DNA-Struktur

Die Doppelhelix

Die DNA ist der Träger der Erbinformation und besteht aus zwei gegenläufigen Einzelsträngen.

• Nukleotid: Baustein aus Desoxyribose, Phosphat und einer Base.
• Basenpaarung: Adenin bindet an Thymin ($2$ Wasserstoffbrücken), Guanin an Cytosin ($3$ Brücken).
• Antiparallelität: Die Stränge laufen entgegengesetzt von 5' zu 3' und von 3' zu 5'.

💡 Tipp: Merk dir die komplementären Basen mit der Eselsbrücke: Anni Theodor / Gerda Conrad.

DNA-Replikation

Kontinuierliche & diskontinuierliche Synthese

Vor jeder Zellteilung muss die DNA identisch und semikonservativ verdoppelt werden.

• Helicase: Entwindet die Doppelhelix und trennt die Wasserstoffbrücken auf.
• Leitstrang: Wird kontinuierlich in $5'\rightarrow3'$ Richtung durch die DNA-Polymerase synthetisiert.
• Folgestrang: Wird diskontinuierlich über Okazaki-Fragmente aufgebaut und durch Ligase verknüpft.

💡 Tipp: Die DNA-Polymerase kann nur am freien 3'-Ende anbauen und arbeitet daher immer von 5' nach 3'.

Genexpression

Der Weg zum Protein

Die Genexpression beschreibt, wie Zellen die genetische Information nutzen, um Proteine herzustellen.

• Transkription: Im Zellkern wird eine bewegliche RNA-Kopie eines DNA-Abschnitts erstellt.
• Translation: An den Ribosomen im Cytoplasma wird die RNA-Kopie in ein Protein übersetzt.

💡 Tipp: Proteine bestimmen als Enzyme, Hormone oder Antikörper fast alle Funktionen deines Körpers.

Transkription

Synthese der mRNA

Bei der Transkription wird ein Gen vom codogenen DNA-Strang in eine einzelsträngige mRNA umgeschrieben.

• RNA-Polymerase: Bindet am Promotor, entwindet die DNA und liest den codogenen Strang ab.
• Uracil statt Thymin: In der RNA paar sich Adenin mit Uracil statt Thymin.
• Terminator: Diese Sequenz signalisiert der Polymerase das Ende der Transkription.

💡 Tipp: Die mRNA ist im Gegensatz zur DNA viel kürzer, einzelsträngig und enthält Ribose statt Desoxyribose.

Der genetische Code

Die Übersetzungsvorschrift

Der genetische Code übersetzt die Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins.

• Codon: Ein Basentriplett (3 Basen) codiert für genau eine Aminosäure.
• Redundant: Es gibt $64$ mögliche Tripletts, aber nur $20$ Aminosäuren; manche werden mehrfach codiert.
• Start & Stopp: AUG ist das Startcodon, während UAG, UAA und UGA den Prozess beenden.

💡 Tipp: Der Code ist universell – fast alle Lebewesen nutzen exakt dieselbe Übersetzungstabelle.

t-RNA & Aktivierung

Die Vermittler der Translation

Die t-RNA transportiert die passenden Aminosäuren zum Ribosom und übersetzt das Codon.

• Anticodon: Bindet komplementär an das passende Codon auf der mRNA.
• Synthetasen: Beladen jede t-RNA spezifisch mit der korrekten Aminosäure.

💡 Tipp: Jede t-RNA hat eine charakteristische Kleeblattstruktur mit zwei wichtigen Bindungsstellen.

Translation

Proteinbiosynthese am Ribosom

Die mRNA wird an den Ribosomen Schritt für Schritt in eine Aminosäurekette übersetzt.

• Kettenverlängerung: t-RNAs binden an der A-Stelle, rücken zur P-Stelle und übertragen ihre Aminosäure.
• Abbruch: Erreicht das Ribosom ein Stoppcodon, zerfällt der Komplex und das Protein wird frei.

💡 Tipp: Die Translation wandert auf der mRNA immer in Richtung von 5' nach 3'.

Aufbau von Proteinen

Aminosäuren als Bausteine

Proteine bestehen aus Ketten von Aminosäuren, die über Peptidbindungen verknüpft sind.

• Grundstruktur: Jede Aminosäure besitzt eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe und einen variablen Rest.
• Peptidbindung: Entsteht unter Wasserabspaltung ($H_2O$) zwischen zwei Aminosäuren.

Beispiel: Verknüpfung zweier Aminosäuren: $\text{Carboxylgruppe} + \text{Aminogruppe} \rightarrow \text{Peptidbindung} + H_2O$

💡 Tipp: Essenzielle Aminosäuren kann dein Körper nicht selbst herstellen, du musst sie essen.

Proteinstrukturen

Räumliche Proteinfaltung

Die dreidimensionale Form eines Proteins bestimmt seine biologische Funktion.

• Primär- & Sekundärstruktur: Die Aminosäurensequenz faltet sich lokal zu $\alpha$-Helices oder $\beta$-Faltblättern.
• Tertiär- & Quartärstruktur: Die gesamte Faltung des Moleküls; oft lagern sich mehrere Ketten zusammen.
• Denaturierung: Hitze oder Säure zerstören die Tertiärstruktur und machen das Protein funktionslos.

💡 Tipp: Ein Spiegelei in der Pfanne gerinnt, weil die Proteine durch Hitze irreversibel denaturieren.

Proteine bei Prokaryoten

Schnelle Genexpression ohne Zellkern

Da Prokaryoten keinen Zellkern besitzen, laufen Transkription und Translation gleichzeitig ab.

• Polysom: Mehrere Ribosomen lagern sich an eine noch im Aufbau befindliche mRNA an.
• Zeitersparnis: Proteine werden extrem schnell und ohne Transportwege direkt im Cytoplasma gebildet.

💡 Tipp: Bei Eukaryoten verhindert die Kernhülle, dass Translation und Transkription zeitgleich stattfinden.