Das zentrale Dogma der Molekularbiologie:

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1 Das zentrale Dogma der Molekularbiologie: DNA Transkription RNA Translation Protein 1

2 Begriffserklärungen GENOM: Ist die allgemeine Bezeichnung für die Gesamtheit aller Gene eines Organismus GEN: Ist ein Abschnitt aus dem Genom einer Zelle oder eines Virus, der für die Synthese einer Polypeptidkette, einer Transfer-RNA oder einer ribosomalen RNA verantwortlich ist (etwa humane Gene). Gen besteht aus codierenden Regionen (Exons) und nicht codierenden Regionen (Introns-nicht immer) Gemeinsame Transkription von Introns und Exons! Durch das Splicing: Entfernung der Introns, funktionelle mrna beinhaltet nur noch zusammenhängende Exons 2

3 DNA: Desoxyribonukleinsäuren DNA beinhaltet die Erbinformation der meisten Organismen In Prokaryoten ist die DNA meist ein membrangebundener Faden, zusammengehalten durch RNA und Proteinmoleküle. In Eukaryoten sind DNA Moleküle immer mit Proteinen komplexiert (Chromatin) und befinden sich im Zellkern (Chromosom). Karyotyp: ist der vollständige Chromosmensatz in den Körperzellen eines Individuums! Jede Spezies hat eine charakteristische Form und Anzahl von Chromosomen (Mensch 44 XX, 44 XY). 3

4 Karyotyp, weiblich 4

5 Karyotyp, männlich 5

6 DNA: Desoxyribonukleinsäuren RNA: Ribonukleinsäuren DNA/RNA ist ein lineares, hochmolekulares Polymer aus Nukleotiden Nukleotid: besteht aus Base, DesoxyRibose und Phosphatgruppe DNA/RNA-Basen: Purinbasen: Adenin, Guanin, Pyrimidinbasen: Thymin (Uracil) und Cytosin DesoxyRibose: Zucker mit 5-C Atomen! Phosphatgruppe (Phosphoratom, umgeben von 4-O) 6

7 Bausteine der DNA Nukleosid: Base & Zucker Adenosin Guanosin Cytidin Thymidin Nukleotid: Base & Zucker & Phosphat Adenosinmonophosphat (AMP) Guanosinmonophosphat (GMP) Cytidinmonophosphat (CMP) Thymidinmonophosphat (TMP) DNA ist in wäßriger Lösung ph neutral wegen ihrer negativ geladenen Phosphatgruppen!!! 7

8 Basenpaarung: A:T und G:C Chargaff-Regel: A+G=T+C=1 Doppelstrang: ist die antiparallele Anordnung der Einzelstränge Doppelhelix: Sekundärstruktur der DNA!! 8

9 Mononukleotide bilden über Phosphodiesterbrücken Polynukleotide Basenfolge der Nukleinsäure nennt man Primärstruktur: immer 5 nach 3!!! 9

10 Chemische Eigenschaften der DNA Purin- und Pyrimidinbasen sind planare und relativ hydrophobe Strukturen. Basen liegen im Zentrum der Doppelhelix und stabilisieren diese. Peripherie der DNA besteht aus Zucker und Phosphatresten und ist somit hydrophil. DNA Basen absorbieren Licht im UV (Max. 260nm) Antiparallele Doppelhelixstränge können durch Erhitzen oder durch Behandlung mit NaOH getrennt werden (denaturieren oder schmelzen der DNA) Der Schmelzpunkt der DNA (ist jene Temp, bei der die Hälfte der DNA als Einzelstrang vorliegt) ist abhängig vom G+C Gehalt (sind stabiler als A+T) und von der Salzkonzentration der Lösung. 10

11 Superstruktur der DNA Primärstruktur: Basenfolge Sekundärstruktur: Helixausbildung Tertiärstruktur: Bindung der DNA an Proteine Tertiärstruktur: Nukleosomen DNA negativ in wäßriger Lösung (Phosphatgruppen) In Eukaryoten Ladungsausgleich durch Histone (kleine basische Proteine) Histone binden an DNA und bilden ein HISTON-Octamer!! Nukleosomen: sind Komplexe aus Histonen und DNA In Nukleosomen windet sich die DNA Helix um den Histonkomplex DNA ist nur während der Replikation und Transkription histonfrei! 11

12 Replikation der DNA Zellen replizieren ihre DNA bevor sie sich teilen Bei Eukaryonten in der S (Synthese)-Phase des Zellzyklus Replikation erfolgt semikonservativ, sprich Doppelhelix wird getrennt und zu jedem alten Strang wird ein neuer komplementärer Strang synthetisiert. 12

13 Transkription Ist der Vorgang der Überschreibung der genetischen Info von DNA auf RNA!! Grundliegend in Pro- und Eukaryoten gleich Transkription kann sowohl negativ (Repression) als auch positiv (Stimulation) reguliert werden: Transkriptionsfaktoren!!! Transkriptionsfaktoren regulieren den Zugang der Polymerasen an die Promotoren. TATA-Box am Promoter bestimmt den Transkriptionsstart bei Position +1 13

14 Some important gene-features, transcription Recognition site for transcriptional PIC Terminology: Nontemplate strand/upper strand/+ strand/coding strand/watson strand Template strand/lower strand/- strand/noncoding strand/crick strand 14

15 Transkription (RNA Synthese) The principle of the Transcription Bubble 15

16 RNA processing in eukaryotes Capping Poly-adenylation Splicing (leaving only exons) 16

17 Modifikation von RNA Splicing: DNA beinhaltet Introns, diese werden auch noch transkribiert (Primärtranskript: hnrna) aber noch im Kern aus der RNA entfernt. Manche Gene können unterschiedlich gesplict werden (alternative splicing). (hn heterogene nukleare) RNA-Editing: nur in Eukaryoten, verändert meist die mrna, damit sie danach translatiert werden kann (Insertion und Deletion von Basen, Austausch von Basen-kann zu Stopcodon führen, ApoB hat z.b. zwei verschiedene Proteingrößen. 17

18 Translation 3 Basen kodieren eine Aminosäure 4 hoch 3 Möglichkeiten der Basenkombination: 64!! (gibt allerdings nur 20) Es gibt 20 Aminosäuren (sprich mehrere Codes für eine AS) Startkodon: AUG (immer Methionin als Start der Proteinsynthese) Terminationskodons: UAA, UAG, UGA 18

19 Translation (Synthese von Proteinen) Translation involves: RNA (mrna, trna, rrna) Codons-anticodons Activated trnas (aa-trna) Initiation factors Ribosomes Termination factors 19

20 Translation Molekulare Diagnostik The three roles of RNA in protein synthesis Three types of RNA molecules perform different but complementary roles in protein synthesis (translation) Messenger RNA (mrna) carries information copied from DNA in the form of a series of three base words termed codons Transfer RNA (trna) deciphers the code and delivers the specified amino acid Ribosomal RNA (rrna) associates with a set of proteins to form ribosomes, structures that function as protein-synthesizing machines 20

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