Grundlagen der Molekularbiologie

Grundlagen der Molekularbiologie
Wie wird genetische Information in
biologische Funktion umgesetzt ?
Lit: ‚Molekulare Genetik‘ Rolf Knippers, Thieme
Die Zelle: Elementarteilchen des
Organismus?
Proteine – Strukturelle Bausteine der
Zelle und Reaktionsbeschleuniger
•
Wichtige Bausteine der zellulären Architektur (Ionenkanäle, Zellgerüst)
•
Enzyme: Reaktionsbeschleuniger (Synthetasen, Synthasen)
•
Regulatorisch wirksame Stoffe (Ablesung der Erbinformation)
•
Kleine Proteine (<20 Aminosäuren): ‚Peptide‘; oft Signalsubstanzen
(Nobelpreis Chemie letzte Woche) oder Etiketten (Glutathion)
•
Aufbau: Im Wesentlichen aus 20 verschiedenen Grundbausteinen
(Aminosäuren) als lineare Kette (Primärstruktur)
•
Komplexere Details des räumlichen Aufbaus und der Stabilität ergeben
sich aus der genauen Sequenz; können aber oft nicht ‚vorhergesagt‘
werden (Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur)
•
Konformation und Dynamik von Proteinen oft entscheidend für Funktion
Proteine – Aufbau aus Aminosäuren
Sekundärstruktur: a-Helix
Oft aus 10 AS aufgebaut
(5-40); theoretisch kann
jede AS in einer Helix
enthalten sein
(Ausnahme Pro)
Globuläre Proteine: Alle
Enzyme
Faserförmige Proteine:
Zellwand (Pektin); oft bis
90 % Helix-Anteil
Sekundärstruktur: ß-Faltblatt
Tertiärstruktur
Proteine erhalten ihre charakteristische Form
(und damit auch Funktion) durch Faltung, die von
selbst ablaufen kann (self assembly), aber oft
durch Chaperone unterstützt wird.
Tertiär- und Quartärstruktur
Quartärstruktur:
Geordneter
Zusammenschluss
mehrerer Proteine.
DNA
Auch DNA ist ein lineares
Makromolekül, dessen
Sequenz einen hohen
Informationsgehalt besitzt.
Die vier Grundbausteine sind
A
T
G
C
Verknüpfung der Bausteine
durch PhosphodiesterBrücken; Paarung der Basen
durch Wasserstoff-Brücken.
DNA-Doppelhelix
Die räumliche Struktur wurde
vor 50 Jahren aufgeklärt.
Dies war der ‚Urknall‘ der
Molekularbiologie.
DNA-Doppelhelix
Evolution der DNA?
Kurze und lange zwischengeschaltete
Elemente
Nicht der gesamte DNAStrang besitzt einen hohen
Informationsgehalt
Wichtige Schritte der
Gentechnik
Quelle: www.nobelprize.org
Entdeckung der Rolle
des Chromosoms,
klassisches GenMapping
Kreuzungsversuche mit
Drosophila-Fliegen; Auszählen
von Häufigkeiten für die
Vererbung gewisser Merkmale
und Korrelation mit Merkmalen,
die an ‚bekannten‘ Orten des
Chromosoms liegen. Erstellung
von ‚Landkarten‘ in Maßeinheit
centi-Morgan.
Überführung von DNA in Proteine
Exkurs: Replikation
Ist eine notwendige Voraussetzung,
bevor es zu Zellteilung kommen
kann.
Überführung von DNA in Proteine
RNA
Die vier Grundbausteine der
RNA sind
A
U
G
C
Verknüpfung der Bausteine
erfolgt ebenfalls durch
Phosphodiester-Brücken;
Zucker-Bestandteil stärker
oxidiert als bei DNA; Thymin
wird durch Uracil ersetzt..
Überführung von DNA in Proteine:
Splicing von RNA
‚split genes‘
Exkurs: Splicing
Die Information verlässt den Kern
Überführung von DNA in Proteine:
Export von RNA aus dem Kern
Überführung von DNA in Proteine:
Translation
t-RNA
t-RNA-Moleküle bestehen aus 70-90 Basen und erkennen ein spezifisches
Codon (manchmal auch mehrere) sowie eine spezifische AS (Bsp: Serin).
Der ‚genetische Code‘
Gentechnik: Erste große Schritte durch
Kary Mullis und Michael Smith
Protein-Design
Protein-Design
PCR: Amplifizierung eines bestimmten
Gens
DNA-Test: Einsatz von Mikrosatelliten
Erster Freilandversuch mit transgenen Pflanzen in D: die lachsrote Petunie, Köln 1990
‚Herstellung‘ transgener Pflanzen,
Klonieren von Organismen,
Stammzellenforschung,…
… würde in einem Biophysik-Kurs endgültig zu weit führen;
Diskussionsthemen für die Pause?