CSL Minimalwissen Flashcards
Was ist ein Dihybrider Erbgang? (VL2)
- es werden zwei Merkmale (Loci) gleichzeitig betrachtet
- im Punnett-Square gibt es Neukombinationen in F2 –> 3.Mendelsches Gesetz (9:3:3:1)
Wozu dient der Chi2Test? (VL2)
-Statistische Auswertung von Kreuzungsergebnissen –> Maß für die Abweichung tatsächlicher ergebnisse vom erwarteten Idealfall
- Formulierung Nullhypothese
- Berechnung von Chi2: Summe((beobachtet-erwartet)2/erwartet)
- Feststellung der Freiheitsgrade: Phänotypen-1
- Annahme oder Ablehnung Nullhypotehese (Tabelle): Ablehnung–> Wahrscheinlichkeit unter 5%
Was ist Komplementation? (VL2)
- Komplementationskreuzungen wichtig um zu prüfen, ob Mutanten allelisch sind (also auf beiden Allelen eines Gens auftreten)
- bezeichnet in der Genetik die funktionelle Ergänzung zweier rezessiver Mutationen verschiedener Gene in der Weise, dass deren sichtbarer Effekt im Phänotyp sich aufhebt.
Wie werden reine Linien hergestellt? (VL2)
reine Linien entstehen durch immer wieder erfolgende Selbstbefruchtung
–> beschleunigbar, wenn man die Homozygoten isolieren kann
Welche Phänomene konnte Mendel nicht mit seinen Regeln beschreiben? (5)
- Haploide Organismen
- X-Chromosomale Vererbung
- Extranukleäre Vererbung (Plastiden)
- Heterosis
- Imprinting
Die Grundeinheiten der DNA: Aufbau, Nomenklatur (VL3)
- Nukleotid: Einheit aus Base, Desoxyribose, Phosphat
- Nukleosid: Base, Desoxyribose
- Purin Basen: A, G
- Pyrimidin Basen: C, T
DNA:
- rechtsläufige Helix
- antiparallele Stränge
- Zucker-Phosphat-Rückgrat außen –> hydrophil/negativ
- Basen innen –> hydrophob
- komplementäre Basenpaarung zwischen den Strängen
- polar: 5´-Phosphat-Ende und 3´-OH-Ende
- major und minor groove
- hydrophobe und Van der Waals WW –> Übereinanderstapeln Basen
- Wasserstoffbrückenbindungen v.a. für Spezifität
Struktur eines Basenpaares (VL3)
- A & G= Purin (2-fach-Ring) Base
- T & C = Pyrimidin Base (1-fach-Ring)
- A=T
- G=-C (stabiler)
- Aufbau angucken
DNA ist in Grenzen flexibel (Freiheitsgrade von Basen) VL3
beweglich sind:
- chem. Bindungen im Fünferring der Deoxyribose
- Bindungen zwischen Deoxyribose und Phosphatresten
- alpha-glykosidische Bindungen zu Purin- & Pyrimidinringen
- twist
- roll
- slide
- –> abhg von Sequenz –> Maximierung Stapelkräfte
RNA ist flexibler
Aufbau der Doppelhelix und Helixtypen (A und B)
VL3
DNA:
- rechtsläufige Helix
- antiparallele Stränge
- Zucker-Phosphat-Rückgrat außen –> hydrophil/negativ
- Basen innen –> hydrophob
- komplementäre Basenpaarung zwischen den Strängen
- polar: 5´-Phosphat-Ende und 3´-OH-Ende
- major und minor groove
A:
- C3´-endo
- BP relativ zur Zentralachse um 70° gekippt
- entsteht in vitro unter Wasserabnahme
- sehr enge Furchen
- BP pro Helixwindung: 11
B:
- C2´-endo
- BP senkrecht zur Zentralachse
- major und minor groove
- BP pro Helixwindung: 10,4 - 10,5
B–> mittels Dehydratisierung / mechanischer Stress
Wie schmilzt DNA? Schmelzkurve und Tm kennen (VL3)
- Erhitzen
- alkalische Bedingungen
- Trennung wasserstoffbrückenbindungen
- Anderung Absorptionsverhalten: Einzelstrang –> mehr; Doppelstrang –> weniger
- Schmelzkurve ist sigmoid
- Tm: halbmaximale Absorption der Einzelstrang-DNA / Temperatur, bei der die Hälfte des maximalen Wertes an Absorption erreicht ist
- Tm ist charakteristisch für jedes DNA-Molekül (Tm(Mensch)=86°)
- Maß für GC-Gehalt
- Hyperchromereffekt
Was ist Supercoiling? VL3
- Superhelikalität/Superhelixstrukturen
- entseht durch die Einführung bzw. Entfernung von helikalen Windungen
- Verdrillung (Twist) DNA durch ausbildung Supercoil-Struktur ausgeglichen
Was ist die Linking number? VL3
- Verknüpfungszahl
- topologische Eigenschaft - bestimmt Grad an Supercoiling
- entspannte DNA: Lk=Lk0 = Anzahl Helixwindungen (Twists = Tw)
- ändert sich NICHT!, wenn Supercoil gebildet wird
- DNA in Zelle negative Lk –> Unterwindung aufgrund biologischer Fkt –> leichteres aufschmelzen
Lk=Tw+Wr
- Lk < Lk0 : DNA besitzt NEGATIVE Superhelikalität (unterspiralisiert)
- Lk > Lk0 : DNA besitzt POSITIVE Superhelikalität (überspiralisiert)
Wann tritt Supercoiling in vivo auf? VL3
negative Supercoils erleichtern die Strangtrennung
- Zellen erhalten aktiv eine Unterwindung der DNA
- Erleichtert das Aufschmelzen der Einzelstränge –> dichtere Packung DNA ermöglicht
Supercoiling nötig für DNA Replikation und Transkription
Einige wichtige Genomgrößen (Mensch, E.coli, Hefe) VL4
Mensch (haploid):
- 3,3 Mrd BP
- 20.500 Gene
- 46 Chromosomen
E.coli (haploid?) - gramnegativ:
- 4,6 Mio BP
- ca. 4377 Gene
- 1 Chromosomen
Hefe (haploid):
- 12 Mrd BP
- 6.300 Gene
- 32 Chromosomen
Das menschliche Genom (und die meisten eukaryotischen Genome) besteht nur zu einem kleineren Teil aus Genen. VL4
gesammtes menschliches Genom: ca. 3300Mb
Gene und Gen-verwandte Sequenzen: ca. 1200 Mb
Extragenetische DNA: ca. 2000Mb
–> Verhältnis also ungefähr 1:2
Ein Großteil der nicht-genetischen Bereiche entfällt auf repetetive Sequenzen. Welche Klassen gibt es? VL4
unikal, nicht repetetiv: ca. 500Mb
repetetive DNA: ca. 1500Mb
- Tandem repeated DNA (100Mb)
–> dazu gehören: Satelliten DNA, Microsatelliten DNA und Minisatelliten DNA
- Interspersed genome-wide repeats (1400Mb)
- –> dazu gehören: LTR elements, LINEs, SINEs, DNA Transposons
Das Genom von E.coli ist strukturiert - wie? VL4
Wann haben wir wie viele Schwesterchromatiden?
Wie wirkt sich Kodierungspotential aus? Haben wir Probleme was genetische Konstitution anbelangt in Interphase/G1 gegenüber G2? Sind wir G1-Phase haploid?
- Wir sind IMMER diploid!
- haben 2 homologe Chr –> sowohl von Mutter als auch von Vater Schwesterchromatide in G1 und G0
- in G2 haben wir 4 Chromatiden
- in Meiose sind Keimzellen haploid
Aufbau eines Chromosoms VL4
Telomere: Enden
- Stabilität während Replikation
- besondere Replikation
Zentromer: Verbindungsstelle Schwesterchromatiden
- Verteilung Chromatiden
NOR: NucleolusOrganisatorRegion
- rRNA-, Nucleolus- und Ribosomenbildung –> nur bei denen, die Gene für rRNA tragen
akrozentrisch: Zentromer eher am Ende
telozentrisch: Zentromer am Ende
holozentrisch: Riesenkinetochor
metazentrisch: Zentromer mittig
Wie liegen Chromosomen in der Interphase/im Zellzyklus vor? VL4
Mitose: Zwei-Chromatid-Chromosom (kondensiert) –> Aufteilung auf Tochterzellen –> Ein-Chromatid-Chromosom –> Chromatin dekondensiert
nach Mitose bis zur Replikation, besteht das Chromosom nur aus 1Chromatid
G1: Zellen wachsen
S-Phase (Interphase): Verdopplung, aktive Replikationsmaschinerie
Organellen auflösen
verdoppelte DNA kondensiert
Vorbereitung auf Mitose
–> von vorne
G0: wird nicht mehr repliziert
Was sind Histone? Wie ist ein Nukleosomen aufgebaut? VL4
10 nm Faser ist aus Nukleosomen aufgebaut
- Histonkern, auf den 146/146 BP aufegwickelt sind
- Histone haben eine konservierte Domänenstruktur
- Kern aus 8 Histonproteinen –> Oktamer
- je 2 Moleküle: H2A, H2B, H3, H4
- H1 = Linkerhiston –> bindet im Bereich des des Austritts der DNA aus dem Nukleosomen –> hilft DNA näher aneinander zu bringen–> Kompaktierung Chromatin
Verpackung von DNA in Chromosomen; was weiß man, was weiß man nicht? VL4
weiß man:
- es gibt eine 10 nm Faser
- es gibt Condensine–> während Kondensation Chromosomen in Prophase werden benachbarte Loops durch Condensine verbunden –> bleiben auch während Anaphase erhalten
- es gibt Cohesine –> während der S-Phase gebildeten Schwesterchromatiden bleiben miteinander verbunden bis Übergang Metaphase zu Anaphase –> Spaltung Cohesine
spekulativ:
- Überstrukturen der 10 nm Faser
- z.B. 30 nm Faser –> existiert sie oder sind es nur dicht gepackte 10 nm Fasern oder etwas anderes?
Sonderhistone im Centromer: Funktion? VL4
Kinetochorbindeprotein?
- im Bereich Kinetochor ist Histon H3 durch CENP-A (H3 Variante) ersetzt
- Interaktion von CENP-A mit Kinetochorbindeprotein
Nukleosomen können ihre Lage verändern.
Wozu ist das gut? VL4
sliding, transfer, Wickelrichtung –> Zugänglichkeit
- Zugänglichkeit für Bindestellen von DNA-bindenen Proteinen
- dynamische Veränderungen ohne, dass sich Proteine verändern
- Nukleosomen “atmen” –> entwickeln
Remodeling:
- sliding: Nukleosom bewegt sich auf Sequenz
- transfer: Nukleosomen wird auf andere DNA versetzt
- Wicklungsrichtung: bestimmt die Zugänglichkeit
Histone werden an ihren N-Termini modifiziert:
Welche Modifikationen gibt es? VL4
4
- Methylierung
- Acetylierung
- Ubiquitinylierung
- Phosphorylierung
-epigenetischer Code ohne AS Änderung
–> Veränderung Ladungseigenschaften –> Veränderung “Klebrigkeit” (und Zugänglichkeit?)
Der Histoncode bestimmt wesentlich die Ausbildung der Chromatinstruktur. VL4
epigenetischer Code
Chromatin offen/geschlossen
- kondensiertes Chromatin: Histon-Methylierung, Histon-Deacetylierung, Einlagerung von Histonen und heterochromatin-Proteinen, DNA-Methylierung
- “offenes” Chromatin: Histon-Demethylierung, Histon-Acetylierung, Verlust von Histonen und heterochromatin-Proteinen
Enzyme der Replikation in E.coli VL5
DNA-Helicase:
- Auftrennung Doppelstrang zu 2 EInzelsträngen
- unter ATP-Verbrauch: chemische Energie –> Bewegungsenergie
DNA-abhg RNA-Polymerase PRIMASE:
- Synthese RNA-Primer (E.coli 11 Basen)
- –> Initiation DNA Synthese
DNA-Polymerase 1 (DNA-abhg DNA-Pol):
- DNA-polymerase
- 3´-5-Exonuclease
- 5´-3´-Exonuklease
- –> Entfernung Primer, Reperatur von Schäden
DNA-Polymerase2:
-Reperatur?
DNA-Polymerase3:
- DIE Replikations-Polymerase –> Holoenzym
Ligase:
- verbindet Fragmente
Wie wird die Replikation initiiert? Wie ist die Initiation reguliert? (E.coli) VL5
Initiation in E.coli:
- Replikonmodell: Initioation der Replikation benötigt Replikationsursprung (ori) & Replikationsinitiatoren
- in E.coli ist Replikator “oriC”
- DnaA+ATP (30x) bindet an 9mer –> Biegung in 13mer Bereich –> Öffnung
- DnaB (DNA-Helicase) + DnaC (Helicase loader) Komplex binden an DNA –> Helicaseaktivität: Auftrennung Stränge
- DnaC fällt ab
- DNA-Primase bindet –> synthetisiert RNA-Primer
- DNA-Polymerase3 Holoenzym verlängert DNA 5´–>3´Richtung
- lagging Strand: Okazakifragmente, die dann durch Ligase verknüpft werden
Initiationsregulation:
-Methylierung durch DAM-Methylierungstransferase
- 2 Zeitfaktoren??
Was sind Okazaki Fragmente
- Einheit aus Primer und neusynthetisierter DNA vom lagging strand
Wie sieht die Replikationsgabel aus? (E.coli) VL5
Dimer, Polymerase, andere Enzyme –> Primase, Helicase, Pol1, Ligase
- zwei Pol3 Moleküle sind an Replikationsgabel miteinander verbunden–> Dimer
- Verbindungsbrücke durch Teta-Protein
- Gamma-Komplex lädt Ringklemme
- sliding clamp
- Helicase trennt Doppelstrang auf
- Primase synthetisiert Primer
- Pol3 verlängert Primer –> neuer DNA Strang
- Pol1 entfernt RNA Primer und füllt Lücke
- Ligase verknüpft benachbarte Enden
Wieso werden Nukleinsäuren immer in 5´-3´-Richtung verlängert? Begründen Sie! VL5
- aufgrund der Exonukleaseaktivität
- Exonuklease würde Triphosphat+Base entfernen –> kein Triphosphat-Anfanng –> kein proove reading mgl –> viele Fehler –> viele Mutationen –> würde sich nicht durchsetzen
Die Replikationsinitiation ist zellzyklusabhängig. Sie wird über Kinasen und Cycline gesteuert. VL5
- siehe Bild Aufzeichnungen
- ORC (Origin recognition complex) ist während gesamten ZZ an Replikator (ORI) gebunden
- Cdc6 und Cdt1 (Helicase-loading Proteine) binden in G1 an ORC
- Mcm2-7-Komplex (Replicationsgabel-Helicae/”Licensing-Faktor”)
- pre-RC (Präreplikativer Komplex) aus Cdc6, Cdt1 und Mcm2-7 entsteht in G1, wird aber erst in S aktiv
- CDK sind alleine inaktiv, zusammen mit Cyclinen aber aktive Komplexe “Mitose-promoting-Faktor” –> Einleitung Mitose
- CDK aktivieren Replikation ZZabhg durch Phophorylierung bestimmter AS
- Konzentration verschiedener Enzyme ändern sich mit Zyklus –> Kontrolle
- G1: Kinaseaktivität niedrig –> Formation pre-RC
- S: Kinaseaktivität hoch –> Aktivierung Helicase–> Replikation
Multiple ORIs VL5
- mehrere 10 tsd
- werden NICHT gelichzeitig genutzt
- Replicons: bereiche, die von einem ORI aus repliziert werden
- werden durch die Replikation inaktiviert
Es gibt wesentlich mehr Initiationsfaktoren und Polymerasen als in E.coli VL5
Polymerasen z.B.
- alpha: Primase, Synthese kruzer DNA-Stücke, Einleitung Replikation
- delta: Replikation (eher leading strand), Reperatur
- epsilon: Replikation (eher lagging strand), Reperatur
- beta: Reperatur DNA
- gamma: mitochondriale DNA-Replikation
Initiationsfaktoren z.B.
- pre-RC aus Cdc6, Ctd1 und Mcm2-7
- Steuerung durch Cycline Konzentration und dadurch kontollierte Kinaseaktivität –> leitet Replikation ein
Probleme entstehen an den Chromosomenenden, die nach jeder Replikation schrumpfen müssten.
Lösung: Telomerase –> Funktion molekular erklären können
VL5
- Telomerase: reverse Transkriptase –> RNA-abhg DNA Polymerase mit eigener RNA als Matritze
- fügt kurze repetetive Sequenzen an das 3´-Ende des lagging strands
- Telomere = Schutzkappen für Chromosomen (t-Loop)
- notendige RNA ist Bestandteil Enzym (Telomerase)
- bindet an komplementäres Telomermerkmal der DNA (5´TTAGGG3´Mensch) ragt über dieses aber hinaus–> Matritze für Verlängerung DNA an 3´durch Telomerase –> DNA-Pol kann weiteres Okazakifragment synthetisieren
Regulation:
- Telomer lang genug–> TRF1-Proteine binden –> Faltung (t-Loop) –> für Telomerase nicht zugänglich
- Verkürzte Telomere –> zu wenige TRF1 können bonden–> keine Faltung –>Telomerase bindet an DNA
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie VL6
- Fluss genetischer Information von DNA - (Replikation) - zu RNA (Transkription/reverse Transkription) - zu Protein - (Translation) -
- findet in allen Lebewesen statt und ist nahezu universell –> Dogma
- Richtung Informationsflusses von DNA zu RNA zu Protein
Wie sehen Promotoren aus (Pro-&Eukaryoten) VL6
- Güte Promotor –> Güte Transkription
E.coli:
- Konsensussequenz: TTGACAT (-35) —–TATAAT (-10)
- AACTGTA (-35) —– ATATTA (-10) (Pribnow-Box)
Eukaryoten:
- CAAT (CAAT-Box) –ca70BP—TATAAT (TATA-Box) (ca30BP-+1)
- GTTA (CAAT-Box) –ca70BP—ATATTA (TATA-Box)
Welche RNA-Polymerasen transkribieren was? VL6
3 eukaryotische
Prokaryoten:
- Coreenzym aus 2x alpha, beta, beta’ + Sigma Faktor –> Holoenzym
- Regulation Genexpression über Sigmafaktor
eukaryotische Pol hat mehr UE aufgrund Vielzahl verschiedener Promotortypen
Eukaryoten:
- RNA-Pol 1: Promotoren für rRNA-Gene
- RNA-Pol 2: Promotoren für Protein-kodierende Gene
- RNA-Pol 3: Promotoren für tRNA-Gene
Transkriptionsinitiation: Faktoren und Ereignisse in Pro-& Eukaryoten VL6
grundsätzlicher Prozess
grundsätzliche Prinzipien:
- RNA-Pol heftet sich an DNA und gleitet bis Promotor
- Erkennung Promotorsequenz, bleibt stehen –> “geschlossener Promotorkomplex
- Pol öffnet Doppelhelix (+1 enthalten) –> “offener Promotorkomplex –> Pol ändert Konformation –> Transkriptionsbeginn
- Pol bewegt sich voran und verlässt Promotor –> “Promotorfreigabe
- Initiation–>Elongation
Prokaryoten:
- Coreenzym aus 2x alpha, beta, beta’ + Sigma Faktor –> Holoenzym
- beta: enzymatisch entscheidende Einheit
- Sigma: Erkennung Promotor –> löst sich nach Initiation
- Bindung der RNA-Pol
- Aufschmelzen DNA
- abortive Initiation
- Entlassen Sigma-UE
- Elongation
Eukaryoten:
- TF2D-Proteinkomplex inklusive TBP heftet sich an TATA-Box
- TF2A & TF2B stabilisieren TF2D
- + TF2E, F, H inklusive CTD –> “Präinitiationskomplex” (PIC)
TF2H:
- Helicasefkt: öffnet DNA und wichtig für Reperatur –> Fehler in H: z.B. Xeroderma pigmentosum
- Phosphorylierung CTD –> Pol verliert an Affinität für Promotor –> lösen
- Start Elongation
Elongation: Pausen als Regulationsstellen VL6
Transkriptionstermination in Pro- & Eukaryoten VL6
grundsätzlich beschreiben
Verknüpfung von Transkription und RNA-Reifung in Eukaryoten über die CTD der RNA Pol2 VL6
Aufbau 5’-Cap von eukaryotischen mRNAs: 5’-5’verknüpftes Guanosin; Methylierung von G
VL7
Struktur kann von Exonukleasen nicht gelesen werden
Funktion CAP VL7
- Schutz vor Abbau durch 5’-3’-Exonukleasen
- effizienterer Transport aus ZK
- erhöhte Translationseffizienz (ca. 300-fach)
Wie werden polyA-Schwänze an mRNAs angehängt? (wichtigste Enzymaktivitäten kennen) VL7
- RNA-Pol2 mit CTD –> lädt Faktoren drauf?
- Endonuklease –> schneidet mRNA
- Poly(A)-Polymerase (PAP) –> verlängert Kette mit AAAA
Funktion Pol-A-Schwanz und Bedeutung für Gentechnik VL7
Funktionen:
- kann mRNA vor Abbau schützen
- erhöhte Translationseffizienz (ca.20-fach)
Bedeutung Gentechnik:
- Genexpression durch Polyadenylierung regulieren
Wie nutzen Viren CAP und PolyA-Schwanz? VL7
- Viren inhibieren Expression eukaryot. mRNA über Zerstörung von Proteinen, die an CAP & PolyA-Schwanz binden
- Viren attakieren CAP um sich selbst zu vervielfältigen
- ???
Intronsequenzelemente in Eukaryoten VL7
- konservierte Übergänge Exon/Intron –> GT(U)-AG-Regel –> jedes Intron fängt mit GT(bzw. U) an und hört mit AG auf (Intron: 5’splice site GU…….A(brach site)…AG 3’ splice site)
Was ist das Spleißosomen? Was ist ein SNURP? VL7
nicht alle Bestandteile Spleißosom
Das Spliceosom oder Spleißosom ist eine Struktur im eukaryotischen Zellkern, die bei der Genexpression mitwirkt. Sie katalysiert das Spleißen, wobei die Introns aus der prä-mRNA entfernt werden und die Exons verknüpft werden. Das Spliceosom ist daher an der Reifung der prä-mRNA zur mRNA beteiligt.
Komponenten Spleißapparat:
- ca. 150 Proteine
- 5 RNA Moleküle (snRNA) –> SNURPS (snRNPs small nuclear Ribonucleoprotein Particles)
- Intron
- Spleißosomen setzt sich am Intron zusammen –> Erkennung und Umlagerung mittels SNURPs
Spleißosomale Introns stammen von autokatalytischen Introns ab –> RNA kann katalytisch aktiv sein
VL7
Evolution von Introns
- Spleiß-Reaktion besteht aus 2 Transesterifikationen –> RNA basierte Katalyse –> “Ribozym”
- nukleäres Spleißen stammt von selbstspleißenden Introns ab –> strukturelle Verwandtschaft Spleißsosom-Komponenten mit Selbstspleißenden Introns Gruppe2
- belegbar durch biochemische Komplementation
- auch Spleißosomales Zentrum ist RNA-Zentrum –> Spleißosom=Ribozym
Wie funktioniert alternatives spleißen? VL7
- gewebespezifisch
- Regulation durch Exonic/Intronic splicing silencers–> Vorgang repremiert –> Intron bleibt in RNA
- durch Exonic/Intronic splicing enhancer –> Vorgäng gefördert durch Aktivator –> mRNA ohen Intron
- Aus einem Gen verschiedene Proteine mit unterschiedlichen Fkt prozessieren, durch unterschiedliches rein/rausschneiden von Introns bzw Exons in mRNA
Spleißen erhöht die Anzahl von Proteinen, die von einer mRNA kodiert werden können und erhöht das evolutionäre Potential eines Genoms.
VL7
- mehrere Proteine aus einem Gen –> neue Ebene der Regulation (alternatives Spleißen)
- Genevolution: neue Gene durch Austausch von Exons (Exonshuffling) –> Rekombinationsprozesse
- Introns erhöhen Stabilität RNA
- Funktion in Genregulation (Enhancer)
- tragen RNA-Gene: snoRNA (Reifung rRNA), miRNA (mikroregulatoren RNA)
Edierung:
Wichtigste Typen: Insertional/Deletionals; im Menschen: A nach I, C nach U (Transition)
VL7
- Addition/Deletion von Us in Mitochondrien von Trypanosomen –> premRNA mithilfe von guide RNAs zu editierter mRNA gemacht –> Einfügen von vielen Us, denn ohne Edierung können ORFs in mitochondrialen mRNAs von Trypanosomen nicht erkannt werden
- Desaminierung von C oder A in Säugern –> Aminogruppe durch Ketogruppe ersetzt –> Cytidin wird zu Uridin, Adenin zu Inosin
Welche Auswirkungen hat Edierung auf die Fkt von RNAs? VL7
3 Stichpunkte
Folgen Desaminierung:
- Änderung Codon
- Einfügen/Entfernen von Spleißstellen
- erweiterte Codonerkennung in tRNAs
RNA Edierung kann die Funktion von Neurorezeptoren beeinflussen
VL 7
BSP: Edierung Serotonin-Neurorezeptor mRNA
- Edierung ändert die AS-Sequenz und damit Aktivität Rezeptor –> Depressionen ?
Was wird in welche Richtung exportiert? VL 8
Folie 6
raus:
- mRNA
- tRNA
- pre-miRNA
- pre-ribosomes
- snRNA
- (alle mit Proteinen assoziiert)
rein:
- ribosomal proteins
- snRNP
- nuclear proteins
- Histone
- (alles was mit Replikation zu tun hat)
Wie ist der Kernporenkomplex grob aufgebaut? Vl 8
- Kernporenkomplex = Nuclear Pore Complex = NPC
Kernhüllmembran:
- äußere Kernmembran
- perinukleärer Raum
- innere Kernmembran
- Kernlamina (aus Laminen –> Stabilität Kern)
Masse:
- 50MDa (Hefe)
- 120 MDa (Vertebrate)
Strukturproteine:
- 30 (Hefe)
- 50-100 (Vertebrate)
Größe:
- 120 nm Diameter (Öffnung ca. 60nm)
- 200nm Tiefe (entsprechend der Membran)
500-1000 Makromoleküle pro Sekunde rein und raus (beidseitig)
Welche Rolle haben RAN Proteine und Karyopherine? Vl 8
- Karyopherin macht zu transportierendes Protein erst transportfähig
- nimmt Kontakt zu Nukleoporinen (Nups) auf
- Transport in den Kern kann erfolgen
- GTP-bindendes Protein (G-Protein/ RAN-G-Protein) veranlasst Strukturänderung des Karyopherins –> kann in dieser Form wieder Kontakt zur Pore aufnehmen und wieder raus gelangen (Protein ist jetzt im ZK)
- transportaktive Form regenrieren durch Hydrolyse des GTP->GDP
Welche Bestandteile von mRNP-Partikeln sind wichtig für den Export? Vl 8
- mRNAs werden nicht “nackt” transportiert –> viele Proteine und weiteres dran –> “mRNP” (Ribonukleoprotein)
- mRNA muss vor Transport prozessiert sein
– 5’-capping
– 3#Polyadenylierung
– Spleißen (durch EJC an mRNA erkannt)
Die drei Schritte des Exports von mRNAs Vl 8
1) mRNP Assemblierung (mRNA muss mit Proteinen zsm gebracht werden)
am Gen erfolgt:
- Transkription
- Spleißen
- Prozessierung
- Anheftung Mex67
–> reife mRNP
2) Translokation (eigentlicher Transportvorgang)
- reife mRNP wird vom Nukleoplasma ins Cytosol gebracht
3) mRNP Disassemblierung (einige Proteine werden von RNA runtergekickt –> Vorbereitung auf die Translation)
- Abspaltung von Mex67
–> Translation kann erfolgen
Disassemblierung von Mex67 ist wichtig für die Direktionalität des Exports Vl 8
- mit Proteinen (interagieren mit Nups) an Oberfläche fühlt sich mRNA in Pore wohl
- mRNA diffundiert in Pore
- Dbp5 (RNA-Helicase - kann Prroteine von RNA abwerfen) von Gle1 akzeptiert
- mRNA diffundiert weiter in Richtung Cytosol
- Dbp5 (an Gle1) wird aktiv
- schemißt Mex67p von mRNA runter –> mRNA ist “nackt” an dieser Stelle –> das mögen Nups nicht –> kann nur vorwärts diffundieren –> Rückwärtsbewegunf durch Disassemblierung von Mex67p ausgeschlossen
- das passiert Stückweise bis mRNA irgendwann draußen ist
- bei einigen dauert das länegr als bei anderen mRNAs –> Stau ist mgl
rRNAs und tRNAs zeigen ausgedehnte Selbstfaltungen VL8
- rRNA: Sekundärstruktur Faltung unterstützt (/verhindert) durch Methylierung oder Pseudouridinierung –> es gibt Domänen
tRNA:
- sekundär Strukur als Kleeblatt (zeichen!) mit Akzeptorarm, D-Loop, Anticodon, Variabler Loop, Pseudouridin Loop –> 75-95 Nukleotide, ungewöhnliche (modifizierte) Basen
- L-förmige Tertiärstruktur –> Interaktion D-Loop-Bereiche und Pseudouridin-Loop-Bereiche –> L (Beladung mit AS durch Aminoacyl-tRNA-Synthetase mgl)
tRNA Struktur (2D und 3D) VL8
2D –> Kleeblatt (zeichnen können)
3D –> L-Form (wissen, wo Akzeptor und Anticodonarm ist)
- sekundär Strukur als Kleeblatt (zeichen!) mit Akzeptorarm, D-Loop, Anticodon, Variabler Loop, Pseudouridin Loop –> 75-95 Nukleotide, ungewöhnliche (modifizierte) Basen
- L-förmige Tertiärstruktur –> Interaktion D-Loop-Bereiche und Pseudouridin-Loop-Bereiche –> L (Beladung mit AS durch Aminoacyl-tRNA-Synthetase mgl)
Aminoacylierung von tRNAs VL8
2 Schritte, ATP, 3’Ende
1) Adenylierung
- transfer von AMP –> AS attakiert über Sauerstoff aus Carbonsäure das alpha-Phosphat von ATP
- Pyrophosphat wird frei
- AMP lagert an labilen Carbonyl –> Adenylierte Aminosäure –> AKTIV
2) tRNA Beladung
- freies 3’-OH tRNA attakiert labiles Carbonyl Atom der adenylierten AS
- Aminoacyl-tRNA (Estherbindung zur tRNA) entsteht –> beladene tRNA
- AMP wird frei
tRNAs und rRNAs werden modifiziert –> dies stabilisiert die Faltung VL8
- rRNA auch ohne 5’Cap und 3’PolyA etc sehr stabil –> massiv mit Proteinen besetzt –> Ribosomen gut gegen Exonukleasen geschützt
- rRNA: Sekundärstruktur Faltung unterstützt (/verhindert) durch Methylierung oder Pseudouridinierung –> es gibt Domänen
- tRNA: Metyhlierung, Pseudouridinylierung und Dehydrouridinylierung wichtig, damit charakteristische tRNA-Faltung eingenommen werden kann (tertiär)
rRNAs werden im Nukleolus transkribiert und (von snoRNPs) prozessiert VL8
Struktur des Nukleolus nicht so wichtig zu wissen –> ABER wissen dass es eine kinetische Struktur ist und als “liquid droplets” (Tröpfchen in Lsg) vorliegt
- “Tannenbaum-rRNA” im Nukleolus –> rDNA-Transkriptionseinheiten (jeder Organismus hat mehrere)
- Sequenzspezifisches Schneiden der rRNA –> snoRNPs unterstützen die Sequenzerkennung
- U-reiche guide RNAs
- snoRNPs erkennen richtige Schnittstelle–> hybridisieren mit RNA –> Endonuklease setzt den Schnitt
- dann erfolgt Assemblierung zu UE
- 18S + 30 Proteine –> 40S UE
- 5,8S + 28S +50 Proteine –> 60S UE
- snoRNPs unterstützen auch die Sequnzerkennung zur Sequenzspezifischen Basenmodifikation (U–> PseudoU, Methylierung) bei rRNA
Der genetische Code ist …
VL8
- es handelt sich um Tripletts –> Triplettcodes
- kommafrei, nicht überlappend
- eindeutig –> jedem Codon ist eine AS zugeordnet
- degeneriert –> mehrere Codons codieren für selbe AS
- universell (wenige Ausnahmen z.B. in Mitochondrien)
tRNAs erkennen mutiple Codons VL 10
über Wobbel-Stelle
- Degeneration des genetischen Codes ermöglicht die Verwendung einer tRNA für mehrere Codons im Rahmen der Wobble-Regeln
Wobble:
- erste Position 5’-Ende Anticodons tRNA kann “wackeln” –> mit mehreren Basen an Wobble-Position interagieren
- G, U, I können wobbeln
Beispiele:
- Serin-Wobble –> 3 tRNAs können insgesamt 6 Serincodons erkennen
- Alanin-Wobble –> A-I-Edierung –> mit einer tRNA können 3 Codons gelesen werden
Aufbau Ribosom VL 10
Prokaryoten:
- besteht aus zwei UE
- große UE (23SrRNA & 5SrRNA) + L-Proteine (31Stk) –> 50S UE
- kleine UE (16SrRNA) + S-Proteine (21Stk) –> 30S UE
- meisten Funktionsbereiche aus RNA
- Proteine (L und S etc) eher strukturgebende Bestandteile –> stabilisieren Raumstruktur der RNA
- prokaryotische Zelle hat 50-100000 Ribosomen (eukaryoten mehrere Mio)
- Ribosom = Ribozym –> braucht keine Proteine für Katalyse –> katalytisches Zentrum des Ribosoms
Initiation Translation VL 10
Scanning+Kozak (eukaryoten)
Shine-Dalgarno (Prokaryoten)
Prokaryoten:
- Transkription und Translation sind gekoppelt
- RNA der 30S UE positioniert Ribosomen in Nähe Startcodon –> “Shine-Dalgarno-Sequenz” (7BP vor Startcodon) = Ribosomenbindestelle
- Qualität und Zugänglichkeit SDSequenz bestimmen wie gut Translation fkt / Effektivität Translation
- Bildung Initiationskomplex erfolgt an kleiner ribosomalen UE
- kleine UE mit 16 S rRNA erkennt SD-Seq
- IF1 blockiert best. Bereiche kleiner UE damit keine tRNAs hinkommen
- IF3 unterstützt IF1 und verhindert, dass große UE andocken kann –> ternärer Komplex muss vorher aufgebaut werden
- ternärer Komplex: Met (AS) + tRNA +IF2:GTP –> Komplex kommt zur kleinen UE dazu und positioniert tRNA in P-Stelle (A-Stelle zunächst blockiert von IF)
- IF2 –> erkennt wenn große UE hinzukommt und alles richtig ist–> wenn richtig zsmgebaut hydrolysiert IF2 GTP –> =Schalterprotein –> Qualitätskontrolle, ob große UE korrekt angedockt
- große UE kann hinzukommen –> IF1 und IF3 runtergekickt
- P-Stelle von 50S UE von tRNA besetzt, die Peptidylrest trägt; neue tRNAs kommen in A-Stelle an für Elongation –> Verknüpfung Peptidreste AS tRNAs in P und A-Stelle
- IF2:GDP+P verlässt auch Komplex und wird als IF2:GTP wieder in ternären Komplex gebraucht
- –> 70S Initiationskomplex mit tRNA (Met) in P-Stelle
- es sitzen mehrere Ribosomen (gleichzeitige Translation) auf mRNA, nächstes kommt, wenn SD frei –> “Polysomen”
Elongation: wie wird die Genauigkeit der Translation gewährleistet? VL 10
Über Ribosomenfinger in kleiner UE?
EF-Tu und EF-G Funktionen kennen
Wie funktionieren Terminationsfaktoren? VL 10
mRNA-Struktur und Ringschluss (Zirkularität) in Eukaryoten VL 10
Die meisten Proteine werden post-translational modifiziert.
Was sind wichtige Modifikationen?
Funktion von Ascorbat bei Kollagenmodifikation?
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Was sind wichtige Modifikationen?
Funktion von Ascorbat bei Kollagenmodifikation?
Proteine können über Endopeptidasen gereift werden VL 11
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Welches andere Protein auch über Endopeptidasen gereift? –> Cacitunin in Schilddrüse über alternatives Spleißen
Collagenstabilität hängt von Hydroxylierung von Prolin und Lysin ab VL 11
Sekretierte Proteine werden über das raue ER und den Golgi transportiert
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ER-Lokalisation erfolgt kotranslational mit Hilfe eines SRPs
- SRP wird an Oberfläche ER erkannt
Im ER erfolgen Proteinmodifikationen (v.a. Glykosylierungen)
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- Identitätsgebend
- helfen zur Sortierung
Proteinsortierung in alle Kompartimente erfolgt über unterschiedliche Signalsequenzen (As-Sequenzen)
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- jedes Protein hat eigene Signalsequenz
Welche Membranproteintypen/klassen gibt es?
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Transporter, Cytoskelettprot., Identitätsprot., …
+Funktionen
2 Typen von Membranproteinen: Helixbündel und Beta-Barrel
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machen 30 % des Proteoms aus (Zahlenmäßig! NICHT Masse)
Transportertypen und Transportarten
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- Symporter
- Antiporter
- sekundärer und primärer aktiver Transport
- passiv
Die Orientierung von Membrandomänen richtet sich nach der positive-inside-rule
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inside=Cytosol, NICHT ER!
Die unterschiedlichen Zytosen (Arten) kennen.
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Exo-, Endo- Pino- …
Welche Faktoren werden für den Clathrin-abhängigen Transport benötigt / wie funktionieren sie?
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auch HSP70 kennen –> wichtiges Chaperon um Clathrine wieder auseinander
Welche anderen Vesikeltransportprozesse gibt es (COP1, 2)? Was sind die Gemeinsamkeiten?
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Gemeinsamkeiten: vorgegebene Struktur wird ausgebildet –> energetisch günstig –> Membran wird in diese Form hineingezogen
Wie wird Membranidentität für den intrazellulären Transport hergestellt?
VL12
PIPs (Phosphoinositide) –> verschiedene varianten?
Rab-GTPasen
SNAREs
