Zentrales Dogma DNA-Replikation DNA Transkription Reverse Gekürzte Präsentation: http://www.uni-greifswald.de/~genetik/Lehre/Zusammenfassung_1.ppt Zentrales Dogma DNA-Replikation DNA Transkription Reverse Transkription RNA Protein Translation RNA-Replikation

Nukleinsäuren Sind polymere organische Moleküle Monomere der Nukleinsäuren sind Nukleotide Ein Nukleotid enthält ein Zuckermolekül (Pentose), eine organische Base (Purin- oder Pyrimidinbase) und einen Phosphatrest Pentosen (sp3), aromatische Basen (sp2) Nukleinsäuren sind Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA) Nukleinsäuren werden in der Zelle synthetisiert

Zucker (Aldopentosen) OH HO O H2C 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ Ribose C5H10O5 OH H HO O H2C 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 2´-Desoxyribose C5H10O4

Organische Basen Pyrimidinbasen Purinbasen Thymin Adenin Cytosin NH O H3C Thymin N H NH2 Adenin N H O NH2 Cytosin N H O NH2 N H NH O Guanin Uracil Pyrimidinbasen Purinbasen

Pyrimidin- und Purinbasen

Nukleoside Thymidin Adenosin Cytosin Guanosin

Adenosinmonophosphat (AMP) Nukleotide N C H C H C NH2 Adenin O C5 H C4 H OH O C1 C3 C2 P O O- Phosphat Ribose Adenosinmonophosphat (AMP)

Grundstruktur und Nomenklatur der DNA - und RNA - Monomere Monomere der DNA und RNA Nukleotide bestehen aus: je 1 Zucker (Pentose) Ribose in RNA 2-Desoxyribose in DNA Phosphat je 1 N-haltigen Base Allgemeine Struktur eines Nukleotids

Allgemeine Prinzipien der Nukleinsäuresynthese Bausteine sind Nukleosidtriphosphate (NTP) DNA – dNTP (dATP, dTTP, dGTP, dCTP) RNA – NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) Synthese (Kondensationsreaktion) erfolgt durch spezielle Enzyme DNA- und RNA-Polymerasen Synthese erfolgt an einem Musterstrang (Matrize) durch die Basenabfolge im Musterstrang ist die Basenabfolge im neu synthetisierten Strang festgelegt, komplementäre Basenpaarung Synthese erfolgt ausschließlich in 5’ – 3’ Richtung

Nukleosidtriphosphat - NTP C 2 N 3 DNA - dNTP desoxy-Thymidintriphosphat - dTTP N H 2 O P C RNA - NTP Adenosintriphosphat - ATP

A T -O ~ ~ OCH2 O H H H H H O H H G C OCH2 -O ~ ~ O H H H H OH H O O O P ~ O P ~ O P OCH2 O O- O- O- H H H H H O H H P O O- Phosphodiester-Bindung G C O O O OCH2 -O P ~ O P ~ O P O O- O- O- H H H H OH H

Struktur von Nukleinsäuren Nukleinsäuren sind polare, polymere Moleküle 5‘ NH2 CH2 N O HO P OH NH CH3 ein Ende hat eine 5‘-P-Gruppe (Triphosphat) A (n) Sequenzen immer 5‘→ 3‘. 5‘-A N(n)C-3‘; C 3‘ das andere eine 3‘-OH-Gruppe

Struktur der DNA große Furche kleine Furche rechtsgängige Helix aus antiparallelen Strängen Basen befinden sich im Inneren der Helix, Zucker/Phosphatreste außen Basenpaare senkrecht zur Helix-Achse Weitere Stabilisierung durch Wechselwirkungen zwischen den Basenstapeln innerhalb des gleichen Stranges

Die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle ist ca. 1,8 m lang! Eigenschaften der DNA z. B. Denaturierung Die DNA einer einzelnen menschlichen Zelle ist ca. 1,8 m lang!

RNA DNA Ribose 2´-Desoxyribose Uracil Thymin 3‘ 5‘ 3‘ 5‘ O H C 2 O H

Wichtige RNA-Arten in der Zelle Größe (ungefähre Angaben) Funktion transfer-RNA tRNA 80 – 95 Nukleotide Übertragung von Aminosäuren zum Proteinsyntheseapparat ribosomale RNA rRNA bei Bakterien 3 Arten aus etwa 120, 1540 bzw. 2900 Nukleotiden Struktur und Funktionselemente von Ribosomen messenger RNA mRNA sehr verschieden von einigen hundert bis zu mehreren tausend Nukleotiden die Boten-(messenger)-RNAs enthalten Abschriften der Gene für die Synthese von Proteinen Nicht jedes Gen kodiert für ein Protein

Gen - Definition Teil der Erbinformation, für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich. Ein Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (zB tRNA) enthält 3' 5' ein Gen Gen 1 Gen 2 Gen 3 intergene DNA Gen 4

messenger- und transfer-RNA mRNA Codiert die lineare Aminosäuresequenz eines Polypeptids Trägt die genetische Botschaft (Protein) die in der DNA codiert ist. Dient als Intermediat zwischen DNA und Protein tRNA Trägt Aminosäuren, in der durch die mRNA Sequenz vorgegebenen Reihenfolge, zum Ort der Proteinsynthese Eine Aminosäure, spezifiziert durch ein mRNA Codon, ist an die tRNA angelagert

Genetischer Code Die DNA enthält die Information für jede Aminosäure in einem Protein/Peptid Diese Information wird in die Nukleotidsequenz der mRNA umgeschrieben Genetischer Code gibt an, wie die Sequenz der RNA-Nukleotide in eine Aminosäuresequenz umgesetzt wird Proteine/Peptide bestehen aus einer Sequenz von 20 Aminosäuren 3 Nukleotide in der mRNA kodieren eine Aminosäure – Triplett-Codon Kodierungskapazität = 43 = 64

Genetischer Code 64 Kombinationen von 3 Basen der mRNA (Codon) stehen für die 20 proteinogenen Aminosäuren Der Code ist degeneriert Für mehrere Aminosäuren gibt es mehr als ein Codon Der Code enthält „Satzzeichencodons“ Drei Codons (UAA, UAG, UGA) signalisieren das Ende der Translation Methionin (Codon = AUG) ist in der Regel die erste Aminosäure Ein korrektes Protein wird nur synthetisiert wenn die mRNA im korrekten Leserahmen abgelesen wird Der Code ist nicht universell

Aminosäuren

Codon-Tabelle Startcodon = AUG = Methionin Uracil Cytosin Adenin Guanin Startcodon = AUG = Methionin