Nukleinsäuren Flashcards
1
Q
Welche 2 Arten von Nukleinsäuren gibt es?
A
2
Q
Welche Funktionen haben RNA und DNA?
A
3
Q
Wo ist die Lokalisation der Nukleinsäuren in unterschiedlichen Lebensformen?
A
4
Q
Wo kommen die Nukleinsäuren ind einer typischen eukaryotischen Zelle vor?
A
5
Q
Welche Strukturunterschiede gibt es zwischen RNA und DNA?
A
6
Q
Zeige die Spontandesanimierung von Cytosin zu Uracil!
A
7
Q
Wie sind die Basenpaare der Nukleinsäuren aufgebaut?
A
8
Q
Warum sind RNA und DNA sauer?
A
In Zelle physiologische Bedingungen -> pH-Wert von 7,5 -> die Phosphatgruppe der Nukleotide liegt dissoziiert vor -> H+ Ionen werden frei -> Umgebung der Nukleinsäuren sauer & Nukleinsäure neg. geladen
9
Q
Nenne die Bausteine für Nukleinsäure- Polymere!
A
5 Basen und 2 Ribosen bilden 8 versch. Nukleotide als Basuteine für die Polymere der DNA und RNA:
10
Q
Wie groß ist die relative DNA-Menge ausgewählter Organismen?
A
11
Q
Ist die DNA Replikation wichtig?
A
JA! Die Replikation ist die höchste Anforderung bei der Zellteilung -> bei jeder Zellteilung muss das gesammte Genom verdoppelt und exakt aus 2 Tochterzellen verteilt werden
12
Q
Was ist ein Genom?
A
= Gesamtheit aller Gene, die in einem Vollständigen (haploiden) Chromosomensatz, bzw bei Bakterien im Chromosom und bei Viren in der Nukleinsäure, enthalten sind.
13
Q
Wie lange dauert eine Zellteilung?
A
14
Q
Welche Phasen des Zellzyklus gibt es?
A
15
Q
Was ist die DNA-Replikation?
A
Herstellung einer Kopie eines DNA-Doppelstrangs während der Zellteilung (in der S-Phase des Zellzyklus)
Nach der Zellteilung enthält jede Tochterzelle die identische genetische Information
16
Q
Welche Verdopplungsprinzipien gibt es um aus der Mutter-Helix eine Tochter-Helix zu machen?
A
17
Q
Wie hat man herausgefunden, welches Verdopplungsprinzip in der Zelle angewendet wird?
A
18
Q
Welche Eigenschaften hat der Replikationsmechanismus?
A
19
Q
In welche 3 Phasen gliedert sich die DNA-Replikation?
A
- Initiation
- Elongation
- Termianation
20
Q
Was ist die Initiation?
A
- Beginn der DNA-Replikation
- Endergebniss: Ein Bereich mit 2 entwundenen DNA- Strängen, diese werden durch Hilfsproteine an ihreer Stelle gehalten-> außerdem hängen an ihnen auch schon die Primer
- Enzyme: Helikase, Topoisomerasen, Einzelstrang-bindende Proteine
21
Q
Wie läuft die Initation ab?
A
- Spezifische Proteine erkennen und binden am „ori“ (Origin of Replication, Replikationsursprung), einem speziellen DNA-Abschnitt im Genom
- Eine Helikase beginnt am ori mit der ATP-abhängigen Auftrennung der doppelsträngigen DNA in Einzelstränge
- Topoisomerasen entwinden die DNA und verändern ihre räumliche Struktur (die sog. Topologie)
- Topoisomerase I Spaltet einen der beiden DNA-Stränge Benötigt kein ATP
- Topoisomerase II Spaltet vorübergehend beide DNA-Stränge für größere strukturelle Veränderungen der DNA Benötigt ATP
- Das Replication Protein A (RPA) bindet an den Einzelstrang und verhindert, dass sich die beiden Einzelstränge wieder verbinden
22
Q
Was ist die Elongation?
A
23
Q
Wie läuft die Elongation ab?
A
- Primersynthese
- Primer: Kurzes, 5–10 Nukleotide langes RNA-Stück, das von einer Primase (DNA-abhängigen RNA-Polymerase) komplementär zum Matrizenstrang synthetisiert wird
- Es muss eine freie 3’OH-Gruppe zum Anknüpfen des nächsten Nukleotids zur Verfügung stehen, deshalb sind die Primer notwendig.
- Durch Primase
- DNA-Synthes
- Synthesemechanismus
- Prinzip: Anknüpfen des nächsten zum Matrizenstrang komplementären Desoxynukleotids (dATP, dGTP, dCTP oder dTTP)an die freie 3’OH-Gruppe des zu verlängernden DNA-Strangs (Bildung einer Esterbindung!)
- Details
- DNA-Polymerase knüpft die Esterbindung: Sie katalysiert den nukleophilen Angriff der 3’OH-Gruppe auf das α-Phosphat des anzuknüpfenden Desoxyribonukleosidtriphosphats
- Einzelstrang wird um ein Nukleotid verlängert
- Pyrophosphat (PPi) wird freigesetzt
- Pyrophosphat wird dann von einer Pyrophosphatase in zwei Phosphate gespalten
- Konsequenz aus Mechanismus und Richtung der Synthese sowie DNA-Struktur :
- Die DNA-Replikation erfolgt nur an dem Einzelstrang kontinuierlich, der ein freies 3’OH-Ende hat (Leitstrang, „leading strand“)
- Für den Leitstrang wird nur ein Primer benötigt
- Am anderen Einzelstrang (Folgestrang, „lagging strand“) verläuft die Polymerisation auch in 5’→3’-Richtung!
- Okazaki-Fragmente: Damit die Replikation an beiden Strängen gleichzeitig ablaufen kann, wird der Folgestrang diskontinuierlich, d.h. in Abschnitten von 1.000–2.000 Nukleotiden, synthetisiert
- Für jeden dieser DNA-Abschnitte wird ein jeweiliger Primer benötigt
- Der Primer wird jeweils an der Replikationsgabel synthetisiert
- Synthesemechanismus
- Proofreading (Korrekturlesen): Manche Polymerasen besitzen eine 3’→5’-Exonukleaseaktivität und entfernen falsch gepaarte Nukleotide
- Entfernen der Primer: Die Aktivität der RNase H und eine 5’→3’-Exonukleaseaktivität der prokaryontischen DNA-Polymerase I bzw. das Enzym FEN-1 (Flap Endonuclease 1) bei Eukaryonten sind notwendig, um die RNA-Primer vollständig zu entfernen
- Auffüllen der Lücken: DNA-Polymerase füllt die Lücken mit zum Elternstrang komplementären Nukleotiden auf, bis die freien Enden aufeinanderstoßen
- Verbinden der Enden
- Eine Ligase verbindet (ligiert) die freien Enden des neu synthetisierten Tochterstrangs
- Ligasereaktion:
- Die Ligase überträgt einen AMP-Rest auf das 5’-Phosphatende des einen der zu verbindenden DNA-Fragmente
- AMP wird abgespalten und das 5’-Phosphatende mit dem 3’OH-Ende des anderen Fragments verbunden
- Ligasereaktion:
- Eine Ligase verbindet (ligiert) die freien Enden des neu synthetisierten Tochterstrangs
24
Q
Was passiert bei der Termination?
A
25
Welche Enzyme sind an der Replikation beteiligt?
26
Was sind die Wichtigsten Unterschiede zwischen pro- und eukaryontischer Replikation?
1. Bei Eukaryonten Vorgang wesentlich komplexer
* Diverse Stelle am Genom: Replikationsstart an mutiblen Stellen
* Mitochondrien haben ihre eigene DNA die sie selbst replizieren ( DNA-Polymerase γ)
2. DNA- Polymerasen
1. Eukaryonten:
* 5 Typen :
* Polymerase α (+ Primase): Die Polymerase α liegt als Komplex mit der Primase vor
* Eigenschaften und Aufgaben:
* Geringe Prozessivität
* Beginn der Replikation: Sie ist für den Beginn der Replikation zuständig (liegt als Komplex mit der Primase vor)
* Folgestrang: Die Polymerease α ist für die Synthese der Okazaki-Fragmente am Folgestrang zuständig, dafür arbeitet sie mit der Polymerase δ zusammen
* Keine Exonukleaseaktivität
* Polymerase δ:
* Eigenschaften und Aufgaben:
* Hohe Prozessivität
* Kann den Beginn der Replikation nicht selbst machen, dafür ist sie auf die Primase angewisen
* Leitstrang: Die Polymerase δ ist für die Synthese des Leitstrangs zuständig und synthetsiert diesen meist komplett
* Proof-reading + Exonukleaseaktivität: Die Polymerase δ ist in der Lage, korrekturzulesen und besitzt eine Exonukleaseaktivität
2. Prokaryonten
* 3 Typen:
* Polymerase I-III
27
Was bedeutet Interkalation?
In Bezug auf die DNA spricht man von Interkalation, wenn sich bestimmte Moleküle in die Doppelhelix der DNA zwischen benachbarte Basenpaare einschieben. Dabei wird durch die Interkalation die Replikation und Transkription der DNA gestört
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Wie wierd die Genom-Struktur erhalten?
Ziel der Replikation: schnelle, fehlerfreie Replikation, ohne Mutation
* Fehlerrate d. DNA Polymerasen:
* trotz der hohen Prozessivität (100 bp/min) sehr gering (\<1/106 Basen) + wird durch die 3’-5’-Exonuklease-Aktivität der Polymerase δ nochmals stark reduziert („proof reading“)
* **finalen Fehlerrate bei der Replikation von humaner DNA von \<1/1012******
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Wie kommt es zur " Zellalterung"?
Das Problem befindet sich an den Enden der Chromosomen. Nach Entfernung des Primers am Leitstrang kann dort keine DNA-Polymerase mehr Nukleotide anhängen. Dadurch verkürzen sich bei jeder Zellteilung unsere Chromosomen.
30
Wie kann man die Zellalterung stoppen?
_Telomere als Chromosomenschutz_
* Enden **eukaryontischer** Chromosomen mit Telomeren versehen
* = bestimmte Nukleinsäuresequenz ohne Informationsgehalt ( nicht codierend)
* hundertfach intereinander an Chromosomenenden
* Teilung der Zelle einige male möglich bis Telomere entfernt sind
* Recycling durch die Telomerase möglich
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Wie werden die abgebauten Telomere recycelt?
durch die Telomerase
* spezielle DNA-Polymerase
* Anbau abgebauter Telomere an das Chromosomenende
* spezialisierte reverse Transkriptase (Enzym, das RNA in DNA umschreibt. Sie kataylisert also die Synthese eines DNA-Strangs anhand einer RNA-Matrize. Die RNA-Matrzie ist Teil des Enzyms)
* Beinhaltet RNA-Sequenz d. als Matrize dient um Telomere wieder zu synthetisieren
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Wo kommt die Telomerase vor?
* Somatische Zellen: Besitzen keine Telomeraseaktivität und haben daher eine begrenzte Teilungsfähigkeit
* **Stammzellen**: Besitzen eine gewisse Telomeraseaktivität
* **Keimbahnzellen:** Besitzen eine Telomeraseaktivität
* **Krebszellen:** Besitzen eine Telomeraseaktivität
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Wie arbeitet die Telomerase?
* als Vorlage dienende RNA-Matrize lagert sich am 3'-Überhang der Telomere an
* das geht weil ein Teil der Basensequenz der RNA-Matrize zu dem Telomer 3'- Überhang komplementär ist --\> Basenpaarung
* der andere Teil der Matrize dient dann als Verlängerung des 3'- Endes des Telomers( Mensch UAACCC)
* der Korrespondierende Abschnitt wird durch die DNA-Polymerase synthetisiert
*Der Auf- und Abbau der Telomere befindet sich im Gleichgewicht. Bei Zellen, die keine oder nur eine geringe Telomeraseaktivität aufweisen, werden die Telomere bei jeder Zellteilung sukzessiv verkürzt bis schließlich die codierende DNA betroffen ist.*
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In welchen Stufen ist die DNA im Zellkern verpackt?
1. Histone und Nukleosomen: Die erste Stufe stellen die sog. Nukleosomen dar, an deren Bildung Histone beteiligt sind
2. 30-nm-Chromatinfaser: Nukleosomen winden sich zur 30-nm-Chromatinfaser
3. Chromatin: Komplex aus DNA und allen mit ihr assoziierten Proteinen
4. Chromosomen: Chromosomen stellen die höchste Organisationsform dar
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Was ist ein Histon?
* _Definition:_ Gruppe von Proteinen, die im Zellkern von Eukaryonten die DNA binden
* _Allgemeine Eigenschaften:_
* Positiv geladen durch hohen Anteil an basischen Aminosäuren (Arginin und Lysin)
* Gehen starke ionische Wechselwirkungen mit der negativ ( aufgrund des hohen Phosphatanteils) geladenen DNA ein
* Werden im Zytosol synthetisiert und in den Zellkern transportiert
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Welche Typen von Histonen gibt es?
**_Typen_**: Es gibt 4 Kernhistone und ein Verbindungshiston
* Kernhistone
* Proteinnamen: H2A, H2B, H3, H4
* Struktur: Alle vier Kernhistone haben eine ähnliche Struktur, die sich im Laufe der Evolution kaum verändert hat . (hochkonserviert)
* Funktion:
* Bilden den Nucleosomenkern, um den die DNA immer abschnittsweise herumgewunden ist
* Strukturell handelt es sich dabei um ein **Histonoctamer**, denn es ist ein aus acht Proteinen (je zwei Moleküle H2A, H2B, H3 und H4) aufgebauter Proteinkomplex
* Steuern die Genexpression über posttranslationale Modifikation der Histone ( Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung...)
* Verbindungshiston/ Linker-Histon
* Proteinname: H1
* Struktur: Noch nicht komplett bekannt, aber andere, weniger einheitliche Struktur als Kernhistone.
* Funktion: Stabilisiert die DNA auf dem Histonoctamer und bindet zum Teil an die DNA in den Zwischenstücken zwischen den Nucleosomen
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Was sind Nucleosome?
Nukleosomen = Core-Partikel = Nuklesomen-Core-Partikel
* Def.: Strukturelle und funktionelle Grundeinheit des Chromatins
* Struktur:
* Komplex aus DNA und Histonoctamer (2x H2A, 2x H2B, 2x H3, 2xH4) + Verbindungshiston:
* Den Komplex aus DNA und Histonen bezeichnet man als Nukleosom: Ein Nukleosom besteht aus 9 Proteinen (Histonoctamer + Verbindungshiston) und rund 200 Nukleotiden: Die DNA wickelt sich aufgrund ionischer Wechselwirkungen ca. 2 mal um das Oktamer herum (zusammen ca. 140 bp46)
* Nukleosomen sind über DNA-Abschnitte variabler länge miteinander verbunden
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Was ist die 30-nm-Chromatinfaser?
* Nucleosomenstrang, der spiralförmig zu Fasern von 30nm Durchmesser aufgewickelt ist
* Jede Windung der 30nm-Fasern enthält etwa sechs Nucleosomen
* An der Stabilisierung ist das Histonprotein H1 beteiligt
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Was ist das Chromatin?
40
Was ist ein Chromosom?
= Superstruktur aus viele Chromatinfasern
* höchste Packungsstufe von DNA --\> Transportform
* Bezeichnung nur in Metaphase --\> sonst Chromatin
* in diesem Zustand keine Transkription möglich
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Welche Formen von Chomosomen gibt es?
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Was ist ein Karyogramm?
* Darstellungsmethode zur Untersuchung der Chromosomen eines Individuums und Sichtbarmachung möglicher Abweichungen in ihrer Anzahl oder Struktur
* Die Chromosomen werden isoliert und angefärbt; dann kann man das sog. Bandenmuster analysieren
* Bandenmuster: Quer verlaufende Bänder unterschiedlicher Breite und Verteilung, die in Abhängigkeit von der Präparation und Färbetechnik induziert werden können
* Ergebnis:
* Karyotyp: Auswertung des Karyogramms nach Anzahl und Struktur der Chromosomen
* Zuerst wird die Gesamtanzahl der Chromosomen genannt, dann die Art der vorliegenden Gonosomen und zuletzt ggf. Anomalien.
* Beispiele: (46, XX) für einen normalen, weiblichen Karyotyp, (47, XY+21) für einen Jungen mit Trisomie 21
