biol 101 Einführung in die Zellbiologie vom Gen zum Protein vom Genotyp zum Phänotyp Vom Gen zum Protein Was ist ein Gen? Als Gen wird meist ein Abschnitt auf der DNA bezeichnet, der die Grundinformationen zur Herstellung einer biologisch aktiven RNA enthält. Bei diesem Herstellungsprozess (Transkription) wird eine komplementäre Kopie des codogenen Stranges in Form der RNA hergestellt Was ist ein Gen? Als Gen wird meist ein Abschnitt auf der DNA bezeichnet, der die Grundinformationen zur Herstellung einer biologisch aktiven RNA enthält. Bei diesem Herstellungsprozess (Transkription) wird eine komplementäre Kopie des codogenen Stranges in Form der RNA hergestellt Was ist das Genom? Als Genom, auch Erbgut eines Lebewesens oder eines Virus, bezeichnet man die Gesamtheit der materiellen Träger der vererbbaren Informationen einer Zelle bzw. eines Viruspartikels: Es handelt sich um die Gesamtheit der vererbbaren Informationen. Chromatin - Chromosomen Chromatin ist das Material, aus dem die Chromosomen bestehen. Es handelt sich um einen Komplex aus DNA und speziellen Proteinen, von denen wiederum etwa die Hälfte Histone sind. Euchromatin DNA ist aktiv, d.h. es finde Transkription statt Heterochromatin Besteht aus inaktiver DNA Konstitutives Heterochromatin wird nie transkribiert Fakultatives Heterochromatin wird manchmal transkribiert DNA und Histone Chromosom – Verpackung der DNA Das Chromatin ist komplex strukturiert Struktur eines Chromosoms Protein-codierende Bereiche machen nur einen geringen Teil auf dem Chromosom aus Eu- und Heterochromatin - Positionseffekt Euchromatin - DNA ist aktiv; Heterochromatin - inaktive DNA Eu- und Heterochromatin - Positionseffekt Polycistronisch vs. monocistronisch Gene sind über das Chromosom verteilt DNA – Gene - Basenpaare Organismus / Biologisches System Anzahl der Gene Basenpaare insgesamt Gemeiner Wasserfloh[14] Pflanze Mensch Fliege Pilz Bakterium Escherichia coli Carsonella ruddii DNA-Virus RNA-Virus Viroid 30.907 >25.000 ~22.500 12.000 6.000 180–7.000 ~5.000 182 10–300 1–25 0 2·108 108–1011 3·109 1,6·108 1,3·107 105−107 4,65·106 160.000 5.000–200.000 1.000–23.000 150–400 DNA – Gene - Basenpaare Organismus / Biologisches System Anzahl der Gene Basenpaare insgesamt Gemeiner Wasserfloh[14] Pflanze Mensch Fliege Pilz Bakterium Escherichia coli Carsonella ruddii DNA-Virus RNA-Virus Viroid 30.907 >25.000 ~22.500 12.000 6.000 180–7.000 ~5.000 182 10–300 1–25 0 2·108 108–1011 3·109 1,6·108 1,3·107 105−107 4,65·106 160.000 5.000–200.000 1.000–23.000 150–400 RNA Wird in Proteine translatiert mRNA – messenger RNA oder BotenRNA Wird nicht in Proteine translatiert tRNA – transfer RNA – Transport von Aminosäuren während der Proteinbiosynthese rRNA – ribosomale RNA – Aufbau von Ribosomen miRNA, siRNA – regulatorische RNA Moleküle mRNA tRNA rRNA - ribosomale RNA (grau) micro RNA – Regulatoren der Genexpression RNA-Polymerasen RNA-Polymerase I rRNA als prä-rRNA (45S wird prozessiert zu 18S; 5.8S; 28S) im Nucleolus RNA-Polymerase II prä-mRNA, snoRNAs (small nucleolar RNAs) snRNAs (small nuclear RNA), siRNA, miRNA RNA-Polymerase III tRNA, 5S rRNA, 7SL-RNA, einige snRNAs RNA Rifampicin – Antibiotikum, das speziell bakterielle RNA-Polymerase inhibiert Transkription – das Erzeugen von RNA Codogener Strang RNA RNA-Biosynthese 3 stufig 1) Initiierung 2) Verlängerung 3) Terminierung Der Initiatorkomplex ist notwendig Das Initiatorkomplex bindet unterschiedliche DNA-Bereiche Das Initiatorkomplex bindet unterschiedliche DNA-Bereiche Transkription kann gehemmt oder aktiviert werden Die RNA-Polymerase II Transkription – das Erzeugen von RNA Codogener Strang Die Transkription ist extrem dynamisch mRNA Die Prozessierung der prä-messengerRNA Cap und PolyA Schwanz erhöhen die Stabilität der mRNA Unterschiedliche Gene liefern unterschiedliche Mengen an Proteine Exone und Introne Exon Protein-kodierender Bereich des Gens Intron Nicht-Protein kodierende Bereiche des Gens (eingeschlossen von Exonen) mRNA Exone und Introne – Sequenzelemente determinieren die Spleißorte Spleißen von RNA – Entfernen von Intronsequenzen Spleißen von RNA – Entfernen von Intronsequenzen Exone und Introne – Moleküle des Spleißosoms Exone und Introne – alternatives Spleißen Exone und Introne – alternatives Spleißen DSCAM-Gen von Insekten Prozessierung der mRNA – was und wo Die mRNA verlässt den Kern nicht nackt Epigenetik Mechanismen, die Aktivität von Genen zeitweise festlegen Langfristig bedeutet Tage, Monate, Jahre, eventuell in die nächste Generation Epigenetik Histonmodifizierung Ändert die Eigenschaften des Chromatins – Regulation der Zugänglichkeit der DNA für Transkription Epigenetik Epigenetik DNA-Methylierung Markierung von aktiven und inaktiven Bereichen der DNA Die Translation benötigt eine mRNA, Ribosomen und transfer RNAs Die Translation beginnt mit der Sequenz AUG, die durch eine sog. Kozak – consensus Sequenz markiert wird Startcodon (AUG – ATG ergibt Methionin) Der genetische Code 20 Aminosäuren 4 Basen Code von 2 Basen würde 16 verschiedene AS codieren können (42) Code von 3 Basen würde 64 verschiedene AS codieren können (43) Der genetische Code Der genetische Code Der genetische Code – das Leseraster entscheidet Es gibt mehrere hundert verschiedene transfer RNAs – Bindung an DNA-Triplett wird verbunden mit dem Transport einer spezifischen Aminosäure Es gibt mehrere hundert verschiedene transfer RNAs – Bindung an DNA-Triplett wird verbunden mit dem Transport einer spezifischen Aminosäure Ribosomen - Proteinsynthesefabriken prokaryotische Ribosomen Ribosom Untereinheit 70S 50S 30S rRNAs 23S (2904 nt) 5S (120 nt) Proteine 31 16S (1542 nt) 21 eukaryotische cytosolische Ribosomen Ribosom Untereinheit rRNAs 80S 60S 28S (4718 nt) 5,8S (160 nt) 5S (120 nt) 40S 18S (1874 nt) Proteine 49 33 Ribosomen von Pro- und Eukaryoten Die Ribosomen von Prokaryoten sind Zielort verschiedenster Antibiotika Wie arbeitet das Ribosom – Initiierung der Proteinbiosynthese Wie arbeitet das Ribosom – Polymerisation von Aminosäuren bei Erkennung der Basentripletts Wie arbeitet das Ribosom – STOP Eine RNA wird oft von mehreren Ribosomen abgelesen Ribosomen kommen im Cytosol und am ER vor
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