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Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA Replikation ist semikonservativ
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Entwindung der DNA-Doppelhelix durch eine Helikase
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Replikationsgabel
Eltern-DNA
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Beide DNA-Stränge werden in5’ → 3’ Richtung synthetisiert
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA-Polymerasen katalysieren die DNA-Synthese
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA-Polymerasen benötigen eine DNA-Matrize
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA-Polymerasen benötigenein kurzes RNA-Stück als Primer
(RNA-Polymerase)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
LeitstrangFolgestrang
DNA Replikation
DiskontinuierlicheSynthese
KontinuierlicheSynthese
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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+)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Katalytische Zentrum der DNA Polymerase I von E.coli
Klenow Fragment der DNA Pol I
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA Polymerase III(Molekulargewicht ca 900.000 Da)
β2 Untereinheiten von PolIII(umklammeren die dsDNA → hohe Prozessivität )
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Pol I Pol III
• Katalyse: 10 NTP pro Sek.
• Prozessivitätca. 20
• Katalyse: 1000 NTP pro Sek.
• Prozessivitätca. > 1000
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Exonuclease Aktivität
Pol I Pol III
• 3’ → 5’(Proofreading)
• 5’ → 3’(Entfernen des RNA-Primer am Folgestrang)
• 5’ → 3’(Proofreading)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Korrektur von Replikations-Fehlern
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Proofreading (Korrekturlesen)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Genauigkeit der Replikation(Fidelity)
• ca. 1 Fehler pro1010 Nukleotide
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Chemische Mutagenese
HNO3
Adenin Hypoxanthin
Cytosin
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Mutation durch UV - Licht
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA Reparatursysteme
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Reparatur durch Austausch von Nukleotiden oder der Base
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
DNA Rekombination
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Nukleinsäuren
RNA
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Größe und relative Menge von RNA-Molekülen in E.coli
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Bei der RNA-Synthese entsteht ein einzelsträngiges RNA-Molekül.
Innerhalb eines RNA-Moleküls können sich aber doppelsträngige Bereiche bilden.
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
RNA Moleküle zeigen eine Vielfalt unterschiedlicher 3D-Strukturen
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Transkription
mRNATemplat DNA-StrangKodierende DNA-Strang
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
RNA-Polymerasen müssen die DNA-Doppelhelix entwinden
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
RNA-Synthese
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
RNA-Polymerasen bestehen aus mehreren Untereinheiten
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Katalytische Zentrum der RNA-Polymerase
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Eukaryotische Zellen haben drei verschiedene RNA-Polymerasen
tRNA u. 5S rRNA
III
mRNA u. snRNAII
18S u. 28S rRNAI
TranskriptRNA-Polymerase
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Transkriptions-Start erfolgt durch Bindung der RNA-Polymerase an einen
Promotor
σ Untereinheit der RNA-Polymerase erkennt und bindet spezifisch an die Pribnow Box
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Prokaryotische Promotor-Sequenzen
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Transkriptions-Initiation in Eukaryoten
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
An der Transkriptions-Initiation in Eukaryoten
sind mehrere Transkriptionsfaktoren
beteiligt, z.B.Für RNA-Pol. II:TFIIA, B, D, E, F
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
+Spaltung
G QModifikation
+Spleissen
Editing U UUU
Posttranskriptionale RNA-Prozessierung
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Prozessierung einer prä-tRNA
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Modifizierte RNA-Nukleoside
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Modifizierte RNA - Nukleoside
QueuosinQueuosin
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Eukaryotische messenger-RNA
• Cap-Nukleotid am 5’-Ende
• Polyadenylierung am 3’-Ende
• u.U. nicht-codierende Bereiche (Introns)
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
• 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
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
• 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
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Erkennung der 5’-Spleiß-Stelle durch das U1 snRNP
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Das Spleißen von prä-mRNA erfolgt in zwei Schritten
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Alternatives Spleißen erhöht die Zahl möglicher Proteinprodukte
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Selbst-spleißende Introns
Erstmals entdeckt für eine prä-rRNA in Tetrahymena
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Struktur einerselbst-spleißendenRNA
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
Vergleich der Spleiß-Mechanismen
Abb. aus Stryer (5th Ed.)
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
