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• DNA
• RNA
• Protein

Ist die grundlegende physische und funktionelle Einheit der Vererbung auf den Chromosomen, welche aus spezifischen Seuenzen der DNA bestehen.

Gene codieren Instruktionen für die Produktion von Proteine

• der Genotyp ist der genetische Aufbau eines Organismus
• der Phänotyp: die Menge aller Merkmale eines Organismus

Desoxy-ribo-nuceid-acid

• DNA rund 2m lang (pro Zellkern)
• hat 46 Chromosomen à ca. 5 cm
• liegt im Zellkern (dieser ist ca. 10 micrometer gross)
• DNA ist an viele Proteine gebunden (Histone)
• DNA und assoziierte Proteine bezeichnet man als Chromatin
• DNA-Molekül besteht aus 2 DNA strängen: DNA Doppelhelix
  • die Basen lagern sich paarweise im Inneren der Doppelhelix zusammen (bilden die "Sprossen")
  • Basen interagieren über H2O-Brücken
  • Es lagern sich immer eine Pyrimidin- mit einer Purinbase zusammen (AT und GC)
  • Die Zucker und Phosphatreste kommen aussen zu liegen und bilden so das Rückgrad der DNA

• Chromosom: ist die "Transportform" der DNA. Wärend der Zellteilung kondensiert das Chromatin zu Chromosomen damit diese dann einfacher in die neu entstehenden Zellen aufgeteilt werden können. (Nice-to-know: die bekannte X-form des Chromosoms, zeigt die verdoppelte DNA, das sogenannte 2-Chromatid-Chromosom. (einfach: 1-Chromatid-Chromosom)
• Chromatin: ist die "Arbeitsform" der DNA (Histone + DNA, liegt "lose" im Zellkern). In dieser Form kann die DNA zur mRNA abgeschrieben werden. Nur so kann die DNA verdoppelt werden und eine Zellteilung stattfinden.

Gesamtheit der genetischen Information eines Organismus, das codiert in der DNA vorliegt (bei manchen Viren in der RNA)

Humangenom:

• Ist auf mehereren Chromosomen (46) angeordnet
• 23 Chromosomen sind vom Vater, 23 von der Mutter
• das ergibt 23 Paare welche unterteilt sind in
  • 22 Autosome
  • 1 Paar Geschlechtschromosom (xx für weiblich, xy für männlich)
• jede menschliche Zelle hat diese Chromosomenaustattung (diploider Chromosomensatz), AUSSERT
  • Keimzellen oder Geschlechtszelle (Sperma, Eier) haben einen halben Chormosomensatzt (haploiden Chromosomensatz)
  • Zellen ohne Zellkern, besitzen keine DNA (Erys)

Das Gen ist ein Segment aus einem DNA-Strang

• Gene sind die Basiseinheit der Vererbung
• Gene haben ihren Platz auf dem Chromosom
• Allel: verschiedene Zustandsform des Genes / eine Variante der DNA-Sequenz an einem bestimmten Abschnitt. Jede Allele wird von einem anderen Elternteil geerbt: d.h. Im Chromosomenpaar hat es 2 Gene für je 1 Merkmal

• Nur etwa 30% unseres Erbgutes sind Gene
  • von diesen 30% sind etwa 90% nicht codierend (vor der Proteinbiosynthese werden die Introns entfernt)
• restlichen 70% sind intergene DNA, die anscheinend keine Information tragen
• daraus folgt 2-3% ! unserers Genoms ist für ein Genprodukt codierend
• Die meisten Gene bestehen also aus kurz kodierten Sequenzen (Exonen), die von längeren nichtkodierenden Sequenzen (Introns) unterbrochen werden.

• Nukleotid: besteht aus
  • Base (Adnosin, Thymin, Guanin oder Cytosin (RNA Uracil anstatt Thymin))
  • Zucker (Ribose oder Desoxyribose)
  • Phosphat
• Nukleosid: besteht aus
  • Base
  • Zucker

Pyrimidin-Basen

• Thmin
• Cytosin
• Uracil

Purin-Basen

• Adenen
• Guanin

• Ribose: wird in der RNA eingebaut (hat OH-Gruppe am 2'-C-Atom
• 2-Desoxyribose: wird in der DNA eingebaut (OH-Gruppe am 2'-C-Atom ist zu H desoxidiert)

• Bei der Berknüphung des Zuckers mit einer Purin- oder Pyrimidinbase entsteht eine N-glykosidische Bindung
• Glykosisdisch heisst, dass ein Zucker an der Bindung beteiligt ist
• N bedeutet, dass am anderen Ende eine Stickstoffatom sitzt

Die Tabelle gibt eine Übersicht über die Nomenklautur der Nukleoside und Nukleotide bei DNA (desoxy) und RNA (ribo)

Polymerisierung bedeuted Kettenbildung

• Setzt man Nukleotide zu langen Ketten zusammen, erhält man Nukleinsäuren, also Polynukleotide
• Wichtig dafür sind nur Ribose und das Phosphat
• 5'-C-Atom einer Ribose ist über ein Phosphat mit dem 3'-C-Atom der nächsten Ribose verbunden
  • Die freie 3'-OH-Gruppe eines schon eingebauten Nukleotids greift immer den 5'-Phosphatteil eines neu entretenden Nukleotids an (siehe Bild)
  • eine ander Anlagerung ist nicht möglich (immer 3' zu 5' :-) )

Ein Codon ist ein Tripplet von aufeinanderfolgenden Basen eines DNA- / RNA-Stranges.

Es gibt 3 Stopcodons:

• UAA
• UAG
• UGA

Aber nur 1 Startcodon!

• AUG
• dieses codiert für die Aminosäure Methionin

1. Triplett-Code: ein Codon (3 Basen) codiert 1 Aminosäure
2. universell: gilt bei allen Lebewesen
3. eindeutig: jedes Codon codiert nur 1 AS
4. degeneriert: fast alle AS werden durch mehr als 1 Codon codiert (Redundanz)
5. kommafrei: Codons schliessen lückenlos aneinander
6. nicht überlappend: eine Base ist immer nur Bestandteil eines Codons

Basen paaren sich immer gleich: G und C, A und T!

• es hat also gleichviel Guanin wie Cytosin
• Guanin * 2 -> 19.7 * 2 = 39.4%

Daraus ergibt sich der Prozentsatzt von Adenosin und Thymin

• 100% - 39.4% = 60.6%
• Von Adenosien und Thymin hat es also jeweils 30.3%

Diese Aufteilung der Basen entspricht übrigens der menschlichen DNA

• Codogener Strang: bezeichnet den Strang der DNA, der direkt als Vorlage für die Herstellung der mRNA dient (die Basen sind zu denen der mRNA komplementär)
• Codierendet Strang: bezeichnet den Strang der DNA, von dem nicht abgelesen wird, sieht genauseo aus wie die mRNA (aussert: Thymin statt Uracil)
  • Das zum Codon (auf der mRNA) passende Anticodon befindet sich auf der tRNA und ist wieder gleich der Nukleotidsequenz des abgelesenen (codogenen) Stranges der DNA

B-Form auch Watson-Crick-Struktur bezeichnet

• Furchen in der DNA bilden die Bindungsstellen für regulatorische Proteine oder Rezeptoren für Steroidhormone
• Man unterscheidet ein kleine und eine grosse Furche, die sich aus der spezifischen Drehung der DNA ergibt

Ja. fast alle Organismen synthetisieren Purine und Pyrimidine de novo (lat. für von neuem), werden aber auch über den Salvage Pathway (Wiederverwertungsstoffwechel) synthetisiert

• De novo Synthese: Die Synthese von Nukleotiden beginnt mit ihrren metabolischen Vorläufern: AS, Ribose-5-Phosphat, CO2, und Ein-Kohlenstoff-Einheiten
• Salvage Pathway: Synthese von Nukleotiden durch Recycling der freien Basen oder Nucleoside, welch durch den Abbau von Nukleinsäure freigegeben werden.

• Viele Organismen "retten" Purine und Pyrimidine aus der Ernährung und Abbauvorgängen, da sie keine Energie liefern (Ribose aber schon).
• Nukleotid-Synthesewege sind gute Ziele für antikanzerogene / antibakterielle Strategien.
• Innerhalb des Nukleotidstoffwechsels werden die 4 Nukleotide synthetisiert, welche als Bestandteile der DNA dienen
• Die Purin- und Pyrimidinsynthese unterscheidet sich
  • Purinderivate: Base wird Stück für Stück an schon bestehendes Gerüst aus Ribose und Phosphat synthetisiert
  • Pyrimidinderivate: Zuerst Fertigstellung der Base, dann wird der Zucker angehängt

IMP = Inosin-Monophosphate

• ist wichtig weil das IMP als Vorläufer für die Synthese aller anderen Purinnucleotide wie Adenin- und Guanosinmonophosphat (AMP & GMP) und ATP dient.
• IMP wird über 2 Schritte zu AMP und GMP umgewandelt
• AMP und GMP werden beim entgültigen Abbau zu Xanthin, welches sich schliesslich unter Bildung von Harnsäure oxidiert.
• Wenn dieser Stoffwechsel gestört ist, entstehen Krankheiten ausgrund eines schlechten Harnsäure-haushalt

Störungen des Purinstoffwechsels beeinflussen stark den Zellstoffwechsel

• Hemmungen -> Biosynthese der Nukleinsäuren blockiert, da keine Vorstufen zur Verfügung
• Überproduktion -> Purinnukleotid-Abbaugeschwindigkeit erhöht und somit auch Harnsäureproduktion.

Hyperurikämie:

• durch verminderte renal Ausscheidung oder gesteigerte Harnsäureproduktion
  • -> Anstieg des Harnsäure-Spiegels im Blut
  • Hyperurikämie (Plasma-Urat höher als 7.0 mg/dL)
    • Normale Blutwerte: Frauen = 2.4 - 6 mg/dL ; Männer = 3.4 - 7 mg/dL
  •  gibt Primäre Hyperurikämie: ein angeborener Defekt der Purinstoffwechsels und / oder der Harnsäureausscheidung
  • sekundäre Hyperurikämie: Erhöhte Verfügbarkeit von Purine durch Medikamente / Erkrankungen oder durch die Nahrung

Gicht:

• wird durch Ausfällung von Natrium-Urat-Kristallen in den Gelenken verursacht, was zu Entzündungen und Schmerzen führt
• Ursachen
  • Verminderte Exkretion von Harnsäure
  • Purinreiche / Alkoholreiche Ernährung, zu geringe Mengen an Milchprodukten
  • Erhöhter Purinabbau
  • Erhöhte Aktivität der PRPP Synthetase (-> erhöhte Purinsynthese -> erhöhter Purinabbau -> erhohte Harnsäureprodukiton)
  • Verminderte / partielle HGPRT-Aktivität ("Salvage Enzyme")
• Behandlung
  • Colchicin -> reduziert Entzündungen
  • Allopurinol -> hemmt die Harnsäuresynthese (durch hemmung der Xanthine Oxidase)
  • LM mit hohem Puringehalt reduzieren / meiden:
    • rotes Fleisch und Innereien
    • Hefe und Hefeextrakte (z.B. Bier und alkoholische Getränke)
    • Spargel, Spinat, Bohnen, Erbsen, Linsen, Haferflocken, Blumenkohl und Pilze
  • Koffein und Alkohol meiden (wegen entwässernde Wirkung?)
  • genügend trinken

Nierenstein

• Wenn Harnsäure in hohen Konzentrationen im Blut vorkommt, kann es als Salz in den Nieren ausgefällt werden. Das Salz kann Steine bilden, was wiederum Schmerzen, Infektionen und Nierenschäden zur Folge hat.

Lesh-Nyhan Syndrom

• Erbkrankheit, welche duch eine verminderte Aktivität des Enzyms Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase verursacht wird. LNS kommt nur bei Trägers des Y-Chromosoms vor (Männer)
• Zeigt sich bei der Geburt
• der Salvage Pathway von Hypoxanthin und Guanin funktioniert nicht -> werden direkt in Harnsäure umgewandelt
• Symptome:
  • schwere Gicht
  • mentale und physische Probleme
  • selbstverletzendes Verhalten
• unbehandelt sterben Jungen mit LNS innerhalb der ersten Lebensjahren und erreichen das Jugenalter nicht