Erbsubstanz/Chromosomen Purin/Pyrimidin-Basen Nukleoside ... fileStruktur der DNA: Doppelhelix B Helix A Helix Z Helix 10 bp/turn rechtsgängig 11 bp/turn, rechtsgängig 12 bp/turn,

Nukleotide und Nukleinsäuren

• Erbsubstanz/Chromosomen

• Purin/Pyrimidin-Basen

• Nukleoside, Nukleotide, Nukleinsäuren

Biochemie 05/1

Purin-/Pyrimidin-Basen

Biochemie 05/2

Purin-/Pyrimidin-Basen

Biochemie 05/3

Nukleoside: Base + Zucker

Ribose 2‘Desoxyribose

Adenosin: Thymidin:

9 1

N-Glykoside

Biochemie 05/4

Nukleoside: Base + Zucker

Base Nukleosid Abkürzung

Adenin Adenosin A

Guanin Guanosin G

Cytosin Cytidin C

Uracil Uridin U

Thymin Thymidin T

Biochemie 05/5

Nukleotide

Biochemie 05/6

Nukleotide

Biochemie 05/7

ATP

Adenosintriphosphat: Energiespeicher

Biochemie 05/8

ATP

Relative NTP-Konzentrationen in Mitochondrien (HeLa-Zellen)

Biochemie 05/9

ATP

Biochemie 05/10

ATP

1. Hydrolyse:

32,3 kJ/Mol

Biochemie 05/11

ATP

2. Übertragung einer energiereichen Bindung:

Biochemie 05/12

ATP

Biochemie 05/13

ATP

ATP ist ein Energie-Carrier:

Ein Mann (80 kg) verbraucht pro Tag etwa 40 kg ATP!Biochemie 05/14

NAD+ und NADP+

Nikotinamid-Adenindinukleotid: Elektronen-Carrier

NAD+ NADP+

AMP

Biochemie 05/15

NAD+ und NADP+

Biochemie 05/16

NAD+ und NADP+

NADP+ oxidiert Substrate

NADPH reduziert Substrate

Biochemie 05/17

NAD+ und NADP+

Biochemie 05/18

NAD+ und NADP+

NAD+ NADP+

anabole Reaktionen

NADPH > NADP+

katabole Reaktionen

NAD+ > NADH

Biochemie 05/19

FAD

Flavin-Adenin-Dinukleotid: Elektronen-Carrier

Isoalloxazinring

AMP

•oxidative Phosphorylierung

•β-OxidationR

iboflavin

(Vita

min

B2)

Rib

oflavin

-P:

Fla

vin

-Mo

no

nu

kle

otid

(FM

N)

Rib

itol

Biochemie 05/20

Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA)

Coenzym A (CoA-SH): Übertragung von Acetylgruppen

AMP

•β-Oxidation

•Fettsäuresynthese

Biochemie 05/21

Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA)

Cystein

Vitamin B5 Nukleotid

Biochemie 05/22

zyklisches AMP (cAMP)

cAMP: Second Messenger, Glucose-Mangel-Signal (E. coli)

Biochemie 05/23


cAMP: Second Messenger

Zelle

Peptid-Hormon

Rezeptor

ATP

cAMP

inaktivesEnzym

aktivesEnzym

Reaktion

Biochemie 05/24


GDP

GDP

GTP

cAMP: Second Messenger

Biochemie 05/25


cAMP: Glucose-Mangel-Signal in E. coli

Glucose cAMP

Glucose cAMP

Stoffwechsel schaltet auf Verwertung anderer Zucker um

cAMPD-Glucose

Biochemie 05/26

Nukleinsäuren

Bausteine:

DNA RNA

Biochemie 05/27

DNA

Bausteine:

Biochemie 05/28

DNA

Bausteine:

Biochemie 05/29

Phosphodiesterbindung

3‘

5‘

Biochemie 05/30

Phosphodiesterbindung

Biochemie 05/31

DNA

3 Wasserstoffbrücken

2 Wasserstoffbrücken

Biochemie 05/32

Struktur der DNA: Doppelhelix

Mboc/kin3

Biochemie 05/33


B Helix A Helix Z Helix

10 bp/turn

rechtsgängig

11 bp/turn,

rechtsgängig

12 bp/turn,

linksgängig

Biochemie 05/34


B Helix

10 bp/turn

rechtsgängig

Biochemie 05/35


A Helix

11 bp/turn,

rechtsgängig

Biochemie 05/36


A HelixB Helix

Biochemie 05/37


Z Helix

12 bp/turn,

linksgängig

Biochemie 05/38


Z Helix

Biochemie 05/39



10 bp/turn

rechtsgängig

11 bp/turn,

rechtsgängig

12 bp/turn,

linksgängig

Biochemie 05/40


• Winkel

• Konformation des

Ribose-Ringes

Was bestimmt die Struktur der DNA?

Biochemie 05/41


Winkel :

Biochemie 05/42


Ribose-Konformation (sugar puckering):

B-Helix (DNA)

A-Helix

(RNA)

Biochemie 05/43


Halbsesselkonformation:

C3‘ über dem Ring (C3‘endo) oder

C2‘ (C2‘endo)

Ribose-Konformation (sugar puckering):

Biochemie 05/44


C3‘endo:

Beide Phosphatgruppen

befinden sich auf der selben

Seite des Zuckerringes

Vorkommen: A-DNA, RNA

C2‘endo:

Beide Phosphatgruppen

befinden sich auf der

entgegen gesetzten Seite

des Zuckerringes

Vorkommen: B-DNA

Biochemie 05/45


Biochemie 05/46



10 bp/turn

rechtsgängig

11 bp/turn,

rechtsgängig

12 bp/turn,

linksgängig

DNA/kin1,2,3

Biochemie 05/47

Denaturierung der DNA

Biochemie 05/48


UV-Absorption nativer und

denaturierter DNA:

Intensität variiert, nicht die

Lage der Banden!!!!

Hyperchromizitätseffekt:

Biochemie 05/49


DNA Schmelzkurve:

Aufgetragen wird

A (260 nm) T

A (260 nm) 25°C

Tm=Schmelztemperatur,

bei der die Hälfte der

maximalen Absorptions-

zunahme erreicht wird.

Biochemie 05/50


Abhängigkeit der

Schmelztemperatur der

DNA vom G/C-Gehalt

Biochemie 05/51

Stabilität der Doppelhelix

H-Brücken

Base Stacking:p-p-Wechsel-

wirkungen

Biochemie 05/52

Stabilität der Doppelhelix

Base Stacking:p-p-Wechsel-

wirkungen

Biochemie 05/53

Von der DNA zum Chromosom

DNA der Bakterien

ist häufig zirkulär

Biochemie 05/54


Elektronenmikroskopische Aufnahme von DNA:

Variation der Superstruktur

entspannter RingZunahme des Supercoils

Biochemie 05/55


Biochemie 05/56


Eukaryonten: DNA ist um Proteine (Histone) gewickelt!

Biochemie 05/57


Eukaryonten: DNA ist um Proteine (Histone) gewickelt!

Biochemie 05/58


+ Histon H1

Biochemie 05/59


Biochemie 05/60


Biochemie 05/61


Biochemie 05/62


Histones.mov

Biochemie 05/63


Chromatin

Chromosom

Chromatinfiber

Nukleosomen

Histone

DNA

Durchmesser: 20Å

Länge (total): 1.80m

Spaghetti:

Durchmesser: 1mm

Länge: 900km!!!

Packungsdichte:

>10.000-fach!

Biochemie 05/64


DNA im Kern Proteine im Cytoplasma

Biochemie 05/65


Biochemie 05/66


Biochemie 05/67


Proteine binden an DNA:

• Histone

• Enzyme (Gyrasen, Restriktionsenzyme, Polymerasen)

• Transkriptionsfaktoren

• Regulatoren

DNA-bindende Protein-Motive:

• Helix-Turn-Helix

• Zink-Finger

• Leucine Zipper

Biochemie 05/68

DNA-Protein-Wechselwirkungen

• Genregulation

• DNA-Struktur

• Transport (Zellteilung)

Biochemie 05/69


Helix-Turn-Helix-Motiv

große Furche

Erkennung

Fixierung

Biochemie 05/70


Helix-Turn-Helix-Motiv

Biochemie 05/71


Biochemie 05/72


Helix-Turn-Helix-Motiv in Homeodomain-Proteinen

Biochemie 05/73



Biochemie 05/74



Biochemie 05/75


Zink-Finger-Motiv

Biochemie 05/76


Zink-Finger-Motiv

Transactivation DNA binding Transactivation

Dimerization interface,HSP90 binding,inhibtory functiontransactivation

Biochemie 05/77


Zink-Finger-Motiv

Zink-Finger

Biochemie 05/78


Zink-Finger-Motiv

Biochemie 05/79


Zink-Finger-Motiv: DNA-Bindung

Biochemie 05/80


Leucine Zipper Motiv

Biochemie 05/81



Biochemie 05/82



Biochemie 05/83


Helix-Loop-Helix Motiv

Leucine Zipper

Biochemie 05/84


Helix-Turn-Helix

(Homeo Domain)

Zink Finger

Leucine Zipper

Helix-Loop-Helix

Biochemie 05/85

Historisches

• 1861 MENDEL: Vererbungsgesetze

• 1869 MIESCHER: Entdeckung der DNA

• 1928 GRIFFITH: Transformation von Pneumokokken

• 1944 AVERY: Eine Nukleinsäure vom Desoxyribosetyp ist die fundamentale Einheit des transformierenden Prinzips

• 1952 HERSHEY & CHASE: Auch bei T2-Bakteriophagen ist DNA und nicht ein Protein das genetische Material

• 1953 WATSON & CRICK: DNA-Struktur

• 1958 MESELSON & STAHL: Die DNA-Replikationist semikonservativ

• 1977 MAXAM & GILBERT sowie SANGER:

DNA-Sequenzierung

• 1985 MULLIS: Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR)

Biochemie 05/86

Historisches

Avery (1944):

break cells

isolate DNA

add DNA

to R cells

recombination,

cell division

Biochemie 05/87

Historisches

O.T. Avery:

„transformierendes Prinzip“

Biochemie 05/88

Historisches

O.T. Avery:

DNA ist das

transformierende Prinzip!

Biochemie 05/89

Historisches

Avery (1944):

Eine Nukleinsäure vom Desoxyribosetyp ist die fundamentale Einheit des

transformierenden Prinzips

• Das Ergebnis der chemischen Elementaranalyse des gereinigten,

hochaktiven transformierenden Prinzips stimmte gut mit der für die

DNA errechneten Elementzusammensetzung überein.

• Die optischen, Ultrazentrifugations-, Diffusions- und

elektrophoretischen Eigenschaften des gereinigten Materials

entsprachen denen der DNA

• Durch Extraktion von Proteinen und Lipiden ging die

Transformationsaktivität nicht verloren

• Die Polypeptid spaltenden Enzyme Trypsin und Chymotrypsin

beeinflussten die Transformationsaktivität nicht

• Ribonuclease, die Ribonucleinsäuren abbaut, hatte keine Wirkung auf

das transformierende Prinzip

• Nach Zugabe von Desoxyribonuclease verschwand jedoch die

Transformationsaktivität

Biochemie 05/90

Historisches

Watson & Crick (1953):

Biochemie 05/91

Historisches

Meselson & Stahl (1958):

Biochemie 05/92

Historisches

Meselson & Stahl (1958):

Biochemie 05/93

Historisches

• 1861 MENDEL: Vererbungsgesetze

• 1869 MIESCHER: Entdeckung der DNA

• 1928 GRIFFITH: Transformation von Pneumokokken

• 1944 AVERY: Eine Nukleinsäure vom Desoxyribosetyp ist die fundamentale Einheit des transformierenden Prinzips

• 1952 HERSHEY & CHASE: Auch bei T2-Bakteriophagen ist DNA und nicht ein Protein das genetische Material

• 1953 WATSON & CRICK: DNA-Struktur

• 1958 MESELSON & STAHL: Die DNA-Replikationist semikonservativ

• 1977 MAXAM & GILBERT sowie SANGER:

DNA-Sequenzierung

• 1985 MULLIS: Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

Biochemie 05/94

DNA Analytik

Biochemie 05/95

DNA Analytik

Restriktionsenzyme: DNA-spaltende Enzyme mit hoher Spezifität

Biochemie 05/96

DNA Analytik

Restriktionsanalyse:

Gelelektrophorese:

Biochemie 05/97

DNA Analytik

Ethidiumbromid

Biochemie 05/98

DNA Analytik

Biochemie 05/99

DNA Analytik

?

Biochemie 05/100

DNA Analytik

DNA

Edwin M. Southern

Sonde

Sonde

Biochemie 05/101

DNA Analytik

Biochemie 05/102

Nukleotide und Nukleinsäuren

Biochemie 05/103

Documents

Erbsubstanz/Chromosomen Purin/Pyrimidin-Basen Nukleoside ... fileStruktur der DNA: Doppelhelix B Helix A Helix Z Helix 10 bp/turn rechtsgängig 11 bp/turn, rechtsgängig 12 bp/turn,