Das zentrale Dogma der Molekularbiologie (VO1).ppt zentrale Dogma der... · Molekulare Diagnostik Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Assoc. Prof. Dr. Juliane

Molekulare Diagnostik

1Institute for Genomics and Bioinformatics, TU Graz / Austria Assoc. Prof. Dr. Juliane Bogner-Strauss

Das zentrale Dogma der Molekularbiologie:

DNATranskription

RNATranslation

Protein



Begriffserklärungen• GENOM: Ist die allgemeine Bezeichnung für die

Gesamtheit aller Gene eines Organismus• GEN: Ist ein Abschnitt aus dem Genom einer Zelle oder

eines Virus, der für die Synthese einer Polypeptidkette, einer Transfer-RNA oder einer ribosomalen RNA verantwortlich ist (etwa 30000 humane Gene).

• Gen besteht aus codierenden Regionen (Exons) und nicht codierenden Regionen (Introns-nicht immer)

• Gemeinsame Transkription von Introns und Exons! Durch das Splicing: Entfernung der Introns, funktionelle mRNA beinhaltet nur noch zusammenhängende Exons



DNA: Desoxyribonukleinsäuren

• DNA beinhaltet die Erbinformation der meisten Organismen

• In Prokaryoten ist die DNA meist ein membrangebundener Faden, zusammengehalten durch RNA und Proteinmoleküle.In Eukaryoten sind DNA Moleküle immer mit Proteinen komplexiert (Chromatin) und befinden sich im Zellkern (Chromosom).

• Karyotyp: ist der vollständige Chromosmensatz in den Körperzelleneines Individuums!Jede Spezies hat eine charakteristische Form und Anzahl von Chromosomen (Mensch 44 XX, 44 XY).



Karyotyp, weiblich



Karyotyp, männlich



DNA: DesoxyribonukleinsäurenRNA: Ribonukleinsäuren

• DNA/RNA ist ein lineares, hochmolekulares Polymer aus Nukleotiden

• Nukleotid: besteht aus Base, DesoxyRibose und Phosphatgruppe

DNA/RNA-Basen: Purinbasen: Adenin, Guanin,Pyrimidinbasen: Thymin (Uracil) und Cytosin

DesoxyRibose: Zucker mit 5-C Atomen!

Phosphatgruppe (Phosphoratom, umgeben von 4-O)



Bausteine der DNANukleosid: Base & Zucker

AdenosinGuanosinCytidinThymidin

Nukleotid: Base & Zucker & PhosphatAdenosinmonophosphat (AMP)Guanosinmonophosphat (GMP)Cytidinmonophosphat (CMP)Thymidinmonophosphat (TMP)

DNA ist in wäßriger Lösung pH neutral wegen ihrer negativ geladenen Phosphatgruppen!!!



Basenpaarung: A:T und G:CChargaff-Regel: A+G=T+C=1

Doppelstrang: ist die antiparalleleAnordnung der Einzelstränge

Doppelhelix: Sekundärstruktur der DNA!!



Mononukleotide bilden über Phosphodiesterbrücken Polynukleotide

Basenfolge der Nukleinsäure nennt manPrimärstruktur: immer 5´nach 3´!!!



Chemische Eigenschaften der DNA• Purin- und Pyrimidinbasen sind planare und relativ

hydrophobe Strukturen.• Basen liegen im Zentrum der Doppelhelix und stabilisieren

diese.• Peripherie der DNA besteht aus Zucker und Phosphatresten

und ist somit hydrophil.• DNA Basen absorbieren Licht im UV (Max. 260nm)• Antiparallele Doppelhelixstränge können durch Erhitzen oder

durch Behandlung mit NaOH getrennt werden (denaturierenoder schmelzen der DNA)

• Der Schmelzpunkt der DNA (ist jene Temp, bei der die Hälfte der DNA als Einzelstrang vorliegt) ist abhängig vom G+C Gehalt (sind stabiler als A+T) und von der Salzkonzentration der Lösung.



Superstruktur der DNA• Primärstruktur: Basenfolge• Sekundärstruktur: Helixausbildung• Tertiärstruktur: Bindung der DNA an Proteine

Tertiärstruktur: Nukleosomen• DNA negativ in wäßriger Lösung (Phosphatgruppen)• In Eukaryoten Ladungsausgleich durch Histone (kleine

basische Proteine)• Histone binden an DNA und bilden ein HISTON-Octamer!!• Nukleosomen: sind Komplexe aus Histonen und DNA

• In Nukleosomen windet sich die DNA Helix um den Histonkomplex• DNA ist nur während der Replikation und Transkription histonfrei!



Replikation der DNA• Zellen replizieren ihre DNA bevor sie sich teilen• Bei Eukaryonten in der S (Synthese)-Phase des Zellzyklus• Replikation erfolgt semikonservativ, sprich Doppelhelix wird getrennt und zu

jedem alten Strang wird ein neuer komplementärer Strang synthetisiert.



Transkription• Ist der Vorgang der Überschreibung der genetischen Info

von DNA auf RNA!!• Grundliegend in Pro- und Eukaryoten gleich• Transkription kann sowohl negativ (Repression) als auch

positiv (Stimulation) reguliert werden: Transkriptionsfaktoren!!!

• Transkriptionsfaktoren regulieren den Zugang der Polymerasen an die Promotoren.

• TATA-Box am Promoter bestimmt den Transkriptionsstart bei Position +1



Some important gene-features, transcription

Terminology:

•Nontemplate strand/upper strand/+ strand/coding strand/Watson strand

•Template strand/lower strand/- strand/noncoding strand/Crick strand

Recognition site for transcriptional PIC



Transkription (RNA Synthese)

The principle of the Transcription Bubble



RNA processing in eukaryotes

• Capping

• Poly-adenylation

• Splicing (leaving only exons)



Modifikation von RNA

• Splicing: DNA beinhaltet Introns, diese werden auch noch transkribiert (Primärtranskript: hnRNA) aber noch im Kern aus der RNA entfernt. Manche Gene können unterschiedlich gesplict werden (alternative splicing). (hn heterogene nukleare)

• RNA-Editing:nur in Eukaryoten, verändert meist die mRNA, damit sie danach translatiert werden kann (Insertion und Deletion von Basen, Austausch von Basen-kann zu Stopcodon führen, ApoB hat z.B. zwei verschiedene Proteingrößen.



Translation

• 3 Basen kodieren eine Aminosäure• 4 hoch 3 Möglichkeiten der Basenkombination:

64!! (gibt allerdings nur 20)• Es gibt 20 Aminosäuren (sprich mehrere Codes

für eine AS)• Startkodon: AUG (immer Methionin als Start der

Proteinsynthese)• Terminationskodons: UAA, UAG, UGA



Translation (Synthese von Proteinen)

Translation involves:• RNA (mRNA, tRNA, rRNA)• Codons-anticodons• Activated tRNAs (aa-tRNA)• Initiation factors• Ribosomes• Termination factors



The three roles of RNA in protein synthesis

• Three types of RNA molecules perform different but complementary roles in protein synthesis (translation)

• Messenger RNA (mRNA)carries information copied from DNA in the form of a series of three base “words” termed codons

• Transfer RNA (tRNA)deciphers the code and delivers the specified amino acid

• Ribosomal RNA (rRNA)associates with a set of proteins to form ribosomes, structures that function as protein-synthesizing machines

Translation

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