Molekularbiologie 6c Proteinbiosynthese. Bei der Proteinbiosynthese geht es darum, wie die Information der DNA konkret in ein Protein umgesetzt wird

Transkript

1 Molekularbiologie 6c Proteinbiosynthese Bei der Proteinbiosynthese geht es darum, wie die Information der DNA konkret in ein Protein umgesetzt wird 1

2 Übersicht: Vom Gen zum Protein

3 Das Dogma der Molekularbiologie Eukaryoten: Protein (Primärstruktur) 3. Translation Reife mrna Cytoplasma 2. RNA-Prozessierung 1. Prä-mRNA Transkription (= Genexpression) DNA Zellkern 3

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5 Signatransduktionskaskade Phosphatgruppe als Signal 5

6 Findet im Zellkern statt 1. Transkription Übersetzung der DNA. Es entsteht eine Kopie der gewünschten Sequenz. DNA prä-mrna 1. Prä-mRNA: Nach der Transkription liegt bei Eukaryoten ein RNA Molekül vor, das aus Intronen und Exonen besteht. Es wird zu diesem Zeitpunkt prä-mrna genannt. mrna: Messenger RNA, das Produkt der Transkription, welche die Information zum Ribosom bringt. mrna ist einsträngig, besitzt Ribose als Zuckermolekül, die Basen A, G, C, U und entspricht der Sequenz des Matrizenstranges, der transkribiert wurde. 6

7 Transkription Promotor: Kurze DNA-Sequenz auf dem Matrizenstrang, der für die RNA- Polymerase als erste Bindungsstelle dient. 7

8 Aufgabe 1 In welche prä-mrna wird der folgende DNA- Doppelstrang transkribiert? 5`- A T G T C C C C C A A G - 3` 3`- T A C A G G G G G T T C - 5` Matrizenstrang 8

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10 2. RNA-Prozessierung im Zellkern 10

11 Spleissen Spleissen: Die prä-mrna wird bei Eukaryoten im Zellkern geschnitten. Alle Introne werden herausgeschnitten (nicht kodierend) und die Exone (kodierende Regionen /Gene) werden miteinander verknüpft. Reife mrna: Messenger RNA, das Produkt der Transkription, welche die Information zum Ribosom bringt. mrna ist einsträngig, besitzt Ribose als Zuckermolekül, die Basen A, G, C, U und entspricht der Sequenz des Matrizenstranges, der transkribiert wurde. Sie besitzt nur noch Exons und das 5 cap und Poly-A Schwanz. 11

12 Produkte der Transkription mrna (messenger RNA) für die Translation, codiert für ein Protein trna (transfer RNA) rrna (ribosomale RNA) = Ribozym mirna (micro RNA) reguliert die Translation 12

13 Das Gift des grünen Knollenblätterpilzes hemmt die Polymerase (Transkription) Der sehr giftige grüne Knollenblätterpilz Amanita phalloides kann mit dem Champignon verwechselt werden. Er enthält eine Vielzahl von Toxinen. Eines dieser Toxine ist das α-amanitin, welches die Transkription in den Zellen hemmt. Acht bis 24h nach dem Verzehr der giftigen Pilze stellen sich massive Brechdurchfälle ein, die ungefähr zwei Tage dauern. Danach wird häufig eine scheinbare Besserung für etwa einen Tag beobachtet. Später jedoch kommt es zum Zelltod in der Leber (Leberversagen). Dazu reichen 50g Frischpilz. Aufgrund der langen Latenzzeit sind die Zellschädigungen oft irreversibel und nicht mehr heilbar. α-amanitin 13

14 Bindung des α-amanitins an die Polymerase α-amanitin ist ein nichtkompetitiver Inhibitor: Das bedeutet dass es nicht an die aktive Seite der Polymerase bindet und sich dadurch die Polymerase Struktur ändert. Wo würden Sie als Forscher/in eine Therapie oder ein Medikament gegen das Toxin oder gegen eine Pilzvergiftung ansetzen? 14

15 Das Silibinin der Mariendistel Bindet an Zellmembranproteine α-amanitin x Weitere Möglichkeiten: Lebertransplantation, Aktivkohle und Elektrolyt- Ausgleich/Infusion 15

16 3. Translation Findet im Cytoplasma statt Die Kopie der Sequenz wird in ein Protein umgesetzt, wobei die Sequenz der mrna-nucleotide für die Reihenfolge der Aminosäuren steht. Reife mrna Bildung einer Aminosäurensequenz 3. 16

17 Der genetische code Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren. Sie sind die Grundbausteine der Proteine. In der Proteinbiosynthese wird die Primärstruktur der Proteine hergestellt. 17

18 Alle 20 Aminosäuren 18

19 Die trna Transfer RNA dient dem Transport einer Aminosäure. Aminosäuren werden auf eine trna geladen und diese bringen die Aminosäuren zum Ribosom, wo sie an die wachsende Polypeptidkette geknüpft werden. Die Anlagerung der Aminosäure an die trna wird durch das Enzym Synthetase im Zytoplasma vollzogen. trna: einsträngig, hat Ribose und die Basen A, G, C, U Typische Kleeblattstruktur der trna: Drei dimensionale Struktur der trna: 19

20 Der Vorgang der Translation Zwei ribosomale Untereinheiten (bestehen aus rrna): Anticodon: Basentriplett auf der trna Codon: Basentriplett auf der mrna Ein Ribosom besteht aus einer grossen und einer kleinen Untereinheit. Nur wenn diese zusammen liegen ist das Ribosom funktionsfähig. Die Anlagerung der zwei Untereinheiten wird durch die Anlagerung der mrna und der ersten passenden trna hervorgerufen. 20

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22 Legende zu den drei Andockstellen der trna: A-Stelle Erste Stelle, wo eine trna andocken kann am Ribosom. P-Stelle Die Aminosäure der trna wird sich von der trna abtrennen aufgrund der neuen möglichen Verknüpfung mit einer anderen Aminosäure. Die abgetrennte Aminosäure wird sich an diejenige Aminosäure anknüpfen, die ihr am nächsten ist. Die Aminosäure, die am nächsten ist, ist an der trna an der A-Stelle zu finden. E-Stelle Die leere trna verlässt danach das Ribosom. 22

23 Aufgabe 2 In welche Polypeptidkette wird die mrna translatiert? 5`- A T G T C C C C C A A G - 3` 3`- T A C A G G G G G T T C - 5` Matrizenstrang 5`- A U G U C C C C C A A G - 3` reife mrna 23

24 Punktmutationen Mutationen sind Veränderungen der DNA, die zu Veränderungen der mrnas und der von diesen gebildeten Proteinen führen können wenn sie im kodierenden Bereich von Genen auftreten. Wie heissen die kodierenden Bereiche der Gene? Wildtyp, Keine Mutation Punktmutationen Bei einer nicht-konservativen missense Mutation verändert sich die Eigenschaft der Aminosäure gegenüber dem Wildtyp. Die Protein-Funktion geht daher verloren und genetische Krankheiten können entstehen. 24

25 Sichelzellanämie: Genmutation (ein Gen ist verändert) Quelle:

26 Sichelzellanämie korreliert mit Malaria-Vorkommen 26

27 Übungen Übungsblatt Proteinsynthese Insulin Weitere Übungsfragen: 1.a. Was ist das Ziel der Proteinbiosynthese? 1.b. Wo findet die Proteinbiosynthese statt? 1.c. Was hat die Proteinbiosynthese mit der Genexpression zu tun? 1.d. Wann findet die Proteinbiosynthese statt? 1.e. Was haben Gene mit der Proteinbiosynthese zu tun? Von der DNA zum Protein: 3min 27