3. Transkription und Translation

die Information eines Gens (einer DNA-Sequenz) wird auf eine komplementäre RNA-Sequenz überschrieben

die RNA-Sequenz dient als Vorlage für das Polypeptid

• “Adapter-Hypothese”

• Translation von mRNA zum Protein erfordert ein Molekül, das die Info aus den Codons mit den spezifischen AS koppelt

• ➡️ transfer-RNA (tRNA)

Viren (Influenza, Polio, Coronaviren)

• RNA ↔️ RNA ➡️ Polypeptid

Retroviren (HIV, humanes Mammatumorvirus)

• DNA ↔️ RNA ➡️ Polypeptid

• Genom besteht aus (meist 8) RNA Abschnitten

• Genetische Information zur Vermehrung und dem Zusammenbau der Viruspartikel

• Enzyme

• Abwehrproteine

• Speicherproteine

• Transportproteine

• Peptidhormone

• Rezeptorproteine

• Kontraktile Proteine und Motorproteine

• Strukturproteine

• Glycin

• Isoleucin

• Prolin

• Alanin

• Valin

• Tryptophan

• Leucin

• Methionin

• Pehnylalanin

Getrude isst Porridge am Vormittag trotz langen Mittagsplänen

• Serin

• Threonin

• cystein

• Tyrosin

• Asparagin

• Glutamin

Sonntags tanzt Chiara aus tiefstem Glück

sauer reagierend (negativ geladen)

• Asparaginsäure

• Glutaminsäure

basisch reagierend (positiv geladen)

• Lysin

• Arginin

• Histidin

• relativ starre C-N-Bindungen ➡️ benachbarte a-C-Atome können nicht frei rotieren ➡️ Einschränkung der Faltungsmöglichkeiten

• asymmetrische Ladungsverteilung ➡️ begünstigt Wasserstoffbrücken

• hohe Anzahl an möglichen Verbindungen

Aminogruppe der einen AS reagiert mit der Carboxylgruppe der anderen AS ➡️ Peptidbindung (Wasserstoffmolekül wird freigesetzt)

• AS werden als Monomere zu einer Polypeptidkette verknüpft

• kovalente Bindungen

• Polypeptidketten können a-Helixes und ß-Faltblätter bilden. Sie werden durch Wasserstoffbrücken der Peptidbindungen stabilisiert

• Ein Polypeptid faltet sich und nimmt eine spezifische Konformation an. Die Faltungen werden durch Disulfidbrücken und nicht-kovalente Bindungen (= Wechselwirkungen) zwischen den Seitenketten der AS stabilisiert

Faltungshelferproteine (Chaperone protein, Chaperonine)

• Schirmen ein neu enstandenes Polypeptid von Einflüssen ab, die die erfolgreiche Faltung behindern könnte

• Faltung wird kontrolliert, gegebenenfalls korrigiert oder wieder abgebaut

• Sichtbarmachung mittels Röntgenstrukturanalyse oder NMR-Spektroskopie

• zB. Hitzeschockproteine (unterstützende Rolle in Stressphasen (Denaturierung), aber auch allgemeine Proteinfaltung)

• zwei oder mehr Polypeptide lagern sich als Untereinheiten zusammen und bilden größere Proteinmoleküle.

• viele Proteine enthalten 2 oder mehr Polypeptide

• Self assembly (Selbstassemblierung)

• Sauerstoffbindungsprotein der roten Blutzellen

• globuläres Protein mit Quatiärstruktur

• aus 4 Untereinheiten, je zweil desselben Typs

  • a-Globin

  • ß-Globin

  • zeigen primär eine a-helikale Sekundärstruktur

  • enthalten je eine Nichtpeptidkomponente (= Häm)

    • besitzt ein Eisenion im Zentrum, an welches das Sauerstoffmolekül gebunden wird

helikale Untereinheiten umeinander gewunden

• langgestreckte Tripelhelix

• große Zugfestigkeit

= LDH

Enzym, das die Bildung von L-Lactat und NAD+ aus Pyruvat und NADH katalysiert

Ribonucleinsäure

• einzelsträngig

• Zucker = Ribose

• Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil

• Transport und Übersetzung der in der DNA gespeicherten Information

• Regulierung der Genaktivität

messenger RNA (Transkript)

• Info von der DNA zum Ort der Proteinbiosynthese (Ribosom)

tRNA

• transfer-RNA

• trägt AS zum Ribsosom

rRNA

• ribosomale RNA

• kalatysiert die Bildung der Peptidbindung

miRNA (microRNA), siRNA (kleine interferierende RNA), lncRNA (long non-coding RNA)

• Transkription und Prozessierung im Zellkern

• Translation in Cytoplasma

• Initiation

• Elongation

• Termination

1. Die RNA-Polymerase bindet an den Promotor und beginnt mot der Entspiralisierung der DNA

• startet Promotor (spezielle DNA-Sequenz, Initiationstselle)

• Promotor richtet die RNA-Polymerase aus (welcher Strang soll abgelesen werden?)

Die RNA-Polymerase bewegt sich in 3´➡️5´-Richtung den DNA-Matrizenstrang entlang und erzeugt dabei ein RNA-Transkript, indem am 3´-Ende der wachsenden RNA Nukleotide angehängt werden.

• RNA-Polymerase entspiralisiert die DNA

• ablesen der DNA in 3´➡️5´-Richtung

• neue Nukleotide werden ans 3´-Ende gehängt

• keine Korrekturlesefunktion ➡️ Fehler

Sobald die RNA-Polymerase die Terminationsstelle erreicht, verlässt das RNA-Transkript die Matrize.

• bestimmte Sequenz legen das Ende der Transkription fest

• RNA-Transkript verlässt DNA

• Promotor

• Introns (nicht codierende Sequenzen)

• Exons (exprimierte Region)

• Terminator

1. Die Exons und Introns der codierenden Region werden transkribiert

2. Die Introns werden entfernt

3. Die zusammengespleißten Exons sind nach der Prozessierung bereit für die Translation

Das gespleißte Intron wird im Zellkern abgebaut

• Bindung der mRNA an Ribosom unterstützt

• Schutz vor Abbau durch Ribonucleasen

• Polyadenylierung

• 100-300 Adenine

• Unterstützt Export aus dem Zellkern

• Stabilität der mRNA

• 60er Jahre

• 20 AS aus 4 Basen

• jeweils 3 Basen (Tripletts) bilden das Codon: 4x4x4= 64 Möglichkeiten

• Startcodon (AUG ➡️ Methionin)

• Stoppcodons (UAA, UAG, UGA)

• eindeutig, aber redundant

• (fast) universell

• nicht 54 verschiedene tRNAs

• Spezifität am 3´-Ende des Codons wird nicht immer genau eingehalten

• GCA, GCC und GCU werden von derselben tRNA erkannt ABER: jede tRNA trägt nur eine bestimmte AS

1. Das Enzym aktiviert die AS, indem es eine Reaktion mit ATP katalysiert, sodass eine enrgiereiche AMP-AS und ein Pyrophosphation entstehen

2. Das Enzym katalysiert dann eine Reaktion der aktivierten AS mit der richtigen tRNA

3. Die Spezifität des Enzyms stellt sicher, dass die richtige AS mit der zugehörigen tRNA zusammengebracht wird

4. Die beladene tRNA bringt bei der Translation die passende AS zum sich verlängernden Polypeptidprodukt

• tausende Ribosomen pro Zelle

• dm = 25 nm

• große und kleine Untereinheit

  • große UE: 3 verschiedene rRNAs + 49 Proteinmoleküle

  • kleine UE: 1 rRNA + 33 Proteinmoleküle

• 3 Stellen an denen tRNA binden kann

  • A = Aminsosäurestelle

  • P = Polypeptidstelle

  • E = Exitstelle

• Initiation

• Elongation

• Termination

  
  

1. Die kleine ribosomale Untereinheit bindet an ihre Erkennungssequenz auf der mRNA

2. Die mit Methionin beladene tRNA bindet an das Startcodon AUG und vervollständigt damit den Initiationskomplex

3. Die große ribosomale Untereinheit tritt zum Initiationskomplex hinzu, sodass die mit Methionin beladene tRNA jetzt die P-Stelle besetzt

1. Erkennen des Codons:

   Das Anticodon einer ankommenden tRNA bindet an das Codon, das an der A-Stelle zugänglich ist

2. Bilden der Peptidbindung:

   Prolin wird durch die Peptidyltransferase-Aktivität der großen Untereinheit mit Methionin verknüpft

3. Elongation:

   Während sich das Ribosom um ein Codon weiterbewegt, gelangt die freie tRNA in die E-Stelle und wird dann freigesetzt; das wachsende Polypeptid bewegt sich zur P-Stelle

4. Der Vorgang wiederholt sich:

   Erkennen des Codons, Bilden der Peptidbindung und Elongation

1. Ein Release-Faktor bindet an den Komplex, wenn ein Stoppcodon in die A-Stelle gelangt

2. Der Release-Faktor setzt die tRNA aus der P-Stelle frei und trennt das Polypeptid ab

3. Die übrigen Komponenten (mRNA und riboomale Untereinheiten) trennen sich

• mehrere Ribosomen können gleichzeitig aktiv sein

• Vielzahl an Kopien des Proteins werden erzeugt

• Poly(ribo)som

• zB. Histonproteine

• Kernlokalisierungssequenz (-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-), NLS (nuclear localisation signal)

• Signalsequenz bindet an Docking-Protein (an der äußeren Membran des Organells)

• bildet nach Bindung einen Kanal

• 15-30 hydrophobe AS (Signalsequenz)

• Translation unterbrochen und Ribosom wird zum ER gelenkt

• Signalsequenz bindet an Signalerkennungspartikel (SRP)

• blockiert Synthese bis Ribosom an Rezeptorprotein in der Membran des rauen ER gebunden hat

• Bildung eines Membrankanals

• Fortsetzung der Proteinsynthese

• Protein ➡️ ER ➡️ Golgi-Apparat ➡️ endgültiger Bestimmungsort

1. Die Proteinsynthese beginnt an freien Ribosomen im Cytosol. Die Signalsequenz befindet sich am N-Terminus der Polypeptidkette.

2. Das Polypeptid bindet an ein Signalerkennungspartikel und beide binden dann an ein Rezeptorprotein in der ER-Mmebran

3. Das Signalerkennungspartikel wird freigesetzt. Die Signalsequenz passiert einen Kanal im Rezeptor.

4. Die Signalsequenz wird im Lumen des ER durch ein Enzym entfernt

5. Das Polypeptid wird weiter verlängert

6. Ende der Translation

7. Das Ribosom wird freigesetzt. Das Protein faltet sich innerhalb des ER.

• Proteolyse

• Glykosylierung

• Phosphorylierung

Das Zerschneiden des Polypeptids ermöglicht es den Fragmenten, sich zu eigenständigen Proteinen zu falten

• zB. Entfernung der Signalsequenz

  
  

Das Anhängen von Zuckern ist wichtig für gezielten Transport und Erkennung

• Entstehung von Glykoproteinen (ER, Golgi-Apparat) ➡️ Dirigierung zu den Lysosomen, Erkennung d. Proteine an der Zelloberfläche

Angehängte Phosphatgruppen verändern die Struktur des Proteins

➡️ häufig Aktivierung

• treten in den Körperzellen (somatischen Zellen) auf

• werden an die Tochterzellen weitergegeben

• nicht aber bei sexueller Fortpflanzung vererbt

• bei Gameten

• werden bei der Befruchtung an den neuen Organismus weitergegeben