Alternativer Bildtext:

in Aminosäuresequenz „umformen“ Spleißen: > nur bei Eukaryoten > Spleißen entfernt die Introns der prä-mRNA > Exons werden miteinander verknüpft fertige mRNA Alternatives Spleißen: => > aus der gleichen prä-mRNA können verschiedene mRNA's entstehen > je nach Zusammensetzung der Exons verschiedene Zusammensetzung der Exons verschiedene mRNA = verschiedene Proteine = > Ribosom verläuft über mRNA, bis es auf das Startcodon trifft (beginn der Translation) > tRNA mit Anti-Codon transportiert die passende Aminosäure zur mRNA > tRNA lagert sich an A-Stelle des Ribosoms. > Ribosom wandert weiter; tRNA wechselt auf P-Stelle und ein neuer tRNA-Strang (mit passender Aminosäure) setzt sich an die A-Stelle > Aminosäuren verbinden sich (Prä- und Posttranslationaler Zustand wechseln die ganze : Zeit) > Translation endet, wenn Ribosom auf Stopp-Codon trifft; Ribosom löst sich & fertige Aminosäure wird abtransportiert" DNA-Replikation > Doppelhelix durch Enzym Topoisomerase entwunden & durch Helicase in Einzelstränge getrennt > Primase katalysiert (erstellt) kurze, komplementäre RNA-Stücke (Primer) > Primer dienen der DNA-Polymerase III als Startmolekül: Synthese neuer komplementärer DNA aus einzelnen Nucleotiden (verlaufen nur am kontinuierlichen Strang 3¹ -> 5¹) > Am Folgestrang stellt Primase mehrere RNA-Primer her > Diese werden von DNA-Polymerase II in 5¹ -> 3¹ Richtung zu kurzen DNA-Stücken (Okazaki-Fragmente) verlängert > RNA-Nucleotide der Primer werden auf beiden Strängen durch DNA-Polymerase I entfernt & durch DNA-Nucleotide ersetzt > Okazaki-Fragmente werden durch DNA-Ligase miteinander verbunden Vergleich: Replikation & Transkription Transkription Replikation Desoxyribonukleinsäure Nukleinsäuren Ribonukleinsäure (RNA) Beteilige Enzyme Funktion Ort Synthese einer einsträngigen mRNA, die nur ein Gen bei der Entstehungsprodukt Proteinbiosynthese Umfang / Zeitpunkt Was wird abgelesen"? Arbeitsweise des Syntheseenzyms RNA Polymerase Syntheserichtung Länge neu gebildeter Nucleotide Synthese von mRNA für die Translation repräsentiert Im Zellkern; die mRNA verlässt den Zellkern und bewegt sich zu den Ribosomen Gl-/G2-Phase Abschnitt eines codogenen DNA-Strangs Verknüpfung von RNA- Nucleotiden auf Grundlage der DNA- Sequenz des Matrizenstranges 5'-> 3' Abschrift eines kurzen DNA-Abschnitts (DNA) Topoisomerase, Helicase, RNA Primase, DNA Polymerase, Rnase H, Ligase Verdopplung des Erbguts Synthese von zwei kompletten DNA Doppelsträngen Im Zellkern; Die DNA verbleibt auch dort S-Phase Abschnittsweise beide komplette DNA- Einzelstränge Verknüpfung von DNA-Nucleottiden auf Grundlage der DNA-Sequenz des Matrizenstranges 5'-> 3' Gesamte DNA 3' DNA-Polymerase (Pola) Folge- strang 5' 5' Leit- strang Nucleotid Enzyme: Topoisomerase: Entwirrung Helicase: Auftrennung Primase: Herstellung Primer DNA-Polymerase III: synthetisiert DNA-Polymerase I: ersetzt RNA-Nucleotide durch DNA-Nucleotide Ligase: verknüpft DNA-Ligase Okazaki-Fragments XX 3' RNA-Primer Aufbau der DNA DNA-Polymerase (Pol6) Helicase -Base Primase 000 Base Einzelstrang- bindendes Protein ufor > Zuckermoleküle werden über Phosphat miteinander verbunden > Phosphat verbindet Kohlenstoffatome 3 mit KA-5 > Aneinanderreihung Phosphat und Zucker (abwechselnd): Entstehung der Nucleinsäuren Schlagwörter: - Doppelhelix - antiparallele Stränge - Zucker-Phosphat-Rückrat - Stickstoffhaltige Basen - Wasserstoffbrücken verbinden die Basen > OH-Gruppe am Ende jeder Kette der Desoxyribose > genetische Code ist festgelegt (durch Reihenfolge der Basen) Wichtige Wissenschaftler: - Friedrich Miescher - Albrecht Kossel - Rosalin Franklin/ Maurice Wilkins -Chargaff > antiparallele Stränge > zwei „Ketten“ werden gepaart (verbunden durch OH- Brücken) 3' 5' Topoisomerase Der genetische Code Eigenschaften: > redunant: verschiedene Tripletts können für gleiche Aminosäure codieren > eindeutig: ein bestimmtes Triplett codiert immer für eine bestimmte Aminosäure > überlappungsfrei: eine Base gehört immer zu genau einem Triplett (Codons überlappen sich nicht) > kommafrei: (codons werden lückenlos abgelesen) > universell: für fast alle Lebewesen ist der genetische Code identisch > bestimmt durch 3:1 Codierung: drei mRNA-Basen (Triplett) codieren zu einer Aminosäure > komplementäre Basen: Adenin - Thymin Cytosin- Guanin Thymin wird bei dear Umcodierung zu Uracil (T -> U) Beispiel für umcodieren: codogener Strang: 3' TTG AGG CTA GAT ACC GAA 5' mRNA: 5' AAC UCC GAU CUA UGG CUU 3° Die Codesonne > Aminosäuresequenz der mRNA bestimmen > Hat man DNA-Sequenz -> erst mRNA -> dann umcodieren > startet am Startcodon AUG Schreibweise: > Sequenz endet immer an Stoppcodon UGA/UAA/ UAG > fällt eine Base weg: Deletion (Rasterverschiebung => andere Aminosäure) > Übersetzt man eine Aminosäuresequenz zurück in den DNA-Strang, sind beide 5'-> 3' & man ändert nur U zu T mRNA: 5' AUG-AAA-GAG 3' AS : Met-Lys-Glu -Stop Polymerasekettenreaktion (PCR) Man sucht immer das Startcodon, außer man hat einen DNA-Abschnitt, dann braucht man das nicht zu machen. Man benötigt: > Heizblock > Nucleotide > hitzestabile DNA-Polymerase (Taq-Polymerase) > zwei DNA-Primer His Gln Arg Ser C Phe DOCCAGUCAGUO U G A C U G A C v Leu Leu G A C U Cys Arp Pro Stop Lys Asn GUCAGUCA CA U G POACUGACUGA CA UG Tyr AC Stop AS: Met-Lys-Glu-Phe-Lys-Ser mRNA: 5 AUG-AAA-GAG-UUU-AGC 3° DNA (nicht codogen): 5' ATG-AAA-GAG-TTT-AGC 3′ Ala Arg CAGUCAG U A Ser G Val Ablauf: > drei Schritte, die 20-30 mal wiederholt werden Schritt 1: Denaturierung Wasserstoffbrückenbndungen zwischen Einzelsträngen werden bei ca. 95°C getrennt Schritt 2: Anlagerung der Primer Primer binden sich an die Einzelstränge (ca. 50°C) Schritt 3: Synthese des DNA-Doppelstrangs 1le U G C U C Met C A Nach dem binden des Primers synthetisiertet die Taq-Polymerase den komplementären DNA-Strang. Vom 3'-Ende des Primers werden freie Nucleotide angelagert & zu einem kontinuierlichen Strang verknüpft (72°C) obo bobl. Start lle A G C Asp Gly Thr Glu Unterschiede: PCR & Replikation DNA-Replikation -natürlich -diskontinuierliche enzymatische Trennung -Primer -durch Hitze verliert es an Natürlichkeit -Primer muss bei Replikation entfernt werden STR-1 STR-2 STR-3 Gelelektrophonese > Gel stellt ein dreidimensionales Sieb dar (unterschiedliche Größen & Geschwindigkeiten) > DNA wird mit Hilfe der PCR vervielfältigt -> dann Gelelektrophonese Short-Tandem-Repeats >im nicht codierenden Bereich genutzt >kurze Mikrosatelliten > In Vertiefung des Gels wird DNA-Gemisch pipettiert. Gel liegt in einer Salzlösung > Durch Elektronen: elektrisches Feld wird aufgebaut >Verwandtschaften zu ermitteln/ Täter überführen >Anzahl der Wiederholungen unterschiedet sich von Mensch zu Mensch ! DNA-Fragmente sind an der Phosphatgruppe negativ geladen! > Die Fragmente bewegen sich durch die Poren zum positiven Elektronenpunkt ! DNA- sowie mRNA-Fragmente werden eingefärbt (Sichtbarkeit) ! > kleine Fragmmente bewegen sich schneller durch das Gel => Größenunterschied sichtbar Weiblich Er. Männlich Er. 8-8 3-5 12-13 DNA-Sequenzierung >"kettenabbruchmethode" 7-10 7-7 12-12 Polymerasekettenreaktion Man benötigt: >die zu bestimmende DNA-Matrize >DNA-Polymerase >radioaktiv markierte Primer >vier Desoxyribose-Triphosphate >vier verschiedene Abbruchsmoleküle -künstlich -vollständige Trennung Weiblich K 8-10 5-7 12-13 -Hitzedenaturierung -läuft meist schneller ab -zwei unterschiedliche, künstliche Primer -leichte und schnelle Verdopplung der DNA Weiblicher K 2 7-8 5-7 12-13 Agarose-Gel: >großporig >für DNA und größere Proteinmoleküle Polyacrylamid-Gel: >kleine Poren >kleine Proteinmoleküle Marker werden als Referenz hinzugegeben, um einen Vergleich zu haben Tandemwiederholungen: >entscheidend für genetischen Fingerabdruck >Wiederholungen von einem oder mehreren Nukleotideen im nicht codierenden Bereich der DNA. UNTR-Region (variable number of tandem repeats): >bei jedem Menschen einzigartig >Anzahl der Tandemwiederholungen durch Gelelektrophonese erkennbar >einsträngige DNA-Matrize wird mit Nucleotiden & DNA-Polymerase in verschiedene Sequenzieransätze gegeben >> komplementäre Anlagerung von Nucleotiden an Matrizenstrang ! In Ansätzen: ein radioaktives maskiertes Didesoxy-Nucleotid (fehlt am dritten C-Atom die OH-Gruppe) ! >Synthese bricht ab, wenn radioaktives Nucleotid anlagert => unterschiedlich lange DNA-Ketten (enden mit bestimmten Nucleotid) > vier Ansätze werden mit Gelelektrophonese aufgetrennt > Bandenmuster des Gels entspricht der Nucleotidensequenz des synthetisierten Strangs >unbekannte Matrizenstrang muss komplementäre Nucleotidensequenz besitzen Mutationstypen Genmutation: >> Raster-/Punktmutation -> stumme Mutation -> midsense Mutation -> nonsense Mutation Genommutation: Anzahl der Chromosomen wurde geändert Rastermutation: >Durch einfügen einer Base: Verschiebung des Leserasters Nicht mutiert: DNA: 3' TAC GCT TTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG CGA AAG GAC UAA 3' AS: Met-Arg-Lys-Asp-Stop Mutiert: DNA: 3 TAC GCT ATTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG CGA UAA GGA CUAA 3' AS: Met-Arg-Stop RNA-Interferenz > Mechanismen bei Eukaryoten > Form der Genregulation > zielgerichtet mit kurzen RNA- Stücken eigene Gene abschalten oder sich gegen fremde Erbsubstanzen wehren Zelldifferenzierung Fibroblast Stumme Mutation: > Es findet eine Mutation statt, ist aber kaum erkennbar, da die Aminosäure gleich bleibt. Missense Mutation: Durch notwendige Proteine Muskelzelle > Durch Änderung der Basenabfolge entsteht eine andere Aminosäure (veränderte Aminosäurensequenz) => anderes Protein entsteht Nonsense Mutation: Ablauf: (1) Zerschneiden der dsRNA: > Häcksler binden an doppelsträngiger RNA und zerschneidet die dsRNA in Stücke > ca. 21 Nucleotide (Stücke heißen siRNA) (2) RISC-Komplex (Enzymkomplex) > RISC-Komplex belädt sich mit siRNA => Trennung in Einzelstränge > Einzelstrang ermöglicht Kopplung von mRNA (trägt DNA Kopie zum Ribosom) > durch mRNA erkennt RISC weitere Fremdmoleküle => mRNA wird durch Enzym Nuclease entfernt > Durch Einfügen einer Base verändert sich das Leseraster. Protein kann nicht fertiggestellt werden (=> fehlende Funktionen im Körper) Nonsense Mutation Hormone/ Proteine (Signale von außen) Deletion= eine Base fällt weg Insertion= eine Base kommt hinzu Aktiviert Punktmutation: >Eine Base verändert sich Nicht mutiert: DNA: 3' TAC GCT TTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG CGA AAG GAC UAA 3° AS: Met-Arg-Lys-Asp-Stop Mutiert: DNA I: 3 TAC TCT TTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG AGA AAG GAC UAA 3¹ AS: Met-Arg-Lys-Asp-Stop = DNA II: 3 TAC GCT TTC ATG ATT 5° mRNA: 5' AUG CGA AAG UAC UAA 3º AS: Met-Arg-Lys-Tyr-Stop Stumme Mutation Missense Mutation >> pRNA: bestimmt, welche Gene zu methylieren sind >> siRNA: z.B. Abwehr von pathogenen Stoffen wie Viren >> microRNA: kann sich an verschiedene proteincodierende RNA-Moleküle anlagern und damit die Aktivität von Genen (Translation) regulieren >> Riboswitch-RNA: „An- und Ausschalter" Nutzen für die Natur: - Virenabwehr - Regulation Genexpression -Kontrolle der Genexpression -> Je nach Eigenschaft & Form der dsRNA kann Transkription/ Translation gehemmt werden -> DNA größer als mRNA => Transkription wird beeinflusst -> mRNA größer als Protein => Translation wird beeinflusst Gen (Ausgeschaltet) Gen 2 (Ausgeschaltet) Gen 3 (Ausgeschaltet) Zyklus geht so lange, bis alle/genug notwendige Proteine für die Zelle vorhanden sind Aktiviert Aktiviert bildet Protein bildet Protein