DNA

DNA-Replikation

RNA

ReverseTranskription

ProteinTranslation

RNA-Replikation

Transkription

Gekürzte Präsentation: http://www.uni-greifswald.de/~genetik/Lehre/Zusammenfassung_1.ppt

Zentrales Dogma

Nukleinsäuren

• Sind polymere organische Moleküle• Monomere der Nukleinsäuren sind Nukleotide• Ein Nukleotid enthält ein Zuckermolekül

(Pentose), eine organische Base (Purin- oder Pyrimidinbase) und einen Phosphatrest

• Pentosen (sp3), aromatische Basen (sp2)• Nukleinsäuren sind Ribonukleinsäure (RNA) und

Desoxyribonukleinsäure (DNA)• Nukleinsäuren werden in der Zelle synthetisiert

2´-Desoxyribose

C5H10O4

Ribose

C5H10O5

OH

HHO

O

OH

H2C1’

2’3’

4’5’

Zucker (Aldopentosen)

OH

OHHO

O

OH

H2C1’

2’3’

4’5’

Adenin

Guanin

Uracil

Cytosin

Thymin

Pyrimidinbasen Purinbasen

Organische Basen

NH

N

NN

NH2

NH

N

NN

O

NH2

NH

NH

O

O

H3C

NH

N

O

NH2

NH

NH

O

O

Pyrimidin- und Purinbasen

OH

O

OHN

NH

O

O

CH3

OH

O

OHN

N

NH2

O

OH

O

OHN

N

N

N

NH2

OH

O

OHN

N

N

NH

O

NH2

Thymidin Adenosin

GuanosinCytosin

Nukleoside

N

N

C H

C

C

C

H C

N

N

NH2

Adenin

RibosePhosphat O C5 H

C4

HOH OH

O

H

H H C1

C3 C2

H

PO

O

O-

Adenosinmonophosphat (AMP)

Nukleotide

Grundstruktur und Nomenklatur der DNA - und RNA - Monomere

• Monomere der DNA und RNA Nukleotide

Allgemeine Struktur eines Nukleotids

bestehen aus:

je 1 Zucker (Pentose)Ribose in RNA 2-Desoxyribose in DNA

Phosphat

je 1 N-haltigen Base

• Bausteine sind Nukleosidtriphosphate (NTP)DNA – dNTP (dATP, dTTP, dGTP, dCTP)RNA – NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)

• Synthese (Kondensationsreaktion) erfolgt durch spezielle Enzyme DNA- und RNA-Polymerasen

• Synthese erfolgt an einem Musterstrang (Matrize)durch die Basenabfolge im Musterstrang ist die Basenabfolge im neu synthetisierten Strang festgelegt,komplementäre Basenpaarung

• Synthese erfolgt ausschließlich in 5’ – 3’ Richtung

Allgemeine Prinzipien der Nukleinsäuresynthese

Adenosintriphosphat - ATP

desoxy-Thymidintriphosphat - dTTP

OH P O

OH

OP O

OH

OP O

OH

O

OH

O

CH2

NNH

O

O

CH3

Nukleosidtriphosphat - NTP

N

N

N

N

NH2

OH P O

OH

OP O

OH

OP O

OH

O

O

CH2

OH OH

DNA - dNTP

RNA - NTP

OOCH2

HH

H

H

O

H

PO

O

O-

PO

O

O-

~-O

O-

P

O

~

A

OOCH2

HH

H

H

OH

H

PO

O-

PO

O

O-

~-O

O-

P

O

~

G

H

OP OO-

T

H

CPhosphodiester-Bindung

ein Ende hat eine 5‘-P-Gruppe(Triphosphat)

das andere eine 3‘-OH-Gruppe

Nukleinsäuren sind polare, polymere Moleküle

5‘-A N(n)C-3‘;NH2

CH2

NH2N

N

N

N

O

HO P O

O

OH

P O

OP O

O

OH OH

O

PO

OHO

NNH

O

O

CH3

CH2

O

O

PO

OHO

NN

O

CH2

O

OH

Sequenzen immer 5‘→ 3‘.

Struktur von Nukleinsäuren

5‘

A

C

3‘

(n)

Weitere Stabilisierung durch Wechselwirkungen zwischen den Basenstapeln innerhalb des gleichen Stranges

Basen befinden sich im Inneren der Helix, Zucker/Phosphatreste außen

rechtsgängige Helix aus antiparallelen Strängen

Basenpaare senkrecht zur Helix-Achse

große Furche

Struktur der DNA

kleine Furche

Eigenschaften der DNA

z. B. Denaturierung

Die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle ist ca. 1,8 m lang!

RNA DNA

NH

NH

O

O

Uracil

NH

NH

O

O

CH3

Thymin

O H

HOH

O

O H

CH2

2´-Desoxyribose

OH

OHOH

O

OH

CH2

Ribose

3‘ 5‘3‘

3‘5‘

5‘

Wichtige RNA-Arten in der Zelle

Größe

(ungefähre Angaben)

Funktion

transfer-RNA

tRNA

80 – 95 Nukleotide Übertragung von Aminosäuren zum Proteinsyntheseapparat

ribosomale RNA

rRNA

bei Bakterien 3 Arten

aus etwa 120, 1540 bzw. 2900 Nukleotiden

Struktur und Funktionselemente von Ribosomen

messenger RNA

mRNA

sehr verschieden

von einigen hundert bis zu mehreren tausend Nukleotiden

die Boten-(messenger)-RNAs enthalten Abschriften der Gene für die Synthese von Proteinen

Nicht jedes Gen kodiert für ein Protein

3' 5'

5' 3'

3' 5'

5' 3'

3' 5'

5' 3'

ein Gen

ein Gen

Gen 1 Gen 2

Gen 3 intergene DNAGen 4

Teil der Erbinformation, für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich. Ein Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (zB tRNA) enthält

Gen - Definition

• mRNA– Codiert die lineare Aminosäuresequenz eines

Polypeptids – Trägt die genetische Botschaft (Protein) die in der

DNA codiert ist. – Dient als Intermediat zwischen DNA und Protein

• tRNA– Trägt Aminosäuren, in der durch die mRNA Sequenz

vorgegebenen Reihenfolge, zum Ort der Proteinsynthese

– Eine Aminosäure, spezifiziert durch ein mRNA Codon, ist an die tRNA angelagert

messenger- und transfer-RNA

Genetischer Code

• Die DNA enthält die Information für jede Aminosäure in einem Protein/Peptid

• Diese Information wird in die Nukleotidsequenz der mRNA umgeschrieben

• Genetischer Code gibt an, wie die Sequenz der RNA-Nukleotide in eine Aminosäuresequenz umgesetzt wird

• Proteine/Peptide bestehen aus einer Sequenz von 20 Aminosäuren

• 3 Nukleotide in der mRNA kodieren eine Aminosäure – Triplett-Codon

• Kodierungskapazität = 43 = 64

• 64 Kombinationen von 3 Basen der mRNA (Codon) stehen für die 20 proteinogenen Aminosäuren

• Der Code ist degeneriert– Für mehrere Aminosäuren gibt es mehr als ein Codon

• Der Code enthält „Satzzeichencodons“– Drei Codons (UAA, UAG, UGA) signalisieren das Ende der

Translation– Methionin (Codon = AUG) ist in der Regel die erste Aminosäure

• Ein korrektes Protein wird nur synthetisiert wenn die mRNA im korrekten Leserahmen abgelesen wird

• Der Code ist nicht universell

Genetischer Code

Am

ino

säu

ren

Uracil

Cytosin

Adenin

Guanin

UUU UUC UUA UUG

Phe Phe Leu Leu

UCU UCC UCA UCG

Ser Ser Ser Ser

UAU UAC UAA UAG

Tyr Tyr

STOP STOP

UGU UGC UGA UGG

Cys Cys

STOP Try

Uracil Cytosin Adenin Guanin

CUU CUC CUA CUG

Leu Leu Leu Leu

CCU CCC CCA CCG

Pro Pro Pro Pro

CAU CAC CAA CAG

His His Gln Gln

CGU CGC CGA CGG

Arg Arg Arg Arg

Uracil Cytosin Adenin Guanin

AUU AUC AUA AUG

Ile Ile Ile

Met

ACU ACC ACA ACG

Thr Thr Thr Thr

AAU AAC AAA AAG

Asn Asn Lys Lys

AGU AGC AGA AGG

Ser Ser Arg Arg

Uracil Cytosin Adenin Guanin

GUU GUC GUA GUG

Val Val Val Val

GCU GCC GCA GCG

Ala Ala Ala Ala

GAU GAC GAA GAG

Asp Asp Glu Glu

GGU GGC GGA GGG

Gly Gly Gly Gly

Uracil Cytosin Adenin Guanin

Ura

cil

Cyt

osin

Ad

enin

Gu

anin

Startcodon = AUG = Methionin

Codon-Tabelle