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DNA
DNA-Replikation
RNA
ReverseTranskription
ProteinTranslation
RNA-Replikation
Transkription
Gekürzte Präsentation: http://www.uni-greifswald.de/~genetik/Lehre/Zusammenfassung_1.ppt
Zentrales Dogma
Nukleinsäuren
• Sind polymere organische Moleküle• Monomere der Nukleinsäuren sind Nukleotide• Ein Nukleotid enthält ein Zuckermolekül
(Pentose), eine organische Base (Purin- oder Pyrimidinbase) und einen Phosphatrest
• Pentosen (sp3), aromatische Basen (sp2)• Nukleinsäuren sind Ribonukleinsäure (RNA) und
Desoxyribonukleinsäure (DNA)• Nukleinsäuren werden in der Zelle synthetisiert
2´-Desoxyribose
C5H10O4
Ribose
C5H10O5
OH
HHO
O
OH
H2C1’
2’3’
4’5’
Zucker (Aldopentosen)
OH
OHHO
O
OH
H2C1’
2’3’
4’5’
Adenin
Guanin
Uracil
Cytosin
Thymin
Pyrimidinbasen Purinbasen
Organische Basen
NH
N
NN
NH2
NH
N
NN
O
NH2
NH
NH
O
O
H3C
NH
N
O
NH2
NH
NH
O
O
Pyrimidin- und Purinbasen
OH
O
OHN
NH
O
O
CH3
OH
O
OHN
N
NH2
O
OH
O
OHN
N
N
N
NH2
OH
O
OHN
N
N
NH
O
NH2
Thymidin Adenosin
GuanosinCytosin
Nukleoside
N
N
C H
C
C
C
H C
N
N
NH2
Adenin
RibosePhosphat O C5 H
C4
HOH OH
O
H
H H C1
C3 C2
H
PO
O
O-
Adenosinmonophosphat (AMP)
Nukleotide
Grundstruktur und Nomenklatur der DNA - und RNA - Monomere
• Monomere der DNA und RNA Nukleotide
Allgemeine Struktur eines Nukleotids
bestehen aus:
je 1 Zucker (Pentose)Ribose in RNA 2-Desoxyribose in DNA
Phosphat
je 1 N-haltigen Base
• Bausteine sind Nukleosidtriphosphate (NTP)DNA – dNTP (dATP, dTTP, dGTP, dCTP)RNA – NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)
• Synthese (Kondensationsreaktion) erfolgt durch spezielle Enzyme DNA- und RNA-Polymerasen
• Synthese erfolgt an einem Musterstrang (Matrize)durch die Basenabfolge im Musterstrang ist die Basenabfolge im neu synthetisierten Strang festgelegt,komplementäre Basenpaarung
• Synthese erfolgt ausschließlich in 5’ – 3’ Richtung
Allgemeine Prinzipien der Nukleinsäuresynthese
Adenosintriphosphat - ATP
desoxy-Thymidintriphosphat - dTTP
OH P O
OH
OP O
OH
OP O
OH
O
OH
O
CH2
NNH
O
O
CH3
Nukleosidtriphosphat - NTP
N
N
N
N
NH2
OH P O
OH
OP O
OH
OP O
OH
O
O
CH2
OH OH
DNA - dNTP
RNA - NTP
OOCH2
HH
H
H
O
H
PO
O
O-
PO
O
O-
~-O
O-
P
O
~
A
OOCH2
HH
H
H
OH
H
PO
O-
PO
O
O-
~-O
O-
P
O
~
G
H
OP OO-
T
H
CPhosphodiester-Bindung
ein Ende hat eine 5‘-P-Gruppe(Triphosphat)
das andere eine 3‘-OH-Gruppe
Nukleinsäuren sind polare, polymere Moleküle
5‘-A N(n)C-3‘;NH2
CH2
NH2N
N
N
N
O
HO P O
O
OH
P O
OP O
O
OH OH
O
PO
OHO
NNH
O
O
CH3
CH2
O
O
PO
OHO
NN
O
CH2
O
OH
Sequenzen immer 5‘→ 3‘.
Struktur von Nukleinsäuren
5‘
A
C
3‘
(n)
Weitere Stabilisierung durch Wechselwirkungen zwischen den Basenstapeln innerhalb des gleichen Stranges
Basen befinden sich im Inneren der Helix, Zucker/Phosphatreste außen
rechtsgängige Helix aus antiparallelen Strängen
Basenpaare senkrecht zur Helix-Achse
große Furche
Struktur der DNA
kleine Furche
Eigenschaften der DNA
z. B. Denaturierung
Die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle ist ca. 1,8 m lang!
RNA DNA
NH
NH
O
O
Uracil
NH
NH
O
O
CH3
Thymin
O H
HOH
O
O H
CH2
2´-Desoxyribose
OH
OHOH
O
OH
CH2
Ribose
3‘ 5‘3‘
3‘5‘
5‘
Wichtige RNA-Arten in der Zelle
Größe
(ungefähre Angaben)
Funktion
transfer-RNA
tRNA
80 – 95 Nukleotide Übertragung von Aminosäuren zum Proteinsyntheseapparat
ribosomale RNA
rRNA
bei Bakterien 3 Arten
aus etwa 120, 1540 bzw. 2900 Nukleotiden
Struktur und Funktionselemente von Ribosomen
messenger RNA
mRNA
sehr verschieden
von einigen hundert bis zu mehreren tausend Nukleotiden
die Boten-(messenger)-RNAs enthalten Abschriften der Gene für die Synthese von Proteinen
Nicht jedes Gen kodiert für ein Protein
3' 5'
5' 3'
3' 5'
5' 3'
3' 5'
5' 3'
ein Gen
ein Gen
Gen 1 Gen 2
Gen 3 intergene DNAGen 4
Teil der Erbinformation, für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich. Ein Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (zB tRNA) enthält
Gen - Definition
• mRNA– Codiert die lineare Aminosäuresequenz eines
Polypeptids – Trägt die genetische Botschaft (Protein) die in der
DNA codiert ist. – Dient als Intermediat zwischen DNA und Protein
• tRNA– Trägt Aminosäuren, in der durch die mRNA Sequenz
vorgegebenen Reihenfolge, zum Ort der Proteinsynthese
– Eine Aminosäure, spezifiziert durch ein mRNA Codon, ist an die tRNA angelagert
messenger- und transfer-RNA
Genetischer Code
• Die DNA enthält die Information für jede Aminosäure in einem Protein/Peptid
• Diese Information wird in die Nukleotidsequenz der mRNA umgeschrieben
• Genetischer Code gibt an, wie die Sequenz der RNA-Nukleotide in eine Aminosäuresequenz umgesetzt wird
• Proteine/Peptide bestehen aus einer Sequenz von 20 Aminosäuren
• 3 Nukleotide in der mRNA kodieren eine Aminosäure – Triplett-Codon
• Kodierungskapazität = 43 = 64
• 64 Kombinationen von 3 Basen der mRNA (Codon) stehen für die 20 proteinogenen Aminosäuren
• Der Code ist degeneriert– Für mehrere Aminosäuren gibt es mehr als ein Codon
• Der Code enthält „Satzzeichencodons“– Drei Codons (UAA, UAG, UGA) signalisieren das Ende der
Translation– Methionin (Codon = AUG) ist in der Regel die erste Aminosäure
• Ein korrektes Protein wird nur synthetisiert wenn die mRNA im korrekten Leserahmen abgelesen wird
• Der Code ist nicht universell
Genetischer Code
Am
ino
säu
ren
Uracil
Cytosin
Adenin
Guanin
UUU UUC UUA UUG
Phe Phe Leu Leu
UCU UCC UCA UCG
Ser Ser Ser Ser
UAU UAC UAA UAG
Tyr Tyr
STOP STOP
UGU UGC UGA UGG
Cys Cys
STOP Try
Uracil Cytosin Adenin Guanin
CUU CUC CUA CUG
Leu Leu Leu Leu
CCU CCC CCA CCG
Pro Pro Pro Pro
CAU CAC CAA CAG
His His Gln Gln
CGU CGC CGA CGG
Arg Arg Arg Arg
Uracil Cytosin Adenin Guanin
AUU AUC AUA AUG
Ile Ile Ile
Met
ACU ACC ACA ACG
Thr Thr Thr Thr
AAU AAC AAA AAG
Asn Asn Lys Lys
AGU AGC AGA AGG
Ser Ser Arg Arg
Uracil Cytosin Adenin Guanin
GUU GUC GUA GUG
Val Val Val Val
GCU GCC GCA GCG
Ala Ala Ala Ala
GAU GAC GAA GAG
Asp Asp Glu Glu
GGU GGC GGA GGG
Gly Gly Gly Gly
Uracil Cytosin Adenin Guanin
Ura
cil
Cyt
osin
Ad
enin
Gu
anin
Startcodon = AUG = Methionin
Codon-Tabelle
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