Alternativer Bildtext:

Zellpolen; DNA wickelt sich zu Chromosomen: - Chromosomen ziehen sich stark zusammen - Kondensierung (Verdichtung) zu 2-Chromatid-Chromosomen Metaphase vollständige Kondensation; Chromosomen ordnen sich in Äquatorial- ebene an; Spindelfasern setzen an den Centromeren an Anaphase: Spindelfasern verkürzen sich → Chromosomen werden zu Zellpolen gezo- gen; 1- Chromatid - Chromosomen jeweils an einem Pol Telophase: Dekondensation / Entspiralisierung d. Chromosomen; Kernkörperchen & Kemmembran bilden sich neu; Spindelfasern lösen sich auf Cytokinese: endgültige Zellteilung; Cytoplasma wird aufgeteilt Pflanzen: Bildung einer neuen Zellwand aus Vesikeln Tiere Bildung neuer Zellmembran ja l Cytokinese Telophase Kernkörperchen/ Nucleolus Centrasome mit Spindelfasern Interphase Anaphase Chromatin (DNA) Kernmembran Prophase Metaphase Meiose geschlechtliche Zellteilung, bei der 4 haploide Keimzellen in zwei Reifeteilungen entstehen ERSTE REIFETEILUNG (REDUKTIONSTEILUNG) 1 diploide Zelle (2n) 120 www. 0.00 00 1 Prophase I: 2 Interphase: Verdopplung d. Erbmaterials 3 Anaphase 1: 2 haploide Zellen (1n) mit nicht identischem Erbgut 4 Telophase I: · Chromosome kondensieren ·mütterliche Chromosome lagern sich an homologe väterliche an (Tetrade) • intrachromosomale Rekombination/ Crossing - Over Kernhülle löst sich auf Metaphase I: ebene an homologe Chromosomenpaare ordnen sich zufällig in Äquatorial- Spindelapparate bilden sich an Zellpolen aus homologe Chromosomenpaare durch Spindelapparate getrennt & zu Zellpolen gezogen (ein 2-Chroma- tid-Chromosom auf eine Seite) Verteilung erfolgt zufällig → durch Crossing - Over zusätzliche Durch- mischung d. Erbguts • Zellen trennen sich voneinander → zwei haploide Tochterzellen (1n) kem membran & Kernkörperchen bil- den sich neu ZWEITE REIFETEILUNG (wie Mitose) 2 haploide Zellen (1n) mit nicht identischem Erlogut O 0.00 (812) Fran 2000 BIS 4 haploide Zellen (1n) mit unterschiedlichem Erbgut 5 Prophase I: 7 Anaphase I: 8 Telophase II/ Cytokinese: BESONDERHEITEN D. MEIOSE ·Kernmembran & Kernkörper- chen lösen sich auf 6 Metaphase II: Spindelfaser setzen sich an Centromer an · Zellmembran löst sich weiter auf zentrale Ziele der Mejose: - Reduktion - Rekombination & Entstehung genetischer Vielfalt: . · Kondensierung zu 2-Chroma- . tid- Chromosomen Centrosome d. Spindelappa- rats wandern Richtung Pole · vollständige Kondensation Anordnung d. Chromosome in Äquatorialebene Spindelfasern verkürzen sich & ziehen Chromosomen zu den Polen 1- Chromatid-Chromosom jeweils an einen Pol Dekondensierung der Chro- mosomen • Kernkörperchen & -membran bilden sich neu Spindelfasern lösen sich auf Plasma teilt sich Bildung neuer Zellmem- bran Zufälligkeit der Befruchtung interchromosomale Rekombination: → Metaphase I, Meiose: Chromosomen ordnen sich in Äquatorialebene an + Anaphase I, Meiose: zufällige Verteilung/Anordnung d. hamdagen Chromo- some .intrachromosomale Rekombination (Crossing-Over)' + Prophase I, Meiose: Chromatide legen sich übereinander Stückaus- tausch findet statt SPERMATOGENESE 1. Reifeteilung 2. Reifeteilung OOGENESE 2n 1. Reifeteilung 2. Reifeteilung کسی کسی کسی کی 10 4 gleichgroße haploide Spermienzellen Prophase I Metaphase I Anaphase I Telophase I 2n Metaphase I 1 diploide Urgeschlechtszelle im Eierstock 10 Anaphase I O Telophase I Prophase I Metaphase I Anaphase I Telophase I Metaphase I Anaphase I Telophase I 1 haploide Eizelle mit 3 Centriden Die Spermatogenese dient der Entstehung von Spermatiden aus einer Stammzelle & Lauft von der Pubertät an in den Samen- kanälen des Hoden ab. Oogenese bezeichnet die Ent- wicklung der weiblichen Gameten (Oozyten). Sie beginnt in der Fetalperiode (Zeitspanne in der Entwicklung d. Fetus) & dauert bis zur ovulatorischen Ausreifung der Vorstadien zur befruch- tungsfähigen Eizelle. VERGLEICH MIT MITOSE Funktion Ort Erbgut Rekombina- tionen Ergebnis Meiose Bildung von Geschlechtszellen (Gameten) in den Keimdrüsen das Erbgut d. Tochterzellen unterscheidet sich von der der Ausgangs-/Mutterzelle intrachromosomale Rekombina- tion (Crossing - Over) in Prophase I; interchromosomale Rekombina- tion in der Metaphase I 4 Zellen mit haploidem Chro- mosomensatz Mitose Vermehrung von Zellen in allen wachsenden Zellen das Erbgut der Tochterzellen ist mit der Ausgangszelle identisch keine Rekombinationen 2 Zellen mit diploidem Chromosomensatz Stammbaumanalyse Die Stammbaumanalyse ist ein Teil der Erbforschung, mit der z. B. erblich be- dinge Krankheiten nachverfolgt werden können. • Vererbung eines Merkmals wird untersucht man betrachtet wie das Merkmal vererbt wird . Homozygot: wenn beide Allele für ein bestimmtes Merkmal gleich sind, z. B. aa, AA · Heterozygot: wenn zwei verschiedene Allele für ein bestimmtes Merkmal vorliegen, z. B. aA Allel: - zwei verschiedene Zustandsformen eines Gens, die auf homologen Chromosomen liegen VORGEHEN Anzahl der Generationen (jedes Pärchen einzeln beschreiben) Gesamtanzahl der Personen Anzahl der Merkmalsträger (davon Männer & Frauen) Anzahl der konduktoren Auffaligkeiten beschreiben - auf Vererbungsmodus schließen Beweise für erschlossenen Erbgang LEGENDE O Frau Mann Merkmalsträger Elternpaar Kinder AUTOSOMAL DOMINANT AA 1 5 AA Aa 5 AA да 5 ХУ 1 XX 2 11 да да aa 2 XX 10 aa AUTOSOMAL REZESSIV Q 4 aa (3) Aa AAL 2 7 Ausprägung bei mind. einem dominantem Allel alle Genotypen von gesunden Personen sind homozygot aa Beispiele: Chorea Huntington, Marfan-Syndrom, Neurofibromatose, Polydaktylie XY aa xyl 12 aa 10 XX Vererbungsgänge да Аа 7 8 TAa Aal 11 XX 3 XX 4 8 Aa für Merkmalsprägung müssen beide rezessiven Allele homozygot (aa) vorliegen Personen mit einem heterozygoten Genotyp (aa/aA) sind konduktoren Beispiele: Albinismus, Mukoviszidose, Krentinimus, Sichellanämie X-CHROMOSOMAL DOMINANT XX Aa aa 12 aa 12 XY (13) aa 4 Ху да 10 XY aa ration dominant • Frauen & Männer sind im ähn- Lichen Verhältnis betroffen + auto- somal · Kind mit Merkmal hat mind. ein betroffenes Elternteil Merkmale: Merkmalsträger in jeder Gene- • . Merkmale: Merkmalsträger nicht in jeder Generation + rezessiv •Frauen & Männer sind im ähn- lichen Verhältnis betroffen autosomal Kind mit Merkmal kann gesunde Eltern haben Merkmale: Merkmalsträger in fast jeder Ge- neration + dominant Frauen & Männer sind betroffen (Frauen in der Regel häufiger) chromosomal ist der Vater Merkmalsträger, sind es all seine Tochter ebenfalls Merkmale werden über Gonosomen übertragen, Männer erben x-Chromosomen immer von Mutter Genotyp der Männer immer eindeutig + gesunde Männer: XY/XY & betroffene Männer: XY / XY phänotypisch gesunde Töchter immer XX/XX Beispiele: Alport - Syndrom, Vitamin-D- Resistenz erbliche Nachtblindheit B X-CHROMOSOMAL REZESSIV XXI 8 ху . XX 3 XYL 4 9 XY XY 9 XX (5 XX TXX 2 Y-CHROMOSOMAL XX XY 5 ху XX 10 XY Genotyp der Männer immer eindeutig → gesunde Männer: XY & betroffene Männer. XY/xY Frauen als konduktoren (1,3,6), da zweites dominantes X-Chromosom das re- zessive x-Chromosom ausgleichen kann Beispiele Hömophilie, Muskeldystrophie (Typ buchenne), Rot-Grün-Sehschwäche 2 ху 11 XY XX 10 ху 7 ху XY (12) XX (11) XX 00+ JXX . 12 ху J Merkmale: überwiegend betroffene Männer Frauen als Konduktoren (überträ- ger), ohne erkrankt zu sein Frauen nur betroffen, wenn Vater betraffen & Mutter Konduktorin ist (selten) Merkmale: ausschließlich Männer sind Merk- malsträger ist der Vater betroffen, sind es die Söhne auch Frauen können weder betroffen, noch konduktoren • Vererbungsmodus spielt in Praxis keine wesentliche Rolle, da die meisten Gene auf dem Y-Chromosom, die nicht zu X-chromosomalen Genen homolog sind, eine Rolle bei der sexuellen Differenzierung spielen und vielfach zu einer Zeu- gungsunfähigkeit führen Stammzellen EMBRYONALE STAMMZELLEN werden in der Regel dem Embryo im Blastula- Stadium entnommen ·sind pluripotent (= können sich zu Zellen aller drei keimblätter differenzieren), aber nicht toti- potent (= eine einzelne Zelle kann sich also nicht mehr zu einem vollständigen Embryo entwickeln) · teilen sich asymmetrisch Trophoblast KENNZEICHEN Embryoblast Blastozystenhöhle ADULTE STAMMZELLEN kommen in vielen Gewebetypen erwachsener, adulter Organismen vor z.B. Nabelschnurblut, Knochenmark, Gehim, Bauchspeicheldrüse organspezifisch zona Pellucida Entwicklungspotenzial im Vergleich mit embryonalen Stammzellen eingeschränkt + teilweise pluripotent und unipotent • sind teilungsfähig, aber nur auf ein Signal hin oder bei Bedarf · erneuern spezielle Körperzellen & reperieren Gewebeschäden unbegrenzt teilbar können sich unter bestimmten Umgebungsbedingungen zu bestimmten Zelltypen entwickeln (differenzieren) • sind noch nicht vollständig ausdifferenziert & determiniert STAMMZELLENTHERAPIE adulte Stammzellen werden bereits bei Leukämie (Blutkrebs) & schweren Ver- brennungen verwendet Verwendung wird auch bei Diabetes, Parkinson & Herzerkrankungen erforscht Vorteile: Gefahr einer Abstoßung des Transplantats ist (sehr) gering Ablauf: 1) Entnahme aus Patienten 2) Kultivierung / Differenzierung 3) Wiedereinsetzung in den Patienten komplementäre Basen / Basenpaare (auf Stickstoffbasis) 5'-Ende _"1/-( Zucker: Desoxyribose Phosphat { 3'-Ende HO Aufbau der DNA Thymin (Base) H2A, H2B3, H3, H4 (jedes 2x) ΝΗ H1 Guanin (Base) H₂N N NH NH komplementäre Basenpaare MW Adenin (Base) Rückgrat H₂N N ONA Wasserstoff- brücken OH Cytosin (Base) komplementäre Basen / Basenpaare (auf Stickstoffbasis) 3'-Ende 5¹- Ende Rückgrat: Zucker + Phosphat Nukleasid: Base + Zucker Nukleotid: Base + Zuckert 1 Phosphat-Anhang Nukleasid- Triphosphat: Base + Zuckert 3 Phosphat - Anhänge je nach Base ATP, TTP, CTP, GTP ONA - boppelhelix mit komplementaren Basenpaaren (A-T; G-C) & Phosphatdes- oxyribose - Rückgrat (ca. 2nm) (Abb. nach Watson- Crick- Modell) Perlenschnur"-Form des Chromatins Nucleasomen: DNA gewickelt um Histone (bestehend aus 8 Histon - Proteinen) (ca. 11pm) Chromatinfaser Jour Chromatid 6 Centromer Histone sellelle zwei-Chromatid-Chromosom 30-nm- Chromatin - Faser der ver- dichteten Nucleosomen Chromatinfaser in Schleifen gefaltet (ca. 700 nm) gesamtes Metaphasechromosom mit zwei Chromatiden & dem Centromer (ca. 1.400 hm) Nukleinsäuren: Nukleinsäuren sind Makromoleküle, die aus Nukleotiden bestehen & bei allen Organismen die genet. Informationen entfalten. Die beiden natürlichen Nukle- insäuren sind besoxyribonukleinsäure (ONA) & Ribonukleinsäure (RNA). Antiparallelität: Bei einer doppelsträngiegen DNA sind die beiden Stränge antiparallel orien - tiert, der eine in 5¹ +3¹ - Richtung & der komplementäre in 3'5'- Richtung. 31 & 5'- Ende: bie Nukleotide sind jeweils am 3. & am 5. C-Atom miteinander verknüpft, also am 3' & am 5' - Bereich. Die Bezeichnungen 3¹ & 5' beziehen sich dabei auf die C-Atome der pentosen, die von eins bis fünf durchnummeriert sind ('steht für C-Atom). Daher hat ein DNA-Strang immer entgegengesetzte 3' & 5' - Enden. of Phosphat Zucker Basen Struktur Funktion Aufbau der RNA NH 2 OH -0-2=0 O OH VERGLEICH MIT DNA mRNA: -NH Cytasin (Base) o ERNA: OH rRNA: -NH₂ H₂N OH OH 71 RNA Guanin (Base) Ribose NH Adenin (Base) Adenin, Guanin, Cytosin, ura- cil uracil (Base) Einzelstrang, Sekundärstruk- turen sind möglich Zucker: Ribose • Transkription Abschreiben d. Informatio- nen d. PNA Translation Transport d. Aminosäuren zur mRNA RNA, aus der Ribosome be- stehen ONA La besoxyribose Adenin, Guanin, Cytosin, Thy- min boppelhelix (Doppelstrang), komplementäre Basenpaarung Speicherung der Erbinforma- tionen DNA-Replikation Replikation ist ein kontrollierter, durch Enzyme gesteuerter Vorgang zur identischen Verdopplung der DNA in der Interphase des Zellzykluses. ABLAUF 1. Schritt: Initiation -Topoisomerase entspiralisiert die boppelhelix - Helikase öffnet bzw. trennt die beiden Stränge: → Wasserstoffbrücken unter ATP-Verbrauch aufgespalten (benautierung) -Y-förmige Stelle (= Replikationsgabel) entsteht - Proteine binden an die Einzelstränge um das Wiederzusammenlagern der Basen & einen Angriff durch DNA-spaltende Enzyme zu verhindern - Primer (Startmoleküle”) werden vom Enzym Primase gebildet - Primer werden jeweils am 3'- Ende des Matrizenstranges befestigt 2. Schritt: Elongation - getrennte Einzelstränge dienen als Matrize (Vorlage) für die Erstellung eines komplementären Strangs - DNA -Polymerase III fügt Nukleotide an das 3¹- Ende d. Primers -Neusynthese erfolgt immer in 5¹ +3¹ - Richtung bzw. die Leserichtung der DNA-Polymerase III ist immer 3'+ 5'- Richtung - Synthese nur am Führungsstrang (3'+5') kontinuierlich - am Folgestrang, der in die gleiche Richtung (mit Bewegung d. Replikations- gabel) transkribiert werden muss, ist die Neusynthese diskontinuierlich: Neusynthese in Abschnitten (ca. 100-200 Nukleotide ) = Okazaki - Fragmente + setzen einen neuen Primer vorraus Primer durch DNA-Polymerase I gegen DNA - Nukleotide ausgetauscht Fragmente durch Ligase unter ATP-Verbrauch verbunden 3. Schritt: Termination - Replikation durch die DNA - Polymerase & Primase endet an bestimmten Ba- sensequenzen d. DNA coler wenn zwei Replikationskomplexe aufeinander trennen (nur einer repliziert bis fehlende Nukleotide ergänzt sind) - wenn DNA vollständig repliziert ist, werden die beiden entstandenen Tochter- DNA - Moleküle voneinander getrennt & die Zellzyklus wird fortgesetzt kontinuierlicher Verlauf (Leit-/Führungsstrang): Die DNA-Polymerase kann mit der Bewegungrichtung der Replikationsgabel syn- thetisiert. Aus diesem Grund kann der Strang kontinuierlich neusynthetisiert werden diskontinuierlicher Verlauf (Folgestrang): Beim Folgestrang wird aufgrund seiner Anordnung entgegen der Bewegungsrichtung der Replikationsgabel synthetisiert, wodurch sich Lücken bilden, die von der Pri- mase mit Primern aufgefüllt werden. Die DNA-Polymerase hängt also so lange neue Nukleotide an, bis sie den primer des vorherigen Abschnittes erreicht hat. Dieser Prozess ist abschnittsweise & dementsprechend nicht kontinuierlich. Bewegungsrich- tung der Replikationsgabel or w Matrizenstrang Helikase Primase DNA-Polymerase III LAKSANA 5' Enzym Topoisomerase Primer 3' FUNKTION ENZYME 167 ONA -Polymerase III THE B 5' 5' Okazaki-Fragment Leit-/Führungsstrang ONA - Ligase Entwindung der Doppelhelix Funktion 3' 5 Die Enzyme bilden einen großen Proteinkomplex, durch welches sich die ONA durchhangelt" & synthetisiert wird. ( Folgestrang Folgestrang 01 Matrizenstrang Helikase Primase ONA -Polymerase III ONA -Polymerase I ONA-Ligase Öffnung der Doppelstränge durch Trennung der Wasserstoffbrücken zwischen den komplementären Basen Synthese eines RNA-Abschnitts zum Start (Primer) DNA-Synthese am 3¹-Ende durch das Anfügen komple - mentärer Nukleotide an die jeweiligen Einzelstränge Ersetzt Primer der Okazaki-Fragmente durch DNA & kann Fehlenpaarungen & Lücken erkennen, wordurch es Funktionen in der ONA-Reperatur besitzt Verknüpfungen der gebildeten Stränge ONA mRNA Protein NW ABLAUF Inoluulotlar rolle -Ser Transkription -Ser -Tyr 1. Transkription 3' 2 Translation Val -Gun- Die Umsetzung der genetischen Information in ein Protein (Proteinbio- synthese) erfolgt in zwei Schritten. 1. Transskiption 2. Translation Wird ein bestimmtes Protein in der Zelle benötigt, wird im Vorgang der Transkription von dem entsprechenden Abschnitt des DNA- Moleküls eine Kopie erzeugt. Dadurch wird die genetische Information beweglich. Sie kann bei eukaryotischen Zellen den Kern durch die Kernporen verlassen & von der ONA zu den Ribosomen, den Organellen d. Proteinsynthese, gelangen. Das Trans- portmolekül für die genetische Infor- mation ist eine RNA. Da sie die Botschaft überträgt, nennt man sie messenger - RNA (MRNA). 1. Schritt: Initiation - RNA -Polymerase beginnt Katalysation an einem Promotor: gekennzeichnet durch... viele benachbarte AT-Basenpaare geringe Anzahl an Wasserstoffbrücken deutlich geringere Basenstapelkräfte (= Doppelstrang kann leichter geöffnet werden) Promotor liegt vor dem zu transkribierenden Gen - RNA - Polymerase umfasst ca. 30 Basenpaare - Proteine (Transkriptionsfaktoren) lagern sich an & helfen RNA- Polymerase sich anzulagem & zu starten → beeinflussen, wie oft welches Gen transkribiert & welche Proteine häufiger hergestellt werden + enorme Bedeutung für Regulation v. Zellstoffwechsel & Entwicklung vor dem zu transkribierenden Bereich trennt die RNA- Polymerase den DNA- boppelstrang (ca. 15 Basenpaare (ang) Nukleotide liegen frei - angrenzende Bereiche werden stärker aufgewunden - Anlagerung von freien RNA-Nukleotiden an die freiliegenden Nukleotide des codogenen DNA-Strangs (entsprechend der komplementären Basenpaarung - RNA - Polymerase bewegt sich auf der DNA entlangt - verknüpft die angelagerten RNA-Nukleotide miteinander zu mRNA - Strang - RNA -Polymerase schreitet voran & trennt den nächsten Bereich nach & nach auf -Lösung vom wachsenden mRNA-Strangs vom codogenen Strang - transkribierte DNA schließt sich wieder 3. Schritt: Termination - RNA - Polymerase trifft auf Terminator / Stoppsequenz → signalisiert Ende der Transkription - RNA-Polymerase & mRNA - Einzelstrang lösen sich von der DNA - Schließung der beiden ONA-Stränge zum Doppelstrang m-RNA verlässt zellkern (Nukleus) & wandert ins Cytoplasma 5' 3' 2. Schritt: Elongation 5¹ 3' 5' 3' Startsequenz (Promotor) RNA- Polymerase entwundene ONA mRNA wieder aufgewundene DNA mRNA ONA ↓ ↓ Stopprequenz (Terminator) Beginn d. Transkription codogener DNA - Strang Verlängerung d. mRNA 3' 5' w 5' 32 19 3' neu synthetisierte M mRNA 5' 3' 5' 5' TUT biologische Be- deutung Zeitpunkt im Zellzyklus zugehörige Vorlage Enzyme VERGLEICH MIT DNA-REPLIKATION verwendete Nukleotide codogener DNA - Strang Richtung d. Transskription fertige mRNA Transkription ↓ TIF Interphase: GO, G1 & G2 genetische Information wird durch eine Umsetzung in mRNA mobil gemacht RNA - Polymerase Ende d. Transskription nur ein DNA-Strang wird be- nutzt codogener Strang RNA- Nukleotide: Adenin, Uracil, Cytosin & Guanin RNA Nukleotid 3' RNA - Polymerase ONA - Replikation 3' 5' Verdopplung der Erbsubstanz (Zellteilung) Interphase: S-Phase (vor der Zellteilung) beide Stränge werden benötigt Tapoisomerase, Helikase, Primase, ONA - Polymerase, Ligase ONA-Nukleotide: Adenin, Thymin, Cytosin & Guanin 3' Ala Val Arg Ser Lys A с U G ODNA: G A نادان m - RNA: Asp с U Asn A Aminosäuren: Glu с U U с U G A G Thr Der genetische Code A с GUCAGUCAGUC/ GU, A C/U GLY ΣΟΡ START G A 3' phe Leu Ash U C с lle Arg 3' UG ACUGACUG Ser с A Ser A с Asp G G U EIGENSCHAFTEN D. CODESONNE U с U Gln A Tyr A Leu G His U с A 3-10/0/0/ G U с pro ISTOPP STOPP Cys Trp Leu Ala ISTOPP 3' Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Trp Gly ist eindeutig: 1 Triplet = 1 Aminosäure universell: gilt für nahezu alle Lebewesen degeneriert: jedes Triplett codiert nur 1 Aminosäure; viele Aminosäuren werden aber auch durch mehrere Tripletts bestimmt genetische code ist redundant kommafrei: Cooons schließen lückenlos aneinander an 3' T TG A GCTA G A C C G A A C C TT CT 5' S!H • nicht überlappend: eine Base ist immer nur Bestandteil von 1 Codon 5'+3'-Richtung gelesen → wird Lys lle Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val Alanin Arginin 5' A AC U C C GA U CU G G C U U GGA AGA 3' ) Asparagin Asparagin- säure Cystein Glutamin Glutamin - säure Glycin Histolin (soleucin Leucin Lysin Methionin Phenylalanin Prolin Serin Threonin Tryptophan Tyrosin Valin komplementäre RNA- Nukleotide mit Codesonne DNA mRNA Protein 5' MMMMMMMMM ABLAUF -Ser -Ser Translation -Tyr 1. Transkription 3' 2 Translation -Val -Gun- Die Umsetzung der genetischen Information in ein Protein (protein bio- synthese) erfolgt in zwei Schritten: 1. Transskiption 2. Translation In der Translation findet dann die Übersetzung der in der mRNA ent- haltenden Informationen in eine Kette aus Aminosäuren (+ Protein). Hier erfolgt also quasi die Ent- schlüssung unseres genetischen Codes. Die Translation läuft nicht wie die Transkription im Zellkern ab, sondern im Zellplasma an den Ribosomen bie mRNA & die Aminosäuren stehen über Adapter-Moleküle (= tRNA) in Verbindung, die jeweils mit einer bestimmten Aminosäure beladen sind. Diese Adapter docken" an eine passende Stelle auf der mRNA & ge- ben ihre Aminosäure ab, wobei eine Aminosäuren-Kette entsteht. 11 1. Schritt: Initiation · 305 - Untereinheit des Ribosoms mit 3 Bindungsstellen (A-Stelle (Aminoacyl- Stelle), P- Stelle (Polypeptid- Stelle) & E-Stelle (Exit - Stelle )) setzt sich an mRNA - Ribosom fährt mRNA in 5'+3'-Richtung bis zum Startcodon AUG ab pro Bindungsstelle ein Basen-Triplett -bei Startcodon beginnt Translation. tRNA (transport-RNA) setzt sich an mRNA nur tRNA - Moleküle mit zur mRNA komplementärem Anticodon - Start - tRNA setzt sich an die A-Stelle (MRNA - Startcodon AUG) im Ribosom - größere 505- Ribosomuntereinheit lagert sich an 2. Schritt: Elongation - Ribosom wandert jeweils in 1 Basen - Triplett-Schritten die mRNA weiter (= Startcodon an P-Stelle & newes Triplett an A-Stelle) - neues Triplett an A-Stelle ausgelesen & dazugehörige tRNA wird ange- setzt (mit entsprechender Aminosäure beladen) - tRNA in der P-Stelle gibt Aminosäure ab, die an Aminosäure d. A- Stelle durch Peptidbindung gebunden wird - Ribosom wandert weiter & die tRNA in der E-Stelle löst sich & verlässt das Ribosom - Vorgang geht immer weiter & es bildet sich eine Aminosäurekette - Translation wird abgebrochen, wenn sich in der A-Stelle ein Stopp-Coolon befindet: Freisetzungsfaktor bindet an Stoppcodon an A-Stelle Stopp-Codons: UAA, UAG, UGA (s. Codesonne) - ERNA aus der E-Stelle löst sich - Aminosäurenkette aus der p-Stelle löst sich aus dem Ribosom - mRNA wird in einzelne Nukleotide zersetzt - Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten - Aminosäurekette nimmt mithilfe von Chaperonen (Helferproteinen) seine Raumstruktur an - fertig synthetisierte Protein wandert an seinen Einsatzort AUFBAU tRNA 3. Schritt: Termination + D-Schleife Aminosäure - oder Akzeptor - Schleife Anbindungsstelle für Aminosäuren C-Schleife Anticodon Anticodon - Schleife ABLAUF GRAFISCH 5' 000 ", leere" tRNA tRNA, nacholem die Aminosäure abgeben wurde Guu OGO с GLY A G A Ribosom Ser G 800 E G и A Val G A A 300 u Lys wachsende Peptidkette A A и tRNA G CUAUG 000 Cys mRNA Anticodon 090 GLY Amino- säure G u Tyr tRNA von Cytosin mit angehängter Aminosäure ✓ 3' A Transformationsexperimente Grundlegend für das Verständnis der späteren Molekularbiologie sind die Expe- rimente von Griffith & Avery. Hier enforschen die Forscher erstmalig den Zusammenhang zwischen DNA & Vererbung von Merkmalen anhand der Bakterien Streptococcus pneumoniae GRIFFITH (1928) Die von Frederick Griffith ausgewälten Streptokokken kommen natürlicher - weise in zwei Formen vor: - Smooth (S): Läst Krankheiten aus Bakterien sind durch spezielle Schleimkapseln geschützt & daher für das Immunsystem des infizierten Tiers nicht erkennbar -Rough (R): . . . nicht kranksheitserregend Griffith behandelte Mäuse mit beiden Streptokokken - Stämmen. Dabei führte er vor dem eigentlichen Experiment folgende kontrollen durch: 1. Maus + S-Stamm + Maus stirbt 2 Maus + R-Stamm & Maus überlebt 3. Maus + hitzebehandelter Cabgetöteter) S-Stamm + Maus überlebt Im Experiment mischte Griffith den hitzebehandelten & damit abgetöteten S-Stamm mit dem unbehandelten (lebenden) R-Bakterien: 4. Maus + hitzebehandelter Cabgetöteter) S-Stamm + R-Stamm & Maus stirbt AVERY (1944) Fast 20Jahre später führte die Forschungsgruppe um Oswald Avery das Experiment von Griffith (Versuchstiere: Mäuse behandelt mit Strepto- coccus) nochmals in etwas veränderter Form durch. Avery & Kollegen reinigten verschiedene chemische Substanzen aus dem S-Stamm bzw. R- Stamm. Isolierte Bestandteile des Streptococcus-Stammes S: Proteine Nukleinsäuren (erst RNA, dann ONA) nur DNA führte zur Transformation des R-Stammes ERGEBNISSE bie DNA ist die chemische Grundlage der Vererbung von Merkmalen! Vertreter Zellkern Masse der Ribosomen Cytoskelett Pro- & Eukaryoten Prokaryoten Erbsatz (DNA) in Form eines Bakterienchro- mosoms bzw. Plasmids (ring- förmig) ohne Introns Zellgröße Bakterien, Archaeen nicht vorhanden 705*¹- Ribosomen bestehend aus 50S & 30S - Untereinheit nicht vorhanden 2-20μm Eukaryoten Menschen, Tiere vorhanden mit Chromosoman - satz & Doppelmembran im Kernplasma des Zellkerns als Chromsom, besitzt Exons & Introns 805*¹- Ribosomen bestehend aus GOS- & 40S- Untereinheit vorhanden 0,2-10 μm x¹ S steht für Svedberg - Einheit; gibt Sedimentationskoeffizienten, der von der Masse der Ribosomen abhängt PROTEIN BIOSYNTHESE BEI PROKARYOTEN - ganze Gruppe von Ribosomen (Polysonne) wandern an derselben mRNA entlang; 705 Ribosomen -kein Zellkern + Transkription & Translation sind räumlich & zeitlich nicht ge- trennt + Laufen nacheinder ab 1) mRNA im Zellkerninneren, an der ONA, gebildet Translation kann beginnen bevor die Transkription der mRNA beendet ist -kein Transport der mRNA aus dem Zellkern PROTEIN BIOSYNTHESE BEI EUKARYOTEN - ONA ist im Zellkern enthalten → DNA ist räumlich von Ribosomen getrennt Transkription (Zellkern) & Translation (Cytoplasmal sind räumlich & zeitlich voneinander getrennt 2) mRNA wird über die Zellkernporen zu den Ribosomen transportiert 3) um Transport standzuhalten, muss die mRNA zuvor auf bestimmte Art & Weise prozessiert werden RNA-PROZESSIERUNG / REIFUNG Umwandlung der prä-mRNA (ungleich langer, als das coolierte Protein erfor- dert) in eine funktionsfähige mRNA vor der Translation, um den Transport standzuhalten. Jede mRNA enthält viele Abschnitte, die codierend sind (Exons) & nicht informa- tianstragende Abschnitte (Introns). + DNA & RNA aller Eukaryoten besitzen Introns & Exons! Spleißen -Introns werden an bestimmten Stellen zu Schleifen gelegt & ausgeschnitten - Exons an den richtigen Stellen zur eigentlichen mRNA verknüpft → Mosaikgene -Prozess d. Spleißen durch das Spleißosom (Enzymkomplex) durchgeführt + Spleißasom = Komplex aus verschiedenen Ribonucleoproteienen alternatives / differentielles Spleißen - ONA einer Zelle besteht aus 25.000 Genen - Zelle kann mehr als 100.000 versch. Proteine herstellen ein Gen codiert für mehrere Proteine - alternatives Spleißen: prå-mRNA wird (je nach Bedarf) unterschiedlich prozes- siert → zusätzlich zu Introns auch Exons aus prä-mRNA geschnitten Capping -prā- mRNA ist anfällig für Schäden -an das 5'- Ende der mRNA wird ein, als 5¹- CAP bezeichnetes, Molekül an- gehängt CAP = methyliertes Guanin - Nukleotid Capping bietet prä-mRNA Schutz vor enzymatischem Abbau Tailing - POLY-A-Schwanz (< 200 Adenin) bindet an das 3'- Ende der mRNA kurz nach der Transkription - verlangsamen den vorzeitigen Abbau durch Endonukleasen & erleichtert den Transport → korrekte Anlagerung der Ribosomen an die mRNA im Cytoplasma & längere Lebensdauer der mRNA SPLEIBEN codlogener ONA - Strang: prå-mRNA: 3' Promotor 5' Exon Intron Exon Intron Exon Terminator Transkription لیا 5' prå-mRNA : mRNA: coologener ONA - Strang: prå-mRNA: mRNA: 5' 5' ALTERNATIVES SPLEIBEN Exon 1 Exon 1 elles 5'm7 G/ 5'-CAP elle / 1 2 3 4 5 Intron - Schleifen codierender Abschnitt Exon 2 Exon 2 Rathaus Relle Protein 1 Exon 3 Prozessierung Exon 3 1 alternatives Spleißen 2 Protein 2 5 довели AAAAAA. Poly-A-Schwanz Exon 4 Exon 4 3' 2 3' Exon 5 Exon 5 3 5 is мееее Protein 3