Replikation und Fehlerkorrektur der DNA

Die DNA-Replikation ist ein komplexer Prozess, der vor jeder Zellteilung stattfindet. Dabei wird die DNA-Doppelhelix aufgetrennt und beide Einzelstränge dienen als Vorlage für die Synthese neuer DNA-Stränge.

Highlight: Die Replikation verläuft semikonservativ - jedes neue DNA-Molekül enthält einen alten und einen neu synthetisierten Strang.

Bei der DNA-Replikation können Fehler auftreten, die schwerwiegende Folgen haben können. Daher gibt es verschiedene Kontrollmechanismen wie das Proofreading, bei dem die neu eingebauten Basen auf ihre Korrektheit überprüft werden.

DNA-Organisation und Genexpression bei Eukaryoten

Die DNA-Doppelhelix in eukaryotischen Zellen ist hochkomplex organisiert, um die enorme Menge an genetischem Material effizient zu verpacken. Histone spielen dabei eine zentrale Rolle als Verpackungsproteine. Die fünf verschiedenen Histontypen (H2A, H2B, H3, H4 und H1) bilden zusammen mit der DNA Nukleosome - die grundlegende Verpackungseinheit des Chromatins.

Definition: Das Nukleosom besteht aus einem Oktamer aus je acht Histonproteinen, um das sich die negativ geladene DNA wickelt. Diese Struktur ist fundamental für die DNA-Reparatur und Genregulation.

Die Organisation des Chromatins wechselt zwischen zwei Hauptzuständen: Dem locker gepackten, transkriptionell aktiven Euchromatin und dem stark kondensierten, meist inaktiven Heterochromatin. Diese dynamische Struktur ermöglicht eine präzise Genregulation bei Eukaryoten.

Die Genexpression Eukaryoten weist einige Besonderheiten auf. Eukaryotische Gene bestehen aus codierenden Exons und nicht-codierenden Introns. Der Promotorbereich enthält wichtige regulatorische Elemente wie die TATA-Box, die bei der Transkriptionsinitiation eine zentrale Rolle spielt.

Highlight: Über 90% des menschlichen Genoms sind nicht-codierende Sequenzen. Diese spielen dennoch wichtige Rollen bei der Genregulation bei Eukaryoten und der Genomstabilität.

Der genetische Code und seine Bedeutung

Der genetische Code bildet die Grundlage für die Genexpression Proteinbiosynthese. Er wurde in den 1960er Jahren entschlüsselt und zeigt, wie DNA-Sequenzen in Proteine übersetzt werden. Drei aufeinanderfolgende Basen (Codon) codieren dabei für eine Aminosäure.

Vocabulary: Der Code ist degeneriert, das bedeutet, dass mehrere Codons für dieselbe Aminosäure codieren können. Von den 64 möglichen Codons codieren 61 für Aminosäuren, während drei als Stoppsignale fungieren.

Die Genexpression einfach erklärt läuft bei Eukaryoten in mehreren Schritten ab: Zunächst wird die DNA in RNA umgeschrieben (Transkription), diese wird prozessiert und schließlich in Protein übersetzt (Translation). Die Reifung der mRNA bei Eukaryoten umfasst dabei mehrere wichtige Modifikationsschritte.

Example: Ein typisches Beispiel für die Komplexität der eukaryotischen Genregulation ist das alternative Spleißen. Hierbei können aus einem Gen durch unterschiedliche Kombination der Exons verschiedene Proteinvarianten entstehen.

Translation und Proteinbiosynthese

Die Translation ist der finale Schritt der Genexpression, bei dem die mRNA-Sequenz in eine Aminosäurekette übersetzt wird. Dieser Prozess findet an den Ribosomen statt und benötigt verschiedene Hilfsmoleküle wie tRNAs und Aminoacyl-tRNA-Synthetasen.

Highlight: Die tRNA spielt eine zentrale Rolle als "Adapter-Molekül", das die genetische Information der mRNA mit den entsprechenden Aminosäuren verbindet.

Die Ribosomen besitzen drei wichtige Bindungsstellen (A-, P- und E-Stelle) für die tRNAs und koordinieren den schrittweisen Aufbau der Polypeptidkette. Mehrere Ribosomen können gleichzeitig an einer mRNA arbeiten und bilden dabei sogenannte Polysome.

Example: Ein typisches eukaryotisches Gen kann durch alternatives Spleißen verschiedene Proteinvarianten erzeugen, was die große Proteindiversität in höheren Organismen erklärt.

Die Grundlagen der Genexpression und Translation

Die Genexpression bei Eukaryoten ist ein komplexer Prozess, bei dem genetische Information in Proteine umgewandelt wird. Der codierende DNA-Strang und die messenger-RNA (mRNA) weisen dabei dieselbe Basensequenz auf, während der codogene Strang komplementär zu beiden ist. Diese Komplementarität ist essentiell für die präzise Übertragung der genetischen Information.

Definition: Der codierende DNA-Strang ist derjenige Strang der DNA-Doppelhelix, der als Vorlage für die Transkription dient. Seine Sequenz entspricht der der mRNA, nur dass statt Uracil Thymin vorkommt.

Die Translation, also die Proteinsynthese, erfolgt am Ribosom in einer festgelegten Richtung. Dabei werden die genetischen Informationen der mRNA in eine Aminosäurenkette übersetzt. Die Transfer-RNA (tRNA) spielt hierbei eine zentrale Rolle als "Adapter-Molekül", das die richtigen Aminosäuren entsprechend dem genetischen Code zum Ribosom transportiert.

Die Genregulation bei Eukaryoten ist deutlich komplexer als bei Prokaryoten und umfasst mehrere Kontrollebenen. Ein wichtiger Mechanismus ist das alternative Spleißen, bei dem aus einem Primärtranskript verschiedene reife mRNA-Moleküle entstehen können. Dies erhöht die Proteinvielfalt ohne zusätzliche Gene.