Zellbiologie

DNA-Sequenz in der Promotorregion eines Gens, zur Genregulation der Transkription bei Eukaryoten.[1] Auch in Archaeen findet sich die TATA-Box. In Bakterien gibt es eine vergleichbare Sequenz, die Pribnow-Box genannt wird.

Für das Ablesen der DNA und das Erzeugen der RNA (Transkription) muss der in RNA umzusetzende Teil vor der kodierenden Sequenz (im Promotor) bestimmte „Markierungen“ aufweisen. Erst dadurch können die notwendigen Proteine für diesen Schritt an die DNA binden. Dies geschieht über die sogenannte TATA-Box. Die Bezeichnung TATA stammt von der Abkürzung für die Basen-Sequenz T(hymin)-A(denin)-T(hymin)-A(denin). Eine Box ist ein in der Molekularbiologie üblicher Begriff für einen definierten, bekannten Bereich, einen in der Regel funktionellen Abschnitt im Genom.

RNA Synthese in 5'-3'-Richtung (Ableserichtuung 3´-5´)

Ablesen der DNA durch RNA Polymerase und Herstellung von

RNA

• Transkription wird initiiert am Start Codon ATG

• Ein Promotor stromaufwärts der Gensequenz rekrutiert Transkriptionsfaktoren

• In Eukaryonten beinhaltet der Promotor eine TATA Box

• Genexpression kann auf unterschiedliche Arten reguliert werden. Z.B über Regulator Proteine, die   

   einen positiven oder negativen Effekt auf die Transkription haben können.

• Die DNA ist um Nukleosomen gewickelt, die aus Histonen bestehen. Diese Verpackung muss

   gelockert werden, damit Transkription stattfinden kann.

Inititation:

1)Polymerase bindet an die Promotorsequenz an der DNAdoppelhelix; „geschlossener Komplex“

2)Polymerase öffnet die DNA nahe der Startsequenz zu einer Transkriptionsblase „offener Komplex“

3)Polymerase katalysiert eine Phosphodiestherverbindung zweier Anfangs rNTPs

Elongation:

4)Polymerase schreitet in 3´à5´ am Originalstrang fort, öffnet die DNA und fügt rNTPs an sodass die RNA wächst;

Termination:

5)an der Transkriptions-Stopsequenz gibt die Polymerase die RNA frei und trennt sie von der DNA

die gesamte Nukleinsäuresequenz, die vom Transkriptionsstartpunkt bis zur Terminationsstelle abgelesen und in RNA umgesetzt wird.

Oft verschieden orientiert, die Richtung der Transkription kann von Gen zu Gen wechseln

Allgemeine:als Untereinheiten der zur Transkription benötigten Proteinkomplexe übernehmen verschiedene Aufgaben und binden dabei entweder direkt an die DNA, zum Beispiel an allgemeine Motive wie Promoterelemente (etwa die TATA-Box), an die RNA-Polymerase oder an andere Proteine des Präinitiationskomplexes.treten stets als Komplexe mit anderen Proteinen auf.

Spezifische:vermitteln der Polymerase, welches Gen aktiviert werden soll. Sie sind daher nur in den Zellen vorhanden, in denen das Gen, das sie regulieren, aktiviert (oder je nach dem auch reprimiert) werden soll. Die DNA-Bereiche, an die sie binden, haben eine spezifische Sequenz (sog. cis-Elemente wie Enhancer oder Silencer), die von dem Transkriptionsfaktor erkannt und gebunden wird. Spezifische Transkriptionsfaktoren werden meistens durch Proteinkinasen aktiviert. Die Aktivierung ist das Ende einer langen Signalübermittlungskette, die durch einen Rezeptor ausgelöst wird.

Bakterien:

Ein Protein, der so genannte Sigma-Faktor, bindet an die Pribnow-Box des Promotors und erhöht damit drastisch die Bindungswahrscheinlichkeit der Polymerase an dieser Stelle. Nun wird unter Einbau von Nukleotiden die Elongation gestartet, wobei der Sigma-Faktor abgespalten wird.

Eukaryoten:

ein Initiationskomplex („Aktivator“) ist für den Transkriptionsstart notwendig, der an den Kernpromotor bindet.

3D-Assembly (Domäen=Bereiche, die sich selbstständig falten können);

ist aus mehreren Sekundärstrukturelementen zusammengesetzt und ist, genau wie die Sekundärstruktur, bereits in der Primärstruktur codiert;

In die Stabilisierung von Tertiärstrukturen sind Disulfidbrücken (stärkste Bindung), Ionenbindungen, Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen (schwächste Bindung) involviert

Auch posttranslationelle Modifikation (=Synthese eines Proteins durch Ribosomen) Protein Synthese

-speichern Information in “Genen“ aus doppelsträngiger DANN

-genetischer Code zur Ablesung der Information ist in allen Zellen gleich

-Alle Zellen de-chiffrieren die Gene mittels eines RNA-Übertragungssystems (messenger RNA), das die genetische Information in Proteine übersetzt

-Alle Zellen synthetisieren Proteine mithilfe von Ribosomen.

-Proteine bestimmen Funktion und Strukturen in allen Zellen

-Alle Zellen brauchen Energie zur Aufrechterhaltung ihres inneren Milieus und für die Synthese der komplexen Zellbestandteileà ATP

-Alle Zellen sind von einer Plasma-Membran umgeben, bestehend aus

Proteinen und einer Lipid-Doppelschicht

Nucleinsäuren (DANN, RNA;  UntereinheitàNucleotide)

Proteine (Enzyme, Strukturproteine... ; UntereinheitàAminosäuren)

Membranen (Plasmamembran, ER-Membran, Golgi-Membran..; UntereinheitàLipide (bestehend aus Fettsäuren)

Polysaccharide (UntereinheitàZucker)

sb

Als C-Terminus oder Carboxy-Terminus wird jenes Ende eines Proteins oder Polypeptids bezeichnet, welches eine Aminosäure mit einer freien Carboxygruppe (COOH) besitzt.

Am C-Terminus endet die Proteinbiosynthese am Ribosom, wobei die letzte Aminosäure durch das letzte Aminosäure-codierende Triplett der mRNA vor dem Stopp-Codon bestimmt wird. Damit hat das Protein einen unterscheidbaren Anfang und ein Ende. Durch die Peptidbindung, bei der immer eine Carboxygruppe mit einer α-ständigen Aminogruppe der nächsten Aminosäure verknüpft wird, bleibt am Anfang eines Proteins eine Aminogruppe und am Ende eine Carboxygruppe frei.^[

Als N-Terminus oder Amino-Terminus wird jenes Ende eines Proteins oder Polypeptids bezeichnet, welches bei Eukaryoten und Archaeen eine Aminosäure mit einer freien Aminogruppe (NH₂) besitzt. Bei Bakterien beginnen neusynthetisierte Proteine dagegen mit N-Formylmethionin (fMet), bei dem die Aminogruppe formyliert ist.^[Das Ribosom startet die Proteinbiosynthese am N-Terminus mit einem Methionin als erster Aminosäure des neu zu bildenden Proteins. Der N-Terminus bleibt zunächst unmodifiziert, während die Carboxygruppe der Aminosäure über eine Peptidbindung mit der NH₂-Gruppe der nächsten Aminosäure kovalent verknüpft wird.

Als Prozessierung wird in der Biochemie sowohl die posttranskriptionale Modifizierung eukaryotischer RNA (kurz RNA-Prozessierung) als auch die posttranslationale Modifikation von Proteinen (kurz Protein-Prozessierung) bezeichnet. Die RNA wird in Eukaryoten aber nicht in Prokaryoten modifiziert

Introns werden aus der Prä-mRNA entfernt; Aus der Transkription eines Gens gehen viele Transkripte hervor! Die Spleissaktion läuft unter der Bildung einer Lassostruktur ab! Das Spleissosom (katalysiert das Spleißen, wobei die Introns (nichtkodierende Abschnitte) aus der prä-mRNA entfernt werden und die Exons (kodierenden Abschnitte) verknüpft werden. Dabei entsteht die mRNA.)

Als Polyadenylierung bezeichnet man das Anhängen von Adenin-Nukleotiden, den sogenannten Poly(A)-Schwanz, an das 3'-Ende eukaryotischer (auch viraler) prä-mRNA durch das Enzym Poly(A)-Polymerase. Die Polyadenylierung ist genau wie das Splicing und Capping, eine posttranskriptionale Modifikation der eukaryotischen prä-mRNA.

aktiv;

Bei einer erhöhten Transkriptionsrate, z. B. bei Zellen, die viele Proteine produzieren, ist auch die Zahl der Kernporen erhöht, da die Transkription zwar im Zellkern, die Translation jedoch außerhalb des Zellkerns erfolgt und jedes fertige mRNA-Molekül daher den Zellkern verlassen muss.

Zunächst bindet das Protein nukleärer RNA-Exportfaktor 1 an den RNA-exon junction complex (EJC). Dieses Aggregat bindet nun andererseits an den Export-Rezeptor des NPC. Alles zusammen wird als export competent complex bezeichnet. Die Bewegung dieses Komplexes durch die Pore erfordert Energie, die in Form von GTP bereitgestellt wird. Am anderen Ende dissoziieren die genannten Komplexe wieder in ihre Teilkomplexe.

http://de.wikipedia.org/wiki/MRNA

Zusammenfassung

        .        

der genetische Code ist redundant (Das heißt, dass mehrer Codons für eine Aminosäure stehen können.)

Bei einem Code aus jeweils drei Zeichen und vier Buchstaben

(A, C, G und U in der messenger RNA) gibt es 43 = 64 mögliche Wörter; der genetische Code hat keine "Kommas" und ist überlappend

(Codons).

Tatsächlich werden alle 64 Codons benutzt.

Drei Codons (UAA, UAG, UGA) werden als Signale für “Stop“ der

Proteinsynthese gebraucht.

Die übrigen 61 Codons sind jeweils spezifisch für eine Aminosäure.

Da es nur 20 Aminosäuren als Protein-Bausteine gibt, haben die meisten

Aminosäuren mehr als ein Codon (Der Code ist redundant oder degeneriert).!

3' Base und mittlere Base des Anticodons:

standard Watson-Crick Basenpaarung

5' Base des Anticodons: erweiterte

Basenpaarungsmöglichkeiten

Resultat: Anticodons von vielen tRNAs können mitmehr als nur einem Codon paaren

I: Inosine; nicht in mRNAs aber in tRNAs!

http://de.wikipedia.org/wiki/Wobble-Hypothese

Wasserstoffbindungen zwischen Peptidbindungen: CO-Gruppe und

NH-Gruppe benachbarter β-Stränge

Ein Nukleotid besteht aus Zucker, Phosphatrest und Base.

Die Kohlenstoffatome des Zuckers werden nummeriert, von 1 bis 5.

Hängt man bspw. 3 Nukleotide aneinander, so ist am einen Ende das 3. C-Atom des Zuckers ungebunden (3‘-Ende), an der anderen Seite ist das 5. C-Atom des Zuckers ungebunden (5‘-Ende). Daher spricht man von diesen Bezeichnungen.

Die Cap-Struktur (zu deutsch Kappe) ist eine chemische Veränderung an mRNA-Molekülen in Eukaryoten, die die Stabilität der RNA drastisch erhöht und wichtig für den Transport der RNA aus dem Kern in das Cytoplasma und die darauf folgende Translation der mRNAs durch die Ribosomen ist.

Dabei handelt es sich meist um ein modifiziertes Guanin-Nukleotid, welches während der Transkription des Gens über eine seltene 5’-5’-Phosphodiesterbindung an das Kopfende der RNA geknüpft wird (engl. Capping). Capping findet wie auch das Splicing und die Polyadenylierung (engl. Tailing) cotranskriptionell statt, das heißt noch während die RNA-Polymerase die RNA synthetisiert. Man spricht daher auch von einer RNA-Fabrik.

Fasern mit 7 nm Durchmesser, die aus Aktin bestehen; Stabilisation der äusseren Zelle, Motorproteine des Aktin zuständig für Kurzstreckentransport zum Beispiel von Vesikeln zur Plasmamembran, Bewegung der Muskulatur etc.

Allgemeine Transkriptionsfaktoren als Untereinheiten der zur Transkription benötigten Proteinkomplexe übernehmen verschiedene Aufgaben und binden dabei entweder direkt an die DNA, zum Beispiel an allgemeine Motive wie Promoterelemente (etwa die TATA-Box), an die RNA-Polymerase oder an andere Proteine des Präinitiationskomplexes.

Diese "basalen" Transkriptionsfaktoren treten stets als Komplexe mit anderen Proteinen auf. Durch das Binden an die DNA stellen sie eine Art "Plattform" für die RNA-Polymerase her, die Polymerase bindet an die Plattform, und die Transkription wird initiiert. Transkriptionsfaktoren sind in ihrer Struktur divers und haben unterschiedliche Aufgaben. Einige besitzen Bindestellen für wichtige Regulatoren (z. B. für Antiterminatoren), andere haben Proteinkinase-Funktionen oder zeigen Helicase-Aktivität (z. B. TAF250-TFIID). Sie sind ubiquitär, d. h. in allen Zellen eines Organismus gleichmäßig vorhanden, und haben an der spezifischen Genregulation meist keinen Anteil.

ein DNA-bindender Stoff, z. B. die niedermolekulare Arabinose oder Regulator-Proteine, die an die Operator-Bindestelle, in 3'-Richtung vor dem Operator binden und dadurch die Affinität der RNA-Polymerase an den Promotor erhöht, wodurch die Transkription des Gens (oder Operons) aktiviert wird. Der Aktivator wird durch einen Coaktivator (Signalstoff) beziehungsweise Induktor aktiviert.

Der Aktivator erlaubt die Umstrukturierung der DNA!!

Adenosintriphosphat (ATP) ist ein Nukleotid, bestehend aus dem Triphosphat des Nucleosids Adenosin (und als solches ein energiereicher Baustein der Nukleinsäure RNA).

ATP ist jedoch hauptsächlich der universelle und unmittelbar verfügbare Energieträger in jeder Zelle und gleichzeitig ein wichtiger Regulator energieliefernder Prozesse. Das ATP-Molekül besteht aus einem Adeninrest, dem Zucker Ribose und drei Phosphaten (α bis γ) in Ester- (α) bzw. Anhydridbindung (β und γ).

biochemische Fabriken, die einfache

Chemikalien in sehr komplexe Moleküle verwandeln

Können

enorm wichtig: Bakterien im Darm

Krankheitserreger: Yersinia pestis, Streptomyces, Vibrio

cholerae, E. coli, Salmonella etc.

s

ein in allen tierischen Zellen vorkommender Naturstoff.ein lebenswichtiges Sterol und ein wichtiger Bestandteil der Plasmamembran. Es erhöht die Stabilität der Membran und trägt gemeinsam mit Proteinen dazu bei, Signalstoffe in die Zellmembran einzuschleusen und wieder hinauszubefördern. Der menschliche Körper enthält etwa 140 g Cholesterin. Da es in Wasser nicht löslich ist, befinden sich über 95 % des Cholesterins innerhalb der Zellen.

u.A. Steroide (Stoffklasse der Lipide, vielfältige Aufgaben) die eine hydrophobe Wechselwirkung mit den Lipiden eingehen und die ansonsten flexible Biomembran verfestigen

Können Disulfidbrücken ausbilden (bei der Oxidation 2er SH-Gruppen)

aus Proteinen aufgebautes Netzwerk im Zytoplasma eukaryotischer Zellen; verantwortlich für die mechanische Stabilisierung der Zelle und ihre äußere Form, für aktive Bewegungen der Zelle als Ganzes, sowie für Bewegungen und Transporte innerhalb der Zelle; besteht aus

 Mikrotubuli, Aktinfilamenten, Intermediärfilamenten

Disulfidbindung ist die kovalente Bindung (eine Atombindung) zwischen den Schwefel-Atomen zweier Cystein-Moleküle, die in der Aminosäureseitenkette eines Proteins vorkommen; können intra- (inerhalb eines Mols) und intermolekular (zwischen versch. Mols) sein

sb

sb

Enzyme, welche die Synthese von DANN aus Desoxyribonukleotiden an einer DANN-Matrize katalysieren. DANN-Polymerasen spielen eine Schlüsselrolle bei der DANN-Replikation

Trennt die beiden DNA Stränge

vermitteln den Transport von der Plasmamenbran ins Zellinnere (entweder zu den Lysosomen oder dem Golgi Apparat)

chemotrophe und phototrophe Bakterien von anderen prokaryotischen Zellen (möglicherweise Archaeen) wurden durch Phagozytose aufgenommen  und dadurch zu Endosymbionten. Später haben sich die Endosymbionten zu Zellorganellen in ihren Wirtszellen entwickelt. Die Komplexe aus den Wirtszellen und den darin befindlichen Organellen sind Eukaryoten

à Endosymbiontentheorie

Bsp.: Mitochondiren, Chloroplasten, Plastiden