Molekulare Genetik Flashcards
DNA-Molekül
langes Polymer aus Desoxyribonukleinsäuren
Aufgabe DNA
Weitergabe Erbinformation
Aktive Proteinproduktion
Base
hängt an 1´ Ende
Phosphat-Rest
hängt am 5´ Ende
OH-Gruppe
hängt am 3´ Ende
- über Phosphodiesther Bindungen mit 5´Atom des nächsten Moleküls verknüpft
- Neues Nukleotid wird immer am 3´ Ende angehängt
Nukleosid
Base+ Desoxyribose
Doppelhelix (Watson, Crick)
- DNA als langes Polymer aus Desoxyribonukleotiden
- Organische Base, Phosphatgruppe, Desoxyribose
- DNA liegt als rechtsdrehende Doppelhelix vot, wobei zwei komplementäre Stränge in entgegengesetzte Richtungen aneinandergefügt sind
- Zuckerrückrad und sich paarende Base
- Im Zellkern bzw. der Matrix der Mitochondrien
Baasenpaarbildung
-Es liegen immer zwei Basen gegenüber, die Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden und somit entgegengesetzte Doppelstränge verbinden
1 Basenpaarung
- Thymin und Adenin
- 2 Wasserstoffbrückenbindungen
- Adenin und Uracil bei RNA
2 Basenpaarung
- Cytosin und Guanin
- 3 Wasserstoffbrückenbindungen
Purine
Adenin
Guanin
Pyrimidine
Thymin
Cytosin
Genetische Information
Durch Basenabfolge bestimmt
Chromosomen des menschlichen Zellkerns
46
Nukleotide des menschlichen Zellkerns
6,5 x 10^9 Nukleotide
Organisation DNA
In Form von Chromatinfäden organisiert, wobei jeder Faden in kondensierter Form ein Chromosom ergibt
DNA zusätzlich um Chromosomprotein Histon gewickelt
Nukleosom
DNA-Histon-Komplex
Euchromatin
dekondensiert, transkriptorische Aktivität
Heterochromatin
kondensiert, hauptsächlich inaktiv
Struktur Chromosomen
dynamisch, Chromatinformungskomplexe ändern Kondensationszustand Chromatins
Genetisches Mosaik
- Weibliche Keimzellen haben zwei X-Chromosome, benötigen jedoch nur die Genprodukte von einem
- Demzufolge kann ein X-Chromosom dauerhaft aktiviert werden und zu Heterochromatin umgewandelt werden
- dadurch weniger Krankheiten
- Rot-Grün-Blindheit tritt z.B. nut auf X-Chromosomen auf
Semikonservativ
die Hälfte bewahrend
DNA Replikation
- Initiationsphase
- Elongationsphase
- Terminationsphase
Initiationsphase
- DNA wird an bestimmter Stelle aufgebrochen und für Replikation markiert
- DNA Stränge durch Enzym Topoismerase entwunden
- Primer wird von Enzym Primare hergestellt und befestigt sich am 3’ Ende des Mutterstrangs
- Replikation wird an mehreren Replikationsursprüngen (AT-reiche Sequenzen) gleichzeitig begonnen.
- Komplementärstränge werden durch Helikase an Wasserstoffbrückenbindungen aufgespalten (Replikationsgabel)
- Es entsteht Leitstrang von 5’-3’ und Folgestrang von 3’ zu 5’
- DNA Polymerase synthetisiert von 5’ zu 3’
- Damit die Stränge sich nicht gleich wieder verbinden, werden sie von single strand binding proteins offen gehalten
- Ein kürzes Stück RNA wird durch die Primase an freien Einzelstrang gesetzt
Topoismerase
Entwindet DNA
Verhindert super-coiling
Elongationsphase
- An beiden Enden wird zeitgleich die komplementäre Base synthetisiert
- Vom 3’ zum 5’ wandert DNA Polymerase den Matritzenstrang entlang und synthetisiert dabei den neuen Strang vom 5’ zum 3’ Ende (50-100 Basenpaare pro Sekunde). Nukleotid-Bausteine liegen frei in der Zelle vor
- Semikontinuierliche Verdopplung: Während am Leitstrang die Replikation nun problemlos an einem Stück verläuft und ein kontinuierlicher Tochterstrang entsteht, muss am Folgestrang diskontinuierlich synthetisiert werden
- Bei diesem Vorgang werden auch Fehler weitervererbt. DNA-Polymerase hat Korrekturfunktion
Semikontinuierliche Verdopplung
- Während am Leitstrang die Replikation nun problemlos an einem Stück verläuft und ein kontinuierlicher Tochterstrang entsteht, muss am Folgestrang diskontinuierlich synthetisiert werden
- Etwa alle 100-200 Nukleotide muss ein neuer Primer andocken
- So entstehen Okazaki-Fragmente (DNA-Fragmente)
- RNAse H entfernt alls Primer auf den Tochtersträngen
- Nukleotide werden durch weitere Polymerase eingefügt und am Ende durch Ligase verbunden, welche eine Phosphodiester-Bindung herstellt
Terminationsphase
Am Ende der DNA befinden sich repetitive Sequenzen, die sich bei jeder Replikation verkürzen
Endreplikationsproblem
verursacht hohe Mutationsrate im Alter
Replikations-Fehlerquellen
- entweder spontan oder extern
- physikalische Faktoren: Wärme, Radioaktive Strahlung, UV-Strahlung
- chemische Faktoren: Alkohol, Zigarettten, Viren, Bakterien, Pilze
Arten von DNA-Schäden
- Basenmodifikationen (Basen werden oxidiert/alkyliert, verändern Struktur der DNA)
- Mismatch der Basen
- Basenverlust
- Veänderung im Zucker-Gerüst
- Einzel- bzw. Doppelstrangbrüche
Folgen von DNA-Schäden
Somatische Zellen - z.B. Krebs
Keimbahnzellen - z.B. Erberkrankungen für Folgegenerationen
Reperaturmechanismen
Basexisionsreperatur
Nukleotidezisionsreperatur
Basenexisionsreperatur
- Exision: Fehler an einzelnen Basen, werden von DNA-Glykolase erkannt und herausgeschnitten
- Anschließend erzeugt eine AP-Endonuklease einen Einzelstrangbruch im Zucker Phosphat Rückrad und entfernt alle umliegenden Nukleotide ebenfalls
- DNA-Polymerase fügt komplementäre Base ein
- DNA-Ligase verknüpft Stränge miteinander
- short-patch-repair oder long-patch-repair
Nukleotidsezisionsreperatur
- Erkennt keine spezifische Beschädigung, sondern Veränderung in der DNA-Konfirmation, wie sie durch modifizierte Basen oder DNA Addukte entstehen
- Erkennung von bulky lesions in der DNA Struktur beispielsweise (verursacht durch UV-Strahlung)
- Die an Schadenerkennung beteiligten Enzyme unterscheiden sich je nachdem, ob die Schäden während der Transkription behoben werden (transcription coupled repair) oder an transkriptionsinaktiven Berreichen stattfindet (global genome repair)
- Enzyme leiten Helikase zu beschädigten Stellen
Zellreplikationen pro Tag
100.000.000
Zellreperaturen pro Tag
1.000.000
Zellreperaturen Bedeutung
wichtig, da sonst Zellzyklus-Arrest oder Apoptose
Reperaturenzyme
- DNA-Polymerase (proof reading)
- Glykosylase (schneiden falsche Basen heraus)
- Exisionsendonukleasen (schneiden fehlerhafte Basen heraus)
- DNA Ligasen (Verknüpfen von DNA-Strängen)
Abschnitte eukaryotischer Gene
Exons, Introns