DNA bis Protein Flashcards
Übersicht Prozess Proteinsynthese
DNA
Transkription
mRNA
Ribosom + tRNA
Translation
Protein
Genom
Gesamtheit aller im haploiden Chromosomensatz vorliegende genetischen Information
Transkriptom
alle zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle transkribierten, das heißt von der DNA in RNA umgeschriebenen Gene
=
quanitatives Profil aller mRNA in einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt
Proteom
Die Gesamtheit aller Proteine in einem Lebewesen, einem Gewebe, einer Zelle oder einem Zellkompartiment, unter exakt definierten Bedingungen und zu einem bestimmten Zeitpunkt. (quantitatives Expressionsmuster)
Anzahl Gene
23.000 davon 10.000 kodierend
Anzahl Transkripte
30.000
Anzahl Proteine
100.000
Aufbau DNA
Adenin - Thymin
Cytosin - Guanin
Deoxyribose
doppelsträngig, in Chromosomen organisiert
Aufbau RNA
Adenin - Uracil
Cytosin - Guanin
Ribose
einzesträngig - tertiärstruktur
Transkription zu Translation
- im Zellkern
- Synthese mRNA und anschließend Prozessierung
- Ausschleusen fertige mRNA ins Zytoplasma
- Ribosom + tRNA synthetisiert auf Basis mRNA aus 20 AS Proteine
Sinnstrang der DNA
kodierender Strang der DNA
5’ - 3’
Matrizenstrang der DNA
Komplementärer DNA-Strang zum Matrizenstrang
3’ - 5’ Richtung
dieser dient als Matrize für die RNA Synthese
Welchem der DNA Stränge entspricht die mRAN?
dem Sinnstrang
Wie heißen die nicht-kodierenden DNA-Segmente?
Introns
Initiation der Transkription
- auf der DNA befinden sich Promoter (Nukleotidsequenzen), die den Startpunkt für die Transkription kennzeichen
- Proteine in Form von Transkriptionsfaktoren erkennen mit ihren Transkriptionsbindungsproteine TATA-Box der Promoter und binden daran
- durch die Bindung ensteht eine Krümmung des DNA-Strangs
- ein weiterer Transkriptionsfaktor vermittelt dann die Bindung von Promoter zu RNA Polymerase, weitere Transkriptions- und Cofaktoren ermöglichen die Bindung
- C-terminale Domäne der Polymerase wird phosphoryliert/ X-faktoren lösen sich wieder
- RNA-Polymerase beginnt Transkription der DNA
- die Struktur des Chromatins muss vorab verändert werden, damit das überhaupt geht
Transkriptionsfaktoren
sind wichtige Proteine zur die Regulation der Genexpression
Transkriptionsfaktoren binden an spezifische Promotoren und stoßen daher die Synthese ganz bestimmter mRNA an - die, die gerade benötigt wird
Klassen: Leucin-Zipper, Zinkfinger, Helix-Turn-Helix, Helix-Loop-Helix
Elongation der Transkription
- Transkriptionsblase (10-11 Basenpaare)
- Spannungen - Supercoils entstehen
- superhelikale Spannung wird durch DNA-Topoisomerasen abgebaut
- Polymerase gleitet am DNA-Strang entlang - ungleichmäßig - und synthetisiert prä-mRNA
RNA-Processing
- prä-mRNA muss bearbeitet werden bevor sie den Zellkern verlassen und zur Proteinsynthese genutzt werden kann
- Introns werden durch splicing entfernt, es bleiben Exons mit UTR und ORF
- 5’ Ende erhält ein Cap - gleich zu Beginn verändertes Guaninnucleotid durch 3 Enzyme –> bindet dann CBC der Marker für Ausschleusen ist
- Am 3‘-Ende wird ein Poly-A-Schwanz (ca. 200 A) an die mRNA synthetisiert,
der die mRNA vor einem Abbau schützen soll und wichtig für das Ausschleusen
der mRNA aus dem Zellkern ist (polyadenyliert) - Capping am 3‘-Ende
- Intron-splicing
- Poly-Adenylation am 5‘-Ende
- Bindungsproteine schützen die mRNA
Was ist der Sinn von Introns, wenn man die eh rausschneidet?
Anwesenheit von Introns erlaubt Rekombination. Exons lägen sonst viel zu nah beieinander.
Außerdem werden durch alternative splicing verschiedene Proteine von einem Gen codiert.
Alternative splicing
- betrifft 75% der Gene –> 1 Gen mehrere potentielle Proteine
- am Spleißvorgang sind 5 RNA und 200 Proteine beteiligt
- Spleißmaschinerie muss drei Sequenzen auf der prä-mRNA erkennen, die 5‘-
Spleißstelle, die 3‘-Spleißstelle und die Verzweigungsstelle des Lassos im Intron - hohe Variabilität dieser Stellen –> Wissenschaft schwierig
- Spleißosom –> snRNAs (5) mit Proteinen
- Fehler: Exon-Skipping, kryptische Spleißstellen (durch Mutation in Exon enstanden) –> kann durch SR Proteine maskiert werden
- alternatives Spleißen ensteht vor allem durch unterschiedliches Handling von Exons und Introns, es werden Exons ausgelassen oder Introns beibehalten, Anfang und Ende (5’ und 3’) werden verschoben
- Regulation erfolgt über Splicefaktoren (Proteine, die Signale auf der RNA erkennen und die Auswahl der splice sites beeinflussen)
Wie kommt die fertige mRNA aus dem Zellkern?
Proteine binden an Cap, Poly-A-Schwanz, Exon-Junctions. Abwesenheit von snRNAs. Kugelige Form.
das sind Signale, dass ausgeschleust werden darf
Initiation Translation
Cap-binding Komplex wird durch Initiationsfaktoren abgelöst
Hox-Gene
- regulative Gene
- codieren Transkriptionsfaktoren, welche die Aktivität anderer, funktionell
zusammenhängender Gene im Verlauf der Individualentwicklung, der
Morphogenese, steuern - charakteristische Bestandteil eines Hox-Gens ist die Homöobox
- Homöoboxen codieren in den Zellen für abgrenzbare besondere Proteinbereiche oder Proteindomänen
- phylogenetisch nicht stark verändert –> Mutation wahrscheinlich letal
EMSA
Mit EMSA kann überprüft werden, ob Proteine an die DNA binden, und somit zu
den Transkriptionsfaktoren gehören.
Gelelektrophorese –> gebundende Stücke größer
Footprinting
Mit der DNA-Footprint-Analyse kann überprüft werden, ob ein Protein an DNA
binden, und welche Sequenz das Protein bindet.
auch Gelelektrophorese, Fragmente, DNA mit Prtiein wird von Restriktionsenzym ausgelassen und ist länger
ChIP-Seq-Verfahren weitere Option
NMD
Der Nonsense-mediated mRNA Decay, kurz NMD, ist ein wichtiger Kontrollvorgang eukaryotischer Zellen. Er erkennt unerwünschte und somit vorzeitig gesetzte Stopcodons in der mRNA und verhindert dadurch deren Expression als verkürztes (ggf. fehlerhaftes) Protein.
Translation
= Proteinbiosynthese
- Übersetzung Nucleinsäuren 4 in Aminosäuren (20)
- Ort Ribosom im Zytoplasma
- Initiation: mRNA-Strang läuft zwschen den Untereinheiten des Ribosoms durch, bei Erreichen eines Startcodons (AUG) begiint Ribosom mit Synthese, tRNA an A-Stelle
- Elongation: Ribosom fährt weiter, tRNA an P-Stelle, Abgabe translatierte AS an A-Stelle tRNA, Ribosom wandert weiter und gelangt an E-Stelle
- Termination: Ribosom gelangt an Stop Codon (UAA, UAG, UGA), Ribosom zerfällt in UE, Polypetid wird frei
Ribosom Aufbau
Eukaryotisches Ribosom (80S): UE1: 60S, UE2: 40S
APE
Aminoacylstelle: Ansatzpunkt tRNA, AS setzt sich an tRNA, Adaptermolekül
Polypetidstelle
Exitstelle: tRNA verlässt Ribosom
tRNA Aufbau und Funktion
Kleeblatt
Chaperone
Helfen beim Falten der Proteine
Käfig, im Inneren Faltung, Freisetzung
Sliding clamps
Die Prozessivität (= Länge der Basensequenz, die von der Polymerase am Stück
synthetisiert werden kann).
Die Prozessivität der Pol δ kann durch Bindung des Ringklemmen (Sliding Clamp)‐
Proteins Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) stark erhöht werden, während
es auf die Pol ε einen geringeren Effekt hat.
posttranslationale Modifikationen
Phosphorylierung. Übetragung von Phosphatgruppen
Ubiquitinierung: an einem Lysinrest wird Ubiquitin angehängt um es für den Abbau zu markieren
Acetylierung: Acetylgruppe ans N-terminale Ende –> Stabilisierung
Glykolysierung: Anhängen Zucker
Disulfidbrückenbildung
Lipidierung: Anhängen Fettsäure
Histone und Modifikationen
Histonproteine können enzymatisch modifiziert werden (Histone Code):
- Methylierung
- Phosphorylierung
- Ubiquitinylierung
- Acetylierung
- Propionylierung, Butyrylierung, Sumoylierung
- sowie die entsprechenden Rückreaktionen
Beispiel Nomenklatur: Trimethylierung des Lysins an Position 4 des Histon 3: H3K4me3
Histone | Aufbau
je 2 Moleküle der Histonmoleküle H2A, H2B, H3, H4
hoher Anteil basischer AS –> bei Physiologischen pH positiv
10 Histone Tails je Octamer
Histon Acetylierung
- Neutralisierung postitive Ladung Lysin
- Verringerung elektrostatische Wechselwirkungen mit DNA
- begünsigt Transkription
Histon-Methylierung
kann sowohl positiv als auch negativ mit Transkription korrelieren
(Lysin und Arginin)
Histon-Phosphorylierung
- kann an Aminosäuren mit einer Hydroxygruppe (Serin,
Threonin, Tyrosin) stattfinden - in Funktion divers wie Methylierung
Linker-Histon
- H1
- Kompaktierung/ Kondensation der Beads on a string Struktur
- wichtige Rolle für die epigenetische Regulation des Chromatins, die Regulation der DNA‐Replikation sowie die Reparatur von DNA‐Doppelstrangbrüchen.
