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Abb. aus Stryer (5th Ed.)

DNA Replikation ist semikonservativ

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Entwindung der DNA-Doppelhelix durch eine Helikase

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Replikationsgabel

Eltern-DNA

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Beide DNA-Stränge werden in5’ → 3’ Richtung synthetisiert

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DNA-Polymerasen katalysieren die DNA-Synthese

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DNA-Polymerasen benötigen eine DNA-Matrize

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DNA-Polymerasen benötigenein kurzes RNA-Stück als Primer

(RNA-Polymerase)

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LeitstrangFolgestrang

DNA Replikation

DiskontinuierlicheSynthese

KontinuierlicheSynthese

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DNA Polymerasen

• Katalysieren die Verlängerung einer Polynukleotidkette

• Synthese des neuen Stranges in 5’ → 3’• Deoxy-Nukleotidtriphosphate

(dATP, dCTP, dGTP, dTTP)• DNA-Matrize (Templat)• Metallionen (Mg2+)

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Katalytische Zentrum der DNA Polymerase I von E.coli

Klenow Fragment der DNA Pol I

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DNA Polymerase III(Molekulargewicht ca 900.000 Da)

β2 Untereinheiten von PolIII(umklammeren die dsDNA → hohe Prozessivität )

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Pol I Pol III

• Katalyse: 10 NTP pro Sek.

• Prozessivitätca. 20

• Katalyse: 1000 NTP pro Sek.

• Prozessivitätca. > 1000

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Exonuclease Aktivität

Pol I Pol III

• 3’ → 5’(Proofreading)

• 5’ → 3’(Entfernen des RNA-Primer am Folgestrang)

• 5’ → 3’(Proofreading)

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Korrektur von Replikations-Fehlern

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Proofreading (Korrekturlesen)

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Genauigkeit der Replikation(Fidelity)

• ca. 1 Fehler pro1010 Nukleotide

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Chemische Mutagenese

HNO3

Adenin Hypoxanthin

Cytosin

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Mutation durch UV - Licht

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DNA Reparatursysteme

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Reparatur durch Austausch von Nukleotiden oder der Base

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DNA Rekombination

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Abb. aus Stryer (5th Ed.)

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Nukleinsäuren

RNA

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Typen von RNA

Spleissen der mRNA(nur in Eukaryoten)

Small nuclear RNA(snRNA)

Liefert dem Ribosom aktivierte Aminosäuren

Transfer RNA(tRNA)

Bestandteil des RibosomsRibosomale RNA(rRNA)

Codiert Proteine, d.h. die RNA Sequenz determiniert die Aminosäure-Sequenz bei der Protein Synthese am Ribosom

Messenger RNA(mRNA)

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Größe und relative Menge von RNA-Molekülen in E.coli

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Bei der RNA-Synthese entsteht ein einzelsträngiges RNA-Molekül.

Innerhalb eines RNA-Moleküls können sich aber doppelsträngige Bereiche bilden.

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RNA Moleküle zeigen eine Vielfalt unterschiedlicher 3D-Strukturen

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RNA-Synthese(Transkription von DNA)

RNA-Polymerase- Synthese erfolgt in 5’ → 3’ Richtung- DNA-Templat wird kopiert- Ribonukleotid-triphosphate

(NTP: ATP, GTP, UTP, CTP)- Mg2+ Ionen- Interaktion mit Aktivator oder Repressor

Proteinen reguliert die Transkription

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Transkription

mRNATemplat DNA-StrangKodierende DNA-Strang

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RNA-Polymerasen müssen die DNA-Doppelhelix entwinden

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RNA-Synthese

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RNA-Polymerasen bestehen aus mehreren Untereinheiten

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Katalytische Zentrum der RNA-Polymerase

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Eukaryotische Zellen haben drei verschiedene RNA-Polymerasen

tRNA u. 5S rRNA

III

mRNA u. snRNAII

18S u. 28S rRNAI

TranskriptRNA-Polymerase

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Transkriptions-Start erfolgt durch Bindung der RNA-Polymerase an einen

Promotor

σ Untereinheit der RNA-Polymerase erkennt und bindet spezifisch an die Pribnow Box

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Prokaryotische Promotor-Sequenzen

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Transkriptions-Initiation in Eukaryoten

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An der Transkriptions-Initiation in Eukaryoten

sind mehrere Transkriptionsfaktoren

beteiligt, z.B.Für RNA-Pol. II:TFIIA, B, D, E, F

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+Spaltung

G QModifikation

+Spleissen

Editing U UUU

Posttranskriptionale RNA-Prozessierung

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Prozessierung einer prä-tRNA

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Modifizierte RNA-Nukleoside

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Modifizierte RNA - Nukleoside

QueuosinQueuosin

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Eukaryotische messenger-RNA

• Cap-Nukleotid am 5’-Ende

• Polyadenylierung am 3’-Ende

• u.U. nicht-codierende Bereiche (Introns)

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Spleißen von prä-mRNA

Viele Protein-codierende Gene in Eukaryoten sind durch nicht-codierende Abschnitte (Introns) unterbrochen.

Beim Spleißen werden dieIntrons entfernt und diecodiernde Abschnitte (Exons)verknüpft.

Primär-Transkript (prä-mRNA)

Spleißen

TranskriptionAddition vom Cap und

Poly(A)-Schwanz

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• Im Kern von eukaryotischen Zellen

• Spleißosom erkennt die Introns und katalysiert die Spleißreaktion

• Das Spleißosom besteht aus ca. 100 verschiedenen Proteinen und 5 snRNAs

Spleißen von prä-mRNA

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• Die snRNAs und die meisten Proteine bilden stabile Ribonukleoprotein-Komplexe, die snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein particle)

• Für jede Spleißreaktion muss das Spleißosom neu gebildet werden

Das Spleißosom

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EXON 1

EXON 2

U5

U1

U2

U6U4

EXON 1 Py AG EXON 2GUAUGU UACUAAC

prepre--mRNAmRNA

EXON 2

35U2AF

U2AF65SF1/mBBP

SR

U1 snRNP

EXON 1

EXON 1

EXON 2

U2 snRNP

U1 snRNP

EXON 1

EXON 2

U2 snRNP

U1 snRNP

U4/U6.U5snRNP

EXON 1 EXON 2++

mRNAmRNA

IntronIntron--LariatLariat

Das Spleißosom

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Erkennung der 5’-Spleiß-Stelle durch das U1 snRNP

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Das Spleißen von prä-mRNA erfolgt in zwei Schritten

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Alternatives Spleißen erhöht die Zahl möglicher Proteinprodukte

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Selbst-spleißende Introns

Erstmals entdeckt für eine prä-rRNA in Tetrahymena

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Struktur einerselbst-spleißendenRNA

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Mechanismus des Spleißens in einerselbst-spleißendenRNA

1. Bindung einesGuanosin-Nukleosids

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Mechanismus des Spleißens in einerselbst-spleißendenRNA

2. Durch nukleophilen Angriffder 3’-OH des Guanosins wirddie Phosphodiester-Bindung an der 5’-Spleißstelle gespalten

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Mechanismus des Spleißens in einerselbst-spleißendenRNA

3. Die nun freie 3’-OH Gruppedes 5’-Exons kann die Phospho-diester-Bindung an der 3’-Spleißstelle nukleophil angreifen, spalten und somitdie beiden Exons verbinden

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

• Introns der Gruppe Iim Zellkern, sowie in den Mitochondrien und Chloroplastenverschiedener Eukaryoten (aber nicht in Wirbeltieren)

• Introns der Gruppe IIin den Mitochondrien und Chloroplasten von Pilzen und Pflanzen

Selbst-spleißende RNAs

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Vergleich der Spleiß-Mechanismen

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RNA - Welt

• RNA kann komplizierte 3D-Strukturen ausbilden (RNA-Faltung) und spezifisch kleine Moleküle binden

• RNA besitzt katalytische Aktivität

→ RNAs waren die ursprünglichenKatalysatoren in der prä-zellulären Zeit