Transkription
die Information eines Gens (einer DNA-Sequenz) wird auf eine komplementäre RNA-Sequenz überschrieben
Translation
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)
RNA als genetisches Material (Viren, Retroviren)
Viren (Influenza, Polio, Coronaviren)
RNA ↔️ RNA ➡️ Polypeptid
Retroviren (HIV, humanes Mammatumorvirus)
DNA ↔️ RNA ➡️ Polypeptid
Influenza Virus
Genom besteht aus (meist 8) RNA Abschnitten
Genetische Information zur Vermehrung und dem Zusammenbau der Viruspartikel
Proteinfunktionen
Enzyme
Abwehrproteine
Speicherproteine
Transportproteine
Peptidhormone
Rezeptorproteine
Kontraktile Proteine und Motorproteine
Strukturproteine
Proteinogene AS - Unpolar, hydrophob (9)
Glycin
Isoleucin
Prolin
Alanin
Valin
Tryptophan
Leucin
Methionin
Pehnylalanin
Getrude isst Porridge am Vormittag trotz langen Mittagsplänen
Proteinogene AS - Polar, Hydrophil (6)
Serin
Threonin
cystein
Tyrosin
Asparagin
Glutamin
Sonntags tanzt Chiara aus tiefstem Glück
Proteinogene AS - elektrisch geladene Seitenkette, hydrophil (5)
sauer reagierend (negativ geladen)
Asparaginsäure
Glutaminsäure
basisch reagierend (positiv geladen)
Lysin
Arginin
Histidin
Peptidbindungen
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)
Primärstruktur
AS werden als Monomere zu einer Polypeptidkette verknüpft
kovalente Bindungen
Sekundärstruktur
Polypeptidketten können a-Helixes und ß-Faltblätter bilden. Sie werden durch Wasserstoffbrücken der Peptidbindungen stabilisiert
Tertiärstruktur (Konformation)
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
Proteinfaltung
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
Molekulare Chaperone
zB. Hitzeschockproteine (unterstützende Rolle in Stressphasen (Denaturierung), aber auch allgemeine Proteinfaltung)
Quartiärstruktur
zwei oder mehr Polypeptide lagern sich als Untereinheiten zusammen und bilden größere Proteinmoleküle.
viele Proteine enthalten 2 oder mehr Polypeptide
Self assembly (Selbstassemblierung)
Hämoglobin
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
Kollagen
helikale Untereinheiten umeinander gewunden
langgestreckte Tripelhelix
große Zugfestigkeit
Lactatdehydrogenase
= LDH
Enzym, das die Bildung von L-Lactat und NAD+ aus Pyruvat und NADH katalysiert
RNA
Ribonucleinsäure
einzelsträngig
Zucker = Ribose
Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil
Transport und Übersetzung der in der DNA gespeicherten Information
Regulierung der Genaktivität
mRNA
messenger RNA (Transkript)
Info von der DNA zum Ort der Proteinbiosynthese (Ribosom)
RNA als Endprodukt
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)
Wo findet die Genexpression statt?
Transkription und Prozessierung im Zellkern
Translation in Cytoplasma
Phasen der Transkription
Initiation
Elongation
Termination
Initiation (Transkription)
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?)
Elongation (Transkription)
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
Termination (Transkription)
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
Struktur von eukaryotischen Genen
Promotor
Introns (nicht codierende Sequenzen)
Exons (exprimierte Region)
Terminator
Prozessierung (Spleißen)
Die Exons und Introns der codierenden Region werden transkribiert
Die Introns werden entfernt
Die zusammengespleißten Exons sind nach der Prozessierung bereit für die Translation
Das gespleißte Intron wird im Zellkern abgebaut
Prozessierung (Modifikation der beiden Enden)
Bindung der mRNA an Ribosom unterstützt
Schutz vor Abbau durch Ribonucleasen
Polyadenylierung
100-300 Adenine
Unterstützt Export aus dem Zellkern
Stabilität der mRNA
der genetische Code
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
Wobble Effekt
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
Kopplung der tRNA mit AS
Das Enzym aktiviert die AS, indem es eine Reaktion mit ATP katalysiert, sodass eine enrgiereiche AMP-AS und ein Pyrophosphation entstehen
Das Enzym katalysiert dann eine Reaktion der aktivierten AS mit der richtigen tRNA
Die Spezifität des Enzyms stellt sicher, dass die richtige AS mit der zugehörigen tRNA zusammengebracht wird
Die beladene tRNA bringt bei der Translation die passende AS zum sich verlängernden Polypeptidprodukt
Ribosom
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
Phasen der Translation
Initiation (Translation)
Die kleine ribosomale Untereinheit bindet an ihre Erkennungssequenz auf der mRNA
Die mit Methionin beladene tRNA bindet an das Startcodon AUG und vervollständigt damit den Initiationskomplex
Die große ribosomale Untereinheit tritt zum Initiationskomplex hinzu, sodass die mit Methionin beladene tRNA jetzt die P-Stelle besetzt
Elongation (Translation)
Erkennen des Codons:
Das Anticodon einer ankommenden tRNA bindet an das Codon, das an der A-Stelle zugänglich ist
Bilden der Peptidbindung:
Prolin wird durch die Peptidyltransferase-Aktivität der großen Untereinheit mit Methionin verknüpft
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
Der Vorgang wiederholt sich:
Erkennen des Codons, Bilden der Peptidbindung und Elongation
Termination (Translation)
Ein Release-Faktor bindet an den Komplex, wenn ein Stoppcodon in die A-Stelle gelangt
Der Release-Faktor setzt die tRNA aus der P-Stelle frei und trennt das Polypeptid ab
Die übrigen Komponenten (mRNA und riboomale Untereinheiten) trennen sich
Polysome
mehrere Ribosomen können gleichzeitig aktiv sein
Vielzahl an Kopien des Proteins werden erzeugt
Poly(ribo)som
Bestimmungsorte der Proteine
Bestimmungsort Zellkern (Proteine)
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
Bestimmungsort ER (Proteine)
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
Die Proteinsynthese beginnt an freien Ribosomen im Cytosol. Die Signalsequenz befindet sich am N-Terminus der Polypeptidkette.
Das Polypeptid bindet an ein Signalerkennungspartikel und beide binden dann an ein Rezeptorprotein in der ER-Mmebran
Das Signalerkennungspartikel wird freigesetzt. Die Signalsequenz passiert einen Kanal im Rezeptor.
Die Signalsequenz wird im Lumen des ER durch ein Enzym entfernt
Das Polypeptid wird weiter verlängert
Ende der Translation
Das Ribosom wird freigesetzt. Das Protein faltet sich innerhalb des ER.
Posttranslationale Modifikationen
Proteolyse
Glykosylierung
Phosphorylierung
Proteolyse (Posttranslationale Modifikationen)
Das Zerschneiden des Polypeptids ermöglicht es den Fragmenten, sich zu eigenständigen Proteinen zu falten
zB. Entfernung der Signalsequenz
Glykosylierung (Posttranslationale Modifikationen)
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
Phosphorylierung (Posttranslationale Modifikationen)
Angehängte Phosphatgruppen verändern die Struktur des Proteins
➡️ häufig Aktivierung
Somatische Mutationen
treten in den Körperzellen (somatischen Zellen) auf
werden an die Tochterzellen weitergegeben
nicht aber bei sexueller Fortpflanzung vererbt
Keimbahnmutationen
bei Gameten
werden bei der Befruchtung an den neuen Organismus weitergegeben
Punktmutation
Last changed4 months ago