RNA

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biol 101
Einführung in die Zellbiologie
vom Gen zum Protein
vom Genotyp zum Phänotyp
Vom Gen zum Protein
Was ist ein Gen?
Als Gen wird meist ein Abschnitt auf der DNA
bezeichnet, der die Grundinformationen zur
Herstellung einer biologisch aktiven RNA
enthält.
Bei diesem Herstellungsprozess (Transkription)
wird eine komplementäre Kopie des codogenen
Stranges in Form der RNA hergestellt
Was ist ein Gen?
Als Gen wird meist ein Abschnitt auf der DNA
bezeichnet, der die Grundinformationen zur
Herstellung einer biologisch aktiven RNA
enthält.
Bei diesem Herstellungsprozess (Transkription)
wird eine komplementäre Kopie des codogenen
Stranges in Form der RNA hergestellt
Was ist das Genom?
Als Genom, auch Erbgut eines Lebewesens oder
eines Virus, bezeichnet man die Gesamtheit der
materiellen
Träger
der
vererbbaren
Informationen einer Zelle bzw. eines
Viruspartikels:
Es handelt sich um die Gesamtheit der
vererbbaren Informationen.
Chromatin - Chromosomen
Chromatin ist das Material, aus dem die Chromosomen bestehen. Es
handelt sich um einen Komplex aus DNA und speziellen Proteinen,
von denen wiederum etwa die Hälfte Histone sind.
Euchromatin
DNA ist aktiv, d.h. es finde Transkription statt
Heterochromatin
Besteht aus inaktiver DNA
Konstitutives Heterochromatin
wird nie transkribiert
Fakultatives Heterochromatin
wird manchmal transkribiert
DNA und Histone
Chromosom – Verpackung der DNA
Das Chromatin ist komplex strukturiert
Struktur eines Chromosoms
Protein-codierende Bereiche machen nur einen geringen
Teil auf dem Chromosom aus
Eu- und Heterochromatin - Positionseffekt
Euchromatin - DNA ist aktiv; Heterochromatin - inaktive DNA
Eu- und Heterochromatin - Positionseffekt
Polycistronisch vs. monocistronisch
Gene sind über das Chromosom verteilt
DNA – Gene - Basenpaare
Organismus / Biologisches System
Anzahl der Gene
Basenpaare insgesamt
Gemeiner Wasserfloh[14]
Pflanze
Mensch
Fliege
Pilz
Bakterium
Escherichia coli
Carsonella ruddii
DNA-Virus
RNA-Virus
Viroid
30.907
>25.000
~22.500
12.000
6.000
180–7.000
~5.000
182
10–300
1–25
0
2·108
108–1011
3·109
1,6·108
1,3·107
105−107
4,65·106
160.000
5.000–200.000
1.000–23.000
150–400
DNA – Gene - Basenpaare
Organismus / Biologisches System
Anzahl der Gene
Basenpaare insgesamt
Gemeiner Wasserfloh[14]
Pflanze
Mensch
Fliege
Pilz
Bakterium
Escherichia coli
Carsonella ruddii
DNA-Virus
RNA-Virus
Viroid
30.907
>25.000
~22.500
12.000
6.000
180–7.000
~5.000
182
10–300
1–25
0
2·108
108–1011
3·109
1,6·108
1,3·107
105−107
4,65·106
160.000
5.000–200.000
1.000–23.000
150–400
RNA
Wird in Proteine translatiert
mRNA – messenger RNA oder BotenRNA
Wird nicht in Proteine translatiert
tRNA – transfer RNA
– Transport von Aminosäuren während der Proteinbiosynthese
rRNA – ribosomale RNA
– Aufbau von Ribosomen
miRNA, siRNA – regulatorische RNA Moleküle
mRNA
tRNA
rRNA - ribosomale RNA (grau)
micro RNA – Regulatoren der Genexpression
RNA-Polymerasen
RNA-Polymerase I
rRNA als prä-rRNA (45S wird prozessiert zu 18S; 5.8S; 28S) im
Nucleolus
RNA-Polymerase II
prä-mRNA, snoRNAs (small nucleolar RNAs) snRNAs (small
nuclear RNA), siRNA, miRNA
RNA-Polymerase III
tRNA, 5S rRNA, 7SL-RNA, einige snRNAs
RNA
Rifampicin – Antibiotikum, das speziell bakterielle RNA-Polymerase inhibiert
Transkription – das Erzeugen von RNA
Codogener Strang
RNA
RNA-Biosynthese
3 stufig
1) Initiierung
2) Verlängerung
3) Terminierung
Der Initiatorkomplex ist notwendig
Das Initiatorkomplex bindet unterschiedliche DNA-Bereiche
Das Initiatorkomplex bindet unterschiedliche DNA-Bereiche
Transkription kann gehemmt oder aktiviert werden
Die RNA-Polymerase II
Transkription – das Erzeugen von RNA
Codogener Strang
Die Transkription ist extrem dynamisch
mRNA
Die Prozessierung der prä-messengerRNA
Cap und PolyA Schwanz erhöhen die Stabilität der mRNA
Unterschiedliche Gene liefern
unterschiedliche Mengen an Proteine
Exone und Introne
Exon
Protein-kodierender Bereich des Gens
Intron
Nicht-Protein kodierende Bereiche des Gens (eingeschlossen
von Exonen)
mRNA
Exone und Introne – Sequenzelemente determinieren die
Spleißorte
Spleißen von RNA – Entfernen von Intronsequenzen
Spleißen von RNA – Entfernen von Intronsequenzen
Exone und Introne – Moleküle des Spleißosoms
Exone und Introne – alternatives Spleißen
Exone und Introne – alternatives Spleißen
DSCAM-Gen von Insekten
Prozessierung der mRNA – was und wo
Die mRNA verlässt den Kern nicht nackt
Epigenetik
Mechanismen, die Aktivität von Genen zeitweise
festlegen
Langfristig bedeutet Tage, Monate, Jahre, eventuell in die
nächste Generation
Epigenetik
Histonmodifizierung
Ändert die Eigenschaften des Chromatins – Regulation der
Zugänglichkeit der DNA für Transkription
Epigenetik
Epigenetik
DNA-Methylierung
Markierung von aktiven und inaktiven Bereichen der DNA
Die Translation benötigt eine mRNA, Ribosomen und
transfer RNAs
Die Translation beginnt mit der Sequenz AUG, die durch
eine sog. Kozak – consensus Sequenz markiert wird
Startcodon (AUG – ATG ergibt Methionin)
Der genetische Code
20 Aminosäuren
4 Basen
Code von 2 Basen würde 16 verschiedene AS codieren können (42)
Code von 3 Basen würde 64 verschiedene AS codieren können (43)
Der genetische Code
Der genetische Code
Der genetische Code – das Leseraster entscheidet
Es gibt mehrere hundert verschiedene transfer RNAs –
Bindung an DNA-Triplett wird verbunden mit dem Transport einer spezifischen Aminosäure
Es gibt mehrere hundert verschiedene transfer RNAs –
Bindung an DNA-Triplett wird verbunden mit dem Transport einer spezifischen Aminosäure
Ribosomen - Proteinsynthesefabriken
prokaryotische Ribosomen
Ribosom
Untereinheit
70S
50S
30S
rRNAs
23S (2904 nt)
5S (120 nt)
Proteine
31
16S (1542 nt)
21
eukaryotische cytosolische Ribosomen
Ribosom
Untereinheit
rRNAs
80S
60S
28S (4718 nt)
5,8S (160 nt)
5S (120 nt)
40S
18S (1874 nt)
Proteine
49
33
Ribosomen von Pro- und Eukaryoten
Die Ribosomen von Prokaryoten sind Zielort
verschiedenster Antibiotika
Wie arbeitet das Ribosom – Initiierung der
Proteinbiosynthese
Wie arbeitet das Ribosom – Polymerisation von
Aminosäuren bei Erkennung der Basentripletts
Wie arbeitet das Ribosom – STOP
Eine RNA wird oft von mehreren Ribosomen abgelesen
Ribosomen kommen im Cytosol und am ER vor
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