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Das Zentrale Dogma des Lebens Die Expression der genetischen Information eines Gen-Abschnitts auf der DNA ist immer mit der Synthese eines RNA-Moleküls.

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Präsentation zum Thema: "Das Zentrale Dogma des Lebens Die Expression der genetischen Information eines Gen-Abschnitts auf der DNA ist immer mit der Synthese eines RNA-Moleküls."—  Präsentation transkript:

1 Das Zentrale Dogma des Lebens Die Expression der genetischen Information eines Gen-Abschnitts auf der DNA ist immer mit der Synthese eines RNA-Moleküls gekoppelt

2 (Ribonucleic Acid) RNA-Struktur RNA-Synthese RNA-Spleißen RNA-Turnover

3 DNARNA Im Unterschied zur DNA ist die RNA in der Regel (1) einzelsträngig (manchmal doppelsträngig) (2) OH-Gruppe an der 2-Stelle des Ribose-Rings (3) Thymin (T) ist durch Uracil (U) ersetzt

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5 RNA-Struktur > in der Regel einzelsträngig (v.a. mRNA) > doppelsträngige Abschnitte (stem loop;hairpin) sind möglich (tRNA, rRNA, miRNA)

6 (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PP i RNA-Polymerase RNA-Polymerasen besitzen eine 5>3 Polymerase-Aktivität und benötigen keinen Primer zum Start RNA-Polymerase Die Biochemie der RNA-Transkription Ribonucleosid-5-Triphosphate ATP, CTP, GTP, TTP sind die aktivierten Vorstufen bei der RNA-Synthese

7 o 5 > 3 Verknüpfung (Phospho-Diester-Brücken) o 5-Ende mit Phosphat-Gruppe o 3-Ende mit freier OH-Gruppe + Neu-eintretendes Ribonucleotid-Triphosphat Nukleophiler Angriff der 3-OH Gruppe am -Phosphoatom Die Biochemie der RNA-Kettenverlängerung Wie werden die Ribonucleotid-Bausteine in die RNA eingebaut? O

8 Richtung der Transkription RNA-Polymerase Ribonucleotid-Triphosphate DNA-Matritze neuer RNA-Strang 5 3 Transkriptionsgeschwindigkeit ca. 50 Nukleotide pro sec

9 DNA-Nichtmatritzenstrang (+) (Sinnstrang, kodierender Strang) DNA-Matritzenstrang (-) Codogener Strang mRNA-Transkript RNA-Polymerase kann zwischen (+) und (-) Strang unterscheiden

10 Fragen aus der schriftlichen Physikumsprüfung

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12 Ein Gen, das von der RNA-Polymerase abgeschrieben (= transcribiert ) wird besteht aus: 1. Promoter (P) = Startstelle für die RNA-Polymerase 2. ORF = open reading frame (offener Leseraster), was dem DNA-Abschnitt entspricht, der für das entsprechende Protein kodiert 3. Terminations-Sequenzen (T) für die Beendigung der Transkription DNA Die RNA-Transkription beginnt an spezifischen Promoter- Stellen auf der DNA RNA-Transkripte Gen 1Gen2 P1ORF 1T1P2ORF 2T AUGUAA AUGUGA RNA (1)RNA (2) auf dem E. coli Chromosom befinden sich ca Gene, wobei es einige hunderte Startstellen (Promotoren) für die RNA-Polymerase gibt (Operons) das menschliche Genom hat ca Gene, entsprechend mehr Promotoren auf den Chromosomen gibt es es ist für die Zelle möglich, Promotoren zu regulieren (an- bzw. abzuschalten). >> regulierte Genexpression Regulierte Genexpression ist essentiell für die Differenzierung von Zellen oder im Zellzyklus Bei Mißregulation > Krankheits-Entstehung ( Krebs ; siehe Transkriptions-Faktoren) 3-UTR 5-UTR

13 RNA-Polymerase bindet lose an den Promoter und bildet -35 geschlossenen Komplex RNA-Polymerase bindet noch fester an den Promoter, wandert zu -10 und die DNA wird entwunden, um den offenen Komplex zu bilden. >> RNA-Synthese beginnt RNA-Polymerase Holoenzym DNA-Matrizenstrang Purin-Nukleotid Triphosphat Promoter Sigma-Untereinheit wird freigesetzt, sobald die RNA-Polymerase mit der Transkription beginnt RNA Entlangwandern an der DNA Sigma-Untereinheit hat eine wichtige Rolle beim Erkennen der Promotoren AUCC...

14 -35 Region -10 Region (Pribnow-Box) RNA-Polymerase Consensus-Sequenz Promotoren für: +1 Stelle Initiation UUGUGAGCGG… mRNA Aufbau eines E. coli Promoters 2 wiederkehrende Motive > je stärker ein Promoter ist, desto ähnlicher ist die -35/-10 Sequenz dem Consensus > dabei rufen starke Promotoren eine häufige Initiation der Transkription hervor (Bindung der RNA-Polymerase an den Promoter alle 2 sec), während schwache Promotoren nur alle 10 min eine Transkription herbeiführen. > Regulatorproteine können die Transkriptionsrate beeinflussen

15 Prokaryotischer Promoter Consensus-Sequenz für RNA-Polymerase-Bindung Transkriptions-Start Codierende Sequenz RNA-Polymerase

16 Die gesamte RNA in Eukaryonten wird von drei verschiedenen RNA-Polymerasen synthetisiert E. coli hat nur 1 RNA-Polymerase für die verschiedenen Transkripte Mensch hat RNA-Polymerase I, II und III (Pol I, II, III) mit speziellen Aufgaben Typ Lokalisation zelluläre Transkripte Hemmung durch -Amanitin Pol I Nukleolus 18S, 5.8S und 28S rRNA - Pol II Nukleoplasma mRNA, snRNA, miRNA + Pol III Nukleoplasma tRNA, 5S rRNA +/- Katalytische Aktivität der eukaryontischen RNA-Polymerasen: 5 > 3 Synthese -Amanitin, das Gift des Knollenblätterpilzes (zyklisches Oktapeptid), blockiert die Pol II (hemmt es die Elongation der RNA-Synthese)

17 Fragen aus der schriftlichen Physikumsprüfung

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19 E. coli RNA PolymeraseEukaryontische RNA-Polymerasen und -ähnliche Untereinheiten -ähnliche Untereinheiten gemeinsame Untereinheiten Pol-spezifische Untereinheiten IIIIII

20 Consensus-Sequenz für RNA-Polymerase-Bindung Prokaryont Promoter Eukaryont Promoter Transkriptions- Start RNA-Polymerase DNA Codierende Sequenz Transkriptions- Start GC-Box GC

21 Consensus-Sequenz für RNA-Polymerase-Bindung Prokaryont Promoter Eukaryont Promoter Transkriptions- Start RNA-Polymerase DNA Codierende Sequenz Transkriptions- Start GC-Box GC TATA-Box notwendig für Promoter-Aktivität (TATA-bindenes Protein) > Zusätzliche Elemente: CAAT-Box und GC-Box zwischen -110 und Box (TATA-Box) kommt in nahezu allen eukaryontischen Promotorenvor verantwortlich für die Transription durch Pol II Mutationen in der TATA-Box hemmen die Promoter-Aktivität und mRNA-Transkription Promotoren von eukaryontischen Genen enthalten TATA-Box und zusätzliche 5-stromaufwärts liegende DNA-Sequenzen, die für die Bindung der RNA-Polymerasen benötigt werden

22 Die RNA-Polymerase benötigt zahlreiche Basal-Transkriptionsfatoren, die an die TATA-Box binden: die TFII-Faktoren TATA Bindendes Protein

23 Die Wirkung von Transkriptionsaktivatoren > Transkriptionsaktivatoren binden an DNA-Elemente, die mehr als 100 Basenpaare von der Transkriptionsstartstelle entfernt liegen > Ungeachtet der Entfernung, kann eine direkte Assoziation der Transkriptionsaktivatoren mit dem Initiationskomplex der RNA-Polymerase erfolgen. > Erst durch Bindung dieser Transkriptionsfaktoren kann dieRNA-Polymerase II loslegen (vgl. E. coli Sigma-Faktor) Sp1 = 95 kDa Säugerprotein, das für die Transkription von Genen benötigt wird, die GC-Boxen enthalten (Zink-Finger-Protein) CTF1 = CAAT-bindender Transkriptions- Faktor von 60 kDa, der spezifisch die CAAT- Box erkennt

24 Zink-FingerHelix-Turn-Helix Leucin Zipper Helix-Loop-Helix Zink-IonenFinger Große FurcheDNA-bindende Helices Leucine DNA-bindende Helix Helix Loop Verschiedene Struktur-Motife von Transkriptionsfaktoren

25 Homeodomain-Proteine gehören zur Familie der Helix- Turn-Helix Transkriptionsfaktoren > kritische Rolle bei der Regulation der Gen-Expression während der Embryonal-Enwicklung Homeodomain -Gene wurden zuerst als Entwicklungsmutanten bei Drosophila entdeckt > Körperteile an falschen Stellen z. B. die Antennapedia Mutante > Beine am Kopf Normaler Kopf einer Drosophila Fliege Antennapedia Mutante

26 Homeodomain-Transkriptionsfaktoren

27 Übergang: Initiation > Elongation Phosphorylierung des C-terminalen repetitiven Heptapeptides (CTD) der RNA-Polymerase II > Loslösung der Transkriptions-Faktoren CTD Vorgänge beim Übergang zur Elongationsphase der Transkription

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29 Transkription vom Chromatin Aktivator Chromatin-Remodeling Factor DNA um das Nukleosom gewunden Promoter und ORF Nukleosom wird vom Promoter verdrängt mRNA Bindung und Wanderung der Transkriptions-Maschinerie

30 Leber-spezifisch Hepatozyten-spezifische Genexpression ubiquitär Leber- spezifisch Aktivatoren ubiquitär Transcriptosome (molekulare Maschine)

31 Leber-spezifische Gen-Expression durch Hepatozyten-spezifische bzw. Intestinalzellen-spezifischeTranskriptionsfaktoren

32 Adrenalin (Epinephrin)-induzierte Gen-Expression von Gluconeogenese-Enzymen in Leberzellen Pyruvat- carboxylase Fructose-1,6- Bisphosphatase Glucose-6- Phosphatase PEP- Carboxykinase CREB = cAMP responsive element binding protein Transcriptionsfaktor DNA

33 Epinephrin (Adrenalin)-induzierte Gen-Expression von Gluconeogenese-Enzymen in Leberzellen Pyruvat- carboxylase Fructose-1,6- Bisphosphatase Glucose-6- Phosphatase PEP- Carboxykinase

34 Fragen aus der schriftlichen Physikumsprüfung

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