Molekulargenetik

Alternativer Bildtext:

Hälfte (semi") der Ausgangs-DNA bleibt erhalten ( konserviert") > Beweis von Meselson und Stahl Hälften, die jeweils mit Nukleotiden zu zwei Doppelsträngen ergänzt werden Ablauf: 1) Entspiralisieren und Öffnen des DNA Doppelstrangs > Enzym Helicase entspiralisiert die Doppelhelix und trennt die beiden Stränge unter Verwendung von ATP = Replikationsgabel > Proteine lagern sich an die getrennten Abschnitte an → verhindern die erneute Bindung Ergänzen des Einzelstrangs mit dem 5'- Ende > DNA-Polymerase kann Nukleotide nur in 5'+3' Richtung verknüpfen →DNA Newsynthese am zweiten Einzelstrang (5'-Ende) diskontinuierlich > DNA-Polymerase muss von der Replikationsgabel weg verknüpfen Notwendigkeit: > lebende, funktionierende Zelle braucht komplette Erbinformation DNA muss verdoppelt werden > aus Ein-Chromatid Chromosomen werden Zwei-Chromatid- Chromosomen gebildet = Replikation 2) Ergänzen des Einzelstrangs mit dem 3-Ende > Enzym Primase synthetisiert einen sogenannten Primer am DNA-Einzelstrang → Startsequenz > Anbau von Nukleotiden durch DNA-Polymerase in 5'+3' Richtung (kontinuierliche Replikation) Prinzip: > Komplementarität der Basen → zweite Hälfte ergänzt sich > Wasserstoffbrücken zwischen den Basenpaaren lassen sich leicht nach Reißverschlussprinzip trennen > komplexere Genome ↳ erfordert mehr Replikations ursprünge > langsamer (5-100 Nukleotide pro sek) > Primase an Polymerase & gebunden > Genome aus linearen DNA-Molekülen → es entstehen nur kurze Stücke neu synthetisierter DNA →→ Okazaki Fragmente > Lücken zwischen den Fragmenten werden von der DNA-Ligase zu einem durchgehenden Strang verbunden Vergleich Eukaryoten und Prokaryoten Eukaryoten DNA dichter mit Proteinen verpackt muss erst aufgelockert werden Lam Ende Telomere (Sequenz wiederhol- ungen) zum Schutz vor Erbmaterial- verlust Prokaryoten Replikationsfehler: Häufigkeit zu 107 Nukleotide durch Einwirkungen von außen >Bindungen anfällig für spontarie Veränderungen ↓ DNA-Polymerase hat Korrekturlesefunktion →bei Einbau eines falschen Moleküls dient sie als Exonuclease →Trennung des Nucleotids >nachträgliche Fehler werden durch Reparatur- enzyme beseitigt Genome in kleiner, zirkulärer Form L> nur ein Replikationsursprung > schneller (1000 Nukleotide pro Sekunde) definierter DNA-Abschnitt, der das Ende der DNA-Verdopplung einläutet ANALYSE der DNA PCR-Polymerase-Kettenreaktion > Verfahren zur beliebigen Replikation von DNA-Stücken außerhalb einer Zelle, ausgehend von einem einzelnen intakten DNA-Molekul > die Vorgänge sind der natürlichen Replikation sehr ähnlich 1) Trennen - Denaturierung der DNA (Erhitzen) 2) Koppeln - Annealing (Anlagerung der Primer) 3) Elongation Strang verlängerung >möglich durch Entdeckung und Verwendung der hitzebeständigen Tag-Polymerase aus dem thermophilen Archaebakterium Termus aquaticus > Thermocyler steuem die Versuchsbedingungen automatisch Primer Nukleotid 5 5 5' 3' 2) ][ 3' Gelelektrophorese >dient der Auftrennung von Makromolekülen bzw. unterschiedlich großen Bruchstücken von Proteinen oder Nukleinsäuren > Grundlage: Moleküle wandern, entsprechend ihrer Größe und Ladung in einem elektr. Feld, gerichtet und unterschiedlich schnell DNA-Sequenzierung > dient der Bestimmung der Nucleotidabfolge Bsp: Kettenabbruchmethode: > DNA wird durch Denaturierung in Einzelstränge gespalten nach Sanger > die einzels ngige DNA wird auf vier Ansätze verteilt > der Einzelstrang wird mit einem radioaktiv markierten Primer hybridisiert > in jedem Ansatz befinden sich neben DNA und Polymerase die vier Nukleotide + jeweils ein Abbruch-Nukleotid →Abbruch Nukleotide verhindern das Anfügen eines nächsten Nukleotids = die DNA-Synthese bricht ab PROTEINBIOSYNTHESE Gen (Basensequenz) →→→ Protein (Aminosäure-sequenz) umsetzung der Basensequenz der DNA in die AS-Sequenz eines Proteins erfolgt in den Ribasomen des Zellplasmas > die DNA befindet sich im Zellkern die Information muss den Zellkern verlassen Transkription im Zellkem GEN mRNA Translation im Zellplasma PROTEIN Transportmolekül: m-RNA Transkription = Übertragung der genetischen Information der DNA auf RNA-Information 1) Öffniung des DNA-Doppelstrangs durch RNA-Polymerase (löst wasserstoffbrücken auf) 2) Anlagerung komplementarer RNA-Nukleotide an die freien Basen des codogenen Stranges der DNA (35) → mit Adenin paart sich uracil statt Thymin 3) Wenn RNA-Polymerase Stoppstelle (Terminator) am Ende des Gens erreicht, löst sie sich von DNA und gibt m-RNA frei (4) Praperation und Auswandern der mRNA aus dem Kern durch die Kernporen ins Cytoplasma) gilt nur bei Eukaryonten AUG- Startcodon Translation =Übersetzung der RNA-Information in die Aminosäuresequenz eines Polypeptids 1) Ribosom heftet sich an 5'-Ende der mRNA an (startcodon AUG oder GUG) und wandert in 5'→3' Richtung über die mRNA 2) An die Basentripletts (Codons) lagern sich tRNA Moleküle mit dem entsprechenden Anticadon (komplementares Basentriplett in der tRNA Struktur) an jede tRNA hat eine dazu passende Aminosäure gebunden 3) Wenn im Inneren eines Ribosoms (A und P Stelle) zwei tRNAs mit ihren Anticodons andie Codons angelagert sind, werden die transportierten Aminosäuren durch eine Peptidbindung verbunden 4) Ribosom rutscht um ein Codon in 3'-Richtung weiter. Dem 5'Ende nähere tRNA gibt ihre Aminosäure ab und wird freigesetzt 5) An das neue im Ribosom liegende Codon, wird passende +RNA angelagert usw. bis Stoppcodon (z. B UAA) erreicht ist 6) Fertige Polypeptidkette (Protein) wird freigesetzt, Ribosom läst sich 7) Im Cytoplasma kommt es zur, Neubeladung" der tRNA Moleküle mit spezifischen Aminosäuren Der genetische Code: = Regeln aufgrund derer die DNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird > bestimmte Abfolge von drei Basen kodiert für eine bestimmte Aminosäure 2.B AGG = Argon > universal und gilt für alle Lebewesen > Code ist eindeutig →Codon codiert stets nur eine einzige Aminosaure > Code ist degeneriert→→Fast alle Aminosäuren werden von mehreren Tripletts codiert UAA, UAG, UGA = Stopcodons startet venec Arg SO72302 C10051GUCAG Pro GU AG CU UGA UGAS Leu כ ACCOROC PROTEIN shutterstock.com 339833039 Glu Eukaryonten > Mosaikgene enthalten Exons und Introns Exons codierende DNA Segmente Introns nichtcodierende DNA Segmente > Transkription im Kem, Translation im Cytoplasma > Translation beginnt nach Abschluss der Transkription > pra-mRNA wird durch Spleißen, Capping und Anheften des Polyschwanzes Prozessiert > DNA enthält Stützproteine (Histone) > 80S Ribosomen bestehen aus 605 und 40S Untereinheiten DNA Spleißen: Introns werden aus der prä-mRNA herausgeschnitten. Bestimmte Gene werden bei Bedarf an- oder abgeschaltet Prokaryonten Gene enthalten nur codierende Sequenzen Exons werden zu einer zusammenhängenden mRNA verknüpft > Transkription und Translation im Cytoplasma > Translation beginnt bevor Transkription beendet ist > mRNA wird ohne Modifizierung translatiert Capping Cap Struktur (am N7-Atom methylierter 7-Guanylrest) an 5'-Ende geheftet. Anheften eines Poly (A)-Schwanz (Sequenz von bis zu 250 Adeninnukleotiden) am 3'-Ende GENREGULATION Regulatorgen > DNA enthält keine Histone > 705 Ribosomen bestehen aus 505 und 30s Untereinheiten Genprodukt: Repressorprotein Startstelle für RNA-Polymerase Operon Promotor Operator Strukturgene proteincodierende Gene Enzymproteine als Gen produkte Bindestelle für das Repressorprotein. Genregulation durch Substratinduktion. >Repressorprotein wird durch ein Substrat (Induktor) inaktiviert → lost Transkription entsprechender Strukturgene aus > Induktion = Anschalten eines Gens durch die Anwesenheit eines Effektors > Bsp: Laktoseabbau durch E.coli Genregulation durch Endprodukthemmung > Repressorprotein wird durch das Endprodukt aktiviert →Blockierung der Transkription > Repression = Abschalten eines Gens durch Anwesenheit eines Effektors GENMUTATIONEN Ursachen und Folgen Mutation eine nicht zielgerichtete, dauerhafte Veränderung des Erbguts > werden an die Nachkommen weitergegeben > können unter durchschnittlichen natürlichen Bedingungen auftreten (= Spontanmutationen) oder experimentell ausgelöst werden induzierte Mutationen) Genommutationen: (numerische Chromosomen aberrationen). verändem die Anzahl der Chromosomen pro Zelle (Aneu-, Euploidie) Aneuploidien bei den Gonosomen → entstehen oft durch eine Fehlverteilung = Nondisjunction der Chromosomen bei der Keimzellenbildung durch eine Nondisjunction resultiert in den Zellen eine Überzahl bzw. keine Gonosomen → chromosomale Intersexualitāt Aneuploidien bei den Autosomen -2.B Trisomie 21 (Down-Syndrom) das Chromosom 21 ist dreimal vorhanden Körperzellen besitzen 47 Chromosomen →Fehlverteilung der Chromosomen in der Meiose während der ersten oder zweiten Reifeteilung Chromosomen mutationen: (strukturelle Chromosomenaberrationen) führen zu veränderter Chromosomenstruktur Deletion: Verlust eines Chromosomenstücks Translokation: Umlagerung eines Chromosomenstücks auf ein anderes Chromosom Genmutationen: Änderung der genetischen Information eines Gens im subramikroskopischen Bereich A. Normalfall Punkt- mutation Raster- mutation ↓ Austausch C. Missense-Mutation ↓ Einschub/ Verlust Met Lys 3. stumme Mutation Met Met Met TEETH E. Insertion HHIHHIIH D Nonsense-Mutation Met F. Deletion Lys Met Lys Stop Lys mRNA Gly Stop -Polypeptid DNA Gly Lys Stop Trp |||||||||||| Ala DNA mRNA Cys Stop -Polypeptid DNA Leu mRNA DNA mRNA DNA mRNA Polypeptid DNA mRNA Polypeptid Basenaustausch Einbau der ursprünglichen Aminosäure Basenaustausch Einbau einer anderen Aminosäure Basenaustausch →→ Entstehung eines Stopcodons Hinzufügen einer Base Verschiebung des Leserasters veränderte Aminosäuresequenz Verlust einer Base →→ Verschiebung des Leserasters veränderte Aminosäuresequenz