Medizinische Begriffe 1. Semester

Die Depurinierung ist eine spontane chemische Reaktion, die die Nukleinsäuren innerhalb der DNA betrifft und bei der eine Purinbase, das heißt entweder Adenin oder Guanin, vom Zucker-Phosphat-Gerüst des DNA-Doppelstrangs durch Hydrolyse abgespalten wird. Das Phosphodiestergerüst der DNA bleibt bei der Depurinierung intakt, es kann aber als Folge der Depurinierung zu Einzelstrangbrüchen in einem DNA-Strang kommen. Die verbliebene Apurinposition kann frei bleiben oder durch eine andere identische oder nicht-identische Base ersetzt werden. Die Depurinierung geschieht überwiegend bei starker Hitze und in einem sauren Milieu. Im Zuge der Basenexzisionsreparatur können die entstandenen Fehler wieder beseitigt werden.  

Umschreibung einer DNA zu RNA.    Als Transkription (von spätlateinisch transcriptio „Übertragung“ zu lateinisch transcribere „um-/ überschreiben“) wird in der Genetik die Synthese von RNA anhand einer DNA als Vorlage bezeichnet. Die dabei entstehende RNA lässt sich größtenteils in drei Gruppen einteilen: mRNA (messenger RNA) (zur Proteinbiosynthese) sowie tRNA (transfer RNA) und rRNA (ribosomale RNA). Die Transkription ist, wie auch die Translation, ein wesentlicher Teilprozess der Genexpression.   Bei der Transkription wird ein Gen abgelesen und als RNA-Molekül vervielfältigt, das heißt ein spezifischer DNA-Abschnitt dient als Vorlage (Template) zur Synthese eines neuen RNA-Strangs. Bei diesem Vorgang werden die Nukleinbasen der DNA (A – T – G – C) in die Nukleinbasen der RNA (A – U – G – C) umgeschrieben. Anstelle des Thymins kommt Uracil und anstelle der Desoxyribose kommt Ribose in der RNA vor.

Aus RNA werden Proteine gemacht.

Als Translation wird die Synthese von Proteinen in den Zellen lebender Organismen (siehe auch Proteinbiosynthese) anhand der auf mRNA-Moleküle kopierten genetischen Informationen bezeichnet. Die Translation, als ein wesentlicher Teilprozess der Genexpression, ist der Transkription (komplementäre Kopie der DNA-Informationen auf einzelne mRNA-Stränge) nachgelagert, und erfolgt in lebenden Zellen an besonderen Strukturen, den Ribosomen.

RNA zu cDNA.

Eine reverse Transkriptase ist ein Enzym, das RNA in DNA umschreibt. Es handelt sich somit um eine RNA-abhängige DNA-Polymerase. Der Name leitet sich daher ab, da man früher davon ausging, eine Umschreibung von RNA in DNA sei nicht möglich. Als man dieses Enzym entdeckte, stellte man jedoch fest, dass es entgegen des klassischen Polymeraseweges (also revers) funktionierte. Retroviren, unter anderem auch HIV funktionieren mit einem solchen Enzym. Hier setzen auch verschiedene Hemmstoffe an.

Bsp: 

- HIV-1 reverse Transkriptase, die im HI-Virus Typ 1 vorkommt   - M-MLV reverse Transkriptase, welche im Murinen Leukämievirus vorkommt   - Telomerase, ein Enzym in einigen Zellen des menschlichen Körpers. Es stellt die Telomere, die bei jeder Zellteilung verloren gehen, wieder her. Die Telomeraseaktivität ist jedoch nur bei Zellen der Keimbahn, embryonalen Zellen und bei Krebszellen, sowie bei Einzellern nachweisbar.

Das Grundprinzip sagt aus, dass der Original-Doppelstrang geöffnet wird und beide Teilstränge als Vorlage für die Replikation dienen. Dabei wird der replizierte Strang wieder entsprechend der Watson-Crick-Basenpaarung gebildet. 

5' -> 3'

immer von 3' -> 5'

Spaltet die DNA reversibel an einem Strang, sodass sich der 2. Strang frei drehen kann mit der Energie der Supercoils und somit Supercoils gelöst werden kann und die DNA entspannt vorliegt.

Spaltet die DNA an beiden Strängen, sodass die Supercoils verschwinden und sich die DNA entspannt. Bindet wieder die DNA im entspannten Zustand.

Primer dient als Andockpunkt für die DNA Polymerase, da dieses ein 3'-Hydroxygruppe benötigt um anzudocken. Der Primer kann dies machen

Als Primer bezeichnet man ein Oligonukleotid, welches für DNA-replizierende Enzyme (wie die DNA-Polymerase) als Startpunkt dient. Es gibt sie sowohl in der DNA wie auch in der RNA, da sie beide einen Start für die Polymerase brauchen. Vor allem bei der gezielten Vermehrung von DNA-Abschnitten ist ein Primer notwendig, da dieser die Abschnitte der spezifischen DNA, welche vermehrt werden sollen, festlegt.

NUR die Primase!

Nachdem die Helicase die DNA entwunden hat und die Topoisomerasen die DNA entspannt haben, dockt die Primase an der entwundenen Stelle und bildet den RNA Primer. Dieser ist für die DNA-Polymerase notwendig um mit der eigentlichen DNA-Synthese zu beginnen. Die RNA-Polymerase kann nur vom 5'-Ende zum 3'-Ende der DNA synthetisieren. 

Die Bezeichnung diskontinuierlich bezeichnet einen Prozess mit Unterbrechungen.   Im Gegensatz zu einem diskontinuierlichen Prozess läuft ein kontinuierlicher Prozess ohne Unterbrechungen.   Bei der DNA Polymerase.

Im Gegensatz zu DNA-Polymerasen benötigen RNA-Polymerasen keinen RNA-Primer. Eine spezifische DNA-Sequenz, der sog. Promotor, dient der RNA-Polymerase als Markierung für den Startpunkt. Bei prokaryotischen Lebewesen binden RNA-Polymerasen direkt an die DNA, im Gegensatz dazu sind bei Eukaryoten spezielle Proteine erforderlich, die als Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden.

antiparallel

Okazaki-Fragment nennt man in der Molekularbiologie einen während der DNA-Replikation entstehenden kurzen Abschnitt des Folgestrangs aus DNA und RNA. Bei Prokaryoten ist ein solches Fragment 1000 bis 2000, bei Eukaryoten 100 bis 200 Nukleotide lang.

Entstehen bei der diskontinuierlichen Replikation am Rückwärtsstrang.

Vorwärtsstrang (Tochterstrang) am Leitstrang (Mutterstrang)

Einzelstrang-Bindungsproteine (SSB)verhindern, dass die Doppelhelix wieder vor dem Ablesen zuschnappt.

Bei der DNA Synthese

Helikasen sind Enzyme, die in allen Lebewesen und den meisten Viren vorkommen, und die die Struktur doppelsträngiger Nukleinsäuren verändern. In der Regel lösen sie die Basenpaarung von doppelten DNA- oder RNA-Strängen auf. Aber auch Sekundärstrukturen der Nukleinsäuren können Ziel von Helikasen sein. Je nach Substrat unterscheidet man zwischen DNA- und RNA-Helikasen. Sie sind unentbehrlich bei der Replikation, der Transkription, DNA-Reparatur und der Rekombination.

Die DNA-Polymerase ist ein Enzymkomplex, der aus zwei synthetisierenden Untereinheiten und der Primase besteht. Beide Stränge werden simultan synthetisiert

- Öffnen der DNA. (Helicase)

- Synthetisieren der DNA 

- DNA / RNA Stücke entfernen (Korrekturfunktion) -> Exonukleaseaktivität der DNA-Polymerase entfernt die RNA Primer und füllt sie wieder auf.

Es gibt 3'-5' Exonuklasen und 5'-3' Exonukleasen, jedoch besitzt nicht jede DNA Polymerase beide Aktivitäten.

Die letzte 3‘-OH / 5‘-Phosphat Lücke zwischen zwei benachbarten Nukleotiden wird mit Hilfe der DNA-Ligase geschlossen. 

- Für die Schliessung der Lücke muss die 5‘-Phosphat Bindung erst mit Hilfe von ATP aktiviert werden. Dabei wird zuerst AMP an ein Lysin-Rest am aktiven Zentrum der Ligase angehängt.     • Die DNA-Ligase knüpft vorübergehend eine Phosphosäureanhydrid-Bindung am 5‘-Phosphat (durch Anhängen von AMP),  die den nukleophilen Angriff der freien 3‘-OH Gruppe und die Bildung der 3‘-5‘-Bindung unter Abspaltung von AMP begünstigt. 

die DNA Polymease braucht zum andocken ein 3'-OH Ende, welches am Anfang nicht vorhanden ist beim Folgestrang, sondern nur ein 5' Ende nachdem der Primer entfernt wurde.

Telomere schützen durch ihre AS Wiederholung die informationstragenden Gene vor dem entfernen, da die DNA die immer um diese Primerlänge verkürzt wird.