1 Molekulare Zellbiologie
DNA-Replikation, Mutation, Reparatursystem, Genregulation Prokaryoten
DNA-Replikation, Mutation, Reparatursystem, Genregulation Prokaryoten
Initiationsprozess der RNA-Synthese
Siehe Bild
Terminierung der RNA-Synthese
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Modifikation der mRNA nach der Transkription
a) Eukaryoten
b) Prokaryoten
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RNA Prozessierung: RNA capping am 5‘ Ende
SIehe Bild
RNA Prozessierung: Poly-A Zusatz am 3‘ Ende
Siehe Bild
Inhibition der Transkription
Interkaliert in die DNA zwischen 2 aufeinander folgenden G-C Basenpaaren und verhindert so die Transkription
Experiment: Wie entdeckt man den genauen Ort auf der DNA, an den die RNAPolymerase bindet?
Siehe Bild
Von allen Genen in eukaryotischen und prokaryotischen Zellen ist jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Teil exprimiert. Das Bedürfnis der Zellen, ein Gen zu exprimieren ist eine Funktion verschiedenster Umstände,
wie z. Bsp. Wachstumsphase, Nahrungsangebot, Temperatur etc. Da die Expression eines Gens ein energetisch kostbarer Prozess ist, sind die Transkription und die weiteren Prozesse während der Expression stark reguliert.
Gene für Proteine, die die ganze Zeit gebraucht werden, werden housekeeping Gene genannt.
Unveränderte Genexpression wird als konstitutive Genexpression bezeichnet.
Bsp. Gen für Aktin --> Zytoskelett Metabolische Gene
Regulierte Genexpression:
Genexpression kann durch sogenannte Inducers verstärkt werden Bsp. Starke Schädigung der DNA führt zu erhöhter Expression der Gene für Reparaturproteine. Genexpression kann durch Repressoren verhindert werden. Bsp. Zugabe von Mengen Tryptophan ins Medium reprimiert die Expression der Gene für die Tryptophansynthese.
Basale Level der Transkription wird durch die Promotorsequenz bestimmt, an den die RNA-Polymerase mit verschiedenen Affinitäten binden kann.
Mind. 3 Typen von Proteinen regulieren den Start der Transkription Spezifitätsfaktoren: regulieren die Spezifität der RNAPolymerase für den jeweiligen Promotor
Repressoren: verhindern die Interaktion der RNA-Polymerase mit dem Promotor
Aktivatoren: erhöhen die Interaktion der RNA-Polymerase mit dem Promotor
a) Negative Regulation
Siehe Bild
b) Positive Regulation
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Genstruktur in Prokaryoten
Viele prokaryotische Gene sind in sogenannten Operons organisert. Verschiedene Gene, deren Produkte (Proteine) in einem gemeinsamen Prozess gebraucht werden, sind auf dem Chromosom nahe zusammen und werden zusammen transkribiert und reguliert.
lac Operon:
Das erste Operon, das beschrieben wurde von Francois Jacob und Jacques Monod.
Lactose als Zuckerquelle benötigt die Enzyme Galaktoside Permease und β-Galaktosidase. Diese beiden Gene werden gemeinsam transkribiert.
Lac operon
Catabolite acitvator protein
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The trp Operon:
Regulation durch den Trp Repressor sowie durch Attenuation der trp mRNA.
Verhindert weitere Transkription
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Erlaubt weitere Transkription
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SOS-System:
Gene für die Reparatur sind über das ganze Genom verteilt, werden aber durch einen Mechanismus reguliert.
Kontrolle über translationelle Rückkopplung (translational feedback control) von ribosomalen Proteinen.
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Antwort auf Aminosäure-Mangel: Die stringente Kontrolle
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Verpackung der DNA innerhalb der Zelle
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DNA-Repikation
DNA-Polymerase
Meselson-Stahl Experiment
Replikationsgabel - Was fällt auf?
DNA Neusynthese AUSSCHLIESSLICH in 5‘ --> 3‘ Richtung!
Überblick über die bei der Replikation involvierten Proteine
Topoisomerasen: leiten den Vorgang der Entwindung ein, indem sie Einzelstrangbrüche erzeugen (nicking). Wozu dient das? Topoisomerase --> Entspannung der durch die Helikase verursachten Spannung
Helikasen: vervollständigen die Entwindung des ursprünglichen Doppelstranges.
DNA-Polymerasen: synthetisieren neue DNA-Stränge, in der Regel an einem schon existierenden DNA-Strang, der als Matrize dient. Es gibt eine Vielzahl an Polymerasen.
Primasen: synthetisieren kurze RNA-Einzelstränge, die an die DNA binden und als Starthilfe für die Polymerisierung mittels der DNA-Polymerase dient.
Ligasen: katalysieren die Bildung einer Phophodiesterbindung zwischen einer freien 3‘-OHGruppe und einer benachbarten freien 5‘-Phosphatgruppe.
Einzelstrangbindende Proteine: sind wichtig für die Stabilisierung der Replikationsgabel.
DNA-Polymerasen
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Bidirektionalität der DNA Replikation (Virus SV40)
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Replikation am Ende der DNA-Stränge (Telomere)
--> Problem: „lagging“ strand synthesis! Wieso ist dies ein Problem?
Telomerase:
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Punktmutationen:
Punktmutationen: Veränderung einer Base
Definitionen: Ein Purin ersetzt das andere Purin oder ein Pyrimidin ersetzt ein Pyrimidin
-->Transition
Ein Purin ersetzt ein Pyrimidin oder umgekehrt
-->Transversion
Wie kommen Punktmutationen zustande?
Gewisse Wasserstoff-Atome können ihre Position innerhalb der Base wechseln. Z. Bsp. kann eine Aminogruppe (NH2) von Adenin in eine Iminoform (=NH) überführt werden. Das sogenannte Iminotautomer von Adenin kann mit Cytosin eine Basenpaarung eingehen. Das heisst, aus einer A-T Paarung kann eine G-C Paarung werden!
Anteil des Iminotautomers: 10-4
Keto - Enol Tautomerie
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Chemische Mutagenese: Salpetrige Säure (HNO2; Nitrous acid) --> Deaminierung
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Chemische Mutagenese: Acridine
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Chemische Mutagenese: Aflatoxine
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UV-Licht induzierte Mutagenese:
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DNA Reparaturmechanismen
3 Mechanismen:
- Base Excision Repair
- Direct Repair
- Nucleotide Excision Repair
Base Excision Repair
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Excision Repair
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Transkription Grundlegendes Konzept
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RNA-Polymerase
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RNA-Polymerisierung
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Lernkarten
Kontrolle über translationelle Rückkopplung (translational feedback control) von ribosomalen Proteinen.
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Antwort auf Aminosäure-Mangel: Die stringente Kontrolle
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