Aufbau Und Struktur Von DNA

7/25/2019 Aufbau Und Struktur Von DNA

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Aufbau, Struktur, Funktion von DNA, RNA und Proteinen

Mitarbeiterseminar der Medizinischen FakulttRuhr-Universitt Bochum

Andreas Friebe

Abteilung fr Pharmakologie und Toxikologie


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DNA RNA Protein

Replikation Transkription Translation

Zentrales Dogma der Molekularbiologie

Informationsfluss geht von DNA ber RNA zum Protein


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DNA

Gen: DNA-Abschnitt, der die Information fr ein spezifisches Genprodukt codiert:

- Protein bzw. RNA-Molekl

Chromosomen: Erbinformation

Genom: Gesamtheit aller Chromosomen einer Zelle (Erbgut)

- 3 Milliarden Basen

- > 20.000 Gene (Mensch)

- 2 Meter DNA-Faden pro Zelle


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Aufbau der DNA


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Wasserstoffbrcken

- Zwischen Dipolmoleklen herrschen zwischenmolekulare Krfte

Funktionelle Gruppen

- Hydroxyl-Gruppe R-OH - bildet Wasserstoffbrcken

- in Alkoholen und Zuckern

- Carboxyl-Gruppe R-COOH - bildet Wasserstoffbrcken, oft ionisiert: COOH COO- + H+

- in organischen Suren: Zitronensure, Essigsure

- Amino-Gruppe R-NH2 - bildet Wasserstoffbrcken, Base: NH2 + H+ NH3

+

- in Aminosuren

- Phosphat-Gruppe R-PO4- - bildet Wasserstoffbrcken, immer geladen

- in DNA, RNA

- Sulfhydryl-Gruppe R-SH - zwei SH-Gruppen knnen zu einer Disulfid-Brcke reagieren

- Verknpfung von Proteinketten -SH + -SH -S-S- + 2H+


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Aufbau der DNA: Nukleotide und Nukleoside

Desoxyribonukleinsure: DNS (deoxyribonucleic acid, DNA)

Bausteine:

Nukleotide: Jedes Nukleotid besteht aus 3 Bestandteilen:

- einer organischen Base: A, G, C, T

- einem Zucker: Desoxyribose

- Phosphat

Nukleosid: organische Base + Zucker

Adenosin, Cytidin, Thymidin, Guanidin

Desoxyribose

Adenin Guanin

ThyminCytosinPyrimidine

Purine


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Aufbau der DNA: Einzelstrang

Nukleotid-Bindung: Phosphat am 5'-Kohlenstoff verbunden mit Hydroxyl-Gruppe am 3'-Kohlenstoff

Desoxyribose

1

23

4

5

Dinukleotid

Mononukleotid

Trinukleotid

5'-Ende

3'-Ende


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Aufbau der DNA: Doppelstrang (Helix)

Basenpaar

Phosphat

ZuckerNukleotid

Basenpaare:

Adenin - Thymin: 2 H-Brcken

Guanin - Cytosin: 3 H-Brcken


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DNA: Denaturierung und Renaturierung

Doppelstrang-DNA

- Denaturierung: Spaltung bei Erhitzen (Schmelzen)

Aufbrechen der Wasserstoffbrcken

- Renaturierung: Zusammenlagern der Einzelstrnge bei langsamen Abkhlen (Hybridisierung)

Wiederausbildung der Wasserstoffbrcken

Anwendung: PCR, Mutagenese, Southern blot Hybridisierung


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Aufbau, Struktur, Funktion von RNA

Ribonukleinsure: RNS (ribonucleic acid, RNA)

Bausteine:

Nukleotide

Jedes Nukleotid besteht aus 3 Bestandteilen:

- einer organischen Base: A, G, C, U

- einem Zucker: Ribose

- Phosphat

Adenin Guanin

UracilCytosin


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Aufbau und Vorkommen der RNA

m-RNA

messenger-RNA (Boten-RNA):

entsteht beim Kopieren der Gene

t-RNA

transfer-RNA:

transportiert Aminosuren zu den

Ribosomen

r-RNA

ribosomale RNA

Bestandteile der Ribosomen

Unterschiede RNA - DNA

- Der Zucker ist eine Ribose (statt Desoxyribose)

- Die Base Thymin ist durch Uracil ersetzt

- RNA kann auch als Einzelstrang vorliegen

- keine Helix als Raumstruktur

Aminosure


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Aufbau und Vorkommen der RNA

m-RNA t-RNA

r-RNA

Translation


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Funktionen verschiedener Proteine

- katalytisch wirksame Proteine: Enzyme

- Faserproteine: Seide, Spinnengewebe

- Sttzproteine: Knorpel > Slze, Knochenmatrix, Haare, Hautschuppen, Keratin

- Sehnenproteine: Gelatine- kontraktile Proteine: Muskelproteine

- Transportproteine im Blut: Albumine fr den Fettsuretransport

- Antikrper: Gammaglobuline

- Sauerstoffbindende Proteine: Hmoglobin, Myoglobin- Bakterientoxine: Botulinustoxin, Diphtherietoxin

- Kanalproteine: Ionenkanle

Aufbau, Struktur, Funktion von Proteinen


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Aufbau, Struktur, Funktion von Proteinen

Unterscheidung von Proteinen

- Gre: Insulin 51 AS, Serumalbumin 584 AS

- Form: globulr, fibrillr etc.

- Konformation: einfach oder zusammengesetzt

- Lokalisation: intra-/extrazellulr, zytosolisch oder in der Membran

- Funktion: Enzyme, Membranproteine, Transkriptionsfaktoren etc.

- Sequenzverwandtschaft, Aufbau aus Domnen

kein stets sinnvolles Einteilungsschema vorhanden

Struktur

- Primrstruktur: Aminosuresequenz

- Sekundrstruktur: -Helix, -Faltblatt

- Tertirstruktur: rumliche Faltung der Aminosurekette- Quartrstruktur: rumliche Struktur von Proteinkomplexen


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Aufbau von Proteinen: Aminosuren

Nicht-ionische Form Geladene Form (Zwitterion) bei pH 7,4

Amino-Gruppe:: NH2 / NH3+

Suregruppe: COOH / COO-

Aminosurerest: R


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Aufbau, Struktur, Funktion von Proteinen: Aminosuren

Bausteine

- 20 verschiedene Aminosuren

Vorkommen

- Dipeptide

- Oligopeptide 2-100 Aminosuren

- Proteine (Eiweie): > 100 Aminosuren

Aminosuren mit hydrophilen Resten

Neutrale Aminosuren

Aromatische Aminosuren

saure Aminosuren

basische Aminosuren

Aminosuren mit hydrophoben Resten


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Peptidbindung

Peptidbindungen

C-TerminusN-Terminus

Kondensationsreaktion

N C


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Struktur von Proteinen: Sekundrstruktur

Wasserstoffbrcken-

Bindung Ionen-Bindung

Disulfid-

Brcke

hydrophobe

Wechsel-

wirkung


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Alpha-Helix


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Beta-Faltblatt


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Struktur von Proteinen: Tertir- und Quartrstruktur

Tertirstruktur

Quartrstruktur

Beispiel: Hmoglobin


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Enzyme

Enzyme: 'Biokatalysatoren'

Zelle = Fabrik, Zellorganellen = Maschinen, Enzyme = Arbeiter

- mehr als 2000 Enzyme bekannt

- Leberzelle: ca. 50 Millionen Enzymmolekle

Eigenschaften

- Endung: -ase

- Enzyme sind substratspezifisch und wirkungsspezifisch

- Enzyme wirken ber einen Enzym-Substratkomplex

- Enzyme haben ein aktives Zentrum

- Enzyme lassen sich inaktivieren durch hohe Temperatur, pH-Wert-nderung, Schwermetallionen

Denaturierung (= Verlust der Konformation)


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Eigenschaften von Enzymen

Temperatur-Abhngigkeit pH-Abhngigkeit

- Oxidation/Reduktionsreaktionen: Oxidoreduktasen oder Dehydrogenasen Bsp.: Katalase, ADH

- bertragen von funktionellen Gruppen: Transferasen Bsp.: Aminotransferase

- Bindungsspaltungen: Hydrolasen und Lyasen Bsp.: Peptidasen

- Verknpfungsvorgnge: Ligasen Bsp.: DNA-Ligase

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