auch Spleißen, nur bei Eukaryoten
= Herausschneiden der Introns und Verknüpfung der Exons
- Eukaryoten haben Mosaikgene, die aus Exons (codierenden Segmenten) und Introns (nicht-codierenden Segmenten) bestehen
- --> bei ihnen ensteht durch die Transskription nur eine prä-mRNA
- aus der prä-mRNA werden die Introns unter der Ausbildung von "Lasso-Strukturen" hinausgeschnitten
- die Exons werden nun zu einer zusammenhängenden mRNA verknüpft
- am 5´ Ende wird eine cap-Struktur angeheftet
- --> Erleichterung der Anlagerung der mRNA an das Ribosom
- --> Schutz vor enzymatischem Abbau
- am 3´Ende wird ein Poly(A)-Schwanz angefügt
- --> Erleichterung des Exports der mRNA ins Cytoplasma
- --> Schutz vor enzymatischem Abbau
VORTEILE:
- erneutge Kontrolle
- Erleichterung der Anlagerung ans Ribosom und des Exports ins Cytoplasma
- Schutz vor enzymatischem Abbau
- alternatives Spleißen (verschiedene mRNAs können aus derselben prä-mRNA entstehen) führt zu einer größeren Proteinvielfalt und damit zu einer höheren Überlebenschance
- Entstehung komplexerer Zellen
Substratinduktion
Die RNA-Polymerase synthetisiert die mRNA des Regulators, woraus der aktive Repressor entsteht. Der Repressor bindet sich an den Operator und verhindert das Ablesen der Strukturgene --> energiesparend. Gelangt die Lactose in die Zelle und bindet sich an den Repressor, kann dieser sich aufgrund seiner veränderten räumlichen Struktur nicht mehr an den Operator binden und die RNA-Polymerase kann die Strukturgene synthetisieren, sodass Lactase entstehen kann.
Daher kann die Synthese der Produkte nur dann stattfinden, wenn das Substrat in die Zelle tritt.
Katabolismus
z.B. Lac-Operon
negative Rückkopplung
die Regulation startet einen abbauenden Stoffwechselprozess
Endproduktrepression
Die RNA-Polymerase synthetistiert die mRNA des Regulators, woraus der inaktive Repressor entsteht. Der Repressor kann sich in seinem inaktivem Zustand nicht an den Operator binden und die Strukturgene werden abgelesen und die Produke produziert. Nun binden sich die Produkte an das allosterische Zentrum des Repressors, sodass dieser am Operator anbinden kann und eine weitere Synthese wird verhindert.
Die Synthese findet solange statt, bis eine bestimmte Konzentration des Produkts erreicht ist.
Anabolismus
z.B. Trp-Operon
negative Rückkopplung
die Regulation stoppt einen aufbauenden Stoffwechselweg
Die Substratinduktion bei katabolen Stoffwechselwegen und die Endproduktrepression bei anabolen Reaktionen ist biologisch sinnvoll, da beide die Enzymbildung nur dann ermöglichen, wenn diese auch benötigt werden. Diese Regulation ist damit stoff- und energiesparend und bedeutet einen möglichen Wachstumsvorteil.
Corepressoren
Als Corepressor bezeichnet man eine Substanz, die die Expression von Genen hemmt. Corepressoren interagieren mit Proteinen, die sich an den Operator binden. Der Corepressor hat ein allosterisches Zentrum.
Allosterische Hemmung
Hemmstoffe (allosterische Effektoren) lagern sich nicht an das aktive, sondern an das allosterische Zentrum des Enzyms an, und verändern so die räumliche Struktur des Enzyms so, dass die Bindung eines Substrats ans aktive Zentrum erschwert/unmöglich wird.
Fotoreaktivierung
- DNA-Fotolyasen machen DNA-Veränderungen rückgängig
Postreplikations-Reperatur
- Korrektur von Fehlbasenpaarungen
- beteiligte Enzyme können zwischen Tochter- und Mutterstrang unterscheiden
Excisionsreperatur
- Endonuclease erkennt eine Schadstelle
- Endonuclease schneitet die Schadstelle heraus
- DNA-Polymerase füllt die Lücken aus
- Ligase verknüpft die Stücke
Leserastermutationen:
Insertion: Einsetzen einer neuen Base
Deletion: Zerstörung einer Base
Punktmutationen:
stumme Mutation: Veränderung der Basen ohne (sichtbare) Folgen für das Produkt, normalerweise eine Veränderung der 3. Base
Missens-Mutation: Austausch des (meist) 1. oder 2. Codons, der zu einer Änderung der Aminosäure und meist große Auswirkungen auf das Produkt hat
Nonsene-Mutation: Einbau eines Stoppcodons, das Polypeptid kann nicht zu Ende gefertigt werden
Inversion: Austausch von Basen
- vermitteln die spezifische Anlagerung der tRNA
- 2/3 des Ribosoms besteht aus rRNA
- 1/3 besteht aus ribosomale Enzymen
- zwei Teile: gr. + kl. Untereinheit
- die gr. Untereinheit lagert sich nur in der Gegenwart der mRNA an die kl. an
- tausende Ribosomen in einer Zelle
- eine Bindungsstelle für mRNA
- drei Bindungsstellen für tRNA
- P-Stelle bindet die tRNA mit der Polypeptidkette
- A-Stelle bindet die beladene tRNA
- über die E-Stelle verlässt die entladene tRNA das Ribosom
- Austrittstunnel für das fertige Polypeptid
- außen sitzen die Proteine
- in der Mitte sitzt die RNA
- RNA ist für die Translation verantwortlich
- bei der Translation übermittelt die tRNA genetische Nachrichten und sorgt dafür, dass immer die richtige Aminosäure gebunden wird
- befördert Aminosäuren aus dem Cytoplasma zum Ribosom
- für jedes mögliche Codon/Aminosäure existiert ein eigenes tRNA-Molekül
- wird von DNA-Matrizen codiert
- wird mehrfach verwendet
- einzelner tRNA-Strang von ca. 80 Nucleotiden Länge
- sieht aus wie ein Kleeblatt (2D)
- sieht aus wie ein "L" (3D)
- 3´ Ende: Anheftungsstelle für die Aminosäure
- tragen das Anticodon der entsprechenden Aminosäure (Anticodonarm)
mRNA - messengerRNA - während der Transskription/Translation wird der "Bauplan" der Proteine auf der mRNA gespeichert
tRNA - transferRNA - vermitteln bei der Translation die richtige Aminosäure
rRNA - ribosomaleRNA - Ribosomen bestehen zu ca. 2/3 aus rRNA
snRNA - smallnuclearRNA, auch "Spleißosom" - spleißt während der Prozessierung die Introns
Der genetische Code gibt an, welche Aminosäuren miteinander verbunden werden sollen, ist also die Grundlage für die Proteinbiosynthese. Dabei codieren immer drei Nucleotide bzw. Basen eine Aminosäure.
Wechselt man ein Nucleotid aus, hat dies eine große Auswirkung, da dadurch die Polypeptide deformiert werden (drei Nucleotide codieren eine Aminosäure - Auswechslung eines Nucleotids = Codierung einer anderen Aminosäure - andere Aminosäure = anderes Polypeptid).
Ginge ein Nucleotid aus einer DNA-Sequenz verloren, so würden sich sämtliche Triplette verschieben, sodass mehere Polypeptide deformiert werden würden. So entsteht ein unbrauchbares Polypeptid bzw. Genprodukt. Dieser Vorgang ist als Leserastermutation bekannt.
Die Translation, also die Übersetzung der mRNA in Aminosäure, findet an den Ribosomen im Zellplasma/Cytoplasma statt und besteht aus drei Phasen:
Initiation:
- Bildung eines Initiationskomplexes (bestehend aus einer Untereinheit des Ribosoms, mRNA, fMet-tRNA, 3 Initiationsfaktoren (Proteinen) (katalysieren die Initiation), GTP)
- fMet-tRNA ist spezifisch für den Start der Proteinbiosynthese mitverantwortlich und hat das Anticodon UAC
- fMet-tRNA bindet sich an die P-Stelle der Untereinheit des Ribosoms
- die drei Initiationsfaktoren lösen sich von der Untereinheit und die Obereinheit lagert sich an
Elongation:
- Die A- und P-Stelle sind mit fMet-tRNA besetzt und bilden eine Peptidbindung durch ihre Aminosäuren und die Peptidyltransferase an der A-Stelle
- das Ribosom wandert drei Nucleotide weiter und die entladene tRNA an der P-Stelle wird von der beladenen tRNA der A-Stelle verdrängt. So binden sich immer mehr Aminosäuren an die beladene tRNA an der A-Stelle
- das Ribosom wandert also die mRNA entlang und übersetzt diese in Aminosäuren
Termination:
- ein Stoppcodon gelangt an die A-Stelle und die Translation endet
- das Ribosom zerfällt wieder in seine Untereinheiten und gibt das entstandene Polypeptid frei
Die Transskription (=Überschreibung der für die Proteinbiosynthese bentötigten Infos von der DNA auf die mRNA) findet im Zellkern statt. Sie ist in drei Phasen aufgeteilt:
Initiation: Die RNA-Polymerase katalysiert die Transskription. Zuerst bindet sich diese an eine spezifische Stelle, den Promotor. Von hier aus wird ein Teil der DNA entwunden und blasenförmig geöffnet.
Elongation: Nun kopiert die RNA-Polymerase, ähnlich wie bei der DNA-Replikation, einen DNA-Strang (dabei baut sie am 3´Ende an). Da der Zucker aber Ribose ist undund Thymin durch Uranin ausgetauscht wird, ist dies ein mRNA-Strang (m steht für messenger). Außerdem wird nur ein kurzer Teil der DNA kopiert, nämlich nur der, dessen Infos benötigt werden. Zudem werden die DNA-Stränge nie ganz voneinander getrennt.
Termination: Nachdem der benötigte Teil der DNA kopiert wurde, löst sich der mRNA-Strang von der DNA. Die DNA schließt sich wieder und der mRNA-Strang wird zu den Ribosomen transportiert.
Proteine sind Makromoleküle, die aus Aminosäuren bestehen. Insgesamt gibt es 20 verschiedene Aminosäuren, aus den unzählige verschiedene Proteine resultieren.
Jedes Protein besteht aus einer Amino- und einer Carboxylgruppe. Beide können miteinander reagieren.
Eine Peptidbindung ist eine kovalente Bindung zwischen dem Kohlenstoff- und Stickstoffatom.
Proteine liegen in Raumstrukturen vor:
Primärstruktur: Aminosäuresequenz
Sekundärstruktur: Räumliche Anordnung der Aminosäuresequenzen durch Wasserstoffbrücken
- a-Helix- und b-Faltblatt-Struktur
Tertiärstruktur: a-Helix- und b-Faltblatt-Struktur durch die Wechselwirkungen der Aminosäurereste miteinander verbunden
Replikation - PCR
Helicase - Hitze 95°C
DNA-Polymerase - taq-Polymerase (hitzebeständiger, aus Bakterien)
Ligase - /
Primase - /
Primer - Primer
Nucleotide - Nucleotide
Denaturierung: Die DNA wird auf 94°C erhitzt, sodass die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen getrennt werden.
Hybridisierung: Die Temperatur wird auf ca. 50-70°C abgesenkt (je nach Primer). Die Primer heften sich an die Basen.
Polymerisierung: Bei einer Temperatur von 72°C synthetisiert die taq-Polymerase die DNA-Stränge und die PCR kann erneut beginnen.
Die taq-Polymerase ist erforderlich, da die normale Polymerase bei einer Temperatur von 94°C denaturiert werden würde.
Das Wachstum bei der PCR ist exponentiell, nach 30 Zyklen (Wiederholungen) liegen über 1.000.000 DNA-Stränge/Kopien vor.
Zudem ist es durch die PCR und die Primer möglich, ein gesuchtes DNA-Stück einzurahmen und nur dieses zu synthetisieren.
Meine Bio-LK Lehrerin überraschte uns bereits in der 2. Schulwoche mit der Idee eine Exkursion zur Uni Münster zu machen, angemeldet hatte sie uns bereits.
Im Institut für Neuro- und Verhaltensbiologie wird ein Praktikum für Bio-LKs zum Thema Gentechnik bzw. DNA-Analyse angeboten.
Wir waren begeistert: Zwei Masterstudenten führten das Praktikum durch, bei welchem wir DNA isolieren und die PCR und und Gelelektrophorese durchführen durften. Die beiden haben alles super erklärt und der Schwerpunkt lag auf der praktischen Arbeit und dem Verständnis dieser, nicht auf dem Ergebnis. Daher bekam unsere Biolehrerin dieses auch nur per Mail zugeschickt, auch, weil alles andere zeitlich nicht möglich gewesen wäre.
Zudem erhielten wir eine kleine Institusführung. Zum Schluss waren wir begeistert und uns einig, dass man dieses Praktikum auf jeden Fall weiterempfehlen kann, auch, weil abstrakte Biologie so leicht verständlich wird.
Dient der Zellteilung der geschlechtlichen Zellen (Spermien und Eizellen).
Prophase I: Chromosomen umweinden sich paarweise, maximale Verkürzung durch Spiralisierung
Metaphase I: Kernhülle ist aufgelöst, homologe Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an, Spindelfasern binden sich an die Centromeren
Anaphase I: Chromosomen werden zum Zellpol gezogen, Chromosomen werden im Gegensatz zur Mitose nicht an den Centromeren getrennt, sondern wandern ganz zu den Zellpolen
Telophase I: Zellteilung, beim Mann entstehen zwei gleichgroße haploide Zellen, bei der Frau zwei haploide, eine große (Eizelle) und eine kleine (Polkörperchen).
Vergleich: Mitose - Meiose
Ort des Teilungsvorgangs: überall (Somazellen) - Geschlechtszellen (Keimzellen oder Ganeten)
Chromosomensatz der Ausgangs(Mutter)Zelle: diploid - diploid
Chromosomensatz der Tochterzelle: diploid - haploid
Was wird getrennt?: Schwesterchromatiden - homologe (Schwester)Chromosomen + Schwesterchromatiden
Ergebnis des Vorgangs: 2 genetisch identische Tochterzellen - 4 Spermien oder 1 Eizelle und drei Polkörperchen, die absterben
Bedeutung: Wachstum, ungeschlechtliche Fortpflanzung, Zellerneuerung - geschlechtliche Fortpflanzung, Neukombinierung des Erbgutes
Der Begriff DNA steht für Desoxyribonucleinsäure. Ein menschlicher DNA-Faden ist rund 100cm lang.
Die DNA sieht wie eine Wendeltreppe aus: Das Geländer bilden Desoxyribose (eine Zuckerart) und Phopsphorreste. Gemeinsam mit einer Base bilden sie ein Nucleotid.
Die Treppenstufen stellen die Basen dar. Hierbei liegen sich immer Guanin und Cytosin und Adenin und Thymin gegenüber. Cytosin und Thymin sind Pyrimidinbasen, Adenin und Guanin Purinbasen.
Die Basen sind über zwei Wasserstoffbrücken (Adenin und Cytosin) bzw. drei (Gunain und Thymin) miteinander verbunden.
Zuerst trennt die Helicase die beiden DNA-Stränge an den Replikationsursprüngen voneinander, es entstehen eine Replikationsgabel und -blase.
Die Primase bildet/katalysiert den Primer. Dieser passt an eine Stelle der DNA und von dort aus kann die DNA-Polymerase die DNA "kopieren" (synthesieren).
Da die DNA-Replikation immer nur in die Richtung 5´ zu 3´stattfinden kann, gibt es einen kontinuierlichen und einen diskontinuierlichen Strang.
Bei dem kontinuierlichen Strang findet die Synthese kontinuierlich statt und verfolgt die Helicase.
Die diskontinuierliche Synthese bewegt sich von der Helicase weg und findet an mehreren Stellen gleichzeitg statt, sodass einzelne Stückchen entstehen, die Okazaki-Fragmente genannt werden. Die Ligase "verklebt" diese Fragmente miteinander, sodass ein neuer, durchgängiger DNA-Strang entsteht.
Die DNA-Polymerase baut schlussendlich den DNA-Primer wieder ab.
So entstehen vier neue DNA-Stränge.
