DNA Replikation ist semikonservativ. Abb. aus Stryer (5th Ed.)

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1 DNA Replikation ist semikonservativ

2 Entwindung der DNA-Doppelhelix durch eine Helikase

3 Replikationsgabel Eltern-DNA

4 Beide DNA-Stränge werden in 5 3 Richtung synthetisiert

5 DNA-Polymerasen katalysieren die DNA-Synthese

6 DNA-Polymerasen benötigen eine DNA-Matrize

7 DNA-Polymerasen benötigen ein kurzes RNA-Stück als Primer (RNA-Polymerase)

8 DNA Replikation Kontinuierliche Synthese Diskontinuierliche Synthese Leitstrang Folgestrang

9 DNA Polymerasen Katalysieren die Verlängerung einer Polynukleotidkette Synthese des neuen Stranges in 5 3 Deoxy-Nukleotidtriphosphate (datp, dctp, dgtp, dttp) DNA-Matrize (Templat) Metallionen (Mg 2+ )

10 Katalytische Zentrum der DNA Polymerase I von E.coli Klenow Fragment der DNA Pol I

11 DNA Polymerase III (Molekulargewicht ca Da) β2 Untereinheiten von PolIII (umklammeren die dsdna hohe Prozessivität )

12 Pol I Pol III Katalyse: 10 NTP pro Sek. Prozessivität ca. 20 Katalyse: 1000 NTP pro Sek. Prozessivität ca. > 1000

13 Exonuclease Aktivität Pol I Pol III 3 5 (Proofreading) 5 3 (Proofreading) 5 3 (Entfernen des RNA- Primer am Folgestrang)

14 Korrektur von Replikations-Fehlern

15 Proofreading (Korrekturlesen)

16 Genauigkeit der Replikation (Fidelity) ca. 1 Fehler pro10 10 Nukleotide

17 Chemische Mutagenese HNO 3 Cytosin Adenin Hypoxanthin

18 Mutation durch UV - Licht

19 DNA Reparatursysteme

20 Reparatur durch Austausch von Nukleotiden oder der Base

21 DNA Rekombination

22

23

24 Nukleinsäuren RNA

25 Typen von RNA Messenger RNA (mrna) Ribosomale RNA (rrna) Transfer RNA (trna) Small nuclear RNA (snrna) Codiert Proteine, d.h. die RNA Sequenz determiniert die Aminosäure-Sequenz bei der Protein Synthese am Ribosom Bestandteil des Ribosoms Liefert dem Ribosom aktivierte Aminosäuren Spleissen der mrna (nur in Eukaryoten)

26 Größe und relative Menge von RNA- Molekülen in E.coli

27 Bei der RNA-Synthese entsteht ein einzelsträngiges RNA-Molekül. Innerhalb eines RNA-Moleküls können sich aber doppelsträngige Bereiche bilden.

28 RNA Moleküle zeigen eine Vielfalt unterschiedlicher 3D-Strukturen

29 RNA-Synthese (Transkription von DNA) RNA-Polymerase - Synthese erfolgt in 5 3 Richtung - DNA-Templat wird kopiert - Ribonukleotid-triphosphate (NTP: ATP, GTP, UTP, CTP) -Mg 2+ Ionen - Interaktion mit Aktivator oder Repressor Proteinen reguliert die Transkription

30 Transkription mrna Templat DNA-Strang Kodierende DNA-Strang

31 RNA-Polymerasen müssen die DNA-Doppelhelix entwinden

32 RNA-Synthese

33 RNA-Polymerasen bestehen aus mehreren Untereinheiten

34 Katalytische Zentrum der RNA-Polymerase

35 Eukaryotische Zellen haben drei verschiedene RNA-Polymerasen RNA-Polymerase Transkript I 18S u. 28S rrna II mrna u. snrna III trna u. 5S rrna

36 Transkriptions-Start erfolgt durch Bindung der RNA-Polymerase an einen Promotor σ Untereinheit der RNA- Polymerase erkennt und bindet spezifisch an die Pribnow Box

37 Prokaryotische Promotor-Sequenzen

38 Transkriptions-Initiation in Eukaryoten

39 An der Transkriptions- Initiation in Eukaryoten sind mehrere Transkriptionsfaktoren beteiligt, z.b. Für RNA-Pol. II: TFIIA, B, D, E, F

40 Posttranskriptionale RNA-Prozessierung Spaltung + Modifikation G Q Spleissen + Editing U UUU

41 Prozessierung einer prä-trna

42 Modifizierte RNA-Nukleoside

43 Modifizierte RNA - Nukleoside Queuosin

44 Eukaryotische messenger-rna Cap-Nukleotid am 5 -Ende Polyadenylierung am 3 -Ende u.u. nicht-codierende Bereiche (Introns)

45 Spleißen von prä-mrna Viele Protein-codierende Gene in Eukaryoten sind durch nicht-codierende Abschnitte (Introns) unterbrochen. Beim Spleißen werden die Introns entfernt und die codiernde Abschnitte (Exons) verknüpft. Transkription Addition vom Cap und Poly(A)-Schwanz Primär-Transkript (prä-mrna) Spleißen

46 Spleißen von prä-mrna Im Kern von eukaryotischen Zellen Spleißosom erkennt die Introns und katalysiert die Spleißreaktion Das Spleißosom besteht aus ca. 100 verschiedenen Proteinen und 5 snrnas

47 Das Spleißosom Die snrnas und die meisten Proteine bilden stabile Ribonukleoprotein- Komplexe, die snrnps (small nuclear ribonucleoprotein particle) Für jede Spleißreaktion muss das Spleißosom neu gebildet werden

48 Das Spleißosom U1 snrnp SR SF1/ mbbp U2AF 35 EXON 1 U2AF 65 EXON 2 U1 snrnp U2 snrnp EXON 1 EXON 2 U1 snrnp EXON 1 U4/U6.U5 snrnp U2 snrnp EXON 2 U4 U6 U2 U1 U5 EXON 1 EXON 2 EXON 1 Py AG EXON 2 GUAUGU UACUAAC pre-mrna Intron-Lariat + EXON 1 EXON 2 mrna

49 Erkennung der 5 -Spleiß- Stelle durch das U1 snrnp

50 Das Spleißen von prä-mrna erfolgt in zwei Schritten

51 Alternatives Spleißen erhöht die Zahl möglicher Proteinprodukte

52 Selbst-spleißende Introns Erstmals entdeckt für eine prä-rrna in Tetrahymena

53 Struktur einer selbst-spleißenden RNA

54 Mechanismus des Spleißens in einer selbst-spleißenden RNA 1. Bindung eines Guanosin-Nukleosids

55 Mechanismus des Spleißens in einer selbst-spleißenden RNA 2. Durch nukleophilen Angriff der 3 -OH des Guanosins wird die Phosphodiester-Bindung an der 5 -Spleißstelle gespalten

56 Mechanismus des Spleißens in einer selbst-spleißenden RNA 3. Die nun freie 3 -OH Gruppe des 5 -Exons kann die Phosphodiester-Bindung an der 3 -Spleißstelle nukleophil angreifen, spalten und somit die beiden Exons verbinden

57 Selbst-spleißende RNAs Introns der Gruppe I im Zellkern, sowie in den Mitochondrien und Chloroplasten verschiedener Eukaryoten (aber nicht in Wirbeltieren) Introns der Gruppe II in den Mitochondrien und Chloroplasten von Pilzen und Pflanzen

58 Vergleich der Spleiß-Mechanismen

59 RNA - Welt RNA kann komplizierte 3D-Strukturen ausbilden (RNA-Faltung) und spezifisch kleine Moleküle binden RNA besitzt katalytische Aktivität RNAs waren die ursprünglichen Katalysatoren in der prä-zellulären Zeit

Posttranskriptionale RNA-Prozessierung

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