Gene und Funktionen der DNA

Gene sind die funktionellen Einheiten der DNA, die für bestimmte Merkmale kodieren. Der Mensch besitzt zwischen 30.000 und 50.000 Gene.

Definition: Ein Gen ist der Ort auf der DNA, an dem ein bestimmtes Merkmal definiert wird. Die Ausprägung des Merkmals wird durch die spezifische Basenabfolge bestimmt.

Die Funktion der DNA umfasst mehrere wichtige Aspekte:

1. Speicherung der Erbinformation
2. Bereitstellung des Bauplans für die Herstellung von Proteinen und Enzymen
3. Steuerung der Proteinbiosynthese

Der Prozess der Proteinherstellung, auch Proteinbiosynthese genannt, erfolgt in zwei Hauptphasen:

Vocabulary:

• Transkription: Die Umschreibung der in der DNA enthaltenen Information in RNA.
• Translation: Die Übersetzung der in der Boten-RNA gespeicherten Information in eine Aminosäuresequenz.

Die DNA-Sequenzierung ist eine wichtige Methode in der Molekularbiologie:

Definition: Bei der DNA-Sequenzierung wird die genaue Anordnung der Nukleotide in einem DNA-Abschnitt bestimmt. Dies ermöglicht es, die Basensequenz zu ermitteln, die die genetischen Informationen enthält.

RNA - Der Vermittler genetischer Information

Die RNA (Ribonukleinsäure) spielt eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung der in der DNA gespeicherten Information.

Definition: Die RNA nimmt die DNA als Vorlage und vervielfältigt die abgelesenen Gene. Dadurch können neue RNA-Stränge hergestellt werden, die für die genetische Informationsübertragung sorgen.

Die RNA-Synthese wird von der RNA-Polymerase katalysiert:

Vocabulary: Die RNA-Polymerase ist ein Enzym, das auch als DNA-abhängige RNA-Polymerase bezeichnet wird. Sie ist verantwortlich für die Transkription der DNA in RNA.

Wichtige Eigenschaften der RNA-Polymerase:

• Sie bewirkt eine lokale Entwindung der DNA (Transkriptionsblase)
• Die Synthese erfolgt in 5' -> 3' Richtung
• Sie benötigt aktivierte Vorstufen (NTPs)
• Die Synthese startet unabhängig von einem Primer
• Eine Startsequenz (Promoter) ist notwendig
• Die Fehlerrate liegt bei 1/10.000

Highlight: Bei Prokaryoten gibt es nur eine Form der RNA-Polymerase, während Eukaryoten drei verschiedene Formen (RNA-Polymerase I, II und III) besitzen.

Promotoren spielen eine wichtige Rolle bei der Transkription:

Definition: Promotoren sind DNA-Sequenzen, die bestimmen, welcher DNA-Strang transkribiert wird. Sie legen die Orientierung und den als Vorlage dienenden Strang fest.

RNA-Struktur und Transkription

Die RNA weist drei strukturelle Ebenen auf, die für ihre Funktion von entscheidender Bedeutung sind:

1. Primärsequenz
2. Sekundärstruktur
3. Tertiärstruktur

Definition:

• Primärsequenz: Die Abfolge der Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil.
• Sekundärstruktur: Komplementäre Basen bilden stabile Basenpaare über Wasserstoffbrückenbindungen.
• Tertiärstruktur: Interaktionen zwischen Duplexen und Schleifen führen zu einer kompakten 3D-Struktur.

Der Prozess der Transkription bei Prokaryoten beginnt mit der Initiation:

Vocabulary: Der Sigma-Faktor ist ein Protein der RNA-Polymerase, das an die Pribnow-Box des Promotors bindet und die Wahrscheinlichkeit der Polymerase-Bindung erhöht.

Die Elongation ist der nächste Schritt der Transkription:

Highlight: Während der Elongation kommt es zu einer lokalen Entwindung der DNA von 10-20 Basen. Es bildet sich ein kurzes RNA-DNA-Hybrid, und Topoisomerasen sind an der Regulierung der DNA-Topologie beteiligt.

Exons, Introns und RNA-Processing

In eukaryotischen Genen finden sich kodierende und nicht-kodierende Bereiche:

Vocabulary:

• Exon: Kodierende Sequenzen in eukaryotischen Genen
• Intron: Nicht-kodierende Sequenzen zwischen den Exons

Highlight: Die Größe der Exons ist in der Evolution konserviert, während die Größe der Introns variieren kann.

Die Unterteilung in Exons und Introns hat wichtige Konsequenzen:

1. Sie ermöglicht die Entwicklung spezieller Processing-Mechanismen.
2. Sie erlaubt alternatives Spleißen, wodurch aus einem Gen verschiedene Proteine entstehen können.

Example: Durch alternatives Spleißen kann ein Gen für mehrere Proteinvarianten kodieren, was die genetische Vielfalt erhöht.

Die Exon-Intron-Struktur und die nicht-kodierenden Bereiche an den 5'- und 3'-Enden der Transkriptionseinheit haben zur Entwicklung komplexer RNA-Verarbeitungsmechanismen geführt. Diese Prozesse sind entscheidend für die korrekte Expression der genetischen Information in Eukaryoten.

DNA - Der Bauplan des Lebens

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist das zentrale Molekül der Vererbung und befindet sich in jeder Zelle eines Lebewesens. Sie enthält den Bauplan für den Aufbau und die Funktionsweise des Organismus.

Definition: Die DNA ist ein langer, sehr dünner Faden, der sich meist im Zellkern befindet und die Erbinformation speichert.

Die Basensequenz der DNA kodiert für die Herstellung körpereigener Eiweiße. Dabei spielen Basentripletts eine wichtige Rolle:

Vocabulary: Ein Basentriplett besteht aus drei Nukleobasen und ist die kleinste Einheit des genetischen Codes. Es kodiert für eine bestimmte Aminosäure.

In der DNA kommen vier Nukleinbasen vor: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Die DNA-Stränge sind durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden.

Highlight: Die DNA befindet sich nicht nur im Zellkern, sondern auch in den Mitochondrien. Diese mitochondriale DNA wird nur von der Mutter vererbt.

Die Struktur der DNA wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, wie den Hydratationsgrad, die DNA-Sequenz und chemische Modifikationen der Basen.