Biochemie

MOLEKULARGENETIK
BAU UND FUNKTOIN DER NUKLEINSÄUREN
Bau von DNS und RNS
Den räumlichen Bau der
Desoxyribonukleinsäure (=DNS, DNA)
entschlüsselten die beiden britischen
Forscher James Watson und Francis
Crick.
Sie bauten dabei auf folgende
Erkenntnisse auf:

Das DNS Molekül besteht aus
Phosphatgruppen, DesoxyriboseZuckereinheiten und den vier
organischen Basen Adenin,
Guanin, Cytosin und Thymin.

Die Bestandteile liegen in folgenden Mengenverhältnissen vor:
◦
Adenin : Thymin = 1:1
◦ Desoxyribose : Phosphorsäure = 1:1
◦ Guanin : Cytosin = 1:1
DNS liegt als Doppelstrang vor, wobei beide Stränge gleich weit voneinander entfernt sind
Die aus diesen Erkenntnissen zu machenden Schlussfolgerungen waren :




Adenin paart sich mit Thymin
Guanin paart
sich mit Cytosin
mit Hilfe von 2 bzw. 3
Wasserstoffbrückenbindungen
Schwesterstränge sind komplementär
zueinander, d. h. sie verlaufen antiparallel.

DNS-Stränge bilden eine strickleiterartige
Doppelhelix. Die Basen-Paare sind die
Sprossen der Leiter. Die Holme (Seiten) werden von
Desoxyribose und Phosphorsäure gebildet.
Die Erbinformation wird dabei in der Reihenfolge der
Basen verschlüsselt.
RNA
Die Ribonukleinsäure (=RNS) tritt in der Zelle in Form der
Messenger-RNS (mRNS), der Transfer-RNS (tRNS) und
der
ribosomalen RNS (rRNS) auf.
Die Bedeutung der einzelnen
Die RNS unterscheidet sich von der DNS in folgenden
Merkmalen:
• RNS ist einzelsträngig
• Thymin (T) wird durch Uracil (U) ersetzt
• Ribose statt Desoxyribose als Zucker im Leiterholm
BAU VON PROTEINEN und PROTEINBIOSYNTHESE
Proteine sind biologische Makromoleküle, die durch Verknüpfung von Aminosäuren durch
eine
Peptidbindung (=Säureamid-Gruppe) entstehen.
In der Natur kommen dabei folgende 20 proteinogene Aminosäuren vor :
Der räumliche Bau und damit die physikalischen,
chemischen und biologischen Eigenschaften hängen von
Anzahl, Art und Reihenfolge der verknüpften Aminosäure ab
(Primärstruktur).
Die Primärstruktur wird dabei häufig in einem
Dreibuchstaben-Code angegeben: z.b Ala-Val-Leu-Gly- ...
PROTEINBIOSYNTHESE
TRANSKRIPTION
Bei der Proteinbiosynthese werden aus den 20 Aminosäure-Bausteinen Eiweißsstoffe
hergestellt. Den
Bauplan liefert die Abfolge der Basen in der DNS des codogenen (=antisense) Strangs vom
3’ zum 5’Ende der DNS.
Der andere Code(=sense)-Strang vom 5’ zum 3’-Ende der DNS wird nicht abgelesen.
Dabei steht eine bestimmte Dreier-Kombination an Basen (Basen-Triplett) für eine bestimmte
Aminosäure.
Ablauf der Transskription
Bei der Transskription wird
die Information der DNS
originalgetreu in RNS
durch das Enzym RNSPolymerase kopiert.
1. Die RNSPolymerase bindet
in einer Startregion
(TATA-Box) vor dem
abzulesenden Gen an die
DNS.
2. RNS-Polymerase öffnet den Doppelstrang für eine kurze Strecke.
3. An den codogenen 3’-5’ (antisense-) Strang lagern sich komplementäre Ribonukleotide
an. So entsteht eine Kopie des Code (sense)-Stranges bei der die Base Thymin T
durch Uracil U ersetzt
ist. Diese Kopie bezeichnet man als messenger m-RNS.
4. Synthesestelle bewegt sich vom 3’-zum 5’-Ende des codogenen Stranges weiter bis
das Ende des
Gens erreicht ist (Terminator-Region). Dort wird die mRNA freigesetzt und die DNS
tritt wieder zur Doppelhelix zusammen.
5. Im Anschluss reift die mRNS, in dem unnötige Abschnitte herausgeschnitten werden
(splicing)
und verlässt dann den Zellkern durch die Kernporen.
TRANSLATION
Bei der Translation wird die
Basensequenz der mRNS mit Hilfe
der Ribosomen in die
Aminosäuresequenz des zu
erstellenden Proteins übersetzt.

Kleine
Ribosomenuntereinheit
bindet
an die mRNS.

t-RNS mit Methionin (Met)
bindet an
das Start-Codon (Triplett)
der RNS.

Große
Ribosomenuntereinheit
bindet an mRNA und Starter
t-RNS
Für jede Aminosäure existiert eine eigene,
spezifische tRNS, die mit einem sog.
Anticodon an das Codon der mRNS
bindet.
Am Ribosom wird die AS mit einer
Peptidbindung an die bereits
vorhandenen AS gebunden.
An einem Stopp-Codon ist das Ende
des codierenden Abschnitts erreicht
und die Proteinsynthese bricht ab.
Durch Forschungen konnte der genetische Code entschlüsselt werden. Er wird häufig in Form
einer
sog. CodeSonne (CodeLexikon)
dargestellt. Die
Leserichtung
der Codons
erfolgt dabei
von innen
nach außen.
Da einige Codons für die gleiche Aminosäure codieren, spricht man davon, das der
genetische Code
degeneriert ist.
BICHOCHEMIE DER PHOTOSYNTHESE UND DER ATMUNG
Die Photosyntheseformel
6CO2 + 6H2O + Licht → C6H12O6 + 6O2
6CO2 steht für Kohlendioxyd, 6H2O ist Wasser. Dadurch entsteht C6H12O6 (Zucker) und
6O2 (Sauerstoff).




Auf der Unterseite von Blättern sind, wenn man das Blatt unter dem Mikroskop
betrachtet, kleine Poren zu sehen.
Diese Poren werden Spaltöffnungen genannt. Durch diese Spaltöffnungen nimmt die
Pflanze Luft auf und diese gelangt in die Hohlräume zwischen den Zellen
Die Sonnenenergie regt das Chlorophyll nun an, der Luft wird Kohlendioxid entzogen.
Das Kohlendioxid reagiert mit dem Wasser und es entsteht Glucose (Einfachzucker)
Von diesem energiereichen Stoff kann sich die Pflanze versorgen.

Die Spaltöffnungen setzen den Sauerstoff frei.
CHEMIE DER ATMUNG
ANATOMIE UND FUNKTION DER ATMUNG
3 Bereiche der Atmung → auch bei Tieren
 Äußere Atmung (wie bringe ich Luft in das innere System
◦ Da gibt es
▪ Hautatmung
▪ Lungenatmung
▪ Tracheen
▪ Kiemen
 Innere Atmung
◦ vom Atmungsorgan zur Lunge
 Zellatmung
◦ Mitochondrien
DER WEG DER LUFT
Mund/Nase → Rachen → Kehlkopf → Luftröhre → Bronchien (Hauptbronchien) →
Lungelflügel (Links 2 Lappig, Rechts 3 Lappig) → Lungenbläschen → dort erfolgt die
chemische Aufteilung des Sauerstoffs
Was ist der Rachen?

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


Muskelschlauch
Geht von der Schädelbasis bis zur Speiseröhre
Im Rachen kreuzen sich Luft- und Speisewege
Teilt sich im unteren Ende vorne Kehlkopf und Luftröhre
Hinten Speiseröhre
Die aufgaben des Kehlkopfes
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


öffnet und schließt die unteren Luftwege, regelt so deren Belüftung
Enthält die Stimmbänder
Hauptorgan der Stimmbildung
Übernimmt beim essen und Schlucken eine Lebenswichtige Funktion
Schütz Lunge vor dem eindringen größere Partikel
DIFFUSION = Passiver Stoffaustausch
 z.b Sauerstoff rein
 Kohlendioxyd raus
2 Stoffe wollen sich bis zu einer Konzentration von 100% mischen
BEI DER ATMUNG HOLEN WIR UNS NUR CA 4% SAUERSTOFF, AUSATEMLUFT HAT
NOCH 17% SAUERSTOFF → Drum Funktioniert Mund-Zu-Mund Beatmung
Beim Atmen sinkt der Sauerstoffwert, der Körper misst den Kohlendioxyd Spiegel → wenn er
bei 4% CO2 liegt wird man Ohnmächtig
Bei ca. 4-6L Lungenkapazität schafft man es nie die ganze Luft herauszubekommen
Hyperventilieren = Stickstoff (N2) statt Kohlendioxyd im Lager der Lunge, wenn man also
seine 4% Sauerstoff verbraucht hat, dann fehlt der CO2 Anteil welcer vom Stickstoff verdrängt
wurde.
Erkrankungen der Atemwege:
RAUCHERHUSTEN:
Flimmerhärchen können sich nicht mehr bewegen
ASTHMA
Krämpfe des Rippenfells
CHEMIE DER ATMUNG
Die passiert in um am Mitochondrium
Beim aeroben (mit Sauerstoff) Abbau der Kohlenhydrate wird Glucose zu Kohlendioxid und
Wasser oxidiert: Vorgang der Atmung. Der Gesamtvorgang ist ein komplizierter
Stufenprozeß, an dem zahlreiche Enzyme beteiligt sind
Es gibt 3 Hauptbestandteile in der Nahrung
 Lipide
 Proteine
 Kohlenhydrate (Zucker)
VORGANG DER ZELLATMUNG
Atmung ist Sauerstoff verbrauchender Abbau
(Dissimilation) zur Energiegewinnung
Reaktionsgleichung des gesamten Prozesses:
C6H12O6 + 6 O2
→ 6 CO2 + 6 H20
Aus der Formelgleichung ist zu entnehmen, dass die Atmung einer vollständigen Oxidation
entspricht.
Unter einer Oxidation versteht man einen der folgenden drei Prozesse:
 Aufnahme von Sauerstoff
 Abgabe von Wasserstoff
 Abgabe von Elektronen
→ Ziel der aeroben Oxidation ist die Gewinnung von ATP
1. GLYKOLYSE
= schrittweise Abbau von Monosacchariden (Einfachzuckern) wie der D-Glucose
(Traubenzucker), von der sich auch die Bezeichnung Glykolyse ableitet. Sie ist der zentrale
Prozess beim Abbau aller Kohlenhydrate in allen Eukaryoten
Der Abbau erfolgt in zehn Einzelschritten → Es entsteht unter anderem ATP →
ADENOSINTRIPHOSPHAT
In der Glycolyse wird die Glucose in zwei kleinere organische Moleküle mit je 3 CAtomen zerlegt, und etwas Energie wird dabei gewonnen.
C6H12O6 = TRAUBENZUCKER
Dies ist der sogenannte C6 Körper (6 Kohlenstoffe)
Bei der Atmung wird das Substrat (Kohlenhydrat) restlos zu energiearmen anorganischen
Substanzen abgebaut bei entsprechend hohem Energiegewinn.
Atmung ist ein Oxidationsprozeß, sie ist sauerstoffbedürftig, aerob. Höhere Tiere und
Pflanzen atmen. Zur Atmung gehören 2 Teilprozesse:
 schrittweiser Substratabbau unter Abspaltung von Wasserstoff, der an Coenzyme
gebunden wird (Symbol: (H2))
 schrittweise Oxidation des (H2) durch Übertragung auf Sauerstoff
Für Kohlenhydrate:
Kohlenhydrate werden Zerkleinert
Kohlenhydrate werden abgegeben
Wasserstoff wird gewonnen
Eigentlich das Umgekehrte der Photosynthese!!
H – enzymgebundener
Wasserstoff
C6
4 Kolenstoffe gehen
weg
Es bleibt C2
CO2 geht raus
Energie – ATP = Adenosintriphosphat
ATP = Adenosintriphosphat, die universelle Energiewährung der Zelle.
ATP besteht aus einem großen organischen Molekül, dem Adenosin, das mit drei
Phosphatgruppen verbunden ist. Die Bindungen zwischen den Phosphatgruppen sind sehr
energiereich, daher kann man ATP als Energiespeicher ansehen.
2. KREBS-ZYKLUS (Zitratzyklus)
Der zweite Schritt des aeroben Glucose-Abbaus ist der Citratzyklus
(Zitronensäurezyklus). Hier werden die C3-Moleküle aus der Glycoloyse weiter oxidiert,
und dabei wird jede Menge Wasserstoff gewonnen - allerdings kein gasförmiger,
sondern chemisch gebundender Wasserstoff.
Mikroorganismen kommen nur bis zu dieser Stufe → Gärung
Bei der Atmung entsteht “Essigsäure”
Fette sind aus Fettsäuren gemacht
Proteine bestehen aus Aminosäuren
Sauerstoff wird benötigt zur Verbrennung
3. Atmungskette
Die Atmungskette ist der letzte Schritt des Glucose-Abbaus, Der Waserstoff kommt mit
Sauerstoff zusammen:
→ z.b 4H + 2O → 2H2O = 36 ATP
Dies geschieht in vielen Teilschritten, übrig bleibt H2O → wird über die Atmung ausgeschüttet
→ Wir verbrennen die Nahrung nur um den darin enthaltenen Wasserstoff zu bekommen