1. Einführung, genetische Grundmechanismen, Evolution

Nicht von Kernmembran umgebenes Genom; Genom in Prokaryoten

Komplex aus DNA + Proteinen; Material der Chromosomen

Euchr.: transkriptionsaktiver, genreicher Teil des Chromatins

Heterochr.: deaktivierter, kompakter, genarmer Teil des Chromatins

 Alle Zellen speichern und replizieren ihre Erbinformation als DNA

 Alle Zellen transkribieren Teile ihrer Erbinformation als RNA

 Alle Zellen verwenden Proteine als Katalysatoren

 Alle Zellen translatieren mRNA in Proteine (1 Gen entspricht einem Protein)

 Alle Zellen benötigen Freie Energie

 Alle Zellen verwenden ähnliche biochemische Grundbausteine (ATP, Aminosäuren etc.)

 Alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben

Eukaryonten

 Bakterien und Cyanobakterien

 klein: 1‐10 μm

 unbeweglich, oder beweglich durch Flagellen aus Flagellin

Zellwände aus speziellen Zuckern und Peptiden

 i.d.R. keine membranumgrenzten Organellen

ringförmige DNA im Cytoplasma (kein Zellkern)

Fortpflanzung durch Aufspaltung in zwei Hälften

Prokaryonten

 Protisten, Pilze, Pflanzen, Tiere

 groß: i.d.R. 10‐100 μm

 oft beweglich, Cilien oder Flagellen aus Mikrotubuli

 Zellwände aus Zellulose oder Chitin (tierische Zellen ohne)

 zahlreiche Zellorganellen

 lineare DNA als Chromosomen im Zellkern (+ DNA in Mitochondrien und Plastiden)

 Teilung durch Zellzyklus und Mitose oder Meiose

Nukleinbase + Pentose (Monosaccharid: (Desoxy-)Ribose) → glycosidische Bindung

Bsp.: Adenosin

Phosphat + Nukleinbase + Zucker ((Desoxy-) Ribose)

(= Nukleosid + Mono-/di-/tri-Phosphat)

Baustein von Nukleinsäuren (Ribose → RNA; Desoxyribose →DNA)

1. Spezifische nicht‐kovalente Interaktionen (Ionisch, H-Brücken, hydrophobe/ W.d.W.-WW)

2. Kleine Moleküle als Bausteine für Makromoleküle

3. Vernetzte Stoffwechselwege

4. ATP als universeller Energieträger (= Adenin + Ribose + Triphosphat; “high-energy”-phosphoranhydrid-Bindungen)

(A) Bauteile der DNA:

Base + Desoxyribose → Nukleosid

Nukleosid + Phosphat → Nukleotid

(B) DNA-Einzelstrang

Veresterung zwischen Monophosphatrest des einem und der Hydroxygruppe am 3´C des nächsten Nukleotids

(C) Polymerisation zu doppelsträngiger DNA

Basenpaarung der Nukleotide anhand des template-Strangs:

A + T → 2 H-Brücken

G + C → 3 H-Brücken

(Translation anhand des genetischen Codes)

Abb. für Prokaryonten

Übersetzen der Erbinformation in Proteininformation

1. Bindung von Ribosom an 5’-Ende der mRNA

2. tRNA mit gebundener Aminosäure bindet an A-site des Ribosoms, entsprechend des 3-Buchstaben Codes

3. Aminosäuren bindet an Polypeptidkette

4. Wanderung des Ribosoms um 3 Basen

5. Abspaltung tRNA

6. Wdh. bis Stoppcodon → Polypeptidkette → Faltung zum nativen Protein

 Die Erbinformation der Zelle ist in der DNA gespeichert (Desoxyribonucleinsäure)

 Replikation: Verdopplung der DNA während des Zellzyklus

 Transkription: Abschreiben der DNA, d.h. die Bildung der RNA (Ribonucleinsäure)

 Proteine sind aus einem Satz von 20 Aminosäuren aufgebaut. Die Proteinsequenz ist in der DNA‐Sequenz codiert. Dabei bilden 3 Basen ein Codon, das eine Aminosäure bzw. Start‐ oder Stopsignal festlegt (Genetischer Code)

 Translation: Übersetzen der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins; erfolgt am Ribosom.

 Es gibt mehrere Klassen von RNAs

• enthält Erbinformation der Zelle

• Sequenzabfolge der 4 verschiedenen Nukleinbasen Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin

• Doppelstrang (rechtshängige Doppelhelix) aus 2 komplementären DNA-Einzelsträngen (Sense- und Antisensestrang)

• Replikation:

  Trennung DNA-Doppelstrang → DNA Einzelstrang als Matrize (Template) für die Synthese (Polymerisation) eines neuen komplementären DNA-Strangs durch DNA-Polymerasen → 2DNAs jeweils eine aus ‘altem’ und ‘neuen’ Strang

• verschiedene Arten

• Sequenzabfolgen aus den Nukleinbasen Adenin, Uracil, Guanin, Cytosin

• Transkription: von DNA zu RNA → Antisense-Strang der DNA als Matrize (Template) für die Synthese (Polymerisation) der RNA

Prokaryonten:

Translation gewinnt schon während Transkription noch am Laufen ist

Eukaryonten:

DNA enthält Introns und Exons; nach Transkription zuerst präRNA;

nach Splicing (Intron-Entfernung)/ 5’-Capping/ 3’-Polyadenylierung → mRNA

Export von Zellkern ins Cytoplasma