Biologie Kapitel 5 - DNA und RNA

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Questions and Answers

Wie viele Stränge enthält die doppelsträngige DNA?

Drei

Vier

Zwei (correct)

Einen

Was ist ein grundlegender Unterschied zwischen dATP und ATP?

dATP ist ein Nukleotid, während ATP ein Nukleosid ist.

ATP hat kein Adenin.

dATP enthält eine Desoxyribose, während ATP eine Ribose enthält. (correct)

dATP enthält eine zusätzliche Hydroxylgruppe.

In welcher Richtung erfolgt die DNA-Synthese?

5´ zu 3´ (correct)

3´ zu 5´

In beide Richtungen gleichzeitig

Zufällig

Was unterscheidet GTP, GDP und GMP?

Die Anzahl der Phosphatgruppen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die semikonservative Replikation?

Es entstehen zwei neue Doppelhelices, jede mit einem Eltern- und einem Tochterstrang. Signup and view all the answers

Was ist ein Merkmal der DNA-Polymerasen?

Sie erzeugen Esterbindungen zwischen Nukleotiden. Signup and view all the answers

Wie unterscheidet sich das Genom von tierischen Zellen von dem der Bakterien?

Tierische Zellen besitzen ein lineares Genom, während Bakterien ein ringförmiges Genom haben. Signup and view all the answers

Was sind die grundlegenden Bestandteile eines Nukleotids?

Zucker, Phosphat, Stickstoffbase. Signup and view all the answers

Wie viele Aminosäuren können maximal durch eine Sequenz von 2 Basen kodiert werden?

16 Aminosäuren Signup and view all the answers

Was bezeichnet der Begriff Codon in der Biologie?

Drei Basen auf der mRNA Signup and view all the answers

Wie wird die Masse eines Proteins angegeben?

In Dalton Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über Peptidbindungen ist korrekt?

Peptidbindungen entstehen zwischen Amino- und Carboxylgruppen. Signup and view all the answers

Was beschreibt den N-Terminus einer Polypeptidkette?

Er beginnt mit der Aminogruppe. Signup and view all the answers

Wie viele Aminosäuren gibt es in einem Tripeptid?

3 Aminosäuren Signup and view all the answers

Welche Konfiguration hat ein Oligopeptid?

Zwischen 2 und 10 Aminosäuren Signup and view all the answers

Wie viele Basen kodieren eine Aminosäure?

Drei Basen Signup and view all the answers

Was ist die Zusammensetzung des Holoenzyms von RNA-Polymerase?

α2, ββ´, σ Signup and view all the answers

Welche Funktion haben Genpromotoren?

Sie regulieren die Genexpression. Signup and view all the answers

Was geschieht während der Elongation in der RNA-Synthese?

Die RNA-Polymerase bewegt sich entlang der DNA. Signup and view all the answers

Was ist ein Merkmal der Rho-unabhängigen Termination?

Umfasst eine Haarnadelstruktur. Signup and view all the answers

Was wird bei der Termination der RNA-Synthese freigesetzt?

Die mRNA und die RNA-Polymerase werden freigesetzt. Signup and view all the answers

Wo befindet sich die Initiationsstelle für die RNA-Synthese?

Auf der DNA, vor dem eigentlichen Gen. Signup and view all the answers

Was bewirken bestimmte DNA-Sequenzen während der Rho-abhängigen Termination?

Sie bremsen die Geschwindigkeit der Transkription. Signup and view all the answers

Wie lang ist die Region der aktiven Transkription auf dem Chromosom von Escherichia coli?

Ungefähr 2 kb. Signup and view all the answers

Was ist das Startcodon für die Translation?

AUG Signup and view all the answers

Welche Funktion haben Aminoacyl-tRNA-Synthetasen?

Sie binden tRNA und spezifische Aminosäuren. Signup and view all the answers

Was bezeichnet die Kleeblattstruktur der tRNA?

Die dreidimensionale Faltung der tRNA. Signup and view all the answers

Wie wird der Wobble Effekt in der Translation definiert?

Er fördert die Bindung mehrerer tRNA an ein Codon. Signup and view all the answers

Was passiert, wenn ein Stopcodon erreicht wird?

Die tRNA wird abgelöst und das Peptid freigesetzt. Signup and view all the answers

Wozu dienen Codons in der mRNA?

Sie codieren für spezifische Aminosäuren. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aminosäuren wird nicht als Startaminosäure betrachtet?

Tryptophan Signup and view all the answers

Was leitet sich aus dem Begriff „Aminosäure“ ab?

Es ist ein Teil der Proteinstruktur. Signup and view all the answers

Welche Funktion hat die DNA-Polymerase I?

Entfernung des RNA-Primer Signup and view all the answers

Welches Enzym ist verantwortlich für die Synthese des RNA-Primers?

Primase Signup and view all the answers

Wie viele Untereinheiten hat die DNA-Polymerase III?

10 Signup and view all the answers

Was kennzeichnet die Korrekturlesefunktion der DNA-Polymerasen I und III?

3' - 5' Exonuclease-Aktivität Signup and view all the answers

Was ist die Funktion der Helikase während der DNA-Replikation?

Sie wandert helixabwärts und trennt die Stränge Signup and view all the answers

Wie erfolgt die DNA-Synthese auf dem Folgestrang?

In Okazaki-Fragmenten Signup and view all the answers

Was ist notwendig, damit eine neue DNA-Kette begonnen werden kann?

Eine 3'-OH-Gruppe Signup and view all the answers

Was ist die DnaA Box?

Ein Startpunkt der DNA-Synthese Signup and view all the answers

Was geschieht mit den Mutationen während der DNA-Replikation?

Sie sind sehr selten Signup and view all the answers

Welche Funktion hat die 5' - 3' Exonuclease-Aktivität der DNA-Polymerase I?

Entfernung der RNA-Primer Signup and view all the answers

Wie wird die Replikation in ringförmiger DNA beschrieben?

Bidirektionale Replikation Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt die Primase in der DNA-Replikation?

Sie synthetisiert einen kurzen RNA-Primer Signup and view all the answers

Wie nennt man die nicht-kontinuierliche Synthese auf dem Folgestrang?

Okazaki-Synthese Signup and view all the answers

Welches Nukleotid kann an das 3'-OH Ende des RNA-Primers gebunden werden?

Desoxyribonukleotid Signup and view all the answers

Welcher Schritt kommt nach der Initiation der Proteinsynthese?

Elongation Signup and view all the answers

Was beschreibt die Shine-Dalgarno-Sequenz?

Eine nicht kodierende mRNA-Region Signup and view all the answers

Welches Codon signalisiert den Beginn der Translation?

AUG Signup and view all the answers

Was passiert während der Translokation?

Die tRNA, die das Peptid hält, bewegt sich von der A-Stelle zur P-Stelle Signup and view all the answers

Welches Element ist entscheidend für die Stabilität des Initiationskomplexes?

Wasserstoffbrücken zwischen Anticodon und Start-Codon Signup and view all the answers

Welche Rolle spielen Polysomen in der Translation?

Sie erhöhen die Geschwindigkeit und Effizienz der Translation Signup and view all the answers

Welcher Bestandteil wird während der Elongation zur Ausbildung einer Peptidbindung genutzt?

Aminosäuren Signup and view all the answers

Worin liegt der Unterschied zwischen der A-Stelle und der P-Stelle im Ribosom?

Die A-Stelle hält die wachsende Peptidkette, während die P-Stelle die tRNA hält Signup and view all the answers

Welches Funktionsmerkmal hat die 16S rRNA?

Sie interagiert mit der Shine-Dalgarno-Sequenz Signup and view all the answers

Study Notes

DNA Aufbau

DNA besteht aus Nukleotiden
Nukleotide bestehen aus einer Base, einem Zucker (Desoxyribose) und einem Phosphatrest.
Es gibt vier Basen: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T).
Nukleotide sind durch Phosphodiesterbindungen verbunden. Die Abfolge der Basen codiert genetische Informationen.

Genetische Information

Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der für ein bestimmtes Protein codiert.
Ein Gen codiert für die jeweilige Aminosäuresequenz eines Proteins.
Ein Chromosom ist ein organisiertes genetisches Element, das lebenswichtige Gene für die Zellfunktionen enthält.
Das Genom ist der Gesamtsatz aller Gene einer Zelle.

Bausteine der DNA: Nukleotide

Die Basen Adenin (A) paaren sich mit Thymin (T).
Die Basen Guanin (G) paaren sich mit Cytosin (C).
Die Phosphatgruppen verbinden die Zuckermoleküle und bilden den DNA-Rückgrat.
Die DNA-Sequenz beschreibt die Abfolge der Nukleotide.

Nukleotide

dATP: Adenosin-triphosphat
dADP: Adenosin-diphosphat
dAMP: Adenosin-monophosphat

Bausteine der DNA/RNA: Nukleotide

Nukleotide bestehen aus einer Base, einem Zucker (Desoxyribose bei DNA, Ribose bei RNA) und einem Phosphatrest.

Die Bausteine

DNA enthält Desoxyribonukleinsäure (Desoxyribose als Zucker)
RNA enthält Ribonukleinsäure (Ribose als Zucker)

Der DNA Strang

Nukleotide sind über Phosphodiesterbindungen in längliche Ketten verbunden.
Die DNA-Kette hat eine 5' und eine 3' Enden.
Die DNA-Kettensynthese verläuft in 5' zu 3' Richtung.

Struktur der DNA: Doppelhelix

Die DNA ist eine Doppelhelix, bestehend aus zwei komplementären Strängen.
Die beiden Stränge sind antiparallel angeordnet (5' zu 3', 3' zu 5').
Die Basen der beiden Stränge sind über Wasserstoffbrücken verbunden (A-T, G-C).

Die DNA-Doppelhelix

Die DNA besteht aus zwei antiparallelen Strängen, die eine Doppelhelix bilden.
Die Nukleinbasen liegen waagrecht zwischen den zwei Rückgratsträngen
Die DNA-Doppelhelix ist durch eine Helix-Windung mit 10 Basenpaare charakterisiert.

Das Chromosom

Prokaryonten besitzen ein einzelnes, kovalent geschlossenes, ringförmiges Chromosom.
Das Chromosom ist im Nukleoid angeordnet.
Das Chromosom wird durch Überspiralisierte Superhelices organisiert.

DNA-Gyrase

DNA-Gyrase ist ein Enzym, das DNA-Doppelstrangbrüche einführt und wieder verknüpft.
Das Enzym DNA-Gyrase verdreht die DNA und führt Doppelstrangbrüche ein.
DNA-Gyrase sorgt für die Überspiralisierte DNA und Verdrillung.

DNA-Replikation

Die Replikation ist der Prozess, bei dem eine DNA-Kopie erstellt wird.
semikonservativ: jeder neue DNA-Doppelstrang enthält einen alten und einen neu synthetisierten Strang.
Die DNA-Synthese findet an Replikationsgabeln statt.
Die Replikationsrichtung verläuft von 5' zu 3'.

Replikationsrichtung

Die DNA-Polymerasen arbeiten in der 5'-3' Richtung.

DNA-Polymerasen

DNA-Polymerasen sind Enzyme, die an der DNA-Replikation beteiligt sind.
DNA Polymerase I hat 3' zu 5' Exonukleaseaktivität und ist am Primerentfernen beteiligt, es gibt auch 5' zu 3' Exonukleaseaktivität für die Fehlererkennung und Korrektur.
DNA-Polymerase II ist am Reparaturn Prozess der DNA beteiligt.
DNA-Polymerase III ist die Hauptenzym der Replikation und ist wichtig für die kontinuierliche DNA-Synthese.
DNA-Polymerasen haben eine Korrekturlesefunktion (3'→ 5' Exonuklease-Aktivität).

DNA Replikation: Der erste Schritt

Für die Synthese einer neuen DNA-Kette ist ein Primer notwendig.
Ein Primer ist ein kurzes RNA-Stück.
Primase ist ein RNA-Polymerase-Enzym, das RNA Primer erzeugt.

Der RNA Primer

RNA Primer dient als Startpunkt der DNA-Synthese.
Der RNA Primer entspricht der zu kopierenden Mutter-DNA-Sequenz
Die RNA Primer wird durch DNA-Polymerasen entfernt.

Replikation ringförmiger DNA

Die Replikation von ringförmiger DNA beginnt an einem Replikationsursprung.
Eine Replikationsgabel entsteht und die Synthese findet bidirektional statt.
Die Replikation verläuft über eine Theta-Struktur
Die DnaA Box ist der Ursprung der Replikation

Die Replikationsgabel

Helikase trennt die DNA-Doppelhelix an der Replikationsgabel.
Einzelstrang-Bindeproteine verhindern das erneute Verbinden der beiden Einzelstränge.
Primase erzeugt RNA-Primer.
DNA-Polymerase fügt Nukleotide zum Leitstrang und Folgestrang hinzu.
Okazaki-Fragmente entstehen am Folgestrang, sie werden später durch DNA-Ligase verknüpft.

Verknüpfen von zwei DNA Fragmenten

DNA-Polymerase III ist am Verbinden der Okazaki Fragmente beteiligt
DNA-Polymerase I entfernt den RNA Primer
DNA-Ligase verbindet die DNA Fragmente

Bidirektionale Replikation

Die Replikation findet von einem Ursprung ausgehend in beide Richtungen statt.

Mutation

Fehler in der DNA-Replikation können zu Mutationen führen.
DNA-Polymerasen haben eine Korrekturlesefunktion mit 3'→ 5' Exonukleaseaktivität.
Diese Aktivität entfernt fehlerhafte Nukleotide.

Korrekturlesen

Während der Replikation entdeckte Fehler werden durch die 3'-5'-Exonuklease-Aktivität korrigiert. Fehler werden durch die Aktivität erkannt und durch das richtige Nukleotid ersetzt.

Transkription

Die Transkription ist der Prozess, bei dem eine RNA-Kopie eines Gens hergestellt wird.
RNA-Polymerasen katalysieren die Bildung von Phosphodiesterbindungen.
Die Transkription verläuft in 5'→ 3' Richtung und verwendet DNA als Vorlage.

Die RNA Synthese

RNA besteht aus einem Ribosenzucker, Phosphat und vier Basen: Adenin (A), Uracil (U), Guanin (G) und Cytosin (C).
RNA ist einzelsträngig.
RNA-Polymerase katalysiert die RNA Synthese.

Die RNA Haupttypen

mRNA: Messenger-RNA, tragt die genetischen Informationen von DNA an die Ribosomen
tRNA: Transfer-RNA, überträgt Aminosäuren zum Ribosom
rRNA: Ribosomale RNA, bildet einen Bestandteil der Ribosomen zur Proteinbiosynthese

RNA Polymerase

RNA Polymerasen sind Enzyme, die an der Transkription beteiligt sind.
Nur ein DNA-Strang wird bei der Transkription kopiert
Die Transkription beginnt am Promotor und endet am Terminator.
Die 5′→ 3′ Richtung der DNA wird auch in der RNA 5′→ 3′ Richtung kopiert, was wichtig für die Proteinbiosynthese ist.

Genpromotoren

Genpromotoren sind DNA-Sequenzen, die die Genexpression regulieren, indem sie die RNA-Polymerase an die richtige Stelle führen.

Schritte der RNA Synthese

Initiations-, Elongations- und Terminationsschritte.
RNA-Polymerase bindet an einen Promotor.
Polymerase bewegt sich entlang des DNA-Stranges.
Der Sigmafaktor wird während der Elongation freigesetzt.

Rho-unabhängige Termination

Der Prozess der Transkription endet an bestimmten Sequenzen im DNA-Strang.
Die RNA-Sequenz faltet zu einer Sekundärstruktur, die die Transkription beendet.
Die Polymerase wird von der DNA abgelöst.

Rho-abhängige Termination

Ein Protein namens Rho ist daran beteiligt, die RNA-Polymerase zu lösen.
Rho bindet an die RNA und bewegt sich zum Transkriptionsende
Die RNA-Polymerase wird von der DNA abgelöst.

rRNAs und tRNAs

rRNA-Gene werden in Operonen transkribiert.
Prozessierung ist notwendig, um reife tRNA zu erzeugen
rRNA und tRNA sind wichtig für die Proteinbiosynthese.

Start- und Stopcodons

Startcodon AUG kodiert für Methionin und
Stoppcodons (UAA, UAG, UGA) beenden die Translation.
Die Codons sind dreierlei Buchstabenkombinationen.

Mögliche Leserahmen

mRNA kann auf drei verschiedene Arten gelesen werden
Das Lesen beginnt mit dem Start-Codon AUG, welches auch den Amino-Acid-Start für die Sequenz darstellt. Die Leserichtung bestimmt das entstehende Protein.

Offene Leserahmen

Offene Leserahmen (ORF) sind Abschnitte der mRNA, die von einem Startcodon bis zu einem Stopcodon reichen und ein Protein kodieren.

Die transfer-RNA

tRNA-Moleküle haben eine kleeblattartige Sekundärstruktur
tRNA hat ein Anticodon zum Codon der mRNA
tRNA trägt die spezifische Aminosäure, die an das Codon passt.

Aminoacyl-tRNA-Synthetasen

Aminoacyl-tRNA-Synthetasen verbinden tRNA-Moleküle mit ihren spezifischen Aminosäuren.
Es gibt eine spezifische Aminoacyl-tRNA-Synthetase für jede Aminosäure.

Beantworten Sie folgende Fragen (aus den Bildern)

Die Fragen sind in den Bildern enthalten und müssen durch den Nutzer beantwortet werden

Der Vorgang der Proteintranslation

Initiation, Elongation, Translokation und Termination

Shine-Dalgarno Sequenz

Die Shine-Dalgarno-Sequenz ist eine kurze Nukleotidsequenz in der mRNA, dient als Ribosom-Bindungsstelle.

Der Vorgang der Proteintranslation - Initiation

Die Initiator-tRNA bindet an die Startcodon (AUG) durch Wasserstoffbrücken.
Die kleine Ribosomen-Untereinheit bindet am Startsignal auf die mRNA.
Eine große Ribosomen Untereinheit bindet auch an die mRNA, und somit ist die Initiation abgeschlossen

Initiationskomplex

Der Initiationskomplex besteht aus der mRNA, der Initiator tRNA, der kleinen und der großen Ribosomenuntereinheit.

Der Vorgang der Proteintranslation - Elongierung

Beladene tRNA bindet an die A-Stelle.
Bildung der Peptidbindung zur Aminosäure in der P-Stelle
Die beladene tRNA positioniert sich nach der Peptidbildung in der P-Stelle.

Der Vorgang der Proteintranslation - Translokation

Das Ribosom verschiebt sich entlang der mRNA, um zum nächsten Codon zu kommen.
Die leere tRNA wird aus der E-Stelle freigesetzt.

Polysomen

Translation einer einzigen mRNA durch mehrere Ribosomen zur Protein Bildung. Diese Mehrribosomen-Struktur wird als Polyribosom oder Polysom bezeichnet.

Der Vorgang der Proteintranslation - Termination

Wenn ein Stopcodon (UAA, UAG oder UGA) erreicht wird, bricht die Synthese ab.
Die beiden Ribosomen-Untereinheiten trennen sich von der mRNA.