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1 Übertragung der Information von DNA auf RNA - Transkription von RNA auf Protein - Translation Übertragung der Information vom Gen auf Protein 05_10_Genes_info.jpg 1

2 Figure 6-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 6-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 2

3 Transkription Chemische Unterschiede zwischen DNA und RNA 07_03_RNA _v_dna.jpg 3

4 A - U Basenpaar in RNA Figure 6-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Sekundärstruktur einer RNA Figure 6-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 4

5 Transkription der DNA in RNA Figure 6-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) RNA wird am nicht kodierenden (hier 3-5 Strang synthetisiert (5 ) CGCTATGGCGTTT (3 ) (3 ) GCGATACCGCAAA (5 ) Kodierender Strang coding strand + Strang sense Strang Non-template strand Nicht-codierender Strang noncoding strand - Strang Antisense Strang Matritzenstrang, template strand (5 ) CGCUAUGGCGUUU (3 ) RNA-Transkript 5

6 Verschiedene Arten von zellulärer RNA Table 6-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Tausende Gene dafür bereits entdeckt! Negative Regulation der Expression durch RNAs FROM: Short interfering RNAs as a tool for cancer gene therapy Marta Izquierdo Nature: Cancer gene therapy Major steps on the biogenesis and mechanism of action of sirnas and mirnas. (a) The sirna pathway: long dsrnas are cleaved by Dicer into sirnas in an ATP-dependent reaction. Incorporation of sirnas into RISC follows, and unwinding of the dsrnas requires ATP. Once unwound, the single-stranded antisense strand guides RISC to mrnas having a complementary sequence and results in the endonucleolytic cleavage of the target mrnas. (b) The mirna pathway: long primary mirna transcripts are cleaved by Drosha RNaseIII to nt stem loop precursors (hairpin precursors), and are transported to the cytoplasm where Dicer chops the loop out to give the mature mirnas. The next step is common to sirnas, and once incorporated into RISC, mirnas will repress productive translation by pairing to partial complementary sites residing at the 3'-UTR terminus of target mrnas. 6

7 RNA Polymerasen Table 6-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Mechanismus der Transkription durch RNA- Polymerase 07_07_RNApolymer.jpg 7

8 Figure 6-8b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Subunit Architecture and Functional Modular Rearrangements of the Transcriptional Mediator Complex Kuang-Lei Tsai,1 Chieri Tomomori-Sato,2 Shigeo Sato,2 Ronald C. Conaway,2,3 Joan W. Conaway,2,3 and Francisco J. Asturias Cell 157, , June 5,

9 EM-Aufnahme 07_08_Transcript_EM.jpg der Transkription von zwei aufeinanderfolgenden Genen 9

10 Transkription eines bakteriellen Gens 07_09_1_bacterial gene.jpg Siehe auch ab 5:30 min https://www.youtube.com /watch?v=vqjkdgprcni 07_09_2_bacterial Start- und Stopsignale der gene.jpg Transkription bei Bakterien https://www.youtube.com/watch?v=wsofh466lqk 10

11 Transkription eines Abschnittes der bakteriellen DNA Figure 6-14 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 07_11_pores.nuc.envl.jpg Zellkern mit Kernporen 11

12 Unterschiede bakterielle/eukaryontische mrna polycistronisch Figure 6-22a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Cap-Struktur eukaryontischer mrnas Figure 6-22b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 12

13 Vergleich bakterielles/eukaryontisches 07_13_Eucar_v_bact.jpg Gen Ausnahme: Histongencluster (5 Gene, keine Introns, kein Poly A Ende) Exons und Introns in zwei menschlichen Genen Figure 6-25 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Ende der 5 Dst

14 Sequenzen am Beginn und am Ende 07_15_end_intron.jpg eines Introns Spleissen der RNA 07_16_RNA_chain.jpg Sieh auch: https://www.youtube.com/watch?v=fvuawbgw_pq Verzweigung der RNA beim Spleissen 14

15 Alternatives Spleissen eines Gens Figure 6-27 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 07_20_Pro_v_Eucar.jpg Vergleich der eukaryontischen und der prokaryontischen Expression 15

16 07_19_export_cytop.jpg RNA Export Regulation der Transkription 16

17 Verschiedene Expression einzelner Gene Regulation der eukaryontischen Genexpression 17

18 Struktur der DNA im Kern Der DNA Doppelstrang wird zu Chromatin verpackt Histone + DNA bilden Nucleosome Nucleosome bilden Chromatin Fiber Chromatin Fiber wird weiter verpackt zum Chromosom 18

19 Modifikationen von Aminosäuren in Histonen und Methylierung von DNA (Cytosin) beieinflussen die Genexpression = EPIGENETIK HISTON Methylierung Acetylierung Phosphorylierung DNA (Cytosin) Methylierung Figure 4-44b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 19

20 Histon-Modifizierungen regulieren die Zugänglichkeit und damit die Transkription (Expression) von Genen. Regulation der eukaryontischen Genexpression 20

21 Wechselwirkung zwischen Genregulatorprotein (Transkriptionsfaktoren) und DNA 08_04_gene.reg.prot.jpg DNA Doppelhelix 21

22 DNA-Bindungsmotive in Regulatorproteinen Basic Helix-loop-helix (bhlh) Proteins Homeodomäne Proteine Zinkfinger Leucin Zipper Regulation eines Operons in Bakterien Figure 7-34 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 22

23 Genkontrolle durch Repressorproteine Figure 7-35 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Tryptophan Repressor: Strukturänderung Figure 7-36 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Helix-turn-helix 23

24 Genkontrolle durch Aktivatorproteine 08_08_activator.prot.jpg Lac-Operon E. Coli LacZ gene: ß-Galactosidase lactose galactose + glucose CAP: Catabolic activator protein zyklisches AMP (camp) 24

25 Lac-Operon E. Coli 1961 von François Jacob und Jacques Monod erforscht, 1965 Nobelpreis dafür erhalten Figure 7-39 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Transkription eines eukaryontischen Gens Figure 6-16 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 25

26 Interaktion des TATA-Box Bindungsproteins mit der TATA-Box Figure 6-18 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Genaktivierung durch Enhancer Figure 6-19 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 26

27 Genaktivierung bei Bakterien und Eukaryonten Mehrere regulatorische Sequenzen wirken auf ein Gen 08_15_Reg. proteins.jpg + mehrere Gene interagieren miteinander im Kern 27

28 Enhancher können auch in der 3 UTR liegen Siehe auch Superenhancers Figure 7-60 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 7-74 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 28

29 Woher kommen die Signale, die die Bindung von Transkriptionsfaktoren an Enhancer veranlassen? Signal transduction pathways Signalübertragung von außerhalb der Zelle durch die Membrane, durch das Zytoplasma und die Kernporen bis zur DNA Bildnachweis: GW _22_cell.types.jpg 29

30 EM-Aufnahme 07_08_Transcript_EM.jpg der Transkription von zwei aufeinanderfolgenden Genen Auf welcher Seite dieser Gene liegt die Promoterregion? 30

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