Lösungen zum Aufgabenzettel 5 Aufgabe 1 a) • H-Brücken • Die Tautomerie hat Auswirkungen auf die Protonen-Donor-/AkzeptorVerteilung, Nukleobasen liegen zu > 99.99% in der Amino- und Ketoform vor • Günstige sekundäre elektrostatische Wechselwirkungen • die Basenstapelung und • Solvatationseffekt • Salze zur Vermeidung der Ladungsrepulsion b) Interkalatoren Interkalatoren sind flache aromatische Ringsysteme, die sich zwischen die Basen der DNA einschieben können. Die sich bildenden Komplexe sind oft sehr stabil und zusätzlich durch ionische Wechselwirkungen, durch eine positiv geladene Gruppe am Interkalator und das negativ geladene Phosphatrückgrat, stabilisiert. Ethidiumbromid, 9-Aminoacridine, Acridine orange. Gen Therapie In der Gentherapie wird versucht, Menschen, denen ein wichtiges Gen fehlt, oder bei denen nur eine fehlerhafte Kopie des Gens vorhanden ist, mit dem richtigen Gen zu versorgen. Antigen- Therapie Mit Antigen Projekten versucht man die Expression bestimmter Gene zu verhindern. Durch die Synthese eines Oligonukleotides, dass mit DNA einen stabilen Triplehelix-Komplex bildet, soll auf der Ebene der DNA die Expression des Proteins verhindert werden. Antisense Therapie Dabei binden in vorhersagbarer Weise kurze, einzelsträngige Nukleinsäuren an komplementäre Bereiche einer mRNA oder viralen RNA und führen so zu einer Blockade der Übersetzung einer fehlerhaften genetischen Information. Die spezifische Erkennung einer Zielsequenz erfolgt durch DNA- oder RNA-Antisense Oligonukleotide nach den Regeln der Watson-Crick Basenpaarung. • H-Donore sind: -OH, -NH2, -COOH, -CONH2, NH2CONH2 • H-Akzeptoren sind: O-Atome in Alkoholen, Ether, C=O und N-Atome in Aminen und N-Heterocyclen Bei einer H-Brücke handelt es sich um die Bindung eines kovalent gebundenen H- Atoms an ein zweites Atom. Starke H-Brücken bestehen zwischen: O-H...O, OH...N, N-H...O Schwächere H-Brücken oder mittelstark bestehen zwischen: N-H...N Sehr schwache Wechselwirkungen bestehen zwischen: Cl2C-H...O, Cl2C-H...N O-H...π-Systeme (Aromaten, Alkine oder Alkene) Aufgabe 3 a) Bildung der Nukleosiden Weg A: eine nukleophile Substitution findet statt. Die Abgangsgruppe befindet sich am anomeren Zentrum des Zuckers. Weg B eine nukleophile Substitution liegt zugrunde. Hier ist das Nukelophil allerdings der Zucker. Weg C dabei verläuft der Aufbau des Heteroyclus am Zuckergerüst. Am häufigsten angewandte Methode: Verknüpfung von Base und Zucker durch Bildung der glykosidischen Bindung (Weg A) 1) Reaktion von Schwermetall-Salzen und Ribofuranosyl-Halogeniden. [Koenigs/Knorr, Ag(I), bzw. Davoll/Lowry, Hg(II)] (SN 1) 2) Substitution von Natriumsalz der Base (SN 2) 3) Substitution von Ribofuranosyl-Halogeniden mit Alkoxypyrimidin (Hilbert/Johnson, Verwendung der alkkylierten Basen) 4) Substitution eines Zuckerhalogenids oder -acetats mit einer silylierten Base (SilylHilbert/Johnson; Vorbrüggen) b) Die Konformation der monomeren Nukleotide Insgesamt wird die Konformation eines Nukleotids durch sechs Torsionswinkel beschrieben. Entscheidend für die Doppelhelixstruktur sind vor allem drei Parameter: 1. Die Konformation des Zuckers (bestimmt den bevorzugten makroskopischen Gestalt der Helix. 2’ Endo führt zu A-Form bei RNA, 3’ Endo führt zu B-Form bei DNA) 2. Der Scharnierwinkel δ (Für die Ausbildung des Doppelstranges, Ein Strang hat bei δ = 80° Helixstruktur ) 3. Der Winkel χ der glycosidischen Bindung (bestimmt, ob sich überhaupt eine Doppelhelix ausbilden kann, In der anti-Konformation zeigen die H-Brücken-Donoren und Akzeptoren zur Helixachse. Diese Konformation ist für die Ausbildung normaler Doppelstränge notwendig) c) Aufgabe 6: a) Das Operon-modell von Jacob und Monod ist eine Modellvorstellung der Anordnung und Funktion von aktiven Sequenzen der DNA in Genen. Sie bezieht sich also auf doppelhelicale DNA. b) Operator:Ort auf der DNA zur Bindung eines Inhibitors oder Induktors. Promotor: Ort auf der DNA zum Start der RNA-Synthese durch das Ribosom. Terminator: Ort auf der DNA zur Beendung der RNA-Synthese. Struktur-Gen: Bereich der DNA, der in Struktur eines Proteins übersetzt werden kann. Inhibitor: Molekül, dessen Bindung an den Operator die RNA-Synthese verhindert. Induktor: Molekül, das durch Bindung an einen Inhibitor oder an die DNA die Synthese der RNA ermöglicht und fördert. c) Konstitutives Gen: P O Strukturgen T Reguliertes Gen: P: Promotor; O: Operator; T: Terminator Dem konstitutiven Gen fehlt der Operator, es wird also unabhänig von jeder Regulation abgelesen und in RNA transkribiert, während ein reguliertes Gen einen Operator hat und so regulierbar ist.