Vorlesung 2

1.Schritt der Proteinbiosynthese

->DNA wird im Zellkern auf mRNA abgeschrieben

Initiation:

-Start der Transkription am Promoter - Bereich dahinter soll abgeschrieben werden

—>z.B. TATAAA Box als Promoter

-RNA-Polymerase bindet an Promoter (unter Hilfe von TF)

-dann wird DNA-Strang entwirrt und H+Brücken aufgetrennt

-Codogener und nicht-codogener Strang entstehen

-> Codogener: von 3´->5´Ende wird abgelesen

Elongation:

-RNA-Polymerase ließt jede Base ab und setzt zugehörige komplementär Base daran

->Strang der sich bildet ist mRNA und läuft in 5´->3´Richtung

->im Prinzip Kopie, des nicht-codogenen Strang, aber: an Adenin wird Uracil gesetzt!

(Helikase Auftrennung + wieder zusammen, Topoisomerase Entwindung)

Termination:

-DNA wird abgelesen und mRNA Synthetisiert bis Poly(A)-Signal kommt

-RNA-Polymerase und abgeschriebene mRNA werden abgelöst—>DNA wieder zusammen

—> mRNA im Kernplasma

->wenn Primer, nach Replikation entfernt wird, kann DNA-Polymerase keine Nukleotide mehr anhängen, da 3´OH Ende fehlt

—>Chromosomen verkürzen sich immer weiter, Erbgut würde verloren gehen

—> läuft eine Weile so ab, bis Telomere (ohne genetische Info) “zuende” sind - normaler Alterungsprozess von Zellen

—> dann Enzym Telomerase im Einsatz: verlängert Telomere, indem sie RNA Strang synthetisiert, der sich an 3´Ende des nicht replizierten DNA Strangs hängt

—>Verlängert Ursprung DNA um besimmte Sequenz, daran kann dann wieder RNA-Primer binden

• nicht bei normalen Körperzellen

• vor allem bei Stammzellen und Tumorzellen (z.B. Krebs: deswegen wichtige Forschungen bzgl. Telomerase)

RNA-Reifung

—>RNA muss noch verändert werden, um funktionsfähig zu werden

1. Kappe für 5´Ende, damit Ribosom mRNA erkennt

2. PolyASchwanz an 3´Ende für Lebensdauerregulation

3. Editing Austausch von Basen, damit Proteinvielfalt höher

4. Splicing, entfernen von Introns

RNA hat am Zucker zwei OH gruppen? —-> deswegen ist RNA nicht so schöne Wendeltreppe

letzter Schritt der Proteinbioynthese

—>Übersetzung der mRNA in Kette von AS (=Protein)

-findet im Zytosol an den Ribosomen statt

-tRNA dient als Übersetzungsfunktion und bindet zwischen mRNA und AS

-drei Basen der mRNA codieren für eine AS

Initiation:

-Untereinheiten des Ribosom werden zusammengesetzt

-Ribosm hat: A-Stelle (Aminoacyl)

P-Stelle (Polypeptid)

E-Stelle (Exit) (laut Koch gibts die nicht)

• Ribosom an Kappe am 5´Ende der mRNA fährt Richtung 3´Ende bis Startcodon erreicht ist (AUG - Methionin) —> immer 1. AS eines Proteins

• tRNA setzt sich an mRNA (auf einer Seite Anticodon auf der anderes Seite zugehörige AS)

• tRNA sitzt nun an A Stelle

Elongation:

-tRNA rutscht zur P-Stelle, in der Zeit dockt neue tRNA an A-Stelle an mit passendem Anticodon

-AS verbinden sich, tRNA rutscht auf Exitstelle und “entfällt” usw.

-AS-Kette entsteht

Termination:

-Abbruch der Translation, wenn an A-STelle ein Stoppcodon: UAG, UAA, UGA

-hier bindet keine neue tRNA, sonder ein Freisetzungsfaktor

-Abspaltung der AS-Kette von der tRNA an der P-Stelle

-Ribosom wieder in Einzelteile

Geschwindigkeit bei Elongation kann beeinflusst werden durch:

Enhancer (verstärkt) und Silencer (hemmt)

—>liegen als Nukleotidsequenzen vor und werden von TF abgelesen

TF (Proteine, die Transkription regulieren): Aktivator und Repressor

—> z.B. Hox Gene (Form eines Tiers generieren)

-können Genexpression bis auf 1000fache verstärken

—>Spezielle Enzyme (DNA-Methyltransferasen) übertragen Methylgruppen (CH3) auf bestimmte DNA-Basen

-bei uns v.a. Methylierung von Cytosin wichtig

->bewirkt, dass bestimmte Gene stummgeschalten werdne, als nicht transkribiert werden (Proteinbiosynthese unterbrochen)

—>Steuerung, weles Genprodukt Zelle gerade braucht

—> KEINE Mutation, sondern Modifikation

—>Grundaufbau Basenabgolge bleibt bestehen -> handelt sich um epigenetische Veränderung

(Methyl wird an Promotor gehangen -> TF kann nicht binden 

so wird 2. X-Chromosom der Frau inaktiviert)

KEINE Veränderung der DNA Sequenz, sonder Veränderung in Expression eines/mehrerer Gene —> man spricht von Modifikation

—>Epig. Mechanismen legen fest, wann welches Gen abgelesen wird oder nicht

Ursache: Umweltfaktoren wie Stress, Chemikalien, Ernährung (resersibel, aber auch vererbar)

Vorgang bei RNA-Prozessierung

—> Introns (nicht kodierender Abschnitt) werden aus RNA entfernt

—> Katalyse von Spleißosom (RNA-Protein-Komplex)

—> diese besteht aus: snRNA(erkennt Introns/Exons) und Protein (Spleißt)

hier werden nicht nur Introns ausgeschnitten, sondern auch Exons

—>mRNA-Variationen gehen hervor

—>aus einem Gen können mehrere Proteine entwickelt werden

—> erleichterte Anpassung an veränderte Lebensbedingungen

—> Gesamtheit unserer Proteine (Proteom) wesentlich größer als Gesamtheit unserer Gene (Genom)

—>Mutation sorgt für Veränderung der genetischen Information

->Mutation in Keimzelle (Keimzellmutation) -> wird an Nachkommen vererbt

->Mutation in Körperzelle (somatische Mutation) betrifft nachkommen nicht

-entsteht spontan oder künstlich

-Genmutation (Veränderung einzelner Gene)

-Chromosomenmutation (Veeränderung Struktur Chromosom)

-Genommutation (Änderung Chromosomenanzhal)

• Punktmutation (Substituion - Austausch)

  —>Vertausch einzelner Basen

  —>führt nicht immer gleich zur Veränderung von Primärstruktur eines Proteins, da mehrere Tripletts für eine AS codieren —> silent M.

  —>wenn sich aber Codon für andere AS bildet —> missense M.

  —>wenn Stoppcodon entsteht —>verkürztes Protein —> nonsense M.

—>Sichelzellanämie

• Deletion - Abspaltne

  —>Verlust eines oder mehrerer Basenpaare

• Insertion - Einfügen

  —>Einschub eines oder mehrerr Basenpaare

->Verschlüsselung der Basenabfolge des DNA-Strangs

-drei Nukleotide entsprechen einem Codon für 1 AS

-es gibt 64 Möglichkeiten für eine AS zu codieren, da es 4 Nukleotide gibt (code ist dementsprechend degeneriert, da ja 21 reichen würden)

-Codesonne zeigt Entschlüsselung

-universell, kommafrei, nicht überlappend

-Startcodon: AUG

-Stoppcodon:UAA, UAG, UGA

basisch -> nehmen gerne Proton auf ->positiv geladen: Lysin, Argenin

sauer —> geben gern Proton ab—> negativ geladen: Glutaminsäure, Asparaginsäure

polar —>haben Seitenkette, die H+-Brückenbindung eingehen kann, dadurch kann AS in polaren Lösemitteln, wie Wasser gelöst werden: Glycin, Theronin

unpolar-> haben z.b: Methylgruppe in Seitenkette, dementprechend in unpolaren Lösemitteln, wie Öl löslich: Methionin, Alanin

phosphoylierbar: Histidin

bei Glycin: nur ein H+ Atom an zentrale C Atom gebunden

bei anderen AS noch zusätzlich Seitenketten

—>Gylcin sehr flexibel, klein

—>immr nach innen gederht, da hydrophob

—>freie Drehbarkeit des Peptidrückgrads erlaubt

-> ohne/weniger Glycin -> Keine Tripelhelix

(Siehe Kollagen)

• Posttranslational

• bringt korrekte dreidimensionale Raumstruktur von Proteinen hervor

1. Primärstruktur: Abfolge von AS

2. Sekundärstruktur: durch polare WW zwischen CO und NH-Gruppen —> H+Brückenbindungausbildung

   —>alpha Helxi (H+Brücken intramolekular), Schraubenförmig

   —>beta Faltblatt (H+Brücken intra und extramolekular) Zierharmonika

   —>beide Strukturen innerhalb eines Proteins möglich

   —>hauptsächlich bei Enzymen, golbuläre Proteine

3. Tertiärstruktur: dreidimensionale Anordnung

4. Quartärstruktur: mehrer 3. aneinader

wird bis richtig gefaltet ist in ER gehalten (wenn nicht richtig -> Falschfaltung kann weiter gegeben werden, Bsp. Rinderwahn)

H+Brückenbindungen

Disulfidbrückenbindungen

Ionenbindung

hydrophobe WW zwischen Seitenketten der AS

primär zu sekundär -> H+Brücken (polar WW)

sekundär zu tertiär und quartär -> zusätzlich van-Waals-WW, ionische WW und Disulfitbrücken

Chaperone ( wie eine Tonne) hemmen Aggregation von Proteinen -> richtige Raumstruktur möglich + wenn nötig nochmal entfalten 

HSP60-Protein = Hitzschockproteine, helfen unter ATP Verbrach bei Faltung 

Inulin

Glucagon

Phosphofructokinase

Immunglobulin (aus zwei Unterheinheiten über Cysteinbrücken stabilisiert) hauptsächlich aus ß-Faltblatt

TF

Zahnbereich: Enamelin, Amelotin, Dentin Matrix Protein (bei Insekten z.B. nicht, da sie keine Zähne haben)

auch Down-Syndrom

• genetisch bedingte Erkrankung durch Chromosomenabberation (Abweichung von normaler Anzahl/ Struktur Chromosom) ausgelöst

• Chromosom 21 liegt nicht zwei mal vor, sondern 3x (also insg. 47)

• häufigste Autosomale Chromosomenaberration

• Symptome variieren u.a. kognitive und entwicklungs Verzögerungen, charakteristische Gesichtszüge (schräge Augen, flache Nasenbrücke, klein, Herzfehler, höheres Risiko z.B. Demenz

• Trisomerie 1,2,3 gibts nicht, da nicht überlebensfähig (13, 18 gibts auch, aber sterben meist)

• ->wenn zu viel DNA zu viel Protein - Gleichgewicht durcheinander

 -fast wie Restriktionsenzyme

- Bakterien verteidigen sich gegen Phagen 

- anwendbar für Eukaryoten 

- man kann mittlerweile DNA damit Schneiden -> noch unkontrollierte Reperatur -> Stilllegen des Gens durch unkontrollierte Fehler, noch kann man nicht genau was neues einbauen aber evtl. irgendwann mal 

=Mutation, anomalie

Abweichung von der Norm von Chromosomen (Anzahl + Struktur)

Ursache: meist Störung bei der Reifung der Geschlechtszellen 

Bsp: 

Trisomie 21: 

3 mal das Chromosom 21 ("Down Syndrom") -> Phänotyp und Gehirn betroffen 

Klinefelter:

XXY bei Männern

Kiefer-Lippen-Gaumenspalte:

Van-der-Woude-Syndrom

Mutation (Strukturelle) oder durch Syndrom (Anzahl) 

Lichtmikroskop -> limitiert durch Wellenlänge, aus Linse und Okkular

Elektronenmikroskop -> durch beschleunigte Teilchen -> kleinere Wellenlänge -> höhere Frequenz -> höhere Energie -> kleinere Auflösung 

Kontrolle durch Glycolysetransferase?

Wenn nicht richtig gefaltet: 

- Enzym: Chaparone entfalten wieder -> erneute Faltung 

- werden abgebaut bei zu großen Fehlern (außerhalb von ER durch Proteasom)

- können in ER festgehalten werden (werden durch Glycolysetransferase markiert) (zu viele fest gehalten -> ER schwillt an -> kann zu Kleinwüchsigkeit führen) 

—>lassen chem. Reaktionen besser stattfinden

—>ATP wird zugeführt (Adenosintriphosphat)