Eukaryotische messenger-rna

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

2 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

3 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

4 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

5 Das Spleißosom U4/U6.U5 snrnp U2 snrnp U2 snrnp

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

7 Das Spleißen von prä-mrna erfolgt in zwei Schritten

8 Alternatives Spleißen erhöht die Zahl möglicher Proteinprodukte

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

10 Struktur einer selbst-spleißenden RNA

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

12 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

13 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

14 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

15 Vergleich der Spleiß-Mechanismen

16 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

17 Translation (Protein-Synthese) Basen-Sequenz der mrna AS1 AS2 AS3 AS4 Aminosäure-Sequenz des Proteins

18 Genetische Code Basen-Triplett codiert für eine Aminosäure oder Stop 64 Codons 60 für Aminosäuren 3 für Stop 1 Methionin-Codon ist immer das Start-Codon

19

20 Für die Protein-Biosynthese werden die Aminosäuren an trnas gebunden Die mrna Codons werden durch komplementäre trna Anticodons erkannt

21 Manche trnas erkennen mehr als ein Codon (Wobble-Basenpaarung)

22 Bei der Protein-Biosynthese ist die wachsende Polypeptidkette immer an eine trna gebunden

23 Struktur der trnas

24

25 Aminoacyl-tRNA Synthetasen aktivieren Aminosäuren durch Bindung an trna Aminosäure + trna + ATP Aminoacyl-Adenylat + trna + PP Aminoacyl-tRNA + AMP + PP

26 Schritte der trna- Aminoacylierung

27 Es gibt 20 verschiedene Aminoacyl-tRNA Synthetasen GlutaminyltRNA-Synthetase

28 Die meisten Aminoacyl-tRNA Synthetasen haben einen Korrekturlese-Mechanismus (proofreading)

29 Translation und Polypeptid-Synthese finden am Ribosom statt. Mehrere Ribosomen Können gleichzeitig eine mrna translatieren: POLYRIBOSOM bzw. POLYSOM

30 Ribosomen bestehen aus einer großen und einer kleinen Untereinheit Abb. aus Stryer Figure (5th 4-32 Ed.)

31 Die Übersetzung des genetischen Codes Figure 4-20

32 Die drei Phasen der Translation Initiation Erkennung des Start-Codons durch den Initiationskomplex Elongation pro Zyklus wird die wachsende Polypeptidkette um eine Aminosäure verlängert Termination Erkennung des Stop-Codons, Dissoziation des Komplexes

33 Wo ist der Startpunkt für die Translation auf der mrna?

34 In Prokaryoten befindet sich vor dem Start-Codon eine konservierte Ribosomen- Bindungstelle (Shine-Dalgarno Sequenz)

35 In Prokaryoten ist die Start-tRNA mit einem modifizierten Methionin beladen N-Formyl- Methionin

36 Bei der INITIATION bindet die kleine Ribosomen- Untereinheit mit Hilfe von drei Initiationsfaktoren und der fmet-trna an die mrna. Anschliessend bindet die große Untereinheit an den Initiationskomplex und bildet das aktive Ribosom.

37 Beim ersten Schritt der ELONGATION befindet sich die trna mit der ersten Aminosäure bzw. die trna mit der Polypeptidkette in der P-Stelle. Die nächste Aminoacyl-tRNA bindet mit Hilfe von Elongationsfaktor-Tu (EF-Tu) in der A-Stelle, wobei ein GTP verbraucht wird. EF-Tu GTP Es gibt 3 trna-bindungstellen: P = Peptidyl-Stelle, A = Akzeptor-Stelle, E = Ausgang-Stelle

38 Beim zweiten Schritt der ELONGATION wird die Peptidbindung gebildet, wobei die Aminosäure von der trna in der P-Stelle auf die Aminoacyl-tRNA in der A-Stelle übertragen wird. E P A P = Peptidyl-Stelle, A = Akzeptor-Stelle, E = Ausgang-Stelle

39 Beim dritten Schritt der ELONGATION, der sog. Translokation, wandert das Ribosom ein Codon auf der mrna weiter, wobei die trna von der P-Stelle in Die E-Stelle, und die Aminoacyl-tRNA Von der A-Stelle in die P-Stelle Verschoben wird. Die Translokation erfordet Energie, die der Elongationsfaktor G durch Spaltung von GTP bereit stellt.

40 Im letzten Schritt der ELONGATION verläßt die trna die E-Stelle und das Ribosom kann die nächste Aminoacyl-tRNA aufnehmen.

41 Pro ELONGATION-Zyklus werden 2 GTP zu GDP hydrolisiert EF-Tu GTP EF-Tu GDP

42 Die EF-G Struktur ähnelt dem EF-Tu trna Komplex

43 Mechanismus der Translokation

44 Termination Es gibt keine komplementäre trnas zu den Stop Codons (UAA, UGA, UAG). Erreicht das Ribosom ein Stop Codon binden mehrere Release Faktoren (RF), das Ribosom dissoziert und das neu-synthetisierte Protein wird nach Abspaltung von der trna freigesetzt. Bei der Termination wird ein GTP zu GDP hydrolisiert.

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