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1 Dr. Jens Kurreck Otto-Hahn-Bau, Thielallee 63, Raum 029 Tel.:

2 Prinzipien genetischer Informationsübertragung Berg, Tymoczko, Stryer: Biochemie 5. Auflage, Kapitel 5 Nelson, Cox: Lehninger Biochemie 3. Auflage, Teil IV.

3 DNA ist Träger der genetischen Information Pnemokokken mit Polysaccharidkapsel sind für eine Maus tödlich Pnemokokken ohne Polysaccharidkapsel sind für eine Maus unschädlich Hitzeinaktivierte Pneumokokken mit Polysaccharidkapsel sind ebenfalls unschädlich

4 DNA ist Träger der genetischen Information Gibt man hitzinaktivierte, virulente Bakterien zu lebenden nicht-virulenten Bakterien, so stirbt die Maus. Es muss einen Transformationsfaktor geben, der die avirulenten Bakterien virulent werden lässt (Frederick Griffith).

5 DNA ist Träger der genetischen Information Avery, MacLeod und McCarty identifizierten den transformierenden Faktor: Isoliert man DNA aus hitzeinaktivierten virulenten Bakterien und gibt sie zu avirulenten Bakterien, so entstehen virulente Bakterien.

6 DNA ist Träger der genetischen Information Hershey und Chase bestätigten die Ergebnisse: Im Bakteriophagen T2 wurden entweder die DNA mit 32 P oder die Proteine mit 35 S markiert. Infiziert man Bakterien mit den Phagen, die dann wieder entfernt werden, so verbleibt nur in dem Ansatz mit 32 P-markierten Phagen Radioaktivität im Bakterium, die genetische Information wurde mit der DNA weitergegeben.

7 Weitergabe der genetischen Information: Semikonservative Replikation 14 N und 15 N-markierte DNA-Stränge lassen sich in der Dichtegradientenzentrifugation trennen. E. coli Bakterien wurden zunächst in Medium mit 15 N wachsen gelassen und dann in Medium mit 14 N überführt.

8 Weitergabe der genetischen Information: Semikonservative Replikation Generation 0: 1 Bande bei 15 N Generation 1: 1 Bande zwischen 15 N und 14 N Generation 2: 2 Banden, zwischen 15 N und 14 N und bei 14 N

9 Weitergabe der genetischen Information: Semikonservative Replikation Interpretation der Experimente von Meselson und Stahl: In der Generation 0 lag nur 15 N DNA vor In der Generation 1 lagen Hybride vor: 1 Strang 14 N, 1 Strang 15 N In der Generation 2 liegen Hybride und reine 14 N DNA- Doppelhelices vor.

10 Weitergabe der genetischen Information: Semikonservative Replikation Die Weitergabe der genetischen Information erfolgt durch semikonservative Replikation: Jeder Strang einer DNA dient als Matrize eines neuen Stranges Jede neu entstandene DNA- Doppelhelix enthält einen alten und einen neuen Strang

11 DNA Polymerasen Die DNA-Replikation erfolgt durch DNA Polymerasen DNA-Polymerasen katalysieren die Addition von Desoxynukleotideinheiten an eine DNA Kette Der neue Strang wird in 5 3 Richtung an einer bereits existierenden Matrize gebildet.

12 DNA Polymerasen Nukleophiler Angriff der 3 OH-Gruppe auf das innerste Phosphats eines dntps Knüpfung einer Phosphodiesterbindung unter Freisetzung von Pyrophosphat, das hydrolysiert wird.

13 Genexpression Genexpression: Umsetzung der in der DNA enthaltenen Information in funktionale Moleküle Hierbei spielen verschiedene RNAs eine Rolle

14 RNA Polymerasen Zellluläre RNAs werden von RNA-Polymerasen synthetisiert Die Synthese von RNA anhand einer DNA-Vorlage wird als Transkription bezeichnet. Struktur der RNA Polymerase

15 Transkriptionsmechnismus Die Transkription einer RNA von DNA ähnelt der DNA Replikation: Die Reaktion erfolgt matrizenabhängig Synthese verläuft in 5 3 Richtung Die 3 OH Gruppe greift das innerste Phosphat des neuen Nukleotids nukleophil an.

16 Matrizenstrang und kodierender Strang Die mrna ist komplementär zum Matrizenstrang. Die Sequenz der mrna entspricht der Sequenz des kodierenden Stranges, nur ist T durch U ersetzt.

17 Proteinsynthese Die Biosynthese der Proteine wird als Translation bezeichnet Die mrna fungiert als Matrize für den Polypeptidstrang Der Adapter, der Aminosäuren zur Matrize transportiert ist die transfer RNA (trna) Struktur der Phenylalanin trna

18 Aminoacyl trna Das 3 Ende der trna wird mit der Aminosäure verknüpft Es entsteht die Aminoacyl trna

19 Codon / Anticodon-Wechselwirkung Die trna erkennt die Matrize über eine Sequenz von drei Basen, das Anticodon Das Anticodon ist komplementär zu drei Basen der mrna, dem Codon

20 Der genetische Code Drei Nukleotide kodieren eine Aminosäure Der Code ist nicht überlappend Die Sequenz wird fortlaufend ohne Zeichensetzung abgelesen Der genetische Code ist degeneriert: 64 mögliche Codons kodieren für 20 Aminosäuren

21 Der genetische Code

22 Das zentrale Dogma der Molekularbiologie Replikation: Verdoppelung der DNA Fluss der genetischen Information von der DNA über die RNA zum Protein: Transkription: In der DNA kodierte Information wird in RNA umgeschrieben Translation: In der mrna enthaltene genetische Botschaft wird in Aminosäuresequenz umgesetzt.

23 Reverse Transkription Bei einigen Viren ist die genetische Information nicht in der DNA, sondern in der RNA gespeichert Eine Klasse der RNA-Viren sind Retroviren, bei denen die RNA mittels der reversen Transkriptase in RNA umgeschrieben wird.

24 Retroviren Retroviren (z. B. HIV) besitzen RNA-Genome Nach Infektion der Wirtszelle wird die RNA in virale DNA umgeschrieben und anschließend in das Wirtsgenom integriert.

25 Erweiterung des zentralen Dogmas Die Entdeckung, dass einige Viren eine RNA als Matrize zur Synthese von RNA und DNA nutzen, machte eine Erweiterung des zentralen Dogmas der Molekularbiologie notwendig.

26 Fluss der genetischen Information Traditionelle Sichtweise: Information DNA RNA Protein Biokatalyse

27 Katalytisch aktive RNA Moleküle Einige RNA Moleküle katalysieren Reaktionen, beispielsweise die Verknüpfung zweier Exons.

28 Ribozyme Ribozyme sind katalytisch aktive Nukleinsäuremoleküle. Für die Entdeckung von Ribozymen wurden T. Cech und S. Altman 1989 mit dem Chemie-Nobelpreis geehrt.

29 Paradigmenwechsel Neue Sichtweise: Information DNA Protein Biokatalyse

30 RNA Welt Hypothese Hypothese, der zufolge RNA das dominierender Molekül in der Frühphase der Evolution war. RNA konnte Information speichern und replizieren. Später entstand die von DNA und Proteinen dominierte Welt.

31 Prinzipien genetischer Informationsübertragung DNA ist der Träger der vererbbaren genetischen Information Die Weitergabe der genetischen Information geschieht über semikonservative Replikation DNA Polymerase katalysieren die matrizenabhängige Synthese neuer DNA Stränge RNA Polymerase transkribieren die zellulären RNAs trnas transferieren bei der Proteinbiosynthese (Translation) Aminosäuren zur mrna Das zentrale Dogma der Molekularbiologie kennt Ausnahmen

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