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Zusammenfassende Folien: Die 4 Basen, Aufbau Nukleinsäure, Strukturen der DNA und RNA, RNA Arten
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Bausteine der Nukleinsäuren
- Nucleosid:
- Base + Zucker (ist N-Glykosidisch an eine Pentose, an C1 gebunden)
- Die Base besitzt aufgrund ihrer N-Molekül basische Eigenschaften und ist entweder eine Purinbase (Guanin, Adenin) oder eine Pyrimidinbase (Cytosin, Thymin, Uracyl)
- Zucker: Pentose, entweder Ribose (Ribonucleosid) oder 2-Desoxyribose (Desoxyribonucleosid)
 - Nunkleotid:
- Base+Zucker+Posphorsäuregruppe = Nucleosid + Phosphorsäuregruppe
- Können Nukleosidmono-/-di-/-triphosphate sein ( Phosphorsäuregruppen durch anhydrierung kovalent gebunden)
- Nukleosidmonophosphate sind die aktive Bausteine der DNA
- (Bsp. Nukleosidtriphosphat-> ATP, GTP)
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Die Bausteine der DNA
- Purinnukleotide:
- dAMP (Desoxyadenosinmonophosphat)
- dGMP (Desoxyguanosinmonophosphat)
- Pyrimidinukleotide:
- dCMP (Desoxycytidinmonophosphat)
- dTMP (Desoxythymidinmonophosphat)
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Primärstruktur der DNA
- linearer Strang aneinander gereihten Bausteinen
- Rückgrat-Kette aus abwechselnden Phosphat- und Desoxygruppen
- Die Basen hängen am 1'-C-Atom
- Die Phosphatgruppe ist mit der 3'-OH-Gruppe der vorangehenden und der 5'-OH-Gruppe der nachfolgenden Desoxyribose verknüpft
- Phosphordiesterbrücke als Verbindung zwischen Nukleosiden
- Die Verbindung zwischen 5' und 3' C-Atom der Nukleoside bestimmt die Orientierung des DNA Stranges (5'->3')
- Die Reihenfolge der 4 Desoxyribonukleotide bestimmen die DNA-Sequenz
- Die DNA einer eukaryotische Zelle besteht aus 3 Mia. Basenpaare/Desoxyribonukleotide und ist 2m lang
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Höhere räumliche Strukturordnung der DNA
- Entsteht damit die gesamte DNA (2m) hochkondensiert in einem Zellkern (3-4μm) passt.
- Histonen (Proteine) ermöglichen diese Verpackung, davon gibt es 5 Formen (H1, H2A, H2B, H3, H4)
- Oktamer: 2×( H2A, H2B, H3, H4)
- Nukleosom: DNA zweimal um dem Oktamer herum gewunden + Oktamer
- H1: Ein-/Austrittsort der DNA
- Die Nukleosomen lagern sich aneinander, damit die DNA hochkondensiert wird.
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Bausteine der RNA
- Unterschiede zur DNA: Ribose statt Desoxyribose(OH Brücke in 2'-C-Stellung)-> reaktiver, kurzlebig
- keine H-Brücken
- Uridin statt Thymidin
- meist Einzelsträngig
- 4 Ribonukleotide:
- Purinnukleotide
- AMP (Adenosinmonophosphat)
- GMP (Guanosinmonophosphat)
- Pyrimidinnukleotide
- CMP (Cystidinmonophosphat)
- UMP (Uridinmonophosphat)
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Primärstruktur der RNA
- Im Prinzip gleich wie bei DNA: (Rückgrat-Kette aus abwechselnden Phosphat- und Ribosegruppen
- Die Basen hängen am 1'-C-Atom
- Die Phosphatgruppe ist mit der 3'-OH-Gruppe der vorangehenden und der 5'-OH-Gruppe der nachfolgenden Ribose verknüpft
- Phosphordiesterbrücke als Verbindung zwischen Nukleosiden
- Die Verbindung zwischen 5' und 3' C-Atom der Nukleoside bestimmt die Orientierung des RNA Stranges (5'->3'))
- Ist aber viel kürzer als DNA und kurzlebig
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Sekundärstruktur der RNA
- Wenig vorkommend
- Haarnadel-Schleife -> komplementäre Basensequenzen auf einem Strang, die sich durch Paarung auf sich selbst zurückfalten.
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- Helikale Abschnitte der RNA (Entsteht durch Basenpaarung, komplementäre Sequenzen weit voneinander entfernt).
- Doppelsträngige RNA (selten, RNA von Viroiden)
- Keine bekannte höhere Struktur, ausser Ribonukleotidkomplexe (RNA + Proteine)
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Die 6 verschiedenen RNA Arten (Erste drei am wichtigsten)
- Messenger-RNA (mRNA)
- Funktion: trägt die genetische Information von der DNA zu den Ribosomen
- Grösse: von der Proteingrösse abhängig
- Einzelsträngig, wenig Sekundärstruktur
- wenn reif: 4 Unterschiedliche Abschnitte
- 5'-nicht translatierte Sequenz (5'UTR), 200 Nukleotide regulierende Funktion
- translatierte Sequenz, Enthält den Bauplan der zu synthetisierende Protein
- 3'-nicht translatierte Sequenz (3' UTR), ca. 200 Nukleotide regulierende Funktion
- Poly A-Schwanz, ca.200 Andeninnukleotide regulierende Funktion und Stabilisierung
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- Transfer-RNA (tRNA)
- Funktion: übersetzt im Ribosom den genetischen Code in Aminosäuresequenz
- Grösse: etwa 80 Nukleotide
- Einsträngig, grössere Abschnitten zeigen Sekundärstruktur (Doppelhelix)
- Die Form gleicht einem L
- 2 Arme:
- Aminosäureakzeptorarm: Anfang und Ende der tRNA, das 3'-Ende trägt die Aminosäure
- Anticodonarm: Gebildet durch eine Schlaufe, in der die 3 Basen (Anticodon) exponiert sind
- Anticodon: Basentriplett, geht mit dem komplementären Codon der mRNA eine Basenpaarung ein (im Ribosom)
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- Ribosomale-RNA (rRNA)
- Funktion: Bestandteil des Ribosom
- Sequenz stark konserviert
- Im Nucleolus wird eine riesige rRNA Vorstufe hergestellt, die wiederum durch enzymatische Prozesse in kleine Bruchstücke zerlegt wird. Somit entstehen:
- 3 Grössen (5S, 16S, 23S rRNA) bei Prokaryoten
- 4 Grössen ( 5S, 5.4S, 18S, 28S rRNA) bei Eukaryoten
- S-> Svedberg-Einheit (Sedimentationsgeschwindigkeit in der Zentrifuge, je grösser die Molekülmasse ist, desto grösser S ist).
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- RNA des Signalerkennungspartikels Einzelsträngige RNA
- Grösse: 300 Nucleotide (7S)
- Funktion: notwendiger Bestandteil des Signalerkennungspartikels, verantwortlich für die Translokation von Proteinen durch das endoplasmatische Retikulum. (Translokation=Transport durch Biomembranen)
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- Small RNAs (miRNA, siRNA, piRNA)
- Drei Gruppen:
- Mikro RNAs (miRNA)
- Small interfering RNA (siRNA) (Doppel-/Einzelsträngig, bindet spezifisch an ZielmRNA und inhibiert diesen
- piwi-interacting RNA (piRNA)
- Es sind alle regulatorische RNA und haben keine proteinkodierende Funktion
- Oft als längere Vorläufer synthetisiert und von speziellen Enzyme (Dicer) auf 21-24 Nukleotiden gekürzt.
- Funktion: relevant für die Genregulation, Abwehrmechanismus gegen invasive DNA
- In der modernen Molekularbiologie werden sRNA häufig genutzt um gezielt Gene auszuschalten
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- Lange, nicht-kodierende RNA-Moleküle oder long non-coding RNA (lncRNA)
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Grösse: über 200 Nukleotide - Keine Kodierende Funktion-> kann kein Protein herstellen (gibt aber Ausnahmen)
- Wenig zwischen Spezies konserviert
- Wenig erforscht
- Funktion:
- Relevant für die Genregulation (Genaktivierend/- inaktivierend)(Bsp. X Chromosom in weiblichen Zellen ausschalten)
- Kleber für manche Proteinkomplexe
- Regulierende Spezifizität von Riboproteinkomplexen zu DNA und RNA (durch Basenpaarung)
- Schwamm / Kompetitor für miRNA, können sich an andere RNA daran Binden und somit ihre Aktivität hemmen
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