1. Aufbau der DNA

Ein Nucleotid besteht aus einem Phosphatrest, einer Desoxyr ibose und einer Stickstoffbase (Adenin, Thymin, Cytosin oder Guanin). A und T sind durch 2 Wasserstoffbrückenbindungen festgehalten und C und G durch 3. Der Phosphatrest und das Zuckermolekül werden durch eine Elektronenpaarbindung zusammengehalten und bilden abwechselnd eine Kette. Die DNA besteht aus zwei Strängen, die spiegelsymmetrisch zu einander verlaufen. Der eine Strang verläuft von 5’ bis 3’ und der komplementäre Strang von 3’ bis 5’. Die Bausteine der DNA sind zu langen Kettenmolekülen verknüpft, die wiederum um eine gedachte Achse verdrillt sind (=Doppelhelix).

2. Unterschiede zwischen RNA und DNA

• Zucker ist Ribose

• Thymin wird durch Uracil ersetzt

• meist einzelsträngig

• mRNA, tRNA, rRNA

3. Replikation der DNA

Die Replikation beginnt mit einer Entwindung des DNA - Doppelstranges durch das Enzym Helicase, die die Wasserstoffbrückenbindungen der DNA - Doppelhelix spaltet. Die entstehenden Einzelstränge werden durch einzelstrangbindenden Proteine vorübergehend stabilisiert. An beiden Einzelsträngen wird nun mit Hilfe einer RNA - Primase eine RNA

- Primer synthetisiert. Der RNA - Primer ist ein kurzer Abschnitt aus Ribonucleotiden, der als Starter für die eigentliche DNA - Replikation durch die DNA - Polymerase notwendig ist. Die DNA - Polymerase III ist für die Verknüpfung von Desoxyribonucleotiden zuständig. Allerdings kann sie die Nucleotide nur in 5’ à 3’ - Richtung verknüpfen. Die DNA -Neusynthese verläuft daher am elterlichen DNA - Strang, dem so genannten Leitstrang, kontinuierlich. Der zwei te elterliche DNA - Strang, der so genannte Folgestrang, kann jedoch nur diskontinuierlich kopiert werden. Die Primase stellt zunächst an verschiedenen Stellen kurze RNA

- Primer her, die durch DNA - Polymerase III zu Fragmenten, den Okazaki - Stücken, verlängert werden. Anschließend werden die RNA -Primer von der DNA - Polymerase I entfernt und durch Desoxyribonucleotide ersetzt. Das Enzym Ligase stellt Phosphordiesterbindung zwischen direkt aufeinander folgenden Okazaki

- Stücken her und verbindet sie somit.

4. Transkription

Die Übertragung der genetischen Information von der doppelsträngigen DNA auf eine einsträngige mRNA erfolgt mit Hilfe des Enzyms RNA -Polymerase. Der Mechanismus der Synthese von mRNA ist dem bei der Replikation der DNA ähnlich. Der Unterschied ist, dass kein Primer erforderlich ist. Die RNA - Polymerase kann nach Bindung an eine dafür geeignete DNA - Sequenz (=Promoter) sofort mit der RNA - Synthese beginnen. Nach ihrer Bindung an den Promoter trennt das Enzym die DNA - Doppelhelix für einen kurzen Abschnitt in die Einzelstränge auf. Durch Basenpaarung mit dem codogenen Strang der DNA werden in diesem Bereich komplementäre RNA - Nucleotide gebunden und schrittweise mit der wachsenden RNA - Kette verknüpft, aber nur in 5’ à 3’ - Richtung. Die RNA - Polymerase wandert über einen abzulesenden Bereich bestimmter Länge über die DNA hinweg. Dieser Bereich endet durch ein in die DNA codiertes Endsignal. An dieser Stell hört die RNA -Synthese auf.

5. Genetischer Code

Die mRNA dient als „Botenmolekül“ zwischen Zellkern und Ribosomen. Da bei der Transkription das Ablesen der DNA - Information im Ablesen der Basensequenz besteht, muss in der Basenabfolge der mRNA die Bauanweisung für ein Protein enthalten sein. Der genetische Code arbeitet also mit vier Zeichen, den Basen. Man bezeichnet das Triplett, bei dem jeweils drei Basenpaare der Nucleinsäure eine Aminosäure festlegen, ein Codon. Ein Stop - Codon ist ein Signal für das Kettenende bei der Proteinbiosynthese. Das Triplett AUG steht für den Anfang bei der Proteinbildung.

6. Translation

Die Umsetzung der in der mRNA enthaltenden Information in Proteine ist die Translation. Die Übersetzung der Basensequenz eines mRNA-Moleküls in die Aminosäuresequenz eines Proteins erfolgt an den Ribosomen. Bei Beginn der Translation lagert sich ein Ribosom an eine bestimmte Bindungsstelle am 5’ Ende der mRNA an. Die Start tRNA (die die Aminosäure Met. trägt) lagert sich mit ihrem entsprechendem Anticodon an das Startcodon der mRNA. Das Ribosom verfüg t über zwei Bindungsregionen. Die nächste tRNA lagert sich dann an der zweiten Bindungsstelle an, natürlich auch mit der zweiten Aminosäure. Die beiden Aminosäuren werden zum Dipeptid verknüpft, welches dann an erster Stelle rückt. Die tRNA an zweiter Stelle verlässt das Ribosom. Das Ribosom rückt auf der mRNA um ein Triplett weiter.

So können immer mehr tRNA-Moleküle mit ihrer Aminosäure sich anlagern bis ein Stopcodon in der mRNA erreicht ist. Dann ist die Peptidsynthese beendet und das Protein wird fr eigesetzt.

7. Bau der Proteine

- Mehr als 100 Aminosäuren bilden ein Protein.

- Peptidbindung: Aminosäuren haben eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe. Wenn die C.gruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe einer anderen Aminosäure unter Wasserabsp altung reagiert, entsteht ein Dipeptid. Diese Bindung nennt man Peptidbindung.

- Primärstruktur: Proteine unterscheiden sich vor allem in der Reihenfolge der Aminosäuren. Diese Aminosäurensequenz wird als P.str. bezeichnet.

- Sekundärstr: Proteinmoleküle liegen in bestimmten räumlichen Anordnungen vor (Faltblattstr., Helixstr.) Diese Str. sind charakteristisch für die meisten Proteine.

- Tertiärstr: Häufig sind die Sek.str. noch zusätzlich geschraubt, gefaltet oder anders geformt. Eine solche Raumanordnung der Sek.str. bezeichnet man als T. Sie werden durch Wasserstoffbrückenbindungen, Elektronenpaarbi., Ionenbindungen und durch Van der Waals - Kräfte stabilisiert.

- Quartärstr: Bei der Q. sind mehrere in ihrer T vorliegenden Polypeptidketten am Aufbau eines Proteinmoleküls beteiligt.

8. Gestückelte Gene

Die DNA bei Eukaryoten wird von Sequenzen unterbrochen. Die DNA enthält Introns, die nicht codiert sind. Exons nennt man die Stücke die codiert sind. Prokaryoten enthalten nur Exons. Bei der Transkription wird zunächst die vollständige DNA-Sequenz, einschließlich aller Introns, abgeschrieben. Die Vorstufe also de mRNA nennt man prä-mRNA. Diese durchläuft einen Reifungsprozess. Am 5’ Ende wird eine cap -Sequenz aufgesetzt und am 3’ Ende einen Poly (A) -Schwanz. Daraufhin werden die Introns herausgeschnitten, welches man Spleißen nennt. Es entsteht die reife mRNA.

9. Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten

10. Mutationen

= Veränderung der genetischen Information einer Zelle

- Genmutation = Veränderung eines einzelnen Gens

- Punktmutation = Austausch eines Nucleotids und seines Partners im komplementären Strang durch ein anderes Nucleotidpaar

- stumme Mutation = Mutation im nichtcodierenden Bereich eines Ge ns à keine Auswirkungen auf das codierte Protein

- Missens-Mutation = Austausch eines Basenpaares an 1. oder 2. Stelle eines codierenden Tripletts à eine falsche Aminosäure wird eingebaut

- Nonsense-Mutation = Durch eine Punktmutation wird ein Triplett, das für eine Aminosäure codiert, in ein Stoppsignal umgewandelt à Translation endet verfrüht, Polypeptid ist funktionslos

- Insertion, Deletion = Ein oder mehrere Nucleotidpaare werden eingefügt oder entfernt à das Leseraste des Gens verschiebt sich à neue Tripletts entstehen und dadurch eine neue Aminosäuresequenz à ein Protein mit veränderter Aktivität entsteht

- CHancen: Prokaryoten: 1:10 ⁸ , Eukaryoten: 1:10 ⁵ (weil Eukaryoten mehr Chromosomen haben und daher mehr DNA)

- Ursachen: Säuren, UV-Strahlen, Antibiotika, Einbau “falscher” Basen, Röntgenstrahlen, Zusammenstöße mit anderen Molekülen

11. Restriktionsenzym

- schneiden nur bei einer bestimmten Basenfolge auf

- Erkennnungssequenz = Palindrom

- schneiden so, dass ein Sticky End entsteht

- EcoRI: AATT, BamHI: GATC, HindIII: AGCT

- nach dem schneiden verbindet Ligase die Elektronenpaarbindung zw Phosphat und Desoxyribose

12. DNA-Reparatur

- Fotoreaktivierung: Fotolyase (Enzym) macht die DNA-Veränderung rückgängig

- Postreplikations-Reparatur: Fehlpaarungen werden korrigiert, die während der DNA-Replikation entstanden sind

- Excisionsreparatur: Endonuclease erkennt die Schadstelle und schneidet den betroffenen DNA-Strang vor und nach der Mutation auf und entfernt diese. Eine DNA-Polymerase füllt die Lücke auf. Ligase verknüpft das neue Stücl zum DNA-Strang.

13. Anti-Matsch Tomate

- baute zusätzlich zum Gen, das die Tomate schnell matschig macht, das gleiche Gen aber umgekehrt ein in die Tomaten-DNA ein

- das “richtige” und das “falsche” Gen bilden mRNA-Stränge, die komplementär sind und sich gegenseitig blockieren.

- Somit kann keine Translation stattfinden und auch nicht das Matsch - Enzym entstehen

14. Bedeutung der Proteinbiosynthese

- Durch sie werden die Strukturproteine erzeugt, die der Zelle Halt geben oder sie - wie Myosin und Actin beweglich machen. Auch Haare und Schuppen sowie Nahrungseiweiße (wie die Eiweiße in der Milch oder in Eiern) werden so hergestellt.

- Durch die regulierte Synthese von Enzymen wird der Stoffwechsel reguliert.

- Zahlreiche Proteine wirken an der Zelldifferenzierung im Verlauf der Ontogenese mit. Das strukturierte Aktivieren bzw. Deaktivieren von Genen (DNA-Abschnitten) für die Proteinbiosynthese spielt daher auch für die Entwicklung von Lebewesen eine erhebliche Rolle, siehe Genregulation.