Lernpaket 10

• Besteht aus 3 Komponenten:
•  - Zucker
•  - Phosphat
•  - heterozyklische Base

• Kombination aus Zucker und Base = Nucleosid
• alle drei Komponenten = Nucleotid oder Nucleosidmonophosphat

Zucker und Base sind N-glykosidisch verbunden

• Phosphat mit Zucker durch Esterbindung verknüpft
• (Säuregruppe des Phosphats mit Alkoholgruppe am C5 des Zuckers verknüpft)

Desoxyribonucleinsäure: Erbgut; Speicher für den Bauplan sämtlicher Proteine des Körpers

Ribonucleinsäure: verschiedene Formen; wichtige Werkzeuge der Proteinbiosynthese

Tetrahydrofuran

1. Schritt (geschwindigkeitsbestimmend!!):

• - kompletter Einbau von Glycin
• - FH₄ liefert Formylgruppe (CH=O) (dabei Formyl-FH₄ zu FH₄)
• - Aminogruppe von Glutamin (Ringschluss, H₂O Abspaltung)
• - freies CO₂ bildet Carboxylgruppe
• - Formylgruppe von FH₄; H₂O-Abspaltung
• - Aspartat liefert Aminogruppe -> Fumarat

Bildung von AMP:

• - Aspartat liefert Aminogruppe für AMP
• - Enzym: Adenylosuccinat-Synthase (GTP-Verbrauch)
• - Fumaratabspaltung -> AMP

Bildung von GMP:

• - Oxidation (H₂O, NAD⁺ -> NADH) zu Xanthosinmonophosphat XMP
• - Enzym: IMP-DH
• - Glutamin liefert Aminogruppe für GMP (ATP -> AMP + PP)
• -> GMP

1. Schritt:

• -> Carbamoylphosphat aus HCO₃^-, Aminogruppe von Glutamin und ATP gebildet
• - Enzym: Carbamoylph.synthetase II
• -> allosterisch von PRPP aktiviert;
• -> von UTP gehemmt

2. Schritt:



- Dihydroorotat-DH kann durch Leflunomid gehemmt werden (rheumatoide Arthritis)

- dann erst Verknüpfung mit PRPP zu OMP (OritidinMP) (PP abgespalten)

- dann Abspaltung von CO₂ -> UMP

• - Enzym der letzten beiden Reaktionen:
• UMP-Synthase (bifunktionelles Enzym; Orotatphosphoribosyltransferase und OMP-Decarboxylase)

Bildung von dTMP:

- UMP -> dUMP (NADH -> NAD⁺)

• - dUMP -> dTMP
• dabei: Methylen-FH₄ -> FH₂
• -> FH₄ dabei als N⁵, N¹⁰-Methylen-FH₄!!!

Bildung von CTP:

- UMP -> UTP (2 ATP -> 2 ADP)

- UTP -> CTP (Glutamin -> Glu; ATP -> ADP + P)

hemmt Dihydroorotat-DH -> Hemmung der Pyrimidinbasen-Biosynthese

• = Folsäure-Analogon
• Tumortherapie
• hemmt Folatreduktase
• dTMP↓

• = Folsäure-Analogon
• Tumortherapie
• hemmt Folatreduktase
• dTMP↓

• hemmt Thymidylatsynthase
• Pyrimidinanalogon
• weniger Thyminnucleotide
• Tumortherapie

• p-Aminobenzoesäure ist Bestandteil von Folsäure
• Sulfonamide konkurrieren mit dieser um Einbau in Folsäure
• -> weniger Nucleinsäuren
• -> Hemmung der Bakterienvermehrung

APRT = Adenin-Phosphoribosyl-Transferase

HGPRT = Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyl-Transferase

Auf Stufe der Nucleosidmonophosphate!



Merke:

GMP -> Guanin -> Xanthin

AMP -> IMP -> Hypoxanthin

• Xanthinoxidase-Hemmer
• Gichtmedikament (Hypoxanthin besser löslich)

• Sie kann verdoppelt werden und dient so der identischen Weitergabe des Erbguts an Tochterzellen
• Sie enthält Infos über Aufbau sämtlicher Proteine und dient Proteinbiosynthese

25k

20

• Adenin
• Cytosin

• Guanin
• Thymin
• Uracil

• Acetylierung/ Deacetylierung:
• Histonacetylasen acetylieren Lysylreste der Histonproteine.
• Dadurch werden ionische Wechselwirkungen zwischen DNA und Histonen destabilisiert

• Posphorylierung
• Methylierung
• Ribosylierung

• Helikase bindet an Replikationsursprung
• Topoisomerase II baut Spannung ab, indem sie reversible Brüche einführt (Phosphodiesterbindung wird umgeestert auf Tyrosylreste)
• Einzelstrangbindungsproteine stabilisieren
• Polymerasen synthetisieren Primer (freies 3'-OH-Ende für Polymerase; RNA-DNA-Hybrid)
• DNA-Polymerase III fährt in 3'-5' und synthetisiert in 5'-3' (Nucleosidtriphosphate benötigt; a-Phosphatgruppe mit 3'-OH)
• Folgestrang diskontinuirlich -> Okazaki-Fragmente
• DNA-Polymerase I entfernt Primer in 5'-3' (Ribonuclease) und füllt Lücken auf
• DNA-Ligase verbindet, dazu aktiviert sie 5'-Phosphat-Ende mit AMP

• - DNA-Polymerase α synthetisiert Primer
• - DNA-Polymerase ε synthetisiert Leitstrang
• - Polymerase δ synthetisiert Folgestrang
• - Die DNA-Polymerasen α und δ haben auch Reparaturfunktion, während die DNA-Polymerasen β ein reines Reparaturenzym ist
• - DNA-Polymerase γ ist im Mitochondrium lokalisiert und für die Replikation der mtDNA verantwortlich

• Kettenabbrecher
• werden als Nucleotidanalogon eingebaut und Kette kann nicht verlängert werden
• Tenofovir enthält Adenin
• Virostatika

• Replikations- und Transkriptionshemmer
• gehen kovalente Wechselwirkung mit DNA ein
• Zytostatika

• Röntgen: rufen Einzel- oder Doppelstrangbrüche hervor, oder auch kovalente Quervernetzungen
• UV-Licht: Quervernetzungen; zwei benachbarte Pyrimidine über Cyclobutanring zu Pyrimidindimer (zB Thymindimer)

• Merkhilfe: RAMA schmeckt gut
• Rifampicin
• Actinomycin D
• Mitomycin
• a-Amanitin
• Gyrase (Topoisomerase)

• Vor einem Gen liegt Promotor = Startpunkt an dem Polymerase anlagern kann
• Promotor enthält Adenin- u. Thymin-reiche Sequenz = TATA-Box
• TATA-Box-Bindeprotein erkennt diese, lagert sich an
• Polymerase kann sich mit weiteren TF's anlagern
• Polymerase wird phosphoryliert, löst sich vom Initiationskomplex und los geht's

• wenn Genprodukt immer gleich benötigt: nur über Promotor
• sonst: Enhancer vorhanden
• Enhancer = Steuersequenz, an die sich spezielle TF's anlagern, Transkription wird induziert; NUR BEI EUKARYOTEN!

• zusätzlich zu Promotor gibt es Operator
• neg. Kontrolle: Repressorprotein gebunden -> Transkription verhindert, bis Induktor bindet und R. sich löst
• pos. Kontrolle: wenn Aktivatorprotein bindet, wird nachgeschaltetes Gen transkribiert

• Promotor nur in Anwesenheit von Lactose freigegeben (sonst Repressor an Operon)
• außerdem: Bei Glucosemangel -> cAMP↑ -> cAMP-bindendes-Protein (CAP) bindet als Komplex mit cAMP an Lac-Promotor -> Transkription verstärkt
• Wenn Glucose vorhanden: cAMP↓ -> weniger cAMP-CAP-Komplexe -> Transkription verringert

hemmt prokaryotische RNA-Polymerase

• hemmt eukaryotische RNA-Polymerase II
• oft Tod durch Leberversagen

• Cap-Struktur an 5'-Ende = methylierter Guanylrest (N⁷-Methyl-GTP) -> notwenig für Initiation der Translation
• Poly-A-Schwanz am 3'-Ende bestehent aus 50-200 AMP -> Schutz vor RNasen

• im Zellkern an Spleißosomen
• S. = snRNA + Proteine = snRNPs = Snurps
• snRNA erkennt Introns und Verknüpft Enden der Exons
• Spezifisch bei Introns: an 5'-Ende GU, an 3'-Ende AG
• dieses GU wird über 2'-5'-Phosphorsäurediesterbindung an ein A in Nähe des 3'-Endes umgeestert (2 Umesterungen!!)

• Exons werden unterschiedlich verknüpft
• unterschiedliche Transkripte entstehen, Proteine weisen Homologie auf, können aber völlig unterschiedliche Aufgaben übernehmen

• prä-mRNA wird posttranskriptionell verändert
• Bsp: ApoB₁₀₀ (Leber) und ApoB₄₈ (Darm)
• Beide Proteine von gleicher mRNA codiert
• Cytosindesaminase bindet an Codon CAA der ApoB₁₀₀-mRNA und wandelt C in U um
• -> Stoppcodon entsteht, Abbruch der Synthese und ApoB₄₈ entsteht

• .. transkribiert Gene die für ... codieren
• I: prä-rRNA
• II: prä-mRNA
• III: prä-tRNA, snRNA, scRNA
• "Rock my Transcription"

• Zinkfingerdomänen = DNA-Bindungsdomänen
• notwenig damit Transkriptionsfaktoren an DNA binden können
• = Aminoketten mit Cystein oder Histidin-Resten, die durch zentrales Zink-Ion zusammengehalten werden
• z.B. bei den Hormonrezeptoren
• binden innerhalb der großen Furche

• bestehen aus 2 Leucin-reichen Proteinen
• DNA-Bindungsdomänen
• s. Zinkfingerelemente

• Retinoblastom-Protein
• = Tumor-Suppressor-Protein
• reguliert Übergang G₁- zu S-Phase
• dephosphoryliert aktiv = bindet und inaktiviert TF E2F
• auf Zelle einwirkende Wachstumsfaktoren aktivieren CDK's (CDK2, Cyclin E), die pRB phosphorylieren -> inaktivieren -> S-Phase

• = Tumor-Suppressor-Protein
• = Transkriptionsfaktor
• "Wächter des Genoms"
• sorgt dafür, dass Zelle sich nur ohne Schäden teilt
• bei Schäden: durch Protein-Kinasen phosphoryliert -> aktiviert
• dann Förderung der Synthese des Proteins p21 -> CDK-Inhibitor -> weniger pRB -> keine Zellteilung
• bei schweren Schäden: leitet über mitochond. Protein Bax die Apoptose ein

• modifizierte Base durch DNA-Glykosylase erkannt und ausgeschnitten
• AP-Stelle verbleibt
• AP-Endonuclease und Phosphodiesterase spalten und entfernen das Desoxyribosephosphat
• DNA-Polymerase I fügt komplementäres Nucleotid ein und Ligase schließt Lücke

• = Reparatur größerer Schäden, zB durch UV-Schädigung
• Proteinkomplex erkennt beschädigte Stelle
• Helikase öffnet einen Bereich von 25-30bp
• Endonucleasen schneiden ein Oligonucleotid mit fehlerhafter Stelle aus
• DNA-Polymerase und Ligase schließen Lücke

• Defekt im Nukleotid-Exzisionsreparatursystem
• durch Sonnenlicht (UVB!) entstandene Schäden können nicht beseitigt werden
• Pigmentverschiebungen und Tumore als Folge
• Keine kausale Therapie möglich

• Cholchicin: Alkaloid der Herbstzeitlosen
• bindet an Tubulindimere und verhindert so Polymerisation der Mikrotubuli
• Vinblastin: Alkaloid
• stört ebenfalls durch Bindung an Tubulin die Funktion der Mikrotubuli

• monomere a-Helices, von denen sich zwei oder mehr umeinander wickeln (coiled coil)
• Desmin: in Herzmuskelzellen, Z-Scheiben
• Zytokeratine: Epithelzellen
• Vimentin: mesenchymale Zellen
• GFAP: in Astroglia

• durch endogene und exogene Faktoren gesteuert
• Phosphatidylserin zeigt dann mit neg. geladener Kopfgruppe nach außen und signalisiert Makrophagen zu phagozytieren
• Merkmale:
• Veränderung der Membran, Schrumpfen des Zellkerns, Chromatinkondensation, Fragmentierung der DNA -> Makrophagen erkennen das und phagozytieren
• Keine Entzündungsreaktion!
• Ausgelöst durch:
• Fas-Ligand: bindet an Todesrezeptor Fas-Protein (CD-95) und aktiviert Caspasen
• Zytokine wie TNF-α: bindet an Rezeptor mit Todesdomäne, auch über Caspasen
• p53: s. Karte
• tBid-Protein: Bid durch Caspase zu tBid, bewirkt Cyt-c Freisetzung
• Bcl2: wirkt antiapoptotisch

• findet statt, wenn Zelle so stark beschädigt ist, dass alle Zellfunktionen irreversibel ausfallen
• aus Zelle austretende Stoffe verursachen Entzündungsreaktion