AUFGABENSAMMLUNG Molekulare Grundlagen

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Erläutern Sie, in welcher Art die Information in DNA, mRNA und Protein festgelegt ist!
Die Merkmale eines Lebewesens beruhen auf den in seinen Zellen gebildeten Proteinen. Sie sind
beispielsweise charakteristische Bauelemente oder steuern als Enzyme spezifische
Stoffwechselprozesse. Der Bauplan dieser Proteine liegt als genetische Information in der DNA und
wird gemäß dem „zentralen Dogma“ über die mRNA an die Ribosomen übertragen, wo die
Proteinbiosynthese erfolgt.
In der DNA liegt die Information für den Bauplan der Proteine in der Reihenfolge der Basenpaare.
Jeweils ein Triplett aus drei Basen codiert eine Aminosäure. Experimente zeigten, dass der
genetische Code kommafrei und nicht überlappend ist. Er ist allerdings degeneriert, da sich aus
vier Basen 64 verschiedene Tripletts kombinieren lassen, die aber nur 21 verschiedene
Aminosäuren codieren. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehrere Codons.
In der mRNA liegt die Information ebenfalls in der Basenfolge. Auch hier codieren jeweils drei
Basen, ein Codon, eine Aminosäure.
Im Protein liegt die Information zunächst in der Aminosäuresequenz und daraus folgend in der
Raumform des Proteins. Diese Raumform ermöglicht die Umsetzung bestimmter Substrate
(Schlüssel-Schloss-Prinzip) oder auch die Zusammenlagerung mehrerer Proteine zu einer
komplexeren Funktionseinheit.
Beschreiben Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Aufbau von DNA, mRNA und tRNA!
DNA, mRNA und tRNA gehören zu den Nucleinsäuren. Ihre Bausteine sind Nucleotide. Ein solches
Nucleotid besteht aus einem Zuckerrest, der mit einem Phosphatrest und einer stickstoffhaltigen
organischen Base verknüpft ist.
Proteinbiosynthese
Ein erster grundsätzlicher Unterschied zwischen DNA und RNA besteht im Zuckerrest der
Nucleotide. Der Zucker der DNA-Nucleotide ist Desoxyribose, der Zucker der RNA Ribose. Die
Desoxyribose unterscheidet sich von der Ribose darin, dass bei ihr am 2’-C-Atom statt einer OHGruppe nur ein H-Atom gebunden ist. Auch in den vorkommenden Basen unterscheiden sich DNA
und RNA: DNA enthält die Purin-Basen Adenin und Guanin sowie die Pyrimidin-Basen Cytosin und
Thymin. In RNA findet sich statt des Thymins die Base Uracil.
Weitere Unterschiede liegen in der Raumform: Die DNA ist aus zwei gegensätzlich orientierten
komplementären Nucleotidsträngen aufgebaut, die umeinander gewunden (Doppelhelix) und durch
Wasserstoffbrücken zwischen gegenüber liegenden Basen verknüpft sind. Dabei können sich nur
bestimmte Basen verbinden (spezifische Basenpaarung) und zwar Adenin mit Thymin und Cytosin
mit Guanin. Dadurch bestimmt die Basensequenz eines Nucleotidstranges die des anderen, so
genannten komplementären Stranges. Die mRNA ist ein einzelsträngiges Polynucleotid.
 2004 Schroedel, Braunschweig
Die tRNA ist ein teilweise doppelsträngiges Polynucleotid. Durch den Wechsel zwischen
doppelsträngigen Abschnitten und einzelsträngigen Schleifen entsteht eine L-förmige
Raumstruktur, in der sich die tRNAs für die verschiedenen Aminosäuren geringfügig unterscheiden.
Die einzelsträngige Schleife am Ende des langen L-Arms trägt das Anticodon. Am 3’-Ende des
Polynucleotids liegt die Aminosäure-Akzeptorregion.
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Beschreiben Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede der natürlich vorkommenden
Aminosäuren! Erläutern Sie die Bedeutung der Seitenketten für die Struktur der Proteine!
Gemeinsam ist allen Aminosäuren der grundsätzliche Aufbau. An ein zentrales Kohlenstoffatom
sind vier Atome oder Atomgruppen gebunden, und zwar eine basische Aminogruppe (-NH2), eine
saure Carboxylgruppe (-COOH), ein Wasserstoffatom und ein für die jeweilige Aminosäure
typischer organischer Rest (-R), die so genannte Seitenkette. Diese kann neutral-unpolar, neutralpolar, sauer oder basisch sein.
Wegen des Vorkommens einer sauren und einer basischen Gruppe kann eine Aminosäure sowohl
Protonen abgeben als auch aufnehmen. Sie kann also positiv oder negativ geladen vorliegen oder
auch in der Form eines Zwitterions.
 2004 Schroedel, Braunschweig
Proteinbiosynthese
Die Seitenketten sind für die Raumform des Proteins von Bedeutung, da sich zwischen ihnen
unterschiedliche Bindungen ausbilden können. So kann die Aminosäuresequenz, die so genannte
Primärstruktur, durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Seitenketten eine Schraubenoder Faltblattstruktur annehmen. Diese Bildungen werden als Sekundärstruktur bezeichnet. Durch
Elektronenpaar- oder Ionenbindungen können die Sekundärstrukturen zusätzlich geschraubt oder
gefaltet werden. So entsteht die Tertiärstruktur eines Proteins.
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