Bauprinzipien der DNA

1. Doppelhelix aus zwei um eine Achse gewundenen Polynukleotid-Strängen, Rückgrat : Zucker-Phosphat-Ketten, im Innern : Basen (buchartig aufeinander gestapelt)
2. Beide Stränge zueinander komplementär, Gesetz der spezifischen Basenpaarung : Adenin-Thymin (bzw. Uracil bei RNA), Guanin-Cytosin
3. Richtung der Stränge : antiparallel
4. Zusammenhalt : Wasserstoff-Brücken und hydrophobe Bindungen
   • Primärstruktur : Reihenfolge der Nucleotide
   • Sekundärstruktur : Doppelstrang-Helix (a-Helix) durch Wasser-stoffbrücken
   • Tertiärstruktur : räumliche Struktur des ganzen Moleküls
   • Quartärstruktur von Eiweißen : Zusammenlagerung mehrerer Moleküle

DNA-Replikation

• Replikation an beiden Strängen (5’ > 3’)
• beginnend am Startpunkt (mehrere an einem Strang) Aufspaltung des DNA-Stranges
• regionale Entwindung der Helix durch Helicase
• Bruch eines Stranges durch Topoisomerase
• Auseinanderweichen der Einzelstränge
• Stabilisierung der entschraubten DNA durch Proteine
• Vorwärtsreplikation nur an einem Strang
• am gegenläufigen Strang Replikation in kleinen Stücken (Okazaki-Stücke)
• neuer Strang durch Phosphat-Abspaltung der DNA-Polymerase III
• durch Ligase Vereinigung von 5’-Enden mit 3’-Enden der DNA
• Ersetzen der RNA-Starter durch DNA und gleichzeitiges Korrektur-lesen durch RNA- Polymerase I

Entstehung und Einteilung von Mutationen

1. Spontanmutationen (Anstieg im Alter)
2. Induzierte Mutationen verursacht durch
• Strahlen
• chemische Agenzien
• Umweltschäden
• Viren
3. Mutationsarten :
   • Punktmutationen (Veränderung einer Base)
   • Substitution (Austausch mit anderer Base)
   • Addition (Hinzufügen einer Base, führt zu Leseraster-Verschiebung)
   • Deletion (Eliminierung einer Base, führt zu Leseraster-Verschiebung)
   • Triplett-Wiederholungen
   • Blockmutationen (mehrere Nucleotide betroffen)

Arten der DNA-Reparatur

• Fotoreaktivierung : Spaltung von Thymin-Dimeren mittels Fotolyase und Licht
• Reparatur von Alkylschäden : Selbstmord-Alkyltransferase bewirkt, daß Protein nicht zu Enzym, somit keine katalytische Wirkung
• Basen-Excisions-Reparatur : DNA-Glykolase hinterläßt basenfreie Stelle, AP- Endonuclease beseitigt Stelle, Wiederherstellung der DNA
• Nukleotid-Excisions-Reparatur : Herausschneiden der defekten Stelle durch Excinuclease, Ersetzen des fehlenden Stücks durch DNA-Poly-merase, Versiegelung durch DNA-Ligase
• Fehlpaarungs-Reparaturen : Ausschneiden von Basenfehlpaarungen am nicht methylierten Strang unter Beteiligung von Mutatorgenen (Änderung von Basen in der DNA)

Transkription

• entspricht Prinzip der Replikation, d.h. eine DNA-abhängige RNA-Polymerase verknüpft Ribonukleotide komplementär zur Vorlage der einsträngig gemachten DNA
• in 5’-3’-Richtung (Uracil ersetzt in der RNA die Base Thymin)
• RNA-Polymerase kann Synthese ohne Primer beginnen
• Promotorregion dirigiert Polymerase in bestimmte Richtung
• Transkriptionsprodukt : unreife prä-messenger-RNA
• Reifung der prä-m-RNA : Capping (Schutz des 5’-Kopfendes durch Vorschalten von Triphosphatgruppe), Methylierung (Anheftung von Methylgruppen an ersten Nukleotide), Polyadenylierung (Anheftung von Adeninnucleotiden an 3’-Terminus), Spleißen (Herausschneiden der Introns), Editing (Veränderung einzelner Nukleotide)
• Transport der reifen mRNA ins Zellplasma

Translation

• Übersetzung des in die Sequenz der m-RNA geschriebene Nukleotid-folge (Triplettcodons) in die Aminosäuresequenz des Polypeptids
  
  Zutaten :
• mRNA als Informationsüberträger
• tRNA als Adapter- und Transportmolekül
• Aminoacyl-tRNA-Synthetase (aktivierendes, katalysierendes Enzym)
• Ribosomen :Zusammenbau der Aminosäuren(Bausteine der Proteine)
• Energieträger (ATP bzw. GTP)
  
  Phasen:
• Initiation : Aktivierung des Ribosoms (Komplettierung), Andocken der mRNA
• Elongation : Wachstum der Peptidkette
• Termination : Stopp-Codon an A-Stelle, Aktivierung der Ablösefak-toren, Kettenabbruch

Wirkungsweise von Antibiotika

Hemmung der Synthese der Zellwand

• Penicillin Transkriptionshemmung
• Actinomycin (Binden an DNA, Blockierung der RNA-Polymerase)
• Rifampicin (Binden an RNA-Polymerase) Translationshemmung
• Streptomycin (Binden an Ribosomen)
• Chloramaphenicol (Elongationsstörung)
• Tetracycline (Elongationshemmung)
• Puromycin (Einbau am Ribosom)
• Neomycin (Hemmung der Initiation und Elongation)

Genregulation (interzelluläre Regulation):

Auf DNA Niveau

• Gen-Amplifikation: Vervielfachung eines Gens oder einer Gengruppe für eine regulative, zeitlich z.B. Vermehrung der rRNA in Oozyten begrenzte Verstärkung der entsprechenden Genaktivität
• DNA- Kopien- Verminderung durch Abbau von Genen oder Ausstoßung des Kerns

auf Transkriptionsniveau

• differentielle Transkription
• > Steuerung der Bereitstellung von mRNA
• > negative Regulation durch Repressor; Attenuator
• Substratinduktion
• Endproduktrepression
• positive Regulation bei Pro- und Eukaryonten unter Auf- und Abbau von cAMP (Aktivatorproteine erleichtern Transkription; d - Faktoren verändern Aktivität der RNA – Polymerase)
• Regulatorgene steuern Aktivität des Operators; codieren Repressor (Mittler zwischen Regulatorgenen und Promotor)
• Operatorgene steuern Aktivität der Strukturgene
• Promotorregion: hier bindet die DNA- Polymerase ( > Transkription)
• Promotor + Operator = Operon
• Effektor kann Repressor inaktivieren (bei der Substratinduktion) und aktivieren (Endproduktrepression)
• ein aktiver Repressor verhindert immer die Informationsabgabe eines Operons
  Bsp. Tryptophan- Operon > Endproduktrepression, Tryptophan als Co- Repressor
• zw. Operator und Strukturgenen > Attenuator (Terminator)
• Attenuator: Kontrollregion; sollte trotz ausreichend vorhandenen Tryptophans die RNA- Polymerase noch nicht zufriedendstellend in ihrer Aktivität gehemmt werden, so stoppt der Attenuator das Weiterlesen; bei Tryptophanmangel > Weiterlesen

auf Translationsniveau

• Veränderung der Halbwertszeit der mRNA
• Steuerung der Faktoren der Proteinbiosynthese
• Blockade des cap

Heterochromatinbildung