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Biology

University, School

Johannes Kepler Universität Linz - JKU

Grade, Teacher, Year

2, Berger, 2016

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Text by Janine B. ©
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EINFÜHRUNG IN DIE MOLEKULARBIOLOG­IE Aufbau und Struktur der Nukleinsäuren, DNA: DNA ist ein Polymer aus Nukleotiden (Nukleosid mit angeesterter Phosphorsäure). Das C1 der Ribose ist N-glycosidisch mit einer Pyrimiden- bzw. Purinbase verbunden, am C2 der DNA fehlt der Sauerstoff, C3 bindet an Phosphat der vorhergehenden Nukleotids u. am C5 sitzt das Phosphat. Bei physiologischem pH ist das Phosphat-Backbo­ne vollständig deprotoniert. Bei dsDNA bilden Purinbasen mit Pyrimidenbasen H-Brücken aus. Meistens bilden ds Nukleinsäuren…
Physikalische Eigenschaften der Nukleinsäuren Die Fähigkeit der DNA-Einzelsträn­ge sich unter geeigneten Temperatur- und Ionenbedingunge­n wieder zu einem Doppelstrang zusammenzufügen nennt man Renaturierung oder Reassoziation. Die durch die Renaturierung gebildeten Moleküle heißen Hybridmoleküle und den Vorgang der Doppelstrangbil­dun­g Hybridisierung. Wenn sich Hybridmoleküle nicht ganz komplementär paaren kommt es zu Fehlpaarungen, den resultierenden Doppelstrang nennt man Heteroduplex. Dieser ist extrem…

Wenn die Bindung zwischen 4E und 4G stattfindet, gibt es keine Translation. Das macht sich der Rhinovirus zu nutze. Rhinoviren infizieren Schleimhautzellen. Dies führt dazu, dass die endogene Proteinsynthese abgedreht wird (eigene Proteine werden nicht mehr translatiert), d.h. verhindert die Translation der Wirts-mRNA. Diese spalten 4G durch (schneiden auseinander), die Bindestelle geht verloren, können nicht mehr an das Ribosom gebracht werden.

Viren haben IRES (internal ribosomal entry site; Ribosomen können direkt unter Umgehung von 5`Cap Struktur und dem scanning, an die mRNA andocken und mit der Proteinsynthese beginnen). Das ist eine Sekundärstruktur an der mRNA, die die Bindung an die kleine UE ermöglichen. Bei zellulärer mRNA nur selten IRES, aber man hat bei Interleucinen herausgefunden, dass deren mRNA oft IRES enthalten.

eIF4A: RNA-Helicase; braucht einen zusätzliche Faktor, damit es zum Aktivator wird, nämlich 4E. 4A löst die Sekundärstrukturen unter ATP-Hydrolyse auf.

Die Initiation kann in 4 Teilschritte untergliedert werden. Erstens geht die Anbindung der Initiator-tRNA an die kliene UE der Assoziation der mRNA immer voraus. Zweitens wird die Anbindung der mRNA von einem zweiten Satz von Hilfsfaktoren vermittelt. Drittens läuft der Komplex aus kleiner UE und Initiator-tRNA die mRNA entlang, um das erste AUG (Startcodon) zu finden.

Schließlich wird die große UE rekrutiert, sobald die Initiator-tRNA Basenpaare mit dem Startcodon ausgebildet hat. Das eukaryotische Ribosom dissoziiert nach Abschluss einer Translationsrunde in die große und eine kleine UE.

  1. eIF2 muss GTP gebunden haben. eIF2 erkennt die Initiator-RNA. Der Komplex aus Met-I.-RNA mit eIF2 und GTP wird als ternäre Komplex bezeichnet. Der ternäre Komplex bindet mit IF3, 1A, 1 = Multifaktorkomplex (MFC).
    Dieser bindet an die kleine UE. Möglicherweise bindet eIF5 zusammen mit dem ternären Komplex. eIF5 ist ein GTPase-aktivierendes Protein (GAP) für eIF2.
    Es entsteht der 43S-.....[read full text]

  2. Scanning: Nachdem die mRNA gebunden ist, beginnt das Ribososm die mRNA abzutasten. kleine UE bewegt sich in einem ATP-abhängigen Prozess entlang der mRNA. Das Scanning der eIF1 und eIF1A werden vorangetrieben. Sie halten den Komplex offen, damit sich die mRNA fortbewegen kann. eIF1 und eIF1A sind für das Erkennen des Startcodons wichtig. Ist das Startcodon gebunden, kommt es zur Ausbildung des 48S-pre-Initiationskomplex.

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Schritt 2: große UE kommt dazu. Wenn die große UE gebunden ist, kommt es zur GTP-Hydrolyse und IF2 geht ab.

70s-Initiationskomplex: mRNA (durch aktives Zentrum hindurchgefädelt, gebunden an S/D-Sequenz), Startcodon ist in P-site, I.-tRNA (in P-site gebunden, jetzt schon mit Anticodon-Codon-Paarung dabei) ist mit der großen UE überdeckt. Also: in der P-site sitzt die I.t-RNA, E- und A-site sind frei, damit ist die Initiation abgeschlossen.



  1. Wie wird der Translationsinitiationskomplex gebildet?

Siehe Frage 47

  1. Translation: Beladung von tRNA, Initiator RNA, Ribosom, Besonderheit
    Beladung der tRNA

Siehe Frage 45

  1. Wie erkennt tRNA genau das Startcodon?

Die korrekte Basenpaarung der ersten beiden Nucleotide wird im Ribosom überprüft durch die 16SrRNA.
Nicht jedoch die 3.Base, sie kann die Wobble-Paarung eingehen (G paart mit U). Tritt bei tRNA häufig auf. Daher kann man mit der Wobble-Paarung mehrere Codons lesen (2 Codons). Dies erlaubt dem Organismus, mit weniger Anticodons auszukommen. Die 3. Position ist also nicht essentiell. Methionin wird als Startcodon verwendet. In Bakterien wird N-formyl-Methionin eingebaut.

Diese wird von der tRNA erkannt.
In Eukaryonten wird das 1. AUG als Startcodon verwendet. AUG bestimmt den Leseraster in Säugern (AUG codiert auch für Methionin). Bei Bakterien gibt es zusätzlich eine Shin-Dalgarno-Sequenz 8 nt vor Startcodon; bestimmt den Leseraster der verwendet wird (d.h. bei Eukaryonten wird der Leseraster determiniert vom 1. Startcodon (AUG), bei Bakterien beginnt die Translation bei AUG).

  1. Wie können Rhinoviren ihre eigene Genexpression verstärken und die Translation d.....

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Bennant durch das Sedimentationsverhalten bzw. –geschwindigkeit: (S)

Untereinheit

Bakterien (rRNAs)

Eukaryont

Große

50S (5+23 S-rRNA)

60S

kleine

30S (16 S-rRNA)

40S

Gesamtribosom

70S

80S

Die ribosomalen UE bestehen aus einem oder mehreren RNA-Molekülen (ribosomale RNAs=rRNAs) sowie zahlreichen ribosomalen Proteinen.

Bindestellen des Ribosoms:

Um die Peptidyltransferasereatkion vollführen zu können, muss das Ribosom mindestens zwei tRNAs gleichzeitig binden können. Tatsächlich weist eine Ribosom sogar 3 tRNA-Bindesetllen auf, die als die A-, P- und die E-Stelle bezeichnet werden. Die A-Stelle (Akzeptorstelle) ist der Bindungsort für die aminoacylierte tRNA, die P-Stelle (Peptidylstelle) hält die Peptidyl-tRNA am Ribosom gebunden und die E-Stelle (Exit-Stelle) bindet die unbeladene tRNA, nachdem sie die wachsende Polypeptidkette an die A-Stellen tRNA übertragen hat und bevor sie das Ribosom wieder verlässt.


Begriffe Erklären

  • Origin
    Ist der Bereich, wo die DNA-Replikation beginnt (bei Bakterien ist das der Origin OriC).
    Replikon = ist jener Bereich von einem Origin aus repliziert wird (bei Bakterien ist die gesamte DNA ein Replikon).

  • Repressor
    Ist ein Regulatorprotein, welches an den Operator bindet, und damit die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor blockiert, wodurch die Transkription eines Gens innerhalb des Operons verhindert wird.
    Aktivator = ist ein Regulatorprotein, das an die Operator-Bindestelle in 3`Richtung vor dem Operatorbindet und dadurch die Affinität der RNA-Polymerasean den Promotor erhöht, wodurch die Transkription es Gens (Operons) aktiviert wird.

  • Induktor
    Steigert die Transkription negativ regulierter Gene. Er bindet an den Repressor, der sich daraufhin vom Operator löst. Dadurch kann die RNA-Polymerase binden und die T.....

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Der Promotor liegt vor dem Operator und dient als Startplatz für die RNA-Pol. Bindet z.B. Repressor an Operator, wird Promotor verdeckt, sodass die RNA-Pol. nicht mehr binden kann.

  • Enhancer
    Ist ein Stück auf der DNA, das Transkriptionsfaktoren binden kann. Hat einen positiven Einfluss auf die Transkription auf best. Gen.
    Enhancer können sehr weit vom Promotor entfernt sein.
    Silencer = hier binden Proteine, die stilllegen (ist ein Stück auf der DNA an den silincing Faktoren binden, z.B. HMT, HDAC,

  • ORF
    =Open reading frame; in einem full-length element warden ORF1 und ORF2 genannt. Sie stellen den Leserahmen dar. ORF1 codiert für ein Protein, welches RNA binden kann. ORF2 codiert für ein Protein, welches eine Endonuclease- und reverse Transkriptase beinhaltet (beide für den Retrotranspositionsprozess wichtig).

  • Intron
    Sind die nicht codierenden Abschnitte der DNA innerhalb eines Gens. Sie werden in der prä-mRNA herausgespliced (es verbleiben nur die Exons).
    Exon= ein Teile eines eukaryontischen Gens, der nach dem Spleißen erhalten bleibt. Exons enthalten ORF und den 5`3`UTR (untranslated region) Bereich an den Enden.

  • Alu-Element
    Gehört zu den SINE aus der Klasse der Retrotransposons, die u.A. interspersed repeads aufbauen. Alu ist das (bisher) einzige SINE Element, das aktiv ist (in der humanen Linie).
    Polymorphe Alu-Elemente stellen Promotoren alternativer PolyA-Sites dar.
    SINE-Elemente sind im ganzen Genom verteilt. Sie springen über eine mRNA Zwischenstufe.



    L1=Line-Element, welches zu den Retrotransposons gehört und interspersed repeats aufbauen. Die meisten LINE-Elemente sind tod, nur L1 ist aktiv und kann daher über mRNA Zwischenstufen springen.
    LINE=codieren für 2 ORFs; L1 aktiv, kann springen.
    SINE=Alu aktiv; können selber nicht springen, brauchen Maschinerie von L1
    HERV=gehört zu den LTR (long terminal repeats) welche ein Charakteristikum für Retroviren ist.

    HERV (humane endogene Retroviren) sind irgendwann in der Evolution in die Keimbahn gelangt, durch Mutation können sie aber nicht m.....

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    Sie sind fast in allen Prozessen im RNA-Stoffwechsel essentiell (Transkription, RNA-Prozessierung,Translation, RNA-Abbau).

  • RNA Polymerase
    (DNA-abhängige RNA Polymerase) Sind Enzyme, die die Synthese von Ribonucleinsäuren (RNA) bei der Transkription der DNA katalysieren.
    Der DNA-Strang von dem abgelesen wird, ist der template Strang. Der andere Strang ist der coding Strang und enthält die gleiche Sequenz wie die tRNA.

  • DNA Polymerase
    Enzyme, die die Synthese von DNA aus Desoxyribonucleotiden an der DNA-Matrize katalysieren.

  • Gen
    Ist ein Abschnitt auf der DNA, der die Grundinformation zur Herstellung einer biologisch aktiven RNA enthält.

  • Downstream
    Region, die sich in der Transkriptionsrichtung, hinter dem Startpunkt befindet.

  • Upstream
    Region, vor dem Startpunkt der Transkription.

  • Monocystronisch
    (sind eukaryontische Gene) Ist eine mRNA, die ein einzelnes Cistron codiert, das einem Gen entspricht. Diese mRNAs enthalten nur einen offenen Leserahmen.

  • Polycystronisch
    Ist eine mRNA, die von mehreren hintereinanderliegenden Cistrons (Genen) auf der DNA codiert wird. Diese mRNAs enthalten mehrere offene Leserahmen.

  • Positive Kontrolle
    Das Gen ist an sich immer abgeschalten. Unter best. Bedingungen wird es aktiviert. Positive Kontrolle ist bei Eukaryonten charakteristisch (bei Chromosomen braucht man immer Aktivator, der dazu führt, dass Gene abgelesen werden können).

  • Negative Kontrolle
    Das Gen ist an sich aktiv, wird unter best. Bedingungen abgeschaltet (häufiger bei Bakterien).

  • Induktion
    Aktivator ist zuerst inaktiv, durch Inducer kommt es in einen aktiven Zustand.

  • Repression
    Durch Corerepressor kommt es in einen inaktiven Zustan.....

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