Biologische Voraussetzung

Phosphorsäure, Pentose (Desoxyribose oder Ribose ) und Base

Gleichviele Base in einem DNA-Abschnitt wie Phosphate. àPro Base eine Ribose und ein Phosphat

Base+Pentose=Nukleosid

Nukleosid+Phosphisäutester=Nukleotid, oder auch Nukleosidmonophosphat genannt

• Beusteine der Dann ist Desoxyribonucleotide von denen es 4 gibt:

• Und für RNA: 4 Ribonukleotide:

Desoxyribonukleosid und Ribonukleosid à bei DNA fehlt Sauerstoff und dies ist wichtig für die Stabilität

etwa 2 Meter lang, 3x10^9 BasenpaareàLänge DNA ist irrelevant für Komplexität.

Doppelstrang mit Polarität 5’ und 3’.

Der zweite Strang ist antiparallel zum ersten Strang geordnet.

Doppelhelix: die Beiden Stränge sind in Rechtdrehung gewunden und es gibt ein kleine und eine grosse Kubatur

Transkriptionsfaktoren bestehen aus AS und können spezifische Interaktionen eingehen mitBasen. Protein kann nur bei Sequenz GCAT binden.

Doppelstrang mit Polarität 5’ und 3’.

Base und Ribose bilden Ester mit negativer Ladung->Phosphatdiester. Ladung ist proportional zur Länge DNA ->so kommt es zur Polarisierung

Charakterisierung: C das nicht im Strang eingebunden ->also welches C ist am zugängigsten -> C5 und C3

Stickstoff in Basen ist wichtig für den IntermediärstoffwechselàFür uns ist er giftig und Körper muss damit umgehen können. Die Stickstoff werden verwendet, um entsprechend umgebaut zu werden, dass man das über die Niere als Urin abgeben kann.

Guanin, Cystein, Adenin,  Thymin

GC und AT bilden ein Paar mit GC 3 und AT 2 Wasserstoffbrücken. àWasserstoffbrücken  gehen auseinander bei hohen Temperaturen (100 Grad) àkann zum erstellen von Doppelstrang zu Einzelstrang nützlich sein für die Diagnose.

Je mehr Wasserstoffbrücken, desto stabiler das fragmentàGC ist stabildet als AT

• Bei der RNA hat es Uracil anstelle von Thymin

Enzyme die Polymer synthetisieren können.

Polymerase können zwei Polymere verknüpfen und die Baustoffe erkennen (ob Desoxyribose oder Ribose)

Bei der RNA das gleiche -> Polymerase nehmen dann nur Ribose als Bausteine

Ein Gen wird für mRNA gebraucht für ein Protein

• Replikation: findet in der S-Phase statt. DNA auf DNA. Wie reproduziert sich Zelle so schnell -> Multienzym-Prozess: mehrere Replikationsursprünge (Mensch: 800-900 Orten), DNA-Polymerasen starten nicht gleichzeitig sondern es gibt schnellere. Beide Mutterstränge werden als Matrizen gebraucht= SEMIKONSERVATIVE REPLIKATION. Das geschieht im Euchromatin (lässt sich histologisch schwach anfärben) 

Transkription: DNA auf RNA, nicht jede RNA ist codierend. Es gobt noch strukturelle, transferierende oder auch Erkennungssequenz-RNA

• Translation: mRNA zu Protein. Protein wird Struktur (Phänotyp, zB Zytoskelett) oder Funktion (chemische Reaktion: zB katalysiert eine chemische Reaktion)

DNA-Polymerase macht einen Fehler alle 1x10^-11 Synthetisierungsschritten -> 100 mal Replizieren bevor einen Fehler -> postreplikative Reperatur

Postreplikative Reperatur: Wie wird der Strang mit dem Fehler erkannt? Basen werden methyliert beim Auseinandernehmen des Stranges->so ist der neue Teil für kurze Zeit ohne Methylierung an der baseàso erennt Reperatursystem, welcher Strang Vorlage ist und welcher synthetisiert wurde.



Transkription ist Fehlerquote noch höher -> 1 Fehler nach 1 Million Schritten

Translation noch höher-> 1 Fehler alle 1000 Schritte

Repariert oder Zerstört

Fehler haben unterschiedliche Auswirkungen ->RNA ist Fehler weniger schlimm als bei DNA

Proteine enthalten nicht all zuviel As, sodass die Fehler nicht wirklich schlimm sind.

Bei Transkriptionen und Translationen können die DNA/RNA mehrmals abgelesen werden ->mehr Fehler werden toleriert

Bei der Translation kommt es zu einer Sprachänderung von Nukleinsäure zu Aminosäuren. Es gibt dazu eine ganze Klasse von Enzymen, die das macht.-> diese haben von Konzept die Möglichkeit eine RNA mit einem Protein zu verbinden, wobei das Protein dann in die Synthese der Translation eingebunden wird. Dieses Enzym heisst Aminoacyl-tRNA -> zwei Bindungsstellen: eines für mRNA und eines für AS.

Aminosäuresyntheasen machen 10^-4 Fehler, was aber nicht allzusehr problematisch ist, weil sdie AS Sequenzen nicht lange sind.

Transkription: DNA in RNA überschrieben. Enzyme für Synthese der RNA=RNA-Polymerase. Bei Prokaryoten sind es eines und bei Eukaryoten drei RNA-Polymerasen. Multienzym-Prozess.

Bei Transkription zuerst hnRNA= high molecular weight nuclear RNA->Vorstufen. hnRNA erfahren  Veränderungen: Processing, posttranskritionelle Modifikationen (Processing/Capping) und Splicing

All diese Prozesse haben regulatorische Bedeutung und führen zu korrekten unf gunktionsfähigen RNA,d ie zur Proteinsynthese benutzt wird.

Capping: freie Triphosphat-Gruppe des Nukleotid am 5’ Ende der mRNA durchGuanosyltransferase modifiziert und dadrucht geschützt->5’-5’ Triphosphatbindung

Translation: Nukleinsäuresprache in Proteinsprache übersetzt. 3 Basenpaare ergeben eine AS (64 Möglichkeiten->3 davon sind Stopp Signale). Es entstehen häufig Vorstufen Proteine mit zusätzlicher 10-30 AS Sequenz am aminoterminalen Ende (das erste aminoterminale AS ist immer Methionin->Start-tRNA) ->diese Zusatzsequenzen wird wären Processing abgespalten.

Chemische Modifikationen die Protein aktivieren.

• Capping: Guanidin wird mit einem Phophor-Triester angehängt mit 5’ 5’ anstell vn 5’ 3’ ->Base wird von hinten angehängt. Die Verbindung vermeidet Angriff.

Beim Processing können auch Abspaltungen innerhalb der Kette stattfinden->es entsteht aus einer inaktiven Vorstufe ein funktionstüchtiges Protein=Veredlung. Gleichzeitig findet häufig eine posttranslationelle Modifikation durch eine enzymatische anlagerung spezieller Gruppen an das Protein stat.

Modifizierungen: nicht nur an Base, sondern auch bei Ribose der RNA->Stabilisierung.

Methylierung auch bei RNA möglich mit einem Poly-Schwanz von 150-200 As ->RNA wird so veredelt

Splicing: Wir haben 20000-22000 Gene. Beim Transkriptom haben wir 5 mal mehr Informationen als auf den Genen->Warum habe ich nicht gleichviele Transkripte wie Gene? Wegen dem Splicing.

Exon werden beibehalten bei der Modifikation der mRNA.


Differential splicing: Es überspringt Exone -> so gibt es ein grosses Protein aus Exon 1,2,3,4,5 und ein kleiner Protein aus Exon 1,2,5 -> dadurch einen Faktor 5 der Zunahme der komplette Tag

Proteom -> bis zu 1 Millionen verschiedene Protein Formen

Proteine werden auch prozessiert (abschneiden/abspalten) oder können modifizieren -> posttranslationale Modifikation

Wenn zB ein Protein gleichzeitig methyliert und phosphatiert->zwei Proteinformen

Gewisse sind reversibel, zB Phospholierung, Ubiquitinilierung

• Es geht um Proteinabbau. Die Proteine haben eine gewisse Halbwertszeit. Irgendwann muss die Zelle entscheiden, wann das Protein lange genug da ist und ersetzt werden muss durch ein neues. Weil es zu Schädigungen kommen kann durch chemische Reaktionen. Das Protein, das entsprechend abgebaut oder recycliert werden soll in Aminosäuren, wird Markiert. Und zwar in einem Ubiquitierungsschritt.

• Neben Polymerase braucht es:
• -Proteine, die die Stränge öffnen
• -Proteine, die helfen, spezielle Gene zu erkennen
• -Proteine, die die RNA-Synthese effizient gestalten
• -Proteine zur Einleitung Beendigung Synthese

->diese Proteine heissen Transkriptionsfaktoren

1.5 % menschlichen genoms für Proteine

Über 90% Genoms für nicht-kodierende RNA -> zB auch rRNA =ribosomale RNA und tRNA= transfer RNA

Wenn man Mensch und Fadenwurm vergleicht, haben sie etwa die vergleichbare Antzahl proteinkodierender Gene, aber das menschliche Genom ist etwa 30-mal grössel als jenes von C.elegans -> Menschen haben grössere anzahl nicht-kodierender RNAs =ncRNA

Führt zu extrem starker Expansion->von 20 000 haben wir plötzlich 1 Millionen Proteome

microRNA und «MicroRNA-response elements» sorgen für die Kommunikation und gegenseitige Regulation zwischen den RNA. (quasi das Telefon)

Es sind ganz kleine synthetisierte RNA-Fragmente. Sie machen Stecknadelstrukturen

MiRNA gehören zu ncRNA (nich-kodierende RNA) ->regulieren expression von Genen. Sie kommen in verschiedenen Tierarten vor. Sind oft in Gruppen angeordnet und Expression ist reguliert je nach Spezifität der Zelle/Gewebe

MiRNA Vorläufer werden durch RNA polymerase II synthetisiert. Daraus wird reife MiRNA, heraugeschnitten, die etwa 22 Nukleotide lang sind

Gehen von Zellkern ins Cytoplasma und werden dort durch Dicer weiter modifiziert.

MiRNA regulieren Expression von Genen auf der post-transkriptionellen Ebene, indem sie aufgreund der komplementeren Basenpaarung an MREs auf verschiedenen mRNAs binden.



MicroRNA bindet über Risc-Komplex direkt an mRNA->MicroRNA sind komplementär zu mRNA. Dies Komplementäre Bindung kann perfekt sein->es kommt zur Degradierung, Komplementäre Bindung muss aber nicht perfekt sein->partielle Bidnung, mrNA wird blockier, es ist reversibel. So kann zum Beispiel mRNA vortranskribiert werden und man hat es dann schon parat aber nicht aktiv, für den Fall.

Bindung an mRNA hemmt Translation.                

Im Menschen gibt es ca. 1000 verschiedene miRNA die 60% aller Gene regulieren -> Wichtigigkeit auch beim Einfluss von Krankheitsentstehungen.

• -Binden an proteinkodierenden mRNAs und deren Abbau
• -Interaktion mit miRNA recognition elements = MREs auf ncRNA

Beispiel: Expression von Pseudeogenen, welche mehrere konservierte MREs enthalten können, kann den Gehalt freier Genen ähnlich und somit eine Vielzahl weiterer Gene regulieren.

Pseudogene sind DNA-Abschnitte, die zwar wie ein Gen aufgebaut sind, jedoch nicht mehr als Vorlage für ein funktionales Protein dienen.

bekannten Genen ähnlich und werden oft streng reguliert transkribiert, kodieren aber in der Regel nicht für Proteine

Im Mensch bereits 19 000 Pseudogene identifiziert.

Man synthetisiert eine kompetitierende RNA, die das mRNA weghält. Pseudogene haben kein offenes Leseraster

miRNA weiss nicht, ob es sich um ein Pseudogen handelt. Man kann miRNA  wieder wegnehmen, indem man Pseudo-RNA zur Verfügung stellt.

alle Arten von RNA können durch Code von MREs miteinander kommunizieren und sich gegenseitig regulieren.

Zusätzlich zur klassischen Regulation von mRNA Transkripten durch miRNA werden somit die freien miRNAs durch den jeweiligen MRE Code auf der mRNA kontrolliert

Protein-kodierte RNA hat noch zusätzliche Funktion, unabhängig von deren Translation->sie kann somit Transkripte anderer Gene refulieren ohne selbst jemals ein Protein gebildet zu haben

Wechselwirkung kodierende und nicht-kodierende RNA. miRNA und MREs ist Grundlage für komplexes Netzwerk gegenseitiger Regulation, welches vermutlich gesamte Transkriptom betrifft und reguliert.

• Es gibt also eine Regulation vom miRNA auf mRNA und von mRNA auf miRNA->sie können sich gegenseitig beeinflussen und so kann eine mRNA Menge und Aktivität einer anderen mRNA regulieren->Kommunikation über miRNAs und MREs

Weitreichnender

3’UTRs von RNA enthalten MREs, welche Stabilität RNA reguliert =in cis 3’UTRs haben auch Gehalt miRNAs und können andere RNAs beeinflussen = in trans