Molekulargenetik

 

Genexpression

 

 

Transkription

ð    im Gen enthaltene Information wird in eine RNA(Ribonucleinsäure) übersetzt

ð    das Enzym RNA-Polymerase beginnt am Promotor

ð    RNA Polymerase löst die Wasserstoffbrückenbindungen der DNA

ð    Der DNA- Doppelstrang wird in Einzelstränge aufgetrennt

ð    Freie RNA- Nucleotide heften sich nach dem Basenpaarungsprinzip an den Matritzenstrang an

ð    RNA- Polymerase verkettet die freien RNA- Nucleotide und den Matritzenstrang zu m-RNA

ð    Terminator: Beendet die Transkribtion

ð    m-RNA wird freigesetzt und macht sich auf dem Weg zu den Ribosomen

 

 

Translation

ð    Basensequenz der m-RNA wird in die Aminosäuresequenz des Proteins übersetzt

ð    Translation findet an den Ribosomen statt

1. beide ribosomalen Untereinheiten treten am Startcodon (AUG) einer m-RNA zusammen

 => nach dem Prinzip der komplementären Basenpaarung lagert sich die Methionin-t- RNA (Anticodon UAC) an das Startcodon => an der sogenannten A- Stelle lagert sich eine weitere beladene t-RNA an mit einem passenden Anticodon zum nächsten Codon

2. Aminosäuren der beiden t-RNA- Moleküle werden mit Energieaufwand chemisch verknüpft

3. Ribosom wird um ein Basentriplett auf der m-RNA in Translationsrichtung ( 5´ nach 3´) versetzt => t.- RNA an der P- Stelle rückt aus dem Ribosom heraus und löst sich ab

4. verbliebene t- RNA rückt von der A- Stelle zur P-Stelle vor => A- Stelle ist wieder frei

 

 

 

 

                                                                               Melanie Klein

Stufe 12

 

 

 

 

 

Replikation

• Verdoppelung eines DNA-Moleküls

ð    DNA wird entschraubt

ð    Enzym Helicase löst die Wasserstoffbrücken und die DNA wird in ihre Einzelstränge aufgetrennt

ð    Frei liegende DNA- Nucleotide heften sich am  elterlichen Einzelstrang komplementär an die freien Basen an

ð    Replikation verläuft in beide Richtungen => Bildung von zwei Replikationsgabeln

ð    Enzym Primase synthetisiert eine kurze Nucleotidsequenz => Primer

ð    Enzym Polymerase verknüpft die Nucleotide zu einer Kette =>

ð    Basensequenz des elterlichen Einzelstrangs => Matrize => Basensequenz des Tochterstrangs

ð    DNA- Doppelhelix besteht aus einem elterlichen Matritzenstrang  und aus einem neu synthetisierten Tochterstrang => semikonservativ

ð    Ende der Replikation: Replikations- Enzym- Komplex löst sich an einer bestimmten Basensequenz von der DNA ab

 

 

Der genetische Code

 

*genetische Sprache der DNA, Art der Verschlüsselung der Erbinformation

=> Die Information der DNA muss in die Proteine umgesetzt werden.

=> 3 Basen bilden eine Code-Einheit der DNA, d.h. ein bestimmtes Triplett codiert eine bestimmte Aminosäure

=> es stehen 4 verschiedene Basen (A, T, C, G) für die Codierung zur Verfügung.

=> Struktur und Funktion der Proteine werden durch die Abfolge ihrer Aminosäuren bestimmt

=> Aus 20 verschiedenen Aminosäuren kann eine unbegrenzte Anzahl verschiedener Sequenzen erzeugt werden

=> In der Basensequenz  der m-RNA ist festgelegt, in welcher Reihenfolge Aminosäuren zu Ketten verbunden werden müssen, um ein funktionsfähiges Protein zu erhalten

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                        Melanie Klein

                                                                                                          Stufe 12

 

 

 

 

 

 

Die Verpackung der DNA

 

ð    DNA bei Prokaryoten: zu einem Ring geschlossen

ð    DNA bei Eukaryoten:  einzelne lineare Abschnitte

 

Eukaryoten:

ð    Verpackungsprozess => Histone (Proteine)

ð    Histonkomplex wird um die DNA- Molküle gelegt => Nucleosom entsteht

ð    Aufwicklung  =>DNA wird verkürzt

ð    DNA- Histon- Komplex im Zellkern => als Chromatin erkennbar

 

 

ð    Stark verdichtete Bereiche, genetisch inaktiv => Heterochromatin

ð    Weniger verdichtet, DNA aufgelockert, genetisch aktiv => Euchromatin

ð    Zeitliche Dichteunterschiede

ð    DNA muss nicht nur vor jeder Zellteilung verdoppelt werden, sondern auch dicht verpackt sein , damit sie  verlustfrei auf die Tochterzelle verteilt werden kann

 

 

 

Genmutationen

 

• Veränderung der genetischen Information

ð    Ursachen: Fehler bei der Chromosomenverteilung, UV-Licht, Chemikalien,  Fehler in der Meiose (natürliche Chromosomenreduktion)

ð    Folgen: "falsche" Basensequenz wird weitergegeben, Veränderung im Erbgut, Veränderung im Stoffwechsel oder auch Fehlbildungen

ð    Genmutation: => auf ein einzelnes Gen wirksam => Veränderung am Gen => entstehen zufällig

ð    Chromosomenmutation: => Struktur eines Chromosoms betreffend

ð    Genommutation: => Veränderung der Chromosomenanzahl

ð    Punktmutation: => eine einzelne Base ausgetauscht => Veränderung bei der  Aminosäuresequenz des codierten Enzyms => funktionsuntüchtig

ð    Leserastermutation: => Basen werden zusätzlich eingefügt ( Insertion) oder entfernt (Deletion)

ð    Leseraster des m-RNA- Triplettcodes wird verschoben , in beiden Fällen

 

Melanie Klein

Stufe 12

 

 

 

 

Regulation der Genaktivität

 

ð    Gene, die transkribiert werden => konstitutive Gene

ð    Kurzfristig an- oder abgeschaltet werden => regulierte Gene

 

Operon- Modell

     * Modell zur Regelung der Genaktivität

ð    Ein- und Ausschallten von Genen

ð    Untersuchung an Bakterien => Francois Jacob und Jacques Monod

 

 

Substrat- Induktion

ð    Regulatorgen erzeugt ein Repressorprotein

ð    Repressor ist an dem Operator gebunden => keine Lactose

     ( Milchzucker) vorhanden

ð    Repressor blockiert die Transkription  der Gene des Lactosestoffwechsels

ð    Lactose als Effektor lagert sich an den Repressor an => Veränderung der Raumstruktur vom Repressor

ð    Repressor löst sich von der DNA ab und ist inaktiviert

ð    RNA- Polymerase transkribiert die Gene des Lactosestoffwechsel

ð    Translatierte Enzyme spalten den Zweifachzucker Lactose in Glucose und Galactose

 

 

 

Endprodukt- Repression

ð    hohe Konzentration des Endprodukts => Abschaltung des Syntheseweg

ð    rückgekoppelter Vorgang => Regulatorgen erzeugt ein Repressorprotein (inaktiv) => bindet nicht an seinen Operator auf der DNA => Enzyme des Tryptophanstoffwechsel codieren => in m- RNA transkribiert => translatiert => Tryptophankonzentration steigt in der Zelle an => Repressor verändert seine Raumstruktur => Repressor wird aktiv und lagert sich an seinen Operator an => Tryptophanoperon wird blockiert => Transkription wird gestoppt => Tryptophansynthese kommt zum Erliegen

 

   

 

 

 

                                                                                         Melanie Klein

                                                                                                          Stufe 12

 

 

 

 

 

  Transkriptionaktivatoren

ð    Proteine

ð    Transkription eines Gens steigern

 

Proteinbiosynthese bei Prokaryoten

ð    Promotor => Erkennungs- und Bindungsstelle der RNA- Polymerase

ð    RNA- Nucleotide werden an den DNA- Einzelstrang ( Leserichtung 3` nach 5`) angelagert => codogener Strang

ð    Codogener Strang => gibt die Basensequenz der m- RNA vor

ð    m- RNA ist frei zugänglich während der Synthese

ð    Ribosome setzen am freien 5`- Ende an

ð    m - RNA wird mehrfach abgelesen => jeder m-RNA sind mehrere Ribosome vorhanden ( => Polysom)

ð    m-RNA wird nach wenigen Minuten wieder abgebaut => kurzer Zeit wirksam werden

 

 

Proteinbiosynthese  bei Eukaryoten

ð    Prä- m- RNA ( Vorläufer) wird in eine funktionsfähige m- RNA umgewandelt

ð    Exons ( Abschnitte des RNA- Stranges) enthalten die Information für das Protein

ð    Introns ( nicht informationstragende Abschnitte) liegen dazwischen

ð    Schneideenzyme legt sie zu einer Schleife zusammen und schneidet sie aus

ð    Exons werden zur m- RNA verknüpft => Spleißen

ð    Schutzgruppe aus Adenin- Nucleotiden nach der Transkription => Poly- A- Schwanz =>  größere Lebensdauer

ð    reife m- RNA wird aus dem Zellkern über die Kernporen zum rauen Endoplasmatischen Retikulum transportiert

ð    an den Ribosomen findet die Translation statt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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