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1XNOHLQVlXUHQ
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5FNUDG=XFNHU3KRVSKDW
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3\ULPLGHQ
3XULEDVHQ$GHQLQ
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P
P
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6
6
6
6
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→7
___
___'1$51$+\EULGH
P
P
Biochemie
9RUOHVXQJ
Genexpression
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7UDQVODWLRQ
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Å
P51$
Å
_5HSOLNDWLRQ
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'1$²0DWUL]]H
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¶Å¶6WUDQJ
:LHVR"
,QKLERWUGHU51$²6\QWKHVHα$PDQLWLQ*LIWGHV.QROOHQEOlWWHUSLO]HV
Steuerung der Transkription auf der Ebene der DANN !
Promotor :
start für mRNA
Synthese
Lokalisation : 5‘-Ende
Bindungsstelle für RNA-Polymerase : Prokaryonten
Transkriptionsverfahren : Eukaryonten
Enhancer – Sequencen
Bindung von Transkriptionsfaktoren (Proteine) bei Eukaryonten
Lokalisation : 5‘ und 3‘ Ende
Terminationsignal :
Ablösung der RNA – Polymerase
E.coli : basengepaarte Schleifen
Genetischer Code : Basensequenz der D N A bzw. der M RNA – Transkripte und AS-Sequenz im Protein !
1961 : 1 Base Å 4 AS
2 Basen Å 4*4 =16 AS
3 Basen Å 4*4*4=64 AS (Der Mensch ist 64 Bit breit J)
Tripletcode : Gruppe von 3 Basen = 1Codon
Eigenschaften des genetischen Code
Leseschema :
ABC
DEH GHI = AS1
Nicht überlappend !
Ohne Raster !
Basensequenz ist colinear mit AS-Sequenz
AS2
AS3
Zahl und Art der Codons
64
62
3
1
Codons
für 20 Aminosäuren inkl.1 Startcodon, Code ist obgeneriert
Terminationssignale : Ende der Proteinsynthese : UAA, UAG, UGA
Startsignal : AUG = Methionin
Translation:
mRNA Å Protein
Rolle der tRNA !
Inhibitor der Proteinsynthese
Antibiotika : Produkte aus Pilzen
Hemmung bei Prokaryonten
Hemmung bei Eukaryonten
Eukaryontische Gene : Introns und Exons
1977 :
Klonierung von D N A !
Klon : Ansammlung von Zellen, Ausgang von 1 Stammzelle
D N A – Klon : Kopie einer D N A aus einer AusgangsDNA .
D N A – Vektor : Vehikel vür Transport von D N A .
Plasmiol
Vorkommen in Bakterien als Zusatz – D N A zum Chromosom
Biochemie
9. Vorlesung 28.1.99
noch ein mal !
Nukleinsäuren und Partikel im Komplex !
Viren :Nukleopartikel
Im Unterschied zu den Bakterien haben die Viren keinen eigenen Stoffwechsel .Sie sind so für sich nicht
lebensfähig, aber latente Lebewesen ! Brauchen Wirt ! Bringen nur das mit ,was sie für eigene Fortpflanzung
brauchen ! Stoffwechsel und Energie erhalten sie von der Wirtszelle !
Aufbau :
1. Kern aus D N A bei D N A Viren
Kern aus R N A bei RNA Viren
Liegen entweder als Einstrang oder Doppelstrang vor
2. Capsid = Proteinhülle
Man unterscheidet drei Symmetriearten, die sich durch die Form der Schutzhülle ergeben :
1. Zylindrisch
2. Sphärisch (ikosaedrisch = zwanzigflächig)
3. Phagen-Form
3.
Bei vielen tierischen Viren kann nach eine sogenannte Hüllmembran zusätzlich zum Capsid vorliegen.
Diese Hüllmembran enthält auch Bestandteile der Zellmembran
Es gibt drei Typen von Viren.
1. Bakteriophagen befallen ausschließlich Bakterien
2. Zoopathogene Viren befallen Tiere und Menschen
3. Phytopatogene Viren befallen Pflanzen
Da Viren um Kern entweder aus D N A oder RNA bestehen, bestehen sie aus Protein.
Replikation von RNA Viren
DN A liegt als Doppelstrang vor, einer heißt Plus, der andere Minus !
RNA besteht nur aus Plus
+mRNA – Protein
+RNA wird bei Infektion in –RNA übersetzt, dann wieder in +RNA
So ist es z.B. bei Polio (Kinderlähmung)
Andere Art von Viren enthält im Kern –RNA, diese wird nach der Infektion in +RNA übersetzt.So ist es z.B.bei
Influenza (Grippe) und Tollwut
Andere Art von Viren enthalten +-RNA. Dies sind Reoviren . Sie rufen z.B. Schnupfen hervor.
In allen drei Fällen benötigt man für die Übersetzung von RNAs spezielle Enzyme, die nur in Viren vorkommt.
Die spezielle RNA-abh.-RNA-Polymerase. Dies ist also ein Enzym, was anhand einer RNA Matrize RNA
synthetisiert. Dieses Enzym ist virusspezifisch.
Es gibt aber noch eine vierte Sorte von Viren und zwar haben sie eine +R N A im Kern, diese +RNA (extrem
seltener Fall) wird zunächst in eine –D N A umgewandelt. Diese wird in eine Doppelstrang +-D N A Matrix
umgewandelt. Und dann geht es den normalen Weg weiter.
Dies sind Retroviren,
RNA-abh. D N A – abhängige D N A Polymerase
Reverse Transkriptase
Die Existenz der reversen Transkriptase waren eine sensationelle Entdeckung (1976) die auch lange angezweifelt
wurde. Die Entdecker waren Tim und Baltimore. Dafür gab es sogar den Nobelpreis. Das ist die Grundlage für
das Verständnis des Aids-Virus.
Bild 2 (beschreibt das gerade beschriebene etwas besser J).
AIDS steht für Acquired Immune deficieny syndrom
Das dazugehörige Virus wird als HIV abgekürzt (human immune deficiency virus).
Die ersten Krankheitsfälle wurden 1981 entdeckt. 1983 wurde der zugehörige Virus gefunden.
(Tafelwischen)
Lebenszyklus eines Hi-Virus :
Aidsvirus ist zwanzigflächig, und hat noch eine Hüllmembran außen herum. Diese Hüllmembran enthält gp120
(Glykoprotein). Über dieses Glykoprotein kann der HI-Virus in Wechselwirkung treten zu einem CD4-Rezeptor
Protein. So ein Cd4 Rezeptor sitzen auf T4-Lymphozyten. Das andocken der Viren wird also durch die
Wechselwirkung dieser Rezeptoren möglich. T4-Lymphozyten sind generell für die Immunabwehr wichtig.
Der Virus wird also so in die Zelle eingeschleust. Dort wird die Hülle abgebaut und die Hüllmembran auch.
Freigesetzt werden dann z.B. reverse Transkriptase.
Dann wird aus der Wirts-+RNA eine –RNA gemacht, und dann eine +-DANN. Diese wandert schließlich in den
Zellkern der befallenen T4-Lymphozyte, und wird dort zu einem Ring geschlossen.
Diese virusspezifische RNA wird in das Genom der Wirtszelle integriert. Dieser Schritt kann nicht mehr
rückgängig gemacht werden. Jetzt kommt es zur Transkription der viralen mRNA des Virus. Also stellt die
Wirtszelle nur noch Viren her. Denn das Virus hat starke Transkriptionsfaktoren. Das Virus hat nun die
Wirtszelle vollständig unterjocht, und wird nun ins Cytoplasma geschleust, dort kommt es zur Translation im
Cytoplasma der Wirtszelle von viralen Proteinen.
Es wird zunächst ein sogenanntes Polyprotein hergestellt. Dies wird geschnitten durch Virusprotease. Diese
Protease wird dann zu :
1. Reverse Transkriptase
2. Endonuklease
3. Transkriptionsfaktoren
4. Protease
5.2 Capsidproteine
6. 2 Hüllproteine u.a. Gp120
Dann werden neue Viren aus der Zelle heraus in den Kreislauf gebracht.
Zur Behandlung kann man Protease geben, oder die reverse Transkriptase versuchen zu hemmen.
Dadurch kann man der Krankheitsverlauf stark verzögern, aber Heilung ist (wie ja alle wissen) noch nicht
möglich.
(Tafelwischen)
Durch diesen Vorgang schwächt sich das Immunsystem selber ab. Erst nach 10 Jahren nach der Infektion bricht
die Krankheit aus. Bis dahin kann der Körper das alles unter Kontrolle halten.
Ganz was neues : Stoffwechsel
Der Zweck des Stoffwechsels ist Energiegewinnung. Die Energie wird benötigt für :
1. Synthesen
2. Transport
3. Bewegung (Muskelkontraktion)
Es gibt zwei verschiedene Arten der Energiegewinnung.
1.chemotrophe Organismen (z.B. Menschen) . Energie wird gewonnen durch Oxidation von Brennstoffen.
Deswegen müssen wir immer was essen (gelegentlich)
2. phototrophe Organismen : Energie durch Umwandlung von Lichtenergie (grüne Pflanzen : Photosynthese )
(Stefan hat gefurzt) ( Tafelwischen)
1941
wurde entdeckt, das es einen universellen Träger für Energie gib : ATP (Adenosintriphosphat)
Das kam ja auch schon vor als Baustein bei den Nukleinsäuren
Bild 4
Dieses Molekül ist Energiereich durch 2 Phophorsäureanhydrid-Bindungen.
Energiefreisetzung aus ATP durch Hydrolyse :
ATP+H2O ØADP + P Ä Hauptreaktion
ATP+H2O ØAMP+PP
Freie Energie bei PH 7.0 : 1 Mol Konzentration
Delta G01=-30.5kJ/Mol
Bild 5
ATP-ADP Zyklus liegt vor. Bei Bedarf wird umgewandelt. Allerdings wird ATP schon eine Minute nach seiner
Bildung wieder verbraucht. Es liegt ein enorm hoher Umsatz an ATP vor. Der Umsatz von ATP für einen
Erwachsenen in 24 h beträgt bei einem ruhenden Menschen 40kg ! Und bei 30kg/Stunde bei intensiver Arbeit.
Das wären in 24 Stunden 720kg !
Mechanismus der Energiegewinnung durch Oxidation.
Oxidation : Entzug von Elektronen und Protonen aus einem Substrat :
z.B. :
Bild 6
Bei Aeroben Organismen (sauerstoffabhängige Organismen) dient der Sauerstoff als Elektronenakzeptor.
z.B. Glucoseoxidation : Glucose + 6O2Å6CO2+6H2O
36ADP+36PÅ36 ATP +36 H2O
Es gibt 2 Stufen der Elektronenübertragung auf Sauerstoff.
Bild 7
Elektronencarrier :
Pyridinnukleotide : Nicotinamidadenindinukleotid NAD+
Falvinnukleotid :
Flavinadenindinukeotid :FAD
Falvinmononukleotid : FMN
1. Stufe :
Substrat +NAD+ oder FAD oder FMN –DehydrogenaseÅ ox. Substrat + NADH+H+ oder FADH2 oder FMNH2
Cosubstrat oder Coenzym wird das genannt.
2. Stufe
Elektronentransport von Elektronencarriern auf Sauerstoff (O2)
NADH+H++1/2O2 Å NAD++H2O Å 3 ATP
FADH2/FMNH2+1/2O2ÅFAD/FMN + H2O Å 2 ATP
Elektronentransportkette, wobei Enzyme beteiligt sind, die die Elektronen schließlich von den
Elektronencarriern auf Sauerstoff transportieren
.NAD+ (Nicotinamidadenindinukleotid)
Base—Zucker—Phosphorsäure
Bild 8
Nikotin aus der Tabakpflanze ist damit (wie man am
Namen sieht) verwandt.
(Bild 9)
Bild10
H
|
NAD++CH3—C—O—H Ø NADH+H+
|
H
So hat dann auch Alkohol einen kalorischen Wert.
1g Alkohol = 7 kcal.
1g Kohlenhydrate = 4 kcal.
1g Eiweiß =4 kcal
1g Fett = 9 kcal.
250 ml Wein (13%Alc) haben somit 228 kcal.
(Tafelwischen)
Bei Männern : 80-150 g Alkohol/Tag ( 0.6 –1.2 l Wein) Å 10 Jahre Å Leberzirose
Bei Frauen : 40-80g Alkohol/Tag(0.3-0.6l Wein) Å Leberzirose
Biochemie
9RUOHVXQJ
*OXFRVHDOV(QHUJLHVSHQGHU
%HGDUIJ7DJ
*HKLUQJ7DJ
.RQVWDQ]GHU%OXWJOXFRVH
E]Z
²PJPO
PJPO
!PJPOVLQGJHIlKUOLFK
%LOG
5HJXODWLRQGHU*O\NRJHQV\QWKHVHXGHV$EEDXV
%LOG
0HFKDQLVPXVGHU5HJXODWLRQGHU*OXNRJHQV\QWKHVHXQGGHV$EEDXV
3URWHLQSKRSKRU\OLHUXQJXQG'HSKRVSKRU\OLHUXQJ
%LOG
%LOG
+RUPRQJULHFKDQUHJHQ
.ULWHULHQ
6\QWKHVHLQ'UVH
$EJDVHLQV%OXW²7DUDQVSRUW]XP=LHORUJDQ
5HDNWLRQDQ=LHO]HOOHQEHU5H]HSWRUHQ
&KHP(LQWHLOXQJ
]%
$PLQRVlXUHGHULYDWH$GUHQDOLQ
3RO\SHSWLGH,QVXOLQ*OXFDJRQ
%LOG
:HFKVHOZLUNXQJYRQ+RUPRQHQPLW5H]HSWRUHQ
%LOG
$GQ\ODW²=\NODVH.DVNDGH
6LJQDOEHUWUDJXQJVNHWWHHLQHU+RUPRQZLUNXQJPLW3KRVSKRU\OLHUXQJ]%*O\NRJHQV\QWKHVHDÅE
3KRVSKRU\ODVHEÅD
%LOG
$GHQ\ODW²=\NODVH.DVNDGH
%LOG
+RUPRQHVWHXHUQGLHV
%LOG
*73DVH*736SDOWXQJ
*73Å*'33
)RUPHQGHU$GHQ\ODW=\NODVH
%LOG
+RUPRQÅ5H]HSWRUÅ6LJQDONRSSOXQJÅF$03Å3URWHLQNLQDVH$Å3URWHLQSKRSKRU\OLHUXQJ]%
*O\NRJHQV\QWKHVH
)XQNWLRQYRQF$03
DOORVWHULVFKHU$NWLYDWRUGHU3URWHLQNLQDVH$
9HUVWlUNXQJVNDVNDGH
%LOG
.UDQNKHLWPLWHUK|KWHQF$036SLHJHO&KROHUD
,QIHNWLRQ%DNWHULXP9LEULH&KROHUD
6\PSWRPH'UXFKIlOOHÅ7RG
8UVDFKH)HKOUHJXODWLRQGXUFKF$03↑
0HFKDQLVPXV&KROHUDWR[LQ 3URWHLQDXV$X%8QWHUHLQKHLWHP
%8QWHUHLQKHLW (LQGULQJHQLQ=HOOH
$ 8QWHUHLQKHLW (Q]\P
1$'
%LOG
$8QWHUHLQKHLW
%LOG
$'35LERO\VLHUXQJ
*73DVHLQDNWLYLQ*α*73 !*73Å*'3
F$03A
%LOG
3UDNWLNXP
)UHLWDJQDFK2VWHUQ.XUVUDXP&5HLKH
*UXSSH
+lQJWGDLQGHU+lKHDXV