Biochemie I

Themen: Makromoleküle, Enzyme, Lipide-Membranen-Polysaccharide, Allgemeine Molekularbiologie & Vitamine (für Veterinärmediziner)

Themen: Makromoleküle, Enzyme, Lipide-Membranen-Polysaccharide, Allgemeine Molekularbiologie & Vitamine (für Veterinärmediziner)


Kartei Details

Karten 496
Lernende 18
Sprache Deutsch
Kategorie Medizin
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 11.03.2015 / 15.06.2022
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Translation - Ribosomen (3/3)

- Funktion/Struktur Zusammenhang
- Bindungsstellen
- Vorgang Zus.

Struktur spiegelt seine Funktion wieder --> bringt mRNA mit aminosäurebeladener tRNA zusammen
Ribosom hat 4 Bindungsstellen:       (1x für mRNA, 3x für tRNA)
  --> 1. mRNA Bindungsstelle
  --> 2. A-Stelle – (Aminoacyl-tRNA-Stelle) nimmt tRNA auf welche die neu anzuknüpfende Aminosäure anliefert
  --> 3. P-Stelle – (Peptidyl-tRNA-Stelle) bindet tRNA mit der wachsenden Polypeptidkette
  --> 4. E-Stelle – ("Exit"-Stelle) Stelle wo die ungebundenen tRNA das Ribosom verlässt

• Ribosom hält die tRNA und mRNA-Moleküle wie eine Klammer eng beieinander und katalysiert die Anheftung einer AS an die freie Carboxylgruppe der Polypeptidkette --> dann wird die Peptidbindung geknüpft

Synthese eines Polypeptids (= ?)

- Abschnitte
- Was benötigen diese?
- Energiebedarf

(= Translation)

• die Translation hat 3 Abschnitte: Intitation, Elongation, Termination
• Alle drei Einzelschnitte benötigen Proteinfaktoren (meist Enzyme), welche die mRNA,  tRNA und die Ribosomen beim Translationsvorgang unterstützen
• Jeder Initiations- und Elongationsschritt benötiget Energie, die durch Guanosin-Triphosphat GTP (ATP-verwandtes Molekül) geliefert wird

Translation - Initiation (1/2)

- Was passiert dabei?
- kleine ribosomale Untereinheit
  --> Bakterien
  --> Eukaryoten (2 Punkte)
- Initiator-tRNA

-  es wird eine mRNA, eine tRNA mit der ersten AS des Polypeptids sowie die beiden ribosomalen Untereinheiten zusammengebracht
- die kleine ribosomale Untereinheit: bindet an einer spezifischen Basensequenz am 5’-Ende (stromaufwärts) einer mRNA.
  --> Bakterien: rRNA der kleinen Untereinheit geht Basenpaarungen mit einer bestimmten Nucleotidfolge innerhalb  des mRNA-Leaders ein
  --> Eukaryoten:  die 5’-Cap veranlasst, dass die kl. Untereinheit an das 5’-Ende der mRNA andockt
  - Unmittelbar dahinter (stromabwärts, also in Richtung des 3’-Endes) folgt das Initiationscodon, AUG, an dem die
Translation beginnt.
- Die Initiator-tRNA, welche stets die Aminosäure Methionin trägt, bindet amInitiationscodon

Translation - Initiation (2/2)

- Wann kommt die grosse rUntereinheit hinzu?
- Initiationsfakoren
- Energie für den Translations-Initialkomplex
- Initiator-tRNA nach Initiationsvorgang
- An welchem Ende beginnt die Polypetidsynthese?

- Nach Vereinigung von mRNA, Initiator-tRNA und der kleinen ribosomalen Untereinheit tritt die grosse ribosomale Untereinheit hinzu --> ein funktionsfähiges Ribosom entsteht
- “Initiationsfaktoren“: Proteine, die die einzelnen Komponenten zusammen bringen
- Zelle benötigt Energie in Form eines GTP-Moleküls, um den Translations-Initialkomplex zu bilden
- Nach Beendigung des Initialvorgangs befindet sich die Initiator-tRNA an der P-Stelle des Ribosoms; die freie A-Stelle ist bereit, die nächste Aminoacyl-tRNA aufzunehmen.
- Synthese eines Polypeptids beginnt an seinem Aminoende.

Translation - Elongation (1/2)

- Was passiert dabei?
- Ablauf
- Was wird benötigt?
- Ribosomwanderung
- Wiederholung

• bei der Elongation wird eine AS nach der anderen an die Start-AS angehängt
• die Anheftung einer neuen AS erfolgt in drei Schritten:
  --> 1. Codonerkennung
  --> 2. Bildung einer Peptidbindung
  --> 3. Translokation
• Elongation Schritte benötigen Energie (GTP) und „Elongationfaktoren“
• Ribosom wandert an der mRNA entlang von 5‘ nach 3‘
• die Elongationszyklus wiederholt sich bis das polypeptid vollständig ist

Translation - Elongation (2/2)

Erläutern Sie die verschiedenen Schritte etwas genauer

1. Codonerkennung: Das mRNA-Codon an der A-Stelle des Ribosoms bildet Wasserstoffbrücken zum Anticodon eines eintreffenden tRNA-Moleküls, das die passende AS trägt.
Ein Elongationsfaktor schiebt die tRNA zur A-Stelle --> erfordert Hydrolyse einer Phosphatbindung des GTP

2. Bildung einer Peptidbindung: Ein rRNA-Molekül der gr. rib. Untereinheit katalysiert als Rybozym die Bildung einer Peptidbindung zwischen dem Polypeptid, das an der P-Stelle hängt, und der gerade eingetroffenen AS an der A-Stelle.
--> das Polypeptid trennt sich von der an die P-Stelle gebundenen tRNA, und die AS an seinem Carboxylende bindet die neue AS an der A-Stelle

3. Translokation: Ribosom verlagert (transloziert) die tRNA zusammen mit dem gebundenen Polypeptid aus der A-Stelle zur P-Stelle.
Bei der Bewegung der tRNA bleibt ihr Anticodon über Wasserstoffbrücken mit dem mRNA-Codon verbunden.
Die mRNA bewegt sich mit ihr weiter und bringt das nächste Codon, das tranlatiert werden soll, zur A-Stelle.
In der Zwischenzeit wird diejenige tRNA, die bisher an der P-Stelle war, zur E-Stelle verlagert und verlässt das Ribosom.
--> erfordert Energie, die aus der Hydrolyse eines GTP-Moleküls stammt.
Die mRNA bewegt sich stets mit dem 5’-Ende voran durch das Ribosom.

Translation - Termination

- Stoppsignal für Elongation
- Release-Faktor
- Freisetzung des Proteins & Dissoziation

• die Elongation setzt sich solange fort, bis ein Terminationscodon, also ein Stoppsingal, (UAA, UAG, AGA) zur A-Stelle des Ribosoms kommt
• Ein Release-Faktor (“Freisetzungsfaktor“) besetzt direkt das Terminationscodon an der A-Stelle und spaltet das fertige Polypeptid unter Addition eines Wassermoleküls von der letzten tRNA ab
• Ribosom setzt die Polypeptidkette und die mRNA frei; und dissoziiert anschliessend wieder in seine grosse und kleine Untereinheit

- Mutationen
- Genmutationen
- Mutation in einem Gameten
- Erbkrankheit

Mutationen: Änderungen der genetischen Information einer Zelle (oder eines Virus)
Genmutationen: eine Veränderung eines einzelnen oder weniger Basenpaare in einem Gen
• Falls sich eine Mutation in einem Gameten ereignet hat, wird sie an die Zygote und vielleicht zahlreiche folgende Generationen weitergegeben
Erbkrankheit: wenn diese Mutation zu einem erkennbaren Defekt beim Phänotyp führt (z.B. Sichelzellenanämie)

Typen von Genemutationen

• Mutationen in einem Gen lassen sich in zwei grosse Gruppen einteilen:
  --> 1. Substitution eines Basenpaars (Punktmutation)
  --> 2. Insertion, Deletion oder Inversion oder Translokation von Basen

Genmutationen - Substitutionen

(4 Punkte)

Basenpaar-Substitution (Punktmutation): der Ersatz eines Nucleotids und seines Partners im komplementären DNA-Strang durch ein anderes Nucleotidpaar

„stumme Mutation“:   Punktmutationen sind i.d.R. stumme M.
- kann im nichtcodierenden Bereich eines Genes (Intron) auftreten
- in einem Exon ändert der Austausch eines Basenpaares zwar ein Codon in ein anderes, dieses wird aber wegen der Redundanz des genetischen Codes in dieselbe AS übersetzt

Missense-Mutationen: = "Fehlsinn"  Punktmutationen sind i.d.R. Missense-M.
 verändertes Triplett codiert immer noch eine AS und ist damit ein sinnvolles Codon, allerdings nicht im richtigen Sinne
  --> 1) conservative: die neue Aminosäure hat ähnliche chemische Eigenschaften wie die frühere
  --> 2) nonconservative: das veränderte Triplett codiert nicht im richtigen Sinne

Nonsense-Mutationen: Mutationen die ein Aminosäure-Codon in ein Stopcodon umwandeln; das resultierende Polypeptid ist kürzer; nahezu alle Nonsense-Mutationen führen zu einem untauglichen Protein

Mutationen sind immer etwas schlechtes. - Stimmt diese Aussage?

NEIN.

- Gelegentlich führt eine Mutation auch zu einer Verbesserung des Proteins oder zu einer Variante, welche dem mutierten Organismus und seinen Nachkommen einen Vorteil bringt.

- Viel öfter aber sind Punktmutationen schädlich und führen zu einem nutzlosen oder weniger aktiven Protein, das die zellulären Funktionen beeinträchtigt.

Genmutationen - Insertionen, Deletionen und Inversionen

- Insertion&Deletion Def. --> vergl.mit Substitution
- Rasterschub-Mutationen
  --> Entstehung
  --> Resultat
- Inversion

  --> Abhängigkeit der Auswirkung

• Eine Insertion oder eine Deletion entsteht durch Einführung beziehungsweise Verlust eines oder mehrerer Nucleotidpaare
  --> haben für das entstehende Protein meist eine schwerer wiegende Auswirkung als Substitutionen
Rasterschub-Mutationen („Frameshift-Mutationen“): Ins./Del. von Nukleotiden welche das Leserraster ändern
  --> entstehen immer dann, wenn die Zahl der eingefügten od.deletierten Nucleotide kein Vielfaches von 3 ist
  --> das Resultat ist ein Nonsense-Triplett, das zu einem frühzeitiger Termination der Translation führt
•  Inversion: hierbei wird ein Teil der Doppelhelix herausgeschnitten und an derselben Stelle verkehrt herum wieder
eingesetzt
  --> wie sich dieser Mutationstyp auswirkt, hängt vom Einzelfall ab

Protein-Processing und posttranslationelle Modifikationen - Bedeutung und Prinzip

(3 Punkte)

- Bei der Translation entstehen häufig nicht die definitiven Proteine, sondern deren Vorstufen.
- Diese unterscheiden sich gegenüber den definitiven Proteinen durch eine zusätzliche Sequenz von 10 - 30 AS am aminoterminalen Ende.
- Die erste (aminoterminale) AS ist immer Methionin (Methionin wurde ja bei der Translation mit der Start-tRNA eingeführt)

Protein-Processing (Definition & Sinn)

Posttranslationelle Modifikationen (Definition & Zeitpunkt)

Processing:
= die enzymatische Abspaltung von der zusätzlichen aminoterminalen Sequenz aus den Proteinvorstufen
(bei einzelnen Proteinen z.B. Insulin kommt es zusätzlich zur Abspaltung im Inneren der Kette)
Sinn des Processings: aus einer inaktiven Vorstufe wird ein funktionstüchtiges Protein gemacht (“Veredlung“)

Posttranslationelle Modifikation:
= eine enzymatische Anlagerung spezieller Gruppen an das Protein
• findet häufig gleichzeitig mit Processing statt

Im vordergrundstehende posttranslationelle Modifikationen - Glykosylierung

- Definition (Bsp.)
- Funktion (3 Punkte)

• eine Gruppe von enzymatischen oder chemischen Reaktionen, bei denen Zukergruppen an Proteine oder Lipide gebunden werden (Glykoproteine, z.B. Rezeptoren, Oberflächenproteine, Membranproteine)

• Glykosylierung dient sehr unterschiedlichen Funktionen
  --> erhöht die Stabilität von Proteinen
  --> schützt vor proteolytischem Abbau
  --> dient auch dem intrazellulären Transport

Im vordergrundstehende posttranslationelle Modifikationen - Methylierung & Acetylierung

- Definition
- Histon-Acetylierung
- Histon-Methylierung

• der Transfer von Methylgruppen (-CH3) beziehungsweise Acetylgruppe (-COCH3) innerhalb einer chemischen Reaktion von einem Molekül auf ein anderes

Histon-Acetylierung: führt zu einer Öffnung der Chromatin-Struktur, was das Binden von Transkriptionsfaktoren sowie der Transkriptionsmaschinerie erlaubt, und so die Transkription begünstigt
Histon-Methylierung: kann sowohl positiv als auch negativ die Transkription beeinflussen

Im vordergrundstehende posttranslationelle Modifikationen - Phosphorylierung

- Definition
- Ladung
- Folge --> mögliche Formen

• das reversible (umkehrbare) Anhängen einer Phosphatgruppe an Proteine
• eine Phosphatgruppe besitzt eine polare Ladung
• eine Phosphorylierung hat oft Konformationsänderungen des Proteins zur Folge
  --> es gibt 2 möglichlicherweise funktionell unterschiedliche Formen des Proteins --> aktivierte oder inaktivierte Form

Im vordergrundstehende posttranslationelle Modifikationen -
Karboxylierungen, Hydroxylierungen, Poly(ADP)-Ribosylierungen & Isopeptidische Verbindung

Carboxylierung: eine Reaktion zur Einführung einer Carboxygruppe in eine organische Verbindung

Hydroxylierung: eine Reaktion zur Einführung einer oder mehrere Hydroxygruppen

Poly(ADP)-Ribosylierung: Anhängen von langen Polymeren, die aus NAD hergestellt wurden

Isopeptidische Verbindung: Verknüpfung von zweier Proteine durch eine Peptidbindung (z.B. Ubiquitin)

Protein-Processing und posttranslationelle Modifikationen - Mechanismen

(4 Punkte)

• Processing und posttranslationelle Modifikation werden durch spezielle Enzyme ausgeführt

--> Preporinsulin: Vorstufe der Insulin-Vorstufe
--> Proinsulin: Insulinvorstufe, deren aminoterminale Aminosäuren abgespalten wurden
--> Insulin: funktionelles Insulin, bestehend aus 2 Ketten, die durch 2 Disulfidbrücken verbunden sind, Mittelteil enzymatisch entfernt

Vergleich der Proteinsynthese bei Prokaryoten und Eukaryoten

- ähnlich
- Unterschiede (+ 3 Punkte)
- Wichtigster Unterschied (2 Punkte)

- Transkription und Translation werden in sehr ähnlicher Weise durchgeführt

- aber gibt es doch einige Unterschiede in der zellulären Maschinerie und in Details dieser Prozesse:
  --> RNA-Polymerasen sind verschieden, wobei euk. RNA-Polymerasen von Transkriptionsfaktoren abhängig sind
  --> Transkription wird unterschiedlich terminiert
  --> kleine Unterschiede in den Ribosomen

- Wichtigster Unterschied: Kompartimentierung der euk. Zelle
  --> Bakterien haben keinen Kern --> deshalb kann die Zelle ein Gen transkribieren und gleichzeitig die RNA  translatieren, und das soeben hergestellte Protein kann sehr rasch zu seinem Funktionsort diffundieren
  --> Im Gegensatz dazu trennt die eukaryotische Kernmembran Transkription und Translation und bietet ein  Kompartiment für intensives RNA-Prozessieren

Kontrolle der Genexpression - Bedeutung

- Definition
- Woraus besteht sie?
- Zellen...
- Wo?

• die Bildung eines von einem Gen kodierten Genproduktes, v.a. von Proteinen oder RNA-Molekülen
  --> Genexpression besteht aus Transkription und gegebenenfalls Translation sowie deren Regulationsmechanismen

• Zellen müssen ihre Genexpression kontrollieren (sowohl Eu- als auch Prokaryoten)

• die wichtigsten Genexpressionsmechanismen wirken während der Transkription

Kontrolle der Genexpression - 4 Prinzipen

Die Prinzipen in der Kontrolle der Genexpression sind:
  --> Regulation erfolgt am Chromatin durch das Zusammenwirken von regulatorischen Sequenzen auf der DNA (cis-Elemente) und regulatorischen Proteinen (trans-Elemente)
  --> Der Grad der Bedeckung von regulatorischen Sequenzen auf der DNA bestimmt die Zugänglichkeit für  RNA-Polymerasen = Geschw. der Transkription bestimmend
  --> Starke Bedeckung der DNA mit Proteinen bedeutet Repression, schwache Bedeckung – Derepression
  --> Mehrere dutzend Transkriptionsproteine (trans-Elemente) sind bekannt

Regulation der Genexpression bei Prokaryoten (1/2)

- Lac-Operon
- Escherichia coli --> Zugabe von Lactose
- β-Galactosidase
- Teile des Lac-Operons

- Kontrolle über das Operon

Lac-Operon: der bakterielle Regulationsmechanismus für den Abbau von Milchzucker (Lactose)
Escherichia coli: = "Haustier der Molekulargenetiker"; ernährt sich von Glucose
  --> nach Zugabe von Lactose zu einer Bakterienkultur wird das Enzym β-Galactosidase produziert
• β-Galactosidase: katalysiert folgende Reaktion: Spaltung von Lactose in D-Galaktose & D-Gluccose
• das Gen für β-Galactosidase (lac Z) und zwei andere Strukturgene für Proteine des Lactose-Stoffwechsels (lacA und lacY) sind Teile des Lac-Operons
• Die ganze Transkriptionseinheit (Operon) steht unter Kontrolle eines ganzen Operators (eines DNA-Abschnitt, den man als “Schalter“ bezeichnen kann) und Promotors

Regulation der Genexpression bei Prokaryoten (2/2)

- Repressorprotein (2 Punkte)
- Abwesenheit von Lactose
- Anwesenheit von Lactose
- negative Genkontrolle
- positive Genkontrolle

Repressorprotein: codiert vom regulatorischen Gen lacl (liegt ausserhalb des Operons)
  --> kann das Lac-Operon abschalten kann, indem es an den Operator bindet
in Abwesenheit von Lactose bindet Lac-Repressor an den Operator und schaltet die Transkriptions der lacZ, lacY und lacA Gene aus
in Anwesenheit von Lactose, bindet Induktor (Allolactose) an denn Lac-Repressor und ändert dessen Konfirmation, wodurch der Repressor nicht mehr an den Operator binden kann
• das Lac-Operon = 1 Bsp. für negative Genkontrolle weil Operon durch aktive Form des Repr.prot. abgeschaltet wird
positive Genkontrolle: wenn ein Aktivator-Molekül direkt mit dem Genom interagiert + die Transkription anschaltet

Regulation der Genexpression bei Eukaryoten

- Vergleich Prokaryoten
- Ablauf
- Kontrollpunkte --> Wichtigster?

• im Prinzip ist die Genregulation bei Eukaryoten ähnlich wie bei Prokaryoten
• die RNA-Polymerase setzt sich an den Promotor, und dann kann die Transkription erfolgen, falls sich keine weiteren Hindernisse (z.B. an Operatoren gebundene Repressorproteine) in den Weg stellen
• jedes Stadium der Expression eines Protein-codierenden Gens ist ein potenzieller Kontrollpunkt, an dem die Genexpression an oder abgeschaltet, beschleunigt oder gebremst werden kann
  --> Wichtigster Kontrollpunkt ist die Initiation der Transkription

Genexpression bei Eukaryoten - Chromatin

- Was beeinflussen Modifikationen?
- Oraganisation & deren Zwecke
- physikalischer Zustand der DNA
- DNA im stark kondensierten Heterochromatin

• Chromatin Modifikationen beeinflussen die Verfügbarkeit der Gene für die Transkription
• Organisation des Chromatins dient 2 unterschiedlichen Zwecken:
  --> 1. die Verpackung der DNA in eine kompakte Form für Unterbringung im Zellkern
  --> 2. regulatorische Funktion
• physikalischer Zustand der DNA nahe bei oder in einem Gen ist wichtig zur Kontrolle, ob das Gen für eine Transkription verfügbar ist
• DNA im stark kondensierten Heterochromatin nicht exprimiert (vermutlich weil der Transkriptionsapparat dort die DNA nicht erreichen kann)

Genexpression bei Eukaryoten - Chemische Modifikationen des Chromatins

- besonders wichtig für Regulation der Transkription (2 Vorgänge)
  --> werden katalysiert durch?
(4 Punkte)

 

• Besonders wichtig für Regulation der Transkription sind die DNA-Methylierung und die Histon-Acetylierung
  --> beide werden durch spezifische Enyzme katalysiert

DNA-Methylierung: das Anhängen von Methylgruppen an DNA-Basen (gewöhnlich Cytosin) nach erfolgter  DNA-Synthese
Inaktive DNA ist meist stark methyliert im Vergleich zu DNA, die aktiv transkribiert wird
  --> Demethylierung bestimmter inaktiver Gene schaltet sie an
Histon-Acetylierung: das Anheften von Acetylgruppen an bestimmte AS von Histon-Proteinen
  --> Deacetylierung = Abspalten solcher Gruppen
• Wenn Histone-Proteine acetyliert werden, binden sie DNA nicht mehr so stark --> die Transkriptions-Proteine haben einfacher Zugang zu Genen

Genexpression bei Eukaryoten - Rolle der Transkriptionsfaktoren (1/3)

- Transkriptions-Initiationskomplex
- wichtiges Merkmal eines eukaryotischen Gens --> steigern was?
- trans-Elemente
- Enhancer --> Lage?

Transkriptions-Initiationskomplex: ein Protein-Cluster; bindet an die Promotorsequenz stromaufwärts des Gens und eines der Proteine (RNA-Polymerase) beginnt das Gen zu transkribieren
wichtiges Merkmal eines euk. Gens ist die relativ grosse Zahl von Kontrollelementen, die mit dem Gen assoziiert
sind (cis-Elementen = Abschnitte nichtcodierender DNA)
  --> steigern in hohem Masse die Effizienz des Promotors, indem sie zusätzliche „Transkriptionsproteine“ Trans-Elemente binden
trans-Elemente = Transkriptionsfaktoren
Enhancer: nicht transkribierte Gensequenzen, meist im 5'-Bereich vor einem Gen gelegen, die nach der Bindung der Transkriptionsfaktoren an den Promotor eines Gens dessen mRNA-Produktion verstärken können
  --> kann 1000 nt entfernt vom Promotor liegen und sogar stromabwärts des Gens oder in einem Intron

Genexpression bei Eukaryoten - Rolle der Transkriptionsfaktoren (2/3)

- Transkriptionsfaktoren & Enhancer
- Beeinflussung vom Promotor
- Aktivatoren binden an was? --> weiterer Verlauf?

• die Assoziationen zwischen Transkriptionsfaktoren und Enhancern spielen eine wichtige Rolle in der Kontrolle der Genexpression
• Eine Schleife in der DNA erlaubt den Enhancern, einen Promotor zu beeinflussen
• Die Aktivatoren binden an die Enhancer-DNA-Sequenzen und dann an Proteine des Transkriptionsinitiationskomplexes --> die korrekte Positionierung des Komplexes am Promotor und die Initiation der RNASynthese ist ermöglicht

Genexpression bei Eukaryoten - Rolle der Transkriptionsfaktoren (3/3)

- Silencer
- Repressoren
- Transkriptionsfaktoren

Silencer: nicht transkribierte Gensequenzen, meist im 5'-Bereich vor einem Gen gelegen, die nach der Bindung der Transkriptionsfaktoren an den Promotor eines Gens dessen mRNA-Produktion bremsen können
Repressoren: Proteine, die von Repressor-Genen codiert werden. Sie sind in der Lage, sich an die regulatorischen Abschnitte der DNA (Operons) anzulagern und damit die Expression eines Gens zu unterdrücken
Transkriptionsfaktoren: regulatorische Proteine die selektiv an andere Proteine oder an DNA binden (DNA- und  Protein-Bindedomäne)

Genexpression bei Eukaryoten - Regulation der Genexpression durch Steroidhormonen

- Definition
- Funktion
- Transkriptionsaktivator
- Kontrollelement

Steroidhormone: Geschlechsthormone, üben vielfältige Effekte auf den Körper aus
  --> funktionieren als chemisches Signal, indem es in die Zelle gelangt und an spezifische Rezeptorproteine im Cytoplamsa oder Zellekern binden
• Wenn die Aktivierung durch Bindung eines Steroids stattfindet, dann funktioniert der Steroidrezeptor als Transkriptionsaktivator
• Jedes Gen, das vom Hormon angeschaltet werden soll, besitzt ein Kontrollelement, das vom Aktivator erkannt wird

Regulation der eukaryotischen Genexpression durch Post-transkriptionelle Mechanismen

- durch post-transkriptionellen Schritte...
- gibt's bei Bakterien nicht
- Bsp. auf RNA-Reifungs-Niveau
  --> abhängig wovon?

• Geneexpression kann an zahlreichen post-transkriptionellen Schritten blockiert oder stimuliert werden

• RNA-Prozessierung im Zellkern und der Export reifer RNA ins Cytoplasma bieten verschiedene Möglichkeiten zur Kontrolle der Genexpression, die es bei Bakterien nicht gibt

Bsp. für Regulation auf dem Niveau der RNA-Reifung ist das alternative Splicing (verschiedene mRNA-Molekülen werden dabei von demselben Primärtranskript hergestellt)
  --> abhängig davon welche RNA-Abschnitte als Exon bzw. Intron behandelt werden (wird von regulatorischen Proteinen gesteuert, die an best. Sequenzen ans primäre Transkript binden)

Genexpression bei Eukaryoten - Regulation der Translation

- Was machen die Kontrollmechanismen; wann?
- Wie wird die Translation spezif. mRNA bewerkstelligt?
- Bsp. für globale T.-Kontrolle
- Pflanzen & Algen

• die meisten translationellen Kontrollmechanismen blockieren die Initiation der Synthese eines Proteins, wenn sich die ribosomalen Untereinheiten und die Initiations-tRNA an eine mRNA binden
• Translation spezifischer mRNA kann durch regulatorische Proteine bewerkstelligt werden, die an spezifische Sequenzen oder Strukturen am 5’-Ende der mRNA binden und so den Ribosomen den Zutritt verwehren
globale Kontrolle der Translation ist wichtig bei der Embryonalentwicklung
  --> Eizellen synthetisieren+speichern viele mRNA-Molekülen --> werden zunächst nicht translatiert --> kurz nach Befruchtung wird Translation dann durch  plötzliche Aktivierung von Translations-Initiationsfaktoren ausgelöst --> schlagartige Synthese bestimmter Proteine
• Pflanzen und Algen speichern mRNA-Molekülen währen der Dunkelperiode
  --> Licht bewirkt die Reaktivierung des Translations-Apparates

DNA-Sequenzierung (2 Punkte)

Das Genom

Genomics --> Antworten worauf?

DNA-Sequenzierung: die Bestimmung der DNA-Sequenz (der Nucleotid-Abfolge) von genomischer DNA
  --> somit konnte seit 1995 das Genom von etwa 200 verschiedenen Organismen entschlüsselt werden

Das Genom: die gesamte Bibliothek der genetischen Anweisungen

Genomics: die wissenschaftliche Disziplin, welche die Struktur und Funktion von Genomen und Genen erforscht
  --> brachte Antworten auf fundamentale Fragen zur Genomorganisation, Expressionskontrolle, Wachstumregulation,
Keimesentwicklung und Evolution

Welches war der erste Eukaryot, dessen Sequenz vollständig bestimmt wurde?

Welches der erste vielzellige Organismus?

Die Hefe Saccharomyces cerevisiae war der erste Eukaryot, dessen Sequenz vollständig bestimmt wurde, und der Nematode Caenorhabditis elegans, ein Fadenwurm, war der erste vielzellige Organismus (1998).

Das Transkriptom

- Definition
- Abhängigkeit

• = die Gesamtheit aller mRNA Transkripte in einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt --> also eine variable Grösse
• abhängig von Umweltbedingungen, Stoffwechsellage, Zellzyklusphase, evtl. Krankheit

Transkriptomics

= die neue Forschungsdisziplin, die Analyse und Quantifizierung aller transkribierten mRNA Molekülen einer Zelle oder eines Gewebes zu einem exakt definierten Zeitpunkt als Aufgabe hat
 

Neue Entwicklungen in der Molekularbiologie

- Das Buch des Lebens --> Nutzung
- Genauswahl
- Genaktivität
- Expressionsprofil
 

- Jede einzelne Zelle eines Organismus verfügt über das gesamte Genom, das Buch des Lebens steht sozusagen im Regal
  --> nicht alle Zellen nutzen die gleichen Abschnitte des genetischen Informationsspeichers, sie schlagen also unterschiedliche Kapitel in diesem Buch auf

- Jeder Zelltyp gebraucht eine eigene Auswahl an Genen und setzt sie in Biomoleküle um (= er exprimiert ein anderes Set von Genen)

- aktiven Gene werden zuerst in mRNAs übersetzt, dann in ein Protein --> Zellen unterscheidet sich also  nicht nur äußerlich, sondern auch durch die unterschiedliche Genaktivität

- Das Muster der aktiven Gene (Expressionsprofile) ist Zelltyp spezifisch und abhängig vom Entwicklungsstatus und den Umweltbedingungen

DNA-Mikroarrays

- Frage
- Grundlegende Strategie
- Automation
- DNA-Mikroarrays
- DNA-Chip
  --> testen
- Informationen aus DNA-Mikroarray-Untersuchungen

(= der Biochip)

Frage: welche Gene in verschiedenen Situationen transkribiert werden?
Grundlegende Strategie: das Isolieren von mRNA aus bestimmten Zellen als Matrize für die Synthese von cDNA-Bibliotheken durch reverse Transkription zu verwenden und diese cDNA mit anderen DNA-Bibliotheken zu  vergleichen
Automation erlaubt dies einfach und in einem grossen („hight-throughput“) Massstab durchzuführen
DNA-Mikroarrays: neue Methode, hilfreich um neue Gene, Gen-Interaktionen und Genfunktionen aufzudecken
DNA-Chip (DNA-Mikroarray): eine grosse Anzahl einzelsträngiger DNA-Fragmente, welche unterschiedliche Gene repräsentieren, auf einem gläsernen Träger dicht aufgetragen
• die DNA-Fragmente am DNA-Chip werden mit verschiedenen Proben fluoreszentmarkierter cDNA-Moleküle auf  Hybridisierung getestet
Information aus DNA-Mikroarray-Untersuchungen soll einen weiteren Horizont verschaffen: wie Gruppen von Genen zusammenwirken, um einen lebenden Organismus zu bilden

cDNA

cDNA oder ausgeschrieben complementary DNA ist eine Form der DNA, die mittels des Enzyms reverse Transkriptase synthetisiert wird - meist aus mRNA.
cDNA wird unter anderem in der Molekularbiologie, Genomanalyse, sowie in der medizinischen Forschung und Diagnostik verwendet.