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Zusammenfassung

Replikation, Transkription, Translation

1.968 / ~10 sternsternsternstern_0.2stern_0.3 Gregor K. . 2014
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Zusammenfassung
Biowissenschaften

Kantonsschule Zürich Nord

5, 2014, Cornelson

Gregor K. ©
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sternsternsternstern_0.2stern_0.3
ID# 37621







DNA kettenförmig unverweigtes Makromolekül

  • Träger der Genetischen Info

Aus:

  • Phosphatsäure

  • Desoxyribose (Pentosezucker)

  • 4 versch. Organische Basen (enthalten Co2 und N2)

  • Pyrimidin

    • Cytosin: C

    • Thymin: T

  • Purin

    • Adenin: A

    • Guanin: G

  • A  T T  A C  G G  C

  1. Gesamtmenge Purin = Gesamtmenge Pyrimidin

  2. Menge an Adenin stimmt mit der Menge Thymin überrein sowie M an C mit M an G

  • Nucleotide (Monomere) sind Kettenglieder der DNA

  • Zucker (Desoxyribose)

  • Phosphat

  • Base (A,C,G,T)

  • Nucleoside

  • Desoxyribose

  • Base

  • Zucker – Phosphat Ketten: Rückgrat des Moleküls

  • C-5‘- Atom eines Desoxyribosemoleküls über eine Phosphatgruppe mit C-3‘-Atom des nächsten Zuckermoleküls in Verbinung

  • DNA – Struktur: durch Röntgenunterordnung an Kristaliner DNA wurde der schraubenförmige Doppelhelix Struktur entdeckt worden

  • Ordnung der Zucker-Phosphatketten:

  • Stickstoffbasen ins Innere der Doppelhelix gerichtet

  • Phosphatmoleküle sowie Zucker nach aussen gerichtet

  • Einzelstränge: Gegenläufig untereinander – durch Wasserstoffbrücken zw. Basen zusammengehalten

  • Entsteht durch Verkettung von DNA-Nucleotide

  • C5- Zucker Desoxyribose kann über Kohlenstoffatom 1‘, 3‘ und 5‘ Brücken zu anderen Molekülen binden

  • Phosphat bindet an 3’C und 5’C Atom des nachfolgenden Zuckers

  • Jedes Einzelstrang: 5’Ende für Phosphat und 3’Ende für eine freie OH –Gruppe - Leserichtung 5‘  3‘

  • Paarung: lange Purinbase + kurze Pyrimidin zueinanderpassende Basen = komplementär Adenin mit Thymin A + T 2 W‘stofbrücken

  • Guanin mit Cyostin G + C 3 W’stofbrücken

  • Konsequenzen:

  • 5‘  3‘ Richtung verläuft entgegengesetzt zum anderen Strang Antiparallel

  • 5‘ Ende liegt dem 3‘ Ende gegenüber

  • Basenpaarung chem. Bestimmt die Reihenfolge  BASENSEQUENZ

  • Basen der Nucleotide = Genalphabet – Codierung der Erb Info

  • Replikation der DNA  während interphase (VERVIELFÄLTIGUNG DER DNA)

  • Zellteilung  Gesamte Erbinfo an die nächste Generation

  • Damit keine Infos verloren -> Erbsubstanz verdoppelt

  • Prozess: identische Verdopplung = Replikation

  • Grundprinzip:

  • Beruht auf komplementäre Basenpaarung

  • Da A immer mit T und C nur mit G verbindet kann ein einzelner DNA – Einzelstrang als Matrize dienen

  • Beide Komplementäre Stränge trennen sich wie Reissverschluss und dienen als Matrize

  • An den freiliegenden Basen lagern sich Nukleotide mit komlementär. Basen an

  • Nukleotide werden anschliessend zu Ketten verknüpft

  • Es entstehen 2 Doppelhelix mit identischen Basensequenzen

  • Modelle der Replikation

  1. Semikonservativ: beide Doppelstränge aus alten und neuen Einzelstrang

  2. Konservative Repl.: ursprl. DNA Molekül bleibt komplett erhalten  Tochtermolekül aus 2 neu gebildtetn Strängen

  3. DispereRepl: jeder Strang der beiden neuen Doppelhelices entält eine Mischung aus alter und neu synthetisierter DNA: urspr. DNA Strang zerfällt in Bruchstücke und wird nach Repl. Wieder verbunden

  • Meselson – Stahl Experiment

  • E-Coli Bakterien auf Nährboden – Isotop 15 N statt Stickstoff 14 N

  • Bildung: schwere 15N haltige Nucleotidbasen  während Repl. Wurden diese in den DNA eingebaut

  • Diese auf normales Nährboden mit 14 N übertragen Nach erneuter Zellteilung prüfen  Semikonservativ

  • ENZYME DER REPLIKATION

    1. Helicase: beide Stränge der Doppelhelix entwunden und auseinander geschoben  Y – förmige Struktur entseht

    2. Primase: Zu Beginn wird ein Startermolekül mit freiem OH-Gruppe, über die das erste Nucleotid gebunden werden kann, benötigt

    • Kurze PRIMER aus RNA werden an beiden Strängen angebracht

    • Bei der RNA wird Thymin durch Uracil ersetzt T  A A  U

    1. DNA Polymerase: Verkettung der Nucleotide, die sich spontan an die freien Einzelstränge anlagern, setzen immer das Gegenstück Nucleotid ein  immer über dessen Phosphatgruppe mit der OH-Gruppe des 3’c Atoms der Desoxyribose. DNA wird von 5‘ Ende nach 3’Ende synthetisiert

    • T-> A A-> T G->C C->G

    • (Leitstrang – 3‘  5‘ der dNA aber der kontinuierliche Gegenstück 5‘  3‘Folgestrang umgekehrt)

    • Es kann nur an einer der beiden Stränge kontinuierlich verlaufen. Am Folgestrang müssen jeweils die Primer angebracht werden damit sich 100 – 200 Nucleotide lagern können und dann werden immer weiter Primere eingefügt bis zu ende.

    1. DNA-Ligase: durch diskontinuierliche Verknüpfung am Folgestrang entstehen OKAZAKI-FRAGMENTE welche durch diskontinuierliche Verknüpfung am Folgestrang entstehen. Es ist der Abschnitt welcher aus einem Primeren und einer DNA bis zum nächsten Primer besteht.

    • DNA-Ligase verbindet die Okazaki Fragmente in 3‘  5‘ Richtung am Folgestrang

    1. Exonuclease: DNA Poymerase sehr genau  falls fehler der Nucleotidanordnung wird die Exonuclease aktiv und trennt das fehlgepaarte Nucleotid von der Kette ab damit die richtigen Basen sich anlagern können

    • Kontinuierlicher Strang: Der Leitstrang verläuft von 3‘ Ende nach 5’Ende Kontinuierlicher Strang verläuft vom 5‘ zum 3’Ende.

    • Diskontinuierlicher Strang: Folgestrang verläuft auch von 3‘ Ende nach 5‘ Ende auf die Entgegengesetzte richtung der Leitstrang. Sie geht weg von der matrize. DNA wird vom 5‘ zum 3’Ende repliziert, daher müssen Primer eingesetzt werden (5’Ende) werden. Dadurch entstehen 100-200 Nukleotid-lange Ketten (Okazaki-Fragmente).

    • DNA zum Proton

    • Basensequenz der DNA enthält die Bauanleitung für Herstellung Protein

    • Genexpression: Vorgang der Merkmalausbildung  Grundlage: Biosynthese der Proteine in der Zellen

    • Ãœberblick Proteinsynthese: Info in der Basensequenz der DNA verschlüsselt und wird in die Aminosäuresequenz übersetzt.

    • 2 Schritte: Transkription und Translation

    • Transkription (DNA überschreibung bzw. DNA Kopie)

    • Von der Bauanleitung für Proteine wird eine Abschrift angefertigt

    • Basensequenz der DNA wird in Basensequenz RNA umgeschriben

    • Bei Eukaryoten umfasst Transkriptionseinheit nur ein Gen (nur ein bestimmter Abschnitt wird jeweils kopiert)

    • Dreischritte: Freilegen des DANN/ Kopie des DNAGENS in RNA/ Prozesierung

      • Molekül bindet an Promoter(start) (spez. Nucleotidsequenz der DNA) und beginnt von dort an der richtigen Richtung für Transkription

      • Während RNA-Polymerase an DNA entlanggleitet – DNAstränge entwundenauf eine kurze strecke von etwa 20 Nucleotidenpaare  W’brücken zw. den Komplementären Basen werden getrennt

      • Bei Expression wird jeweils nur ein DNA – Strang, der Codogenstrangtranskribiert

      • Basenpaarungsprinsip: RNA-Nucleotidelagern sich an die freiliegenden Basen des Matritenstranges an

      • RNA polymerase verknüpft diese zu einem RNA-Molekül

      • Terminatorsequenz (Ende) zeigt das Ende dieser Einheit (zb AATAAA) und dann löst die RNA-Polymerase sich von der DNA ab und das mRNA-Molekül wird freigesetzt.

      • mRNA Verläuft von 5‘  3‘ Ende / DNA (3‘ 5‘)

    • DNA spaltet sich teilweise auf und eine Kopie (mRNA) diese codogenen Strand wird erstellt. 5‘-> 3‘ Ende

    • CODE:

    • 20 Aminosäuren zu codieren – mind. 3 BASEN miteineander kombiniert

    • 3 Buchstaben  ein Triplett

    • 3 Buchsabenwörter aus Nucleotidenbase der mRNA = Codon

    • Zuordnung Basentripletts der Nucleinsäure zu entsprechenden Aminosäuren der Polypetpits = genetischer Code

    • Als Codesonne dargestellt

    • Von innen 5‘ nach aussen 3‘

    • Viele Aminosäure durch mehrere Tripletts codiert

    • AUG: für Aminosäure METHIONIN – Startcodon für Proteinsynthese, alle neugebildeten Polypeptide beginnen mit Methionin

    • UGA, UAA, UAG  Stoppcodon, keine Aminosäuren dafür

    • CODE- nicht überlappend: Tripletts hintereinander abgelesen

  • CODE- reduant: bestimmte Aminosäuren können mehrere versch. Tripletts haben

  • CODE- eindeutig: bestimmtes Triplett legt immer den Einbau einer ganz best. Aminosäure fest

  • Code- univerell: Ein best. Codon wird bei fast allen untersuchten Organismen in die gleiche Aminosäure übersetzt

  • Allgemeingültigkeitdes Codons – Beleg für gemeinsamen Ursprung

  • DNA: enthält in Basensequenz die Anleitung für Produktion v. Proteine/ Basensequenz der DNA in B. RNA umgeschrieben/ Doppelhelix (2Stränge)/ Stabiler als RNA/ enthält Erbsubstanz/ Desoxyribose als Zucker und Thymin als base

  • RNA: einzelstrang/ mehr Zuckeranteil (eine ohgruppe mehr/ kopie der DNA/ zur Herstellung der Proteine benötigt/ Ribosome als zucker und Uracil als base

  • Codon Anticodon
    Codon auf mRNA, Anticodon auf tRNA

  • Warum wird die DNA kopiert?
    Sicherheit, die DNA muss den Zellkern nicht verlassen

  • Translation: Herstellung von Proteine-mRNA als Ablesevorlage und tRNA als Vermittler der Aminosäure (5‘  3‘)

  • RNA Molekül transportiert Infos zu Ribosom (ort der Proteinsynthese)

  • Ãœbersetzung der in der mRNA gespeicherte Bauanleitung (Translation)

  • Ensprechend der Basensequenz werden passende Aminosäuren herangeschafft und der Reihe nach verkettet

  • tRNA: Vermittler/ transportieren Aminosäuren zu den Untereinheiten der Ribosomen/ sorgen, dass sie in der richtigen Reihenfolge miteinander verknüpft werden können/ 70-80 Nucleotide- Streckenweise gepaart(kle)

    • mRNA kontakt mit kleinere Untereinheitder Ribosom und damit gr. Untereinheitanlagert muss tRNA in Aktion treten

    • tRNA vermittelt die Aminosäure mit der entsprechenden codonfolge zur mRNA

    • am Ende der tRNA: Tripplet: Anticodon(ist komplementär mit der Codon der mRNA)

    • Synthease bewirkt die Zuordnung der richtigen Aminosäure an ein tRNA – Molekül

    • tRNA hat bereits eine Aminosäure, bevor die Anticodom mit den Codon der mRNA paart

    • der Basentripplett der mRNA wird eine AMINOSÄURE zugeordnet

    • Translation beginnt bei mRNA – STARTCODON AUG

  • Welche mit Anticodon UAG verbindet, welche mit Methionin verknüpft ist.

    • Ribosome haben 2 BINDUNGSSTELLEN: A + P

    • Die Aminosäuren der tRNA Moleküle kommen so nah, dass diese durch eine Peptidbindung miteinander verknüpft werden.

        • ES ENTSTEHEN EIWEISSE

        • tRNA werden entladen

      • Am ende beendet ein Stoppcodon UGA, UAA, UAG die Translation

    • ABBAU

    • Chromosomen:Chromatin: Zusammensetzung aus DNA und Histonen(1). spiralförmige Doppelhelix der DNA  zwei Mal um ProteinHistongewickelt perlschnurartigenAufwicklung. Dann werden wiederum Schleifengedreht(2). Je 6 Schleifen  1 ‚Rosette‘(3). Rosetten-spiralförmigaufgewickelt, eine Spiraleaus 30 Rosetten(4). Aufgewickelten Rosetten bilden Chromatide(5). Aus diesen Chromatiden bestehen auch die Chromosome.

      Länge DNA-Fadens schrumpft so von ca. 5 auf 50 . (=Verdichtung um das 10‘000-Fache.)

    • AUBAU PROTEIN:- Eiweisse, Hormone, aus Aminosäuren aufgebaute Makromoleküle (Polypeptide)  Kette aus Aminosäuren, 20 versch. Aminosäuren wickelt sich, kann auch als Helix vorommen, durch Peptidbindung (C-N-Bindung) verbunden  Struktur: Primär/Quartär/Teritär/Sekundärstruktur

  • tRNA: vermittler, transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen, sorgend dafür, dass sie in die richtige Reihenfolge miteinander verknüpft werden, bildet über gewisse Strecken einen Doppelstrang mit sich selbst/ sorgen, dass sie in der richtigen Reihenfolge miteinander verknüpft werden können/ 70-80 Nucleotide- Streckenweise gepaart(kle)

  • rRNA: stellt ein Teil der Ribosomen dar, neben Protein ist diese der Hauptbestandteil von ribosomen. Wurde nicht translatiert.

  • Viren: keine Lebewesen, aus Nucleinsäure & Proteinhülle, ohne Stoffwechsel, sind darauf angewiesen, nach einer Infizierung von Wirtzellen vermehrt zu werden, keine Organelle, keine Zellen, keine Reizbarkeit  DNA-/RNA-Viren, HIV, Grippenviren

  • Eukaryoten: alle anderen Lebewesen, membranumhüllte Organelle, haben Zellmembran aber keinen Zellwand, unterschiedlich grosse Zellen, haben einen Zellkern, das grösste: Eizelle  Pilze, Tiere, Pflanzen, Plasmodien

  • Immunsystem: Schutzmechanismus: Wenn Bakt. / Viren den Körper überfallen  Riesenfresszellen – aktiv + fressen Fremdkörper und bauen die Antigene der Fremdkörper in der Oberfläche ein  diese informieren T-Helferzellen in dem diese die Immunreaktion auslösen  Kontakt mit Fresszelle und durch Botenstoffe entstehen  Supressor-/ T-Gedächtnis-/T-Killer (erkennen infizierte Körperzellen)-/T-Supressorzellen

  • VERMEHRUNGSZYKLUS: HI-Viren befallen T-Helferzellen: 1) Virus der Antigene dockt an die CD4 – Rezeptoren an  Erbgut des Virus im Form RNA

  • 3) Erbgut übersetzt  4) übersetzte Erbgut schleusst in den Zellkern

  • 5) durch Integrase – integriert das HIV-DANN in der menschl. DANN.

  • 6) Dadurch wird das Virus Erbgut verfielfältigt durch Transkription

  • 7) im Zellplasma Viruseiweisse produziert  Protease zerschneidet grosse Eiweisse in kleine  8) dadurch werden neue Viren zusammengesetzt

  • 9) Viren schleusen ab  Zelle stirbt  Killerzellen der Körper erkennen die Befallenen T-Helferzellen und vernichten diese  doch diese kommen oft zu spät.

  • Unterbrechen:

  • - CCR5 (ermöglicht Kontakt ZELLE-VIRUS) zumüllen, blockieren

  • - Antikörper gegen die Antigene  bis jetzt unmöglich

  • - integrase hemmen  damit sich das Viren-DNA nicht mit DANN der Menschen integriert

  • - Enzyme der Reverse Transkription blockieren

  • Prozessierung: bevor mRNA aus Zelle – Zerschnitten, neu zusammengesetzt und mit einem veränderten G und einem Poly-A-Schwanz vor dem Abbau durch Nukleasen geschützt.  RNA PROZESSIERUNG diese ensteht nach Transkription: der VORLÄUFER DER Mrna prä-mRNA: enthält Abschnitte : die iNtrons, die keine genetische Infos tragen  müssen herausgeschnitten werden: SPLEISSEN (teilprozessierung) – Exonx - codierenden DNA-Abschnitte zu Genexpression zusammengeführt durch Prozessierung prämRNA  mRNA

  • ENZYM: SPLEISSOM: von 5‘  3‘ Ender der mRNA – durch Anheften spezif. Nucleotidensequenzen stabilisiert

  • Alternativspleissen: Mehrere untersch. Proteine können aus der gleichen mRNA entstehen.

  • Typisierung: mithilfe Gel-Elektrophorese nach länge getrennt  entsteht Bandenmuster -> übereinstimmende Banden – Verwandschaft

  • Steuerung: Temperatur Taq-Polymerase, ist im Gegensatz zur DNA-Polymerase, hitzebeständig

  • DenaturierungDNA wird auf ca. 90-100°C erhitzt, um die Wasserstoffbrücken, welche die DNA-Doppelhelix zusammenhalten, aufzulösen.

  • HybridisierungBei der Abkühlung des Gemischs auf ca. 50°C binden sich die synthetischen (künstlichen) Primer an die einzelnen DNA-Stränge. (An die komplementären Sequenzen der Matrizen-DNA)

  • Polymerisationnach Hinzufügen der Taq-Polymerase wird das Gemisch wieder auf ca. 70°C erhitzt, so dass die Poymerase aktiviert wird und die Polymerisation stattfindet. Die Komplementären DNA-Stränge werden anhand der Matrizen-DNA synthetisiert.


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