Proteinbiosynthese PDF

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Zusammenfassung Proteinbiosynthese...

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Bio-Arbeit Q1: Proteinbiosynthese 1.Transkription -Kopie eines Gens in Form einer RNA (mRNA-messenger-RNA) -Übertragung der Information von doppelsträngiger DNA auf einzelsträngige mRNA durch RNA-Polymerase Initiation -RNA-Polymerase bindet an bestimmte Basensequenz auf DNA(Promotor) →mRNA-Synthese nur in 5´→3´Richtung (DNA-Strang in 3´→5´Richtung wird abgelesen, codogener Strang/Matrizenstrang) -RNA-Polymerase beginnt an Promotor Wasserstoffbrücken aufzuspalten (Blase innerhalb der DNA) Elongation -komplementäre RNA-Nucleotide lagern sich an codogenen Strang an →Uracil statt Thymin; Ribose statt Desoxyribose -Polymerase bewegt sich an DNA entlang und spaltet weiter auf -neu gebildete RNA löst sich am Ende der Transkriptionsblase vom codogenen Strang ab; Blase schließt sich dort wieder Termination -RNA-Polymerase erkennt Stoppsignal (Terminator); Transkription wird beendet →mRNA und Polymerase lösen sich ab, Blase wird geschlossen -mRNA enthält Information von einem Gen; kürzer als DNA 2. mRNA-Reifung/Spleißen -einige Abschnitte auf DNA von Eukaryoten liefern keine Information für mRNA (Introns) -codierte Abschnitte sind Exons -nach Transkription entsteht prä-mRNA Reifungsprozess im Zellkern führt zu reifer mRNA: -Spleißen (Introns werden herausgeschnitten, Exons verbunden)

-am 5´-Ende wird cap aufgesetzt (schützt vor enzymatischem Abbau und erleichtert Anheftung an R.) -am 3´-Ende wird Sequenz von Adenin angefügt (Poly-A-Schwanz) →erleichtert Export in Cytoplasma und schützt vor enzymatischem Abbau -reife mRNA wander in Cytoplasma über Kernporen

3. Translation -„Übersetzung“ der mRNA-Basensequenz in Aminosäurensequenz -tRNA transportiert Aminosäuren aus dem Cytoplasma zu den Ribosomen, spezifisch für jede Aminosäure →aus etwa 80 Nucleotiden, doppelsträngig, L-förmig -3´-Ende des kurzen Armes: CCA (Bindungsstelle für Aminosäure) -Ende des langen Armes Anticodon (Triplett), komplementär zu Codon der RNA -tRNA-Synthetase katalysiert Beladung der tRNA mit Aminosäure -2 Bindungsstellen: Aminosäure (Rest erkannt) und tRNA (spezifischer Anticodon) →jedes beladene tRNA-Molekül trägt, die zum Anticodon passende Aminosäure Initiation -kleine ribosomale Untereinheit lagert sich an 5´-Ende der mRNA an -wandert solange in 3´-Richtung bis sie Startcodon 5´-AUG-3´ finden →komplementäre tRNA lagert sich über Wasserstoffbrücken mit Anticodon an Startcodon an -große ribosomale Untereinheit lagert sich mit an →Ribosom (besteht aus r-RNA) ist funktionsbereit -in großer ribosmalen Untereinheit gibt es 3 Bindungsstellen für tRNA -A-Stelle bindet beladene tRNA, liefert neu anzuknüpfende Aminosäure -P-Stelle bindet tRNA mit wachsender Polypeptidkette sowie Start-tRNA -über E-Stelle verlassen entladene tRNAs das Ribosom Elongation -neben P-Stelle freies Triplett an A-Stelle wo sich komplementäre tRNA anlagert -beiden Aminosäuren werden über Peptidbindung miteinander verknüpft -Ribosom wandert um ein Codon in 3´-Richtung; tRNAs wandern um eine Stelle in 5´-Richtung (andere Bindungsstelle) →A-Stelle wird wieder frei; bindet wieder komplementäre tRNA -Start-tRNA wandert an E-Stelle, verlässt Ribosom, kann neu beladen werden Termination -Aminosäurekette wächst nach diesem Prinzip weiter bis Stoppcodon -Ribosom löst sich von mRNA und zerfällt in Untereinheiten -Polypetid wird freigegeben und nimmt spezifische Raumstruktur ein 4.Vergleich Eukaryoten und Prokaryoten -bei Prokaryoten laufen Transkription und Translation gleichzeitig -bei Eukaryoten muss mRNA erst durch Kernporen in Zellplasma wandern -DNA der Eukaryoten enthält Introns (nicht codiert) und Exons (codiert), Introns werden nicht in Proteine übersetzt (hergestellte RNA kürzer) →zuerst Spleißen -Proteine werden häufig nicht direkt ins Plasma gegeben, erst noch verändert (posttranslationale Modifikation) -DNA der Prokaryoten ist durchgehend codiert (hergestellte RNA gleich lang)

5.Der genetische Code -Triplett-Code: 3 Basen(Codon)- 1 Aminosäure -jeder Codon codiert nur eine Aminosäure (eindeutig) -eine Aminosäure kann durch mehrere Tripletts codiert werden (Code ist degeneriert) -eine Base nur Bestandteil eines Codons (nicht überlappend) -Codons schließen lückenlos aneinander (kommafrei) -Startcodon (AUG) -Stoppsignale (UAA;UAG;UGA) 6.DNA-Mutation: Punktmutation -Veränderung innerhalb eines Gens Punktmutation -Veränderung eines Basenpaares - stumme Mutation: keine Auswirkungen wegen Degeneration des Codes -Missense-Mutation: andere Aminosäure wird eingebaut -Nonsense-Mutation: Stoppcodon entsteht, Translation vorzeitig abgebrochen, Protein funktionslos -Einfügung (Insertion) oder Zerstörung (Deletion) eines Basenpaares →Leseraster verschiebt sich, da Code kommafrei (außer wenn Vielfaches von drei) 7.Genregulation bei Prokaryoten Substratinduktion (Lactose-Operon) -lac-Operon beginnt am Promotor (Ansatzstelle für RNA-Polymerase): Beginn Transkription -dann folgt Operator: Ansatzstelle für Repressor: Transkription der Strukturgene oder nicht -endet mit drei Strukturgenen für Enzyme, die Lactose abbauen →Transkription endet am Terminator -Region vor Promotor: Lac-Regulator-Gen →codiert Anleitung für Repressor-Protein; Transkription und Translation dieser Region -Repressor setzt sich an Operator, blockiert Transkription der RNA-Polymerase

-steigt Lactose-Konzentration löst sich Repressor →Induktor bindet an Repressor, wird inaktiv (Komplex) -RNA-Polymerase kann arbeiten -von Strukturgenen werden durch Transkription und Translation laktoseabbauende Enzyme hergestellt →mRNA wird in drei getrennte Enzyme translatiert (Mrna durch Start-und Stoppcodons gegliedert) Substrat aktiviert Genexpression und somit Enzymsynthese: Substratinduktion (häufig bei Enzymen für abbauende Stoffwechselreaktionen) -mit sinkender Lactose-Konzentration sinkt auch Transkriptionsrate, da Repressor wieder ansetzten -werden nicht unnötig Enzyme hergestellt →Gene werden nach Bedarf an-und abgeschaltet: regulierte Gene

Endproduktrepression (Tryptophan-Operon) -Operon ist wieder gleich aufgebaut -Regulator-Gen stellt Repressor her→INAKTIV -RNA-Polymerase kann Strukurgene ablesen -Enzyme für Aminosäure Tryptophan werden hergestellt -ist genug Tryptophan (Endprodukt) vorhanden, bindet es an inaktiven Repressor, aktiviert ihn →Endprodukt wird zum Co-Repressor -Synthese für mRNA und Enzyme wird eingestellt Endprodukt reguliert Genexpression: Endproduktrepression (häufig in aufbauenden Stoffwechselreaktionen) -Produkt soll nicht übermäßig produziert werden →Gene werden ständig abgelesen: konstitutive Gene 8.Gentechnik -Neukonstruktion des Erbgutes -Ziele: Gewinnung von DNA in großen Mengen Produktion von Proteinen Veränderung des Genotyps Gewinnung von DNA -Restriktionsenzyme spalten DNA-Doppelstrang an bestimmter Stelle: komplementär zueinander →können wieder beliebig zusammengesetzt werden: Hybrid-DNA -Standard-Methode zur Klonierung mit Plasmiden: kleine, ringförmige DNA-Moleküle aus Bakterien →oft Gene mit Resistenz gegen Antibiotika (Resistenzplasmide werden unter Bakterien getauscht) Beispiel: pBR 322 -kann nur durch ein bestimmtes Restriktionsenzym geschnitten werden -menschliche DNA wird auch mit diesem Enzym linearisiert →alles in ein Reagenzglas, Spaltstücke werden wieder zirkularisiert -3 Sorten von DNA-Ringen: Original-Plasmid, neukombiniertes Plasmid, Original-DNA -werden in Bakterienzellen eingeschleust -auf Plasmid liegen noch Resistenzgene gegen Ampicilin AMPr und Tetracyclin TETr -Nährboden mit Ampicilin: Bakterien ohne Plasmid oder mit DNA sterben ab -Schnittstelle für Restriktionsenzym liegt auf Gen für Tetracyclin-Resistenz →menschliche DNA zerstört Resistenz -Abdruck mit Samtstempel: auf Nährboden mit Tetracyclin geben →abgestorbene Zellen sind die mit gesuchtem Plasmid (neukombiniertes) -bei Vermehrung der Bakterien werden Plasmide mit vermehrt: zentrifugieren -für Manipulation große Mengen an DNA wichtig →heute PCR für DNA-Vermehrung

9.Stoffwechselkette -enzymkatalysierter linear angeordneter Stoffwechselweg -Ausgangsstoff wird über Zwischenschritte zu Endprodukt synthetisiert werden -aus verschiedenen Genen werden verschiedene Enzyme für Zwischenschritte codiert -um Kette zu stoppen, muss erstes Enzym gehemmt werden 10. Wirkungsmechanismen von Antibiotika -Bekämpfung von Krankheiten, die von Bakterien ausgelöst werden -greifen bei Transkription und Translation ein -Transkriptionshemmer arbeiten an DNA: binden an DNA-Sequenz/ RNA-Polymerase →mRNA kann nicht richtig hergestellt werden -Translationshemmer heften sich an Ribosom: keine Verlängerung der Peptitkette

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