette und der neuen Aminosäure an der A-Stelle;
Polypeptid trennt sich von der tRNA und hängt nun an der tRNA an der
A-Stelle
Verschiebung: Das Ribosom rückt weiter um ein Codon; die entladene
tRNA wird auf der E-Stelle verschoben und löst sich ab; tRNA mit
Polypeptidkette befindet sich auf der P-Stelle und A-Stelle ist bereit für
neue tRNA
Wenn die A-Stelle ein Stoppcodon erreicht, bindet ein Freisetzungsfaktor
Die Peptidkette löst sich ab und nimmt die Raumstruktur ein
Der Ribosom-mRNA-Komplex zerfällt
Mehrere Ribosomen, die eine mRNA gleichzeitig bearbeiten nennt man Polysom
Vergleich der Proteinbiosynthese bei Eukaryoten und Prokaryoten
Prokaryoten Eukaryoten
DNA-Codierung Nur codogene Bereiche Nicht-codogene Bereiche vorhanden
Transkription Im Zellplasma Im Zellkern
Promotor Einer für mehrere Strukturgene Einer für jedes Gen
Translation Im Zellplasma Im Zellplasma
Ablauf der Am gleichen Ort; Beginn der Räumlich getrennt und
Teilschritte Translation vor dem Ende der nacheinander
Translation
Prozessierung keine Anfügen von Poly-A-Schwanz und
Kappe; Spleißen
Existenzdauer Kurzlebig, meist kürzer als 2 Langlebig
der mRNA Minuten
