Biologie Molekulargenetik

Proteinbiosynthese ist die Neubildung von Proteinen in Zellen und damit der für alle Lebewesen zentrale Prozess der Genexpression, durch den in Größe und Form unterschiedliche Proteine nach Vorlage der aufgearbeiteten Kopie (mRNA) eines bestimmten DNA-Abschnitts (Gen) der Erbinformation gebildet werden.

Die Transkription (lat. transcribere = Umschreiben) ist in der Proteinbiosynthese der erste Schritt und für die Umschreibung der DNA zu mRNA verantwortlich.

mRNA ist eine einzelsträngige RNA, die komplementär zu einer Gensequenz des codogenen Strangs der DNA ist.

Der codogene Strang ist der Einzelstrang der doppelsträngigen DNA, der jeweils transkribiert wird (Bildung der mRNA = Transkription).

RNA-Polymerasen, sind Enzyme (Polymerasen), die die Synthese von Ribonukleinsäuren (RNA) bei der Transkription der DNA katalysieren

 Teil einer genetischen Sequenz auf der DNA bezeichnet, die das Ende eines Gens oder Operons markiert. Sie führt zur Beendigung der Transkription

Er liegt am 5'-Ende des kodierenden Stranges des Gens^[1] und somit in Syntheserichtung vor dem RNA-codierenden Bereich.

RNA-Polymerasen binden an Promotermolekülen, die sich auf den abzukopierenden Stellen des Genoms befinden. Bevor überhaupt genetische Informationen abgelesen werden können, muss die Doppelhelix entschraubt werden. Das passiert durch Auflösung der Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Basenpaaren.

: Während der Elongation kommt es zur Umschreibung von DNA zu mRNA. Die RNA-Polymerase wandert von 3' nach 5' und synthetisiert durch Anlagerung freier Ribonukleotide einen zur DNA komplementären mRNA Teilstrang (Abbildung gründer Strang), der entsprechend eine 5'->3' Richtung aufweist.

Im Verlauf der Transkription trifft die RNA-Polymerase beim Ablesen der DNA auf eine Terminatorsequenz. Terminatoren stoppen die RNA-Polymerase und es kommt zur Ablösung des mRNA Teilstrangs von der DNA.

Translation bedeutet soviel wie "übersetzen", und in der Tat wird der genetische Code zu Proteinketten "übersetzt".

Codon, eine aus drei aufeinanderfolgenden Nucleotiden bestehende Sequenz in DNA und mRNA, die die genetische Information für eine bestimmte Aminosäure enthält oder als so genanntes Stopp-Codon für Beendigung der Translation sorgt.

Ein Anticodon ist ein kurzer RNA-Abschnitt einer tRNA, der aus einem Basentriplett d. h. aus drei Nukleinbasen besteht. Mit dem Anticodon heftet sich die tRNA während der Translation der Proteinbiosynthese an das Codon der mRNA, welches zu dem Anticodon komplementär ist.

tRNA ist die Kurzform für Transfer-RNA. Transfer-RNAs sind kurze Ribonukleinsäuren (RNA). Die Länge reifer tRNAs liegt in der Regel zwischen 73 und 95 Nukleotiden. Über das Basentriplett ihres Anticodons vermitteln sie bei der Translation die richtige Aminosäure zum entsprechenden Codon auf der mRNA.

Die Ribosomen (Einzahl: Ribosom) sind in allen Lebewesen vorkommende Zellorganellen, an denen im Rahmen der Proteinbiosynthese die Translation, also die Ablesung der mRNA hin zur Synthese von Proteinen, abläuft.

Aminosäuren sind Carbonsäuren, bei denen ein alpha-ständiges Wasserstoff-Atom durch eine Aminogruppe (NH₂) ersetzt ist. Im engeren Sinn sind damit die 20 verschiedenen Aminosäuren gemeint, aus denen die menschlichen Proteine zusammengesetzt sind.

Eine Peptidbindung ist eine amidartige Bindung zwischen der Carboxygruppe einer Aminosäure und der Aminogruppe des α-Kohlenstoffatoms (α-C-Atom) einer zweiten Aminosäure. Zwei Aminosäuren können (formal) unter Wasserabspaltung zu einem Dipeptid kondensieren.

Als Startcodon oder Initiatorcodon wird das RNA-Basentriplett AUG bezeichnet, das als erstes Codon eines offenen Leserahmens auf der mRNA für die Aminosäure Methionin in Eukaryoten bzw. für ein modifiziertes Methionin in Prokaryoten codiert. ...

Als Stopcodon, auch Nonsense-Codon wird in der Genetik ein Basentriplett der Desoxyribonukleinsäure beziehungsweise der Ribonukleinsäure bezeichnet, für das keine zugehörige tRNA vorliegt und somit den Abbruch der Translation beziehungsweise der Proteinbiosynthese in einer Zelle bewirkt. ...

Die ribosomale Ribonukleinsäure (rRNA), ist die Ribonukleinsäure, aus der zusammen mit Proteinen die Ribosomen aufgebaut sind. Ribosomale RNA wird im Nucleolus durch Transkription anhand einer DNA-Vorlage erzeugt, der rDNA.

Die Cytokinese ist der biologische Vorgang der Teilung einer Zelle. Das Plasma und andere Bestandteile der Mutterzelle werden auf die Tochterzellen aufgeteilt, indem zwischen ihnen Zellmembranen eingezogen oder ausgebildet werden. Dabei entstehen meistens

Die aus zwei identischen Chromatidsträngen bestehenden Chromosomen verkürzen und verdichten sich, indem sie im Zellkern aufgefaltet werden. Dadurch werden sie in eine, für die Mitose nötige, transportfähige Form gebracht.
 

In der Äquatorialebene der Zelle ordnen sich die Chromosomen an. Die Spindelfasern (in der Abbildung die blaue Linien) "docken" nun an die Centromere der Chromosomen. Das Centromer verbindet die beiden Chromatiden

Die am Spindelapparat befestigten Spindelfasern verkürzen sich und sorgen für eine Zugwirkung. Dadurch werden die Chromosomen in ihre zwei Chromatidstränge getrennt und zu den jeweils gegenüberliegenden Polen gezogen.
Damit befinden sich an beiden Polen von jedem Chromosom nun jeweils ein identischer Chromatidstrang.

Um die Chromatidstränge bildet sich jetzt an beiden Polen eine Kernhülle. Die Chromosomen werden wieder in ihre ursprüngliche Form entfaltet. Außerdem erfolgt parallel die Teilung der Zelle (Cytokinese), denn noch besteht nur eine Zelle mit zwei Kernhüllen (siehe rechts). Das Zytosyl (Zellplasma) inkl. der Zellbestandteile wird auf die beiden Tochterzellen aufgeteilt. Erst im Rahmen der Interphase wird die Zellteilung abgeschlossen.

Die Interphase gehört streng genommen nicht zur eigentlichen Mitose. Sie beschreibt den Zeitraum zwischen der letzten und der nächsten Zellteilung.
In den beiden nun entstanden Kernhüllen befinden sich nur einsträngige Chromatiden. Für eine erneute Mitose müssen die Chromosomen aber wieder zweisträngig vorliegen. Dies passiert im Rahmen der Replikation, sodass danach jedes Chromosom wieder aus zwei identischen Chromatidsträngen besteht. Der Prozess der Mitose kann nun von neuem beginnen.

solange keine Zellteilung: 

• lange, dünne Chromatinfäden(2mm) im Zellkern 

= Arbeitsform der Chromosomen(Ablesung der Erbinformation und Verwirklichung im Zellplasma)

bei Zellteilung:

• Übergang von Arbeitsform in Transportform

> Verdichtung und Verkleinerung von Chromatinfäden

> Chromosomen werden unter dem Mikroskop sichtbar

Centromer, bei Chromosomen die eingeschnürte Region, welche die Schwesterchromatiden zusammenhält. In der Meta- und Anaphase der Mitose dient das C. als Anheftungsstelle der Spindelfasern. Dort bildet sich dann ein Proteinkomplex (Kinetochor), mit dessen Hilfe die duplizierten Chromosomen auseinandergezogen werden.

Spindelapparat, Teilungsspindel, Bez. für die sich zu Beginn der Mitose und Meiose bildende Struktur, die dafür sorgt, dass sich die Chromosomen in der Äquatorialebene der Spindel anordnen und die Chromatiden bzw. Chromosomen zu den Kernpolen transportiert werden.

Ein Ein-Chromatid-Chromosom ist ein Chromosom, das nur aus einem Chromatid besteht.

Zu Beginn der Anaphase einer Mitose oder der Anaphase II der Meiose entsteht es aus dem Zwei-Chromatid-Chromosom. In der Interphase wird dieses Ein-Chromatid-Chromosom durch DNA-Replikation wieder in ein Zwei-Chromatid-Chromosom umgewandelt.

Das Zwei-Chromatid-Chromosom bezeichnet ein Chromosom, welches aus zwei identischen Chromatiden, den sog. Schwesterchromatiden, besteht. Sie werden durch das Centromer zusammengehalten.

Als Replikation wird in der Genetik die Produktion einer DNA-Kopie verstanden.

Die identische Verdopplung (Reduplikation) der DNA wird als semikonservativ ("halb konservativ", mit anderen Worten: "die Hälfte bewahrend", "halb erhaltend") bezeichnet, weil die beiden neu gebildeten Doppelstränge aus je einem neuen und einem alten Einzelstrang bestehen

Helikasen sind eine Gruppe von Enzymen, deren Aufgabe die Modulation der Struktur von Nukleinsäuren ist. Grundsätzlich lösen sie die Basenpaare zwischen zwei DNA- bzw. RNA-Strängen auf, um eine Replikation des Genoms zu ermöglichen.

Die DNA-Polymerase ist ein Enzymkomplex, der bei der Replikation der DNA während der S-Phase des Zellzyklus eine entscheidende Bedeutung hat. Die DNA-Polymerase katalysiert die DNA-Synthese aus Desoxyribonukleotiden an einem DNA-Matrizenstrang.

Die Primase ist ein Enzym, das bei der DNA-Replikation die Synthese der RNA-Primer als Startsequenzen der DNA-Polymerase herstellt. Ohne funktionsfähige Primasen ist die DNA-Replikation unmöglich.

Als Primer bezeichnet man ein Oligonukleotid, welches für DNA-replizierende Enzyme (wie die DNA-Polymerase) als Startpunkt dient. Sie können sowohl aus DNA als auch aus RNA bestehen. In Prokaryonten synthetisiert die Primase, - auch als DnaG-Protein bezeichnet - die Primersequenzen. In Eukaryonten übernimmt die DNA-Polymerase α die Primasefunktion.

2 Funktion

Vor allem bei der Replikation ist ein Primer notwendig, da dieser den Beginn des zu DNA-Abschnitts festlegt, der vervielfältigt werden soll. Beim Menschen kann die DNA-Neusynthese durch die DNA-Polymerase nur an einem 3'-OH-Ende beginnen.

DNA-Ligasen sind Enzyme, die zwei nicht verbundene Nukleotide eines DNA-Strangs durch eine Esterbindung verknüpfen und so die Lücke im Strang schließen können. Dies funktioniert allerdings nur bei direkter Nachbarschaft der Nukleotide sowie einer intakten 5'-Phosphat-Gruppe des einen und einer 3'-OH-Gruppe des anderern Nukleotids.