Transkription: Von DNA zu RNA

Die Transkription ist der erste Schritt der Genexpression, bei dem die genetische Information von der DNA auf die RNA übertragen wird. Bei Eukaryoten findet dieser Prozess im Zellkern statt.

Highlight: Der Ablauf der Transkription lässt sich in drei Hauptphasen unterteilen: Initiation, Elongation und Termination.

Die Transkription Initiation beginnt mit der Bindung der RNA-Polymerase an eine spezifische DNA-Sequenz, den Promotor. Dies führt zur Öffnung der DNA-Doppelhelix in diesem Bereich.

Vocabulary: Promotor - Eine DNA-Sequenz, die den Startpunkt für die Transkription markiert.

Während der Transkription Elongation liest die RNA-Polymerase den codogenen Strang der DNA ab und synthetisiert einen komplementären RNA-Strang in 5'-3'-Richtung. Dabei benötigt sie im Gegensatz zur DNA-Replikation keinen Primer.

Example: Man kann sich die RNA-Polymerase wie einen Reißverschluss vorstellen, der die DNA öffnet, die Information abliest und dann wieder schließt.

Die Transkription Termination erfolgt, wenn die RNA-Polymerase auf eine Terminator-Sequenz trifft. An diesem Punkt löst sich das Enzym von der DNA und setzt die fertige mRNA frei.

Quote: "Die Transkription endet, wenn die RNA-Polymerase auf den Terminator stößt."

Translation: Von RNA zu Protein

Die Translation ist der Prozess, bei dem die genetische Information der mRNA in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird. Dieser Vorgang findet an den Ribosomen statt, die aus einer großen und einer kleinen Untereinheit bestehen.

Highlight: Die Translation und Transkription sind eng miteinander verknüpft, wobei die Translation der Transkription folgt.

Der Prozess beginnt, wenn sich die mRNA an die kleine Ribosomenuntereinheit anlagert. Die Ribosomen "scannen" die mRNA, bis sie auf ein Start-Codon $AUG$ treffen. An dieser Stelle bindet die Start-tRNA mit der Aminosäure Methionin.

Vocabulary: Codon - Ein Basentriplett auf der mRNA, das für eine spezifische Aminosäure oder ein Stoppsignal codiert.

Das Ribosom verfügt über zwei tRNA-Bindungsstellen: die A-Stelle für die ankommende tRNA und die P-Stelle für die tRNA mit der wachsenden Polypeptidkette. Durch wiederholtes Anlegen von Aminosäuren und Verschieben des Ribosoms entlang der mRNA wächst die Polypeptidkette.

Example: Man kann sich den Translationsprozess wie eine Perlenkette vorstellen, bei der jede Perle $Aminosäure$ nach einem bestimmten Muster $Codon$ aufgefädelt wird.

Die Translation endet, wenn eines der drei Stopp-Codons $UAG, UGA, UAA$ erreicht wird. Das Ribosom zerfällt dann in seine Untereinheiten, und das fertige Polypeptid wird freigesetzt.

Definition: Polypeptid - Eine Kette von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen miteinander verknüpft sind.

tRNA: Der Schlüssel zur Aminosäure-Codierung

Die Transfer-RNA $tRNA$ spielt eine entscheidende Rolle bei der Translation, indem sie die Verbindung zwischen dem genetischen Code und den Aminosäuren herstellt.

Highlight: Jede tRNA verfügt über ein spezifisches Anticodon, das komplementär zu einem Codon auf der mRNA ist.

Die tRNA-Moleküle haben eine charakteristische Kleeblattstruktur mit mehreren funktionellen Bereichen:

1. Das Anticodon am einen Ende, das mit dem Codon der mRNA paart.
2. Die Aminosäurebindungsstelle am 3'-Ende, an die die spezifische Aminosäure gebunden wird.

Vocabulary: Anticodon - Eine Sequenz von drei Basen auf der tRNA, die komplementär zu einem Codon auf der mRNA ist.

Die Auswahl der richtigen Aminosäure für jede tRNA wird durch spezifische Enzyme, die tRNA-Synthetasen, sichergestellt. Jede der 20 proteinogenen Aminosäuren hat ihre eigene tRNA-Synthetase.

Example: Man kann sich die tRNA wie einen Übersetzer vorstellen, der die "Sprache" der Nukleinsäuren $Codons$ in die "Sprache" der Proteine $Aminosäuren$ übersetzt.

Der genetische Code: Die Sprache des Lebens

Der genetische Code ist das System, durch das die in der DNA-Sequenz gespeicherte Information in Proteine übersetzt wird. Er bildet die Grundlage für die Übertragung genetischer Information von einer Generation zur nächsten.

Highlight: Der genetische Code ist universell, das heißt, er ist in fast allen Organismen identisch.

Wichtige Eigenschaften des genetischen Codes sind:

1. Es handelt sich um einen Triplett-Code, bei dem jeweils drei Basen $ein Codon$ für eine Aminosäure codieren.
2. Der Code ist degeneriert, was bedeutet, dass mehrere Codons für dieselbe Aminosäure codieren können.

Definition: Degeneration des genetischen Codes - Die Eigenschaft, dass mehrere Codons für dieselbe Aminosäure codieren können.

Diese Degeneration des Codes bietet eine gewisse Redundanz und Fehlertoleranz bei der Proteinbiosynthese. Sie ermöglicht es Organismen, trotz kleinerer Mutationen in der DNA-Sequenz funktionsfähige Proteine zu produzieren.

Example: Die Aminosäure Leucin wird beispielsweise von sechs verschiedenen Codons codiert $UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG$, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie trotz einer Mutation korrekt in ein Protein eingebaut wird.

Der genetische Code umfasst 64 mögliche Codons, von denen 61 für Aminosäuren codieren und drei als Stopp-Codons fungieren, die das Ende der Proteinsynthese signalisieren.

Quote: "Der genetische Code ist die in der Basensequenz der DNA verschlüsselt vorliegende Information zur Bildung einer Aminosäure."

Alternatives Spleißen

Das alternative Spleißen ermöglicht die Entstehung verschiedener Proteine aus einer DNA-Sequenz.

Definition: Beim Spleißen werden Introns entfernt und Exons zur fertigen mRNA verknüpft.

Example: Aus einer DNA können durch alternatives Spleißen mehrere verschiedene reife mRNAs entstehen.

Prokaryoten vs. Eukaryoten

Grundlegende Unterschiede in der Genomorganisation und Genexpression:

Highlight: Prokaryoten haben ein ringförmiges Chromosom ohne Histone, während Eukaryoten lineare DNA mit Histonen besitzen.

Definition: Plasmide sind zusätzliche DNA-Moleküle, die häufig in Prokaryoten vorkommen.

Genmutationen

Verschiedene Arten von Mutationen können die DNA-Sequenz verändern:

Vocabulary:

• Deletion: Verlust von Nucleotiden
• Insertion: Einbau zusätzlicher Nucleotide
• Translokation: Verlagerung von Chromosomenabschnitten

PCR-Methode

Die Polymerasekettenreaktion ermöglicht die gezielte Vervielfältigung von DNA-Abschnitten:

Definition: PCR ist eine Methode zur exponentiellen Vermehrung spezifischer DNA-Sequenzen.

Highlight: Die Taq-Polymerase ist hitzebeständig und ermöglicht die DNA-Synthese bei hohen Temperaturen.

DNA-Replikation: Der Schlüssel zur Zellteilung

Die DNA-Replikation ist ein fundamentaler Prozess in der Molekularbiologie, der die Verdopplung des Erbguts vor der Zellteilung ermöglicht. Der Ablauf der DNA-Replikation ist komplex und involviert mehrere Enzyme und Schritte.

Highlight: Die DNA-Replikation erfolgt semi-konservativ, was bedeutet, dass jeder neue DNA-Strang aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang besteht.

Der Prozess beginnt mit der Helicase, die die DNA-Doppelhelix an der Replikationsgabel aufwindet. An den freigelegten Einzelsträngen synthetisiert die Primase kurze RNA-Primer, die als Startpunkte für die DNA-Polymerase dienen.

Vocabulary: Replikationsgabel - Der Y-förmige Bereich, an dem die DNA-Doppelhelix während der Replikation aufgetrennt wird.

Die DNA-Polymerase kann Nukleotide nur in 5'-3'-Richtung verknüpfen. Aufgrund der antiparallelen Struktur der DNA-Stränge erfolgt die Synthese am Leitstrang kontinuierlich, während sie am Folgestrang diskontinuierlich über Okazaki-Fragmente stattfindet.

Definition: Okazaki-Fragmente sind kurze DNA-Abschnitte, die während der diskontinuierlichen Replikation des Folgestrangs synthetisiert werden.

Nach der Synthese der Okazaki-Fragmente werden die RNA-Primer durch DNA-Nukleotide ersetzt und die Fragmente durch die DNA-Ligase zu einem durchgehenden Strang verbunden.

Example: Die kontinuierliche und diskontinuierliche Replikation kann man sich wie das Nähen eines Stoffes vorstellen: Der Leitstrang wird in einem Stück genäht, während der Folgestrang aus vielen kleinen Stücken zusammengesetzt wird.