N u k l e i n s ä u r e n

Transkript

1 u k l e i n s ä u r e n 1. Die ukleinsäuren (DA / RA) Aufbau d. Desoxyribonukleinsäure Aufbau der Ribonukleinsäure 2 2. Replikation der DA 2 3. Biosynthese von roteinen Gene / genetischer ode Transkription Translation 2 AB: ukleinsäuren; Bausteine und Struktur 3 Folie: Strukturformeln 4 AB: Identische Reduplikation u. Genetischer ode 5 AB: roteinbiosynthese; mra und tra 6 Folie: obelpreis hemie Anmerkung: es gibt kaum Quellenangaben, diese Materialien sind ausschließlich zur achbereitung meines Unterrichts vorgesehen, nicht für eine weitere Veröffentlichung. Bei den Seiten mit dem Unterrichtsgang stehen links die Regieanweisungen (Symbole hoffentlich selbsterklärend) und rechts der Tafelanschrieb. ukleinsäuren 1

2 Themen/Lernziele: ukleinsäuren; Bausteine und Struktur Identische Reduplikation und genetischer ode roteinbiosynthese; mra und tra. ukleinsäuren, DA und roteinbiosynthese Kopie Kopie Kopie Folie 1. Die ukleinsäuren (DA / RA) 1.1. Aufbau der Desoxyribonukleinsäure (DS /DA) Vier organische Basen tragen die genetische Information der DA. Die beiden urine, Adenin und Guanin, haben Doppelringe; die beiden yrimidine, ytosin und Thymin haben nur einen Ring. Eine Base und ein Zuckermolekül (Desoxyribose) bilden ein ukleosid, kommt noch der hosphorsäurerest dazu bildet sich das ukleotid. Das Rückgrat der DA ist ein langes olymeres aus alternierenden hosphat- und Desoxyribose-Molekülen, die in osition 3 und 5 des Zuckers verestert sind Aufbau der Ribonukleinsäure (RS /RA) In der Ribonukleinsäure ist Thymin durch Uracil ersetzt (dem die Methylgruppe fehlt). Anstelle die Stelle der Desoxyribose tritt die Ribose. 2. Replikation der DA Replikation: identische DA-Verdoppelung vor der Zellteilung. Bei der Replikation der DA werden die beiden Stränge voneinander getrennt und zu jedem ein neuer Strang aufgebaut. Die Tochtermoleküle sind exakte Kopien der Eltern, und jedes von ihnen enthält einen Elternstrang. 3. Biosynthese von roteinen 3.1. Gene / genetischer ode Als ein Gen wird der Abschnitt der DA bezeichnet, der die Information (Baupläne) für genau ein bestimmtes rotein gespeichert hat. Jeweils drei aufeinanderfolgende Glieder der Basen Adenin, Guanin, ytosin und Thymin bzw. Uracil (Basentriplett/odon) verschlüsseln eine bestimmte Aminosäure. Der genetische ode: dargestellt als genetische RA-Sonne. Die Tripletts (odons) sind von innen nach außen zu lesen Transkription Transkription: Komplementär zur DA bildet sich die mra (messenger RA). Übersetzung des DA-odes in RA-Moleküle Translation Translation: Komplementär zur mra lagert sich in den Ribosomen an jedem Basentriplett (der mra) eine bestimmte t(transfer)ra an. An jeder tra hängt jeweils eine ganz bestimmte Aminosäure (vgl. genetischer ode). Die Aminosäuren werden an die wachsende eptidkette angeknüpft. äufig wird die eptidkette noch in einer bestimmten Struktur gefaltet oder gedreht (vgl. UE: Aminosäuren und roteine unkt 3.: Struktur der roteine). ukleinsäuren 2

3 AB: hemie ukleinsäuren; Bausteine und Struktur ukleinsäuren Vier organische Basen tragen die genetische Information der DA. Die beiden urine, Adenin und Guanin, haben Doppelringe; die beiden yrimidine, ytosin und Thymin haben nur einen Ring. In der RA ist Thymin durch Uracil ersetzt, dem die Methylgruppe fehlt. urine: 2 Adenin (A) Guanin (G) 2 2 yrimidine: 3 2 Zucker-hosphat-Band und Basenpaarung in 2 der Desoxyribonukleinsäure (Formelausschnitt) Viren: , Bakterien 4, Mensch: 3, Basenpaare) 3 2 Das Rückgrat der DA ist ein langes olymeres aus alternierenden hosphat- und Desoxyribose- Molekülen, die in osition 3 und 5 des Zuckers verestert sind ytosin () β-d-ribose hosphorsäure Adenosintriphosphat Thymin (T) (DA) Adenosin (A) (ucleosid) 2 β-d-desoxyribose Adenosinmonophosphat (ucleotid) Uracil (U) (RA) ukleinsäuren 3

4 urin yrimidin Strukturformeln Adenin (Ade) Guanin (Gua) ytosin (yt) Thymin (Thy) (DA) Uracil (Ura) (RA) Adenosin (A) (ucleosid) 2 β-d-ribose β-d-desoxyribose 2 Adenosinmonophosphat (AM) (ucleotid) Desoxyribonukleinsäure (Formelausschnitt) (DS / DA) Adenosintriphosphat (AT) 2 ypoxanthin -> Inosin (tra) ukleinsäuren 4

5 AB: hemie Identische Reduplikation und Genetischer ode ukleinsäuren Bei der Replikation der DA werden die beiden Stränge voneinander getrennt und zu jedem ein neuer Strang aufgebaut. Die Tochtermoleküle sind exakte Kopien der Eltern, und jedes von ihnen enthält einen Elternstrang. Replikation: identische DA-Verdoppelung vor der Zellteilung. Als ein Gen wird der Abschnitt der DA bezeichnet, der die Information (Baupläne) für genau ein bestimmtes rotein gespeichert hat. Jeweils drei aufeinanderfolgende Glieder der Basen Adenin, Guanin, ytosin und Thymin bzw. Uracil (Basentriplett/odon) verschlüsseln eine bestimmte Aminosäure. Von der DA zum hromosom. Der genetische ode: dargestellt als genetische RA-Sonne. Die Tripletts (odons) sind von innen nach außen zu lesen. ukleinsäuren 5

6 AB: hemie roteinbiosynthese; mra und tra ukleinsäuren tra: hier die tra mit der Aminosäure: Alanin = tra Ala Transkription: Komplementär zur DA bildet sich die mra (messenger RA). Übersetzung des DA-odes in RA-Moleküle. Translation: Komplementär zur mra lagert sich in den Ribosomen an jedem Basentriplett (der mra) eine bestimmte t(transfer)ra an. An jeder tra hängt jeweils eine ganz bestimmte Aminosäure (vgl. genetischer ode). Die Aminosäuren werden an die wachsende eptidkette angeknüpft. äufig wird die eptidkette noch in einer bestimmten Struktur gefaltet oder gedreht (vgl. UE: Aminosäuren und roteine unkt 3.: Struktur der roteine). Anticodon: GI (I = Inosinsäure, paart mit U,, A) an der tra lässt auf eines der folgenden odons an der mra schließen: GU, G, GA alle codieren die Aminosäure Alanin (vgl. RA-Sonne). ukleinsäuren 6

7 obelpreis belohnt Forschung an Ribosomen obelpreis hemie 2009 Für Erforschung der Struktur und Funktion von Ribosomen an Venkatraman Ramakrishnan (UK), Thomas A. Steitz (USA), Ada E. Yonath (Israel) Das Ribosom übersetzt DA-ode zu Leben Der obelpreis für hemie in 2009 belohnt Studien eines zentralen Lebensprozesses: Die Übersetzung der Information aus der DA in lebenswichtige Strukturen: Ribosomen stellen roteine her, die die ganzen chemischen rozesse in Lebewesen kontrollieren. Da Ribosomen lebenswichtig sind, dienen sie auch als interessante Zielstrukturen für neue Antibiotika. Der obelpreis für hemie in diesem Jahr wird an Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz und Ada E. Yonath für Erkenntnisse verliehen, wie Ribosomen aussehen und wie sie auf der atomaren Ebene funktionieren. Die drei Forscher haben Röntenkristallographie genutzt, um die Lage hunderttausender von Atomen festzulegen, welche ein typisches Ribosom bilden. Innerhalb jeder Zelle befindet sich DA. Dieses Molekül enthält den gesamten Bauplan des jeweiligen Lebewesens. Funktion und Aussehen von Menschen, flanzen und Bakterien sind in der DA definiert, aber die DA ist passiv. Wenn sie nicht abgelesen und übersetzt würde, wäre kein Leben möglich. Die Blaupause wird durch die Arbeit der Ribosomen in lebensfähige Strukturen übersetzt. Basierend auf den Informationen in der DA werden roteine hergestellt, die zum Sauerstofftransport dienen wie ämoglobin, die Antikörper des Immunsystems bilden, Kollagaen in der aut, oder Verdauungsenzyme. Zehntausende von roteinen mit individuellem Aufbau und Funktion verrichten im Körper ihre Arbeit. Sie ermöglichen und kontrollieren das Leben auf der chemischen Ebene. Ein wissenschaftliches Verständnis der Arbeit der Ribosomen ist von hohem praktischen utzen, denn viele heutige Antibiotika blockieren die Funktion von bakteriellen Ribosomen. hne funktionierende Ribosomen können Baktieren nicht überleben. Aus diesem Grund sind Ribosomen die wichtigsten Zielstrukturen für neue Antibiotika. Röntgen-Struktur eines bakteriellen Ribosoms. Das rra-molekül ist in range eingefärbt, die Untereinheiten des roteins sind grün und blau. Ein Antibiotikum (rot) ist in die kleine Unterheit (in blau) gebunden. Wissenschaftler untersuchen solche Strukturen, um neue und effektivere Antibiotika zu ermöglichen. Die obelpreisträger in diesem Jahr haben 3D-Modelle generiert, die unterschiedliche Antibiotika zeigen, wie sie an Ribosomen binden. Diese Modelle werden benötigt, um neue Antibiotika zu entwickeln und damit Menschenleben zu retten und sicherer zu machen. Kurzbiographien der Forscher Venkatraman Ramakrishnan, US Bürger. Geboren 1952 in hidambaram, Tamil adu, Indien. hd in hysik in 1976 an der Unversität von hio, USA. Wissenschaftler und Vorstand einer Forschungsgruppe in der Structural Studies Division, MR Laboratory of Molecular Biology, in ambridge, UK. Thomas A. Steitz, US Bürger. Geboren in 1940 in Milwaukee, WI, USA. hd in molekularer Biologie und Biochemie in 1966 von arvard, MA, USA. Anschliessend Sterling rofessur für Molekulare Biophysik und Biochemie und Forscher am oward ughes Medical Institute, beides an der Yale, T, USA. Ada E. Yonath, Israelische Bürgerin. Geboren in 1939 in Jerusalem, Israel. hd in Röntgenkristallographie vom Weizmann Institute of Science, Israel. Martin S. und elen Kimmel rofessur für strukturelle Biologie und Direktor des elen & Milton A. Kimmelman enter for Biomolecular Structure & Assembly, beides am Weizmann-Institut in Rehovot, Israel ukleinsäuren 7