DNA-RNA Zusammenfassung (Modul B6) PDF

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S F U M E D Modul B6 Grundlagen des Lebens Biochemie DNA/RNA Matthias Steiger 30.10.2023 11.10.24 1 S F U M E D Aufbau 1. Einführung 2. Kohlenhydrate 3. Proteine, Peptide, Aminosäuren 4. Enzyme 5. Wichtige Stoffwechselwege (Glykolyse, Citratzyklus…) 6. Atmungskette (Endoxidation) 7. Lipide 8. DNA/RNA 9. Hormone 10. Ernährung und Verdauung 11. Stoffwechsel der Organe 11.10.24 2 S F U M E D 8. DNA/RNA Träger der Erbinformation Aufbau: 4 Basen der DNA Struktur der DNA -Zucker (Desoxyribose), Phosphat und einer von vier Basen A-T C-G 11.10.24 3 S F U M E D DNA 11.10.24 4 S F U M E D Struktur der DNA 11.10.24 5 S F U M E D DNA Organisation 11.10.24 6 S F U M E D Nukleotid RNA DNA 11.10.24 7 S F U M E D Abbau der Purinnukleotide 11.10.24 8 S F U M E D Harnsäure Auslöser von Gicht. Von Hyperurikämie spricht man, wenn die Harnsäurekonzentration im Serum ca. 6,5mg/dl übersteigt. Bei Überschreitung des Löslichkeitsprodukts fallen Harnsäurekristalle aus. 11.10.24 9 S F U M E D 11.10.24 10 S F U M E D DNA Replikation 11.10.24 11 S F U M E D DNA Replikation 11.10.24 12 S F U M E D Exkurs: PCR PCR – Polymerase-Kettenreaktion (chain reaction) Vervielfältigung von DNA 3 Phasen: DNA Denaturierung, Primer Anlagerung (Annealing), Primer Verlängerung (Elongation) Polymerase (Richtung: 5´->3´, z.B.: Taq) 11.10.24 13 S F U M E D PCR 11.10.24 14 S F U M E D 11.10.24 15 S F U M E D 11.10.24 16 S F U M E D PCR Nach 30 Zyklen schon > 1 Mrd. Kopien (230) 11.10.24 17 S F U M E D PCR 11.10.24 18 S F U M E D Analyse von DNA 11.10.24 19 S F U M E D DNA Sequenzierung (Sanger) T G A 11.10.24 20 S F U M E D DNA Sequenzierung (Sanger) 11.10.24 21 S F U M E D DNA, enzy. Werkzeuge DNA Polymerase (DNA-abhängig) – Synthese eines neuen DNA Strangs, basierend auf einem Templat DNA Strang DNA Ligase – Verknüpfung von DNA Strängen Restriktionsendonuklease (REN), Restriktionsenzym – Schneidet sequenzabhängig, viele unterschiedl. Enzyme bekannt – typische Erkennungssequenz 6 od. 8 bp CRISPR-Cas9 (programmierbare REN) 11.10.24 22 S F U M E D CRISPR/Cas9 CRISPR: clustered interspaced palindromic repeats ein bakterielles Immunsystem wichtiges gentechnisches Werkzeug 11.10.24 23 S F U M E D RNA „Übermittler“ der Erbinformation Aufbau: 4 Basen der RNA Uracil (U) Achtung bei DNA Thymin Struktur der RNA -Zucker (Ribose), Phosphat und einer von vier Basen 11.10.24 24 S F U M E D RNA Synthese Die gesamte zelluläre RNA wird von RNA-Polymerasen synthetisiert Die Synthese von RNA anhand einer DNA-Matrize wird als Transkription bezeichnet und von dem Enzym RNA- Polymerase katalysiert. RNA-Polymerase. Dieses große Enzym besteht aus vielen Untereinheiten, darunter β- (rot) und β’-Einheiten (gelb), die eine Art Zange bilden, von der die zu transkribierende DNA festgehalten wird. Man beachte, dass das Aktivitätszentrum in der Mitte der Struktur ein Mg2 +-Ion (grün) enthält. 11.10.24 25 S F U M E D RNA Formen 11.10.24 26 S F U M E D mRNA mRNA – Die messenger RNA ist das einzelsträngige RNA- Transkript eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA. Transportiert die Sequenzinformation von der DNA zur Proteinsynthese- Maschinerie – dem Ribosom. 11.10.24 27 S F U M E D Prozessierung von mRNA 11.10.24 28 S F U M E D tRNA tRNA – transfer RNA: wird benötigt um Aminosäuren auf ein entstehendes Protein zu übertragen Allgemeine Darstellung einer Aminoacyl-tRNA. Die Aminosäure ist an das 3’-Ende der RNA gebunden. Das Anticodon ist die Matrizenerkennungsstelle. Man beachte die Kleeblattstruktur der tRNA mit zahlreichen Wasserstoffbrücken (grüne Punkte) zwischen den Basen 11.10.24 29 S F U M E D rRNA rRNA – ribosomale RNA ist ein wesentlicher Bestandteil des Ribosoms, das sich aus risbosomalen Proteinen und rRNA Einheiten zusammensetzt 11.10.24 30 S F U M E D Translation A-(Aminoacyl-), P-(Peptidyl-) und E-(Exit-)Stelle 11.10.24 31 S F U M E D Translation Aminosäure + ATP -> Aminoacyl-AMP + 2 Pi Aminoacyl-AMP + tRNA -> Aminoacyl-tRNA + AMP Bei der Synthese jedes Moleküls Aminoacyl-tRNA wird also das Äquivalent von zwei ATP-Molekülen verbraucht. Der Komplex der Threonyl-tRNA- Synthetase. An der Struktur des Komplexes zwischen Threonyl-tRNA- Synthetase (blau) und tRNAThr (rot) erkennt man, dass die Synthetase sowohl an den Akzeptorstamm als auch an die Anticodonschleife bindet. 11.10.24 32 S F U M E D Translation Bildung der Peptidbindung. a Die Aminogruppe der Aminoacyl-tRNA greift die Carbonylgruppe in der Esterbindung der Peptidyl-tRNA an. b Ein achtgliedriges Zwischenprodukt entsteht. Hinweis: Es sind nicht alle Atome dargestellt und einige Bindungen wurden zur besseren Übersichtlichkeit verlängert. c Das Zwischenprodukt zerfällt, wobei sich die Peptidbindung bildet und die deacylierte tRNA freigesetzt wird 11.10.24 33 S F U M E D Translation Mechanismus der Proteinsynthese. Der Zyklus beginnt mit der Peptidyl-tRNA an der P-Stelle. An die A-Stelle wird eine Aminoacyl-tRNA gebunden. Nachdem beide Stellen besetzt sind, bildet sich die neue Peptidbindung aus. Der Elongationsfaktor G verschiebt tRNAs und mRNA, wodurch die deacylierte tRNA zur E-Stelle wandert. Dort angelangt, kann sie frei abdissoziieren und damit den Zyklus abschließen 11.10.24 34 S F U M E D Genetischer Code RNA Kodierung (U statt T) Ein Codon besteht aus 3 Basen. Beispiel: DNA Codon: ATC -> AUC AUC kodiert für Isoleucin (Ile) Start Codon steht am Anfang des Open Reading Frames (ORF). Es gibt ein Start Codon (AUG). Stop Codon steht am Ende des ORF und wird nicht in eine Aminosäure translatiert. Es gibt 3 Stop Codons (UGA, UAA, UAG). „Normale Darstellung“ 11.10.24 35 S F U M E D Genetischer Code Darstellung, welche die Verknüpfung zwischen chemischer Eigenschaft der Aminosäure und die Implementierung im genetischen Code berücksichtigt. 11.10.24 36 Saier, M. H. Understanding the Genetic Code. J. Bacteriol. 201, 1–12 (2019). S F U M E D Feedback https://www.feedbackr.io Code: HCDGI 11.10.24 37