Proteinbiosynthese PDF

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Vorgang Proteinbiosynthese ...

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2. Proteinbiosynthese Donnerstag, 26. März 2020

15:55

Vom Gen zum Merkmal

• Im klassischen Sinne: Gen o. Erbanlage = Einheit genetischer Information, durch die ein Merkmal bestimmt wird • Heute: von der genetischen Information zum Merkmal → Ablauf vieler Reaktionen → Jede durch ein Enzymprotein gesteuert • Bildung Enzymproteins: bestimmter DNA-Abschnitt zuständig → Zusammenhang von Beadle und Tatum erkannt --> Ein-Gen-Ein-EnzymHypothese

• Polymerer Aufbau von DNA und Protein → Basenfolge der DNA --> Reihenfolge der Aminosäuren im Protein • Codierung einer Aminosäure mit drei Aufeinanderfolgenden Basen der DNA (Triplett, Codon) → Ausreichend "Codewörter" für die 20 Aminosäuren • Umsetzung der Erbinformationen zum Protein in zwei Schritten: 1. Transkription: Übertragung der Basensequenz der DNA-Abschnitte (Gen) in die Basensequenz einer Messenger RNA (mRNA) 2. Translation: Übersetzen der Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins • • • •

Proteinbiosynthese findet an Ribosomen statt Außerhalb des Zellkerns Bei Eucyten DNA im Zellkern Information DNS muss nach draußen gelangen → Transkription → Kopie von Gen aus DNA → Wird aus Zellkern transportiert

Transkription: • Prozess der "Übersetzung" • In DNA gespeicherte Informationen --> Transportform mRNA • Ablesung einer der beiden Strängen, codogener Strang • Synthetisierter RNA-Strang löst sich von Matrizen-Strang

Schritte : 1. RNA-Polymerase (Transkriptase) erkennt eine bestimmte Basensequenz der DNA als Startstelle (Promotor) (Initiationsphase) 2. Entwindung und Öffnung des DNA-Doppelstrangs durch RNA-Polymerase 3. Ablesen des codogenen Strangs vom 3'- zum 5'-Ende → Angabe Ableserichtung und Erkennen des codogenen Strangs durch den Promotor → Elongationsphase 4. RNA-Bausteine bzw. RNA- Nukleotide (ATP, UTP, GTP, CTP) werden (durch RNAPolymerase) miteinander verknüpft → unter Abspaltung von zwei Phosphatgruppe (Pyrophosphat) → entsprechend der komplementären Basensequenz des codogen Strangs → Basensequenz der mRNA ▪ Entspricht des (anderen) des sog. Codestrangs der DNA (5'-3'-Richtung) ▪ mRNA tritt mit dem 5'-Ende voran aus der RNA-Polymerase aus ▪ Bakterien: mRNA enthält mehrere Gene ▪ Eukaryoten: mRNA enthält ein Gen 5. Lösung der RNA-Polymerase → An der Zielstelle (mit spezifischer Basensequenz) → Eukaryoten: am Ende des Gens (Terminator) → (Terminationsphase) 6. Eukaryoten → verlässt die mRNA den Zellkern (Translation im Cytoplasma) Prokaryoten (kein Zellkern) → Translation setzt bereits an der gerade transkribierten mRNA ein

Translation • Prozess der "Übersetzung" • Informationen der RNA--> Aminosäuresequenz einer Polypeptidkette • MRNA wird zu Protein • Erfolgt an den Ribosomen im Cytoplasma • Ermöglichung einer raschen und effektiven Translation → Mehrere Ribosomen nacheinander besetzen ein mRNA (=Polysome) Ribosom:

▪ 2/3 RNA ▪ 1/3 Protein ▪ Große und kleine Untereinheit → Im inaktiven Zustand getrennt Mit mRNA --> zusammengesetztes Ribosom für die transfer-RNA (tRNA) → t-RNA (Transport-RNA) ▪ Vermittlung zwischen Basentripletts und Aminosäuren ▪ Transportiert AS zu mRNA → Hat ein Anticodon, komplementär zum Triplett der mRNA ( codiert für die AS, die an tRNA angebunden) → Synthetase (Enzym): -belädt tRNA mit passender AS

Genetik Seite 1

5‘ Ende 5. Kohlenstoffatom der Desoxyribose 3´ Ende 3. Kohlenstoffatom der Desoxyribose

DNS

RNA

Adenin Uracil Thymin Adenin Cytosin Guanin Guanin Cytosin

t-RNA (Transport-RNA) ▪ Vermittlung zwischen Basentripletts und Aminosäuren ▪ Transportiert AS zu mRNA → Hat ein Anticodon, komplementär zum Triplett der mRNA ( codiert für die AS, die an tRNA angebunden) → Synthetase (Enzym): -belädt tRNA mit passender AS - Besitzt AS- und tRNA- Erkennungsregion ▪ Komplementäre Basenabschnitte eine tRNA-Einzelstrangs paaren sich → Ausbildung einer kleeblattähnlich Struktur → Spezifische Struktur von Synthetase erkannt

Erfasster Bildschirmausschnitt: 06.04.2020 02:34

Synthetase-Molekül kann nur eine AS erkennen(aber mehrere tRNAs) --> 20 verschiedene Synthetasen • Zuerst: Bindung AS mit einem Molekül ATP durch Synthetase an einem bestimmten Bereich ihrer Raumstruktur • Reaktion AS und ATP --> Aktivierung AS → Anlagerung tRNA an ein weitere Erkennungsregion → Verknüpfung mit entsprechender AS → tRNA kann nun die Basensequenz und AS-Sequenz übersetzen Protein • Kette aus AS • Informationen: Anzahl, Aussehen etc → Gespeichert in DNS • Informationen durch Transkirption auf mRNA kopiert

AS • Bauplan besteht aus 3 Basen → Basentriplett oder Codon Schritte der Translation: 1. Kleine Untereinheit des Ribosoms --> Anheftung an das Startcodon der mRNA (5'Ende) → R Wandert an mRNA entlang von 5`zu 3´ → Zieht mRNA zwischen Untereinheiten durch 2. Anlagerung der tRNA (mit Anticodon) an Bindestelle P im Ribosomen → Anlagerung große Untereinheit des Ribosoms → Startposition für das Ribosom ist festgelegt (Initiationsphase) 3. Bindestelle A: → Anheftung (der zum nächsten Codon passenden) tRNA + entsprechende AS → Zwischen beiden AS Aufbau einer Peptidbrücke 4. Ribosom rutscht ein Triplett weiter → Abspaltung erste tRNA → Die als zweite angebundene tRNA befindet sich nun mit der daran gebundenen Peptidkette an Bindestelle P → bis Erreichnung Stoppcodon: Elongationsphase

Wiederholung Schritt 3 & 4 bis Auftritt Stoppcodon 5. Erreichen des Stoppcodons ▪ Stoppcodons: UAA, UAG, UGA → es existiert keine passende tRNA → Polypeptidkette wird von letzter tRNA abgespalten → Ribosomen zerfällt wieder in Untereinheiten (Terminationsphase)

Erfasster Bildschirmausschnitt: 06.04.2020 02:46

Proteinbiosynthese bei Prokaryoten und Eukaryoten Prokaryoten

Eukaryoten

Lebensda Prokaryoten haben Haben eine längere Lebensdauer -> mRNA hat uer kurze Lebensdauer -> längere Lebensdauer = ist durch Guanosin-Kappe mRNA hat kurze und Poly-A-Schwanz geschützt Lebensdauer (sie ist nicht durch bspw. eine Kappe oder einen PolyA-Schwanz geschützt)

Translation kann direkt Prä-mRNA = länger als für Protein notwendig -> an mRNA beginnen besteht aus Introns und Exons: Introns werden während des Spleißens (Teil des Prozessings)

Genetik Seite 2

-> schon während der entfernt Transkription setzten Ribosomen an der entstehenden mRNA an Durch capping und Poly-Adenylierung -> mRNA -> mRNA wird mehrfach entsteht abgelesen Für Translation = Initiationsfaktoren notwendig: Entstehende Proteine Proteine werden nach der Translation ins ER können direkt mit ihrer transportiert und dort fertig gestellt = erst dann sind Funktion beginnen sie funktionsfähig

Exons: codierende Abschnitte Introns: nicht codierende Abschnitte Spleißen = zusammenschweißen

mRNA beinhalten keine Introns

durch schnelle Synthese können Prokaryoten schneller auf veränderte Umweltbedingungen reagieren -> sehr kurze Generationsdauer

Aufgabe: Nennen und erläutern sie die verschiedene Veränderungen innerhalb eines Gens und deren Konsequenzen • Siehe Variabliltät und Angepasstheit • Genmutationen ○ Unsinnmutation ○ Stille Muatation

Nucleotide können nach Abbau der mRNA wiederverwendet werden

Translation erfolgt ohne Initiationsfaktoren Alle Ribosome, die an die mRNA binden, bilden das Polysom • Mehrere Replikationseinheiten Kopierzeit • DNS wird in einem • Kopierzeit beträgt mehrere Stunden Durchgang kopiert • mRNA entsteht sofort, ohne Zwischenschnitte • Nur eine Replikationseinheit • Kopierzeit von 20-40 min DNS Aufbaue

• Ringförmig • Fadenförmig • enthält keine Histone • DNS ist um Histone gewickelt

Räumliche • Transkription und Organisati Translation finden im on Cytoplasma statt

• Transkription findet im Kern statt • Translation im Cytoplasma

• Translation beginnt • Translation beginnt nach Ablauf der Transkription Zeitliche Organisati bevor die Trankription on beendet ist Genaufba • Gene enthalten fast u nur codierte Sequenzen

• Mosaiksteine enthalten Exons und Introns

Reifung • mRNA wird ohne der mRNA Modifizierung translatiert

• Prä-mRNA wird durch spleißen, Camping und anheften des Poly-A-Schwanzes prozessiert

• 80 S-Ribosomen bestehen aus 60 S- und 30 SRibosome • 70 S-Ribosomen naufbau bestehen aus 50 S- und Untereinheiten 30 S-Untereinheiten

Posttransl • Modifikation der ationale Polypeptide findest Modifikati nicht statt on

• Polypeptide werden häufig nach der Translation noch modifiziert

Zusammenfassung Proteinbiosynthese • Beginnt mit Öffnung eines bestimmten DNS-Abschnitts • Durch Enzym RNA-Polymerase • Werden komplimentier Nucleotide der mRNA angelagert • Paaren sich A mit Uracil und G mit C • RNA-Polymerase bindet an die DNS in einer Region, die man als Promoter • •

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bezeichnet Neue RNA.Nucleotide. Werden an. Das 3´ Ende der wachsenden RNA geknüpft RNA-Polymerase überdeckt ca. 50 Nucleotide, danach löst sich der RNA-Strang und die DNS spiralisiert sich wieder Erreicht die RNA-Plymerase die Terminatorregion, löst sich von der DNS-Matrize und die komplementäre RNA wird frei

Bei den Prozyten beginnt nach der Transkription sofort die Translation Die mRNA wandert zu den Ribosomen und synthetisiert das neue Protein entsprechend des abgeschriebenen Codes Es beginnt mit einem Start-Codon und endet mit deinem Stopp-Codon Nach der Synthese entfaltet sich das Ribosom in seiner Untereinheiten und das Protein nimmt seine räumliche Struktur an

Bei den Euzyten entsteht nach der Transkription zuerst eine Prä-mRNA

Diese wird durch spleißen (Prozessierung) in die fertige mRNA umgewandelt Dieser verlässt daraufhin den Zellkern und an den Ribosomen erfolgt die Translation wie bei den Prozyten

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