Vom Gen zum Protein

Molekularbiologie / Genetik

Das Kapitel Vom Gen zum Protein in unserem Online-Kurs Molekularbiologie / Genetik besteht aus folgenden Inhalten:

1. Vom Gen zum Protein

   Vom Gen zum Protein

   

   Die Erbinformation, d. h. die DNA, bildet Grundlage und Ausgangspunkt für den gesamten Prozess der Informationsübertragung. Sie ist die Vorlage für die Proteinherstellung. mRNA dient als Bote und bringt die „abgeschriebene Nukleotidinformation" zum Ribosom. Dort wird sie in Proteininformation übersetzt.Es gibt allerdings auch Ausnahmen, die „entgegen dieser Einbahnstraße" arbeiten bzw. arbeiten lassen. So bringen Viren oftmals RNA-Information in die Wirtszelle. ...

2. Transkription

   Vom Gen zum Protein > Transkription

   

   Transkription leitet sich vom lateinischen Begriff „umschreiben“ ab. Im ersten Schritt der Proteinbiosynthese wird die DNA bzw. das Gen durch die Transkription „abgeschrieben“.Transkription = umschreiben von DNA-InformationDie Information des Erbguts (DNA) wird in das Botenmolekül (= messenger-RNA oder mRNA) übertragen.DNA-Information wird in den Boten mRNA umgeschrieben!Ablauf der TranskriptionDie Transkription verläuft bei Eukaryoten und Prokaryoten prinzipiell ...

3. Translation

   Vom Gen zum Protein > Translation

   

   Der Prozess der Translation bezeichnet die Synthese von Proteinen in lebenden Zellen.Dabei wird die mRNA-Information in Aminosäureinformation übersetzt. Die Translation ist ein der Transkription nachfolgender Prozess. Translation findet an den Ribosomen im Zytosol (Pro- und Eukaryoten) oder dem rauen endoplasmatischen Retikulum statt (nur Eukaryoten).Der Prozess der Translation bezeichnet die Synthese von Proteinen in lebenden Zellen.Translation in ProkaryotenDie mRNA als Kopie der DNA ...

4. Der genetische Code

   Vom Gen zum Protein > Translation > Der genetische Code

   

   Wie wird aus Nukleotidinformation nun die Aminosäureinformation bzw. das Protein?Die unten gezeigte Übersetzungstabelle beruht auf den genetischen Code. Eine Dreierkombination aus den vier möglichen organischen Basen beschreibt alle zur Bildung von Proteinen eingesetzten Aminosäuren. So steht die Information GAA im Ribosom z. B. für die Aminosäure Glutaminsäure im späteren Protein.Der genetische Code – degeneriert, universell und fortlaufendDer genetische ...

5. Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)

   Vom Gen zum Protein > Translation > Die Aufgaben der RNAs (mRNA, tRNA)

   

   RNA steht für Ribonukleinsäure.Die RNA kennen Sie als mRNA, tRNA oder rRNA.RNA zeigt eine deutlich kürzere Lebensdauer in der Zelle als DNA. Im Gegensatz zur DNA ist sie auch einzelsträngig und nicht als doppelsträngiges Molekül in der Zelle zu finden.Die Einzelstränge der RNA können aber sehr wohl stabile doppelsträngige Strukturen ausbilden.Struktur und Funktion der RNAGenerelle Unterschiede zwischen DNA und RNAEigenschaftenDNA(Desoxyribonukleinsäure)RNA(Ribonukleinsäure)Anzahl ...

6. Proteinbiosynthese in Eukaryoten

   Vom Gen zum Protein > Proteinbiosynthese in Eukaryoten

   

   Der Vergleich der Proteinbiosynthese in Eukaryoten mit der in Prokaryoten zeigt Unterschiede in Ablauf und Lokalisation.Prozesse der eukaryotischen Proteinbiosynthese sind räumlich und zeitlich getrennt.Alle bisherigen Betrachtungen im vorliegenden Skript entsprechen dem Ablauf der prokaryotischen Proteinbiosynthese. Eukaryoten folgen den gleichen Prinzipien, zeigen jedoch komplexere Strukturen und Arbeitsweisen.Ebenso wie Prokaryoten folgen auch Eukaryoten dem Schema:DNA → mRNA → ...

7. Genwirkkette

   Vom Gen zum Protein > Genwirkkette

   

   Genwirkkette bedeutet, dass nicht nur ein Gen, sondern das Zusammenspiel mehrere eine bestimmte Wirkung im Organismus erzeugen.Ommochrom-Synthese bei Drosophila Nur wenn alle drei Gene der Kette „Augenfarbstoff Drosophila” abgelesen werden, kommt es zur Ausprägung „rote Augen".Fruchtfliegen (Drosophila) besitzen farblose (weiße) Augen, wenn die Bildung des ersten Genprodukts gestört ist. Orange Augen entstehen, wenn Enzym #2 nicht in den Zellen erzeugt werden ...

8. Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa

   Vom Gen zum Protein > Genwirkkette > Genwirkkette am Beispiel Neurospora crassa

   

   1940 machten George W. Beadle und Edward L. Tatum interessante Experimente mit Neurospora crassa. Röntgenstrahlung bzw. UV-Licht sollte Mutationen in dem Schimmelpilz erzeugen.Auf Beadle und Tatum geht der Ausdruck „Ein-Gen-ein-Enzym" zurück. Die Auswertungen der Neurospora-Experimente führten zu der Annahme, dass es eine direkte Verbindung zwischen Genen und den enzymatischen Reaktionen von Lebewesen gibt.Später wurde dieser Begriff zu „Ein-Gen-ein-Polypeptid" ausgeweitet ...

9. additive Polygenie

   Vom Gen zum Protein > Genwirkkette > additive Polygenie

   

   Additive PolygenieVon additiver Polygenie spricht man, wenn mehr als ein Gen für die Ausbildung eines Merkmals verantwortlich ist. Die Ausprägung der Hautpigmente ist ein Beispiel für additive Polygenie. Je mehr Pigmentallele auf Genebene exprimiert werden, umso dunkler die Hautfärbung.Polygenie = Tatsache, dass die Ausprägung eines Merkmals durch mehr als ein einzelnes Gen bestimmt wird.Beispiele:(1) Hautfarbe - ein Beispiel für PolygenieDie Hautfarbe wird durch Melanin, ...

10. Regulation der Genexpression

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression

    

    Jede Zelle enthält identisches Erbgut. Der komplette Satz der DNA (= Genom) eines Lebewesens befindet sich in jeder einzelnen Zelle.Trotzdem: Nur ein bestimmter Anteil der Gene wird zu bestimmten Zeitpunkten oder bei Mehrzellern in bestimmten Zellen bzw. Zelltypen transkribiert und zur Proteinbiosynthese eingesetzt.Der komplette Satz der DNA eines Lebewesens befindet sich in jeder einzelnen Zelle, egal welche Aufgabe sie hat.Das Erbgut (Genom) ist in jeder Zelle oder zu jedem Zeitpunkt des Lebens ...

11. Genregulation: molekularen Ebenen

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Genregulation: molekularen Ebenen

    

    Die Transkription und Translation von Genen wird oft als Genexpression bezeichnet. Die entstehende Proteinmenge kann an unterschiedlichen Stellen der Proteinbiosynthese reguliert werden. 1. Transkriptionsebene 2. posttranskriptionale Veränderungen der mRNA, die deren Lebensdauer beeinflusst 3. Translationsebene 4. Proteinebene (wie alt darf ein Enzym werden?)Dabei wird die bereits bekannte Abbildung des Ablauf der Proteinbiosynthese wieder nützlich.Die Proteinbiosynthese kann an den unterschiedlichsten ...

12. Lac-Operon

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Lac-Operon

    

    François Jacob und Jaques Monod, die Entdecker dieser Genregulation, definierten das Operon als Abschnitt auf der DNA mit folgenden Bestandteilen:PromotorAnsatzstelle der RNA-PolymeraseDas Enzym RNA-Polymerase ist für die Transkription der Strukturgene verantwortlich.Operatortatsächlicher Schalter in Sachen TranskriptionsaktivitätAm Operatorsequenzabschnitt findet sich eine Bindestelle für das aktive Regulatorprotein. Die Transkription durch die RNA-Polymerase kann durch ...

13. Trp-Operon

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Trp-Operon

    

    Genregulation durch EndprodukthemmungDas Bakterium E. coli kann Aminosäuren über Nährmedien/Futter aufnehmen. D. h., Aminosäuren müssen nicht alle bzw. nicht permanent über Stoffwechselleistungen erzeugt werden.Paradebeispiel einer sogenannten Endprodukthemmung ist der Stoffwechselweg zur Erzeugung der Aminosäure Tryptophan. Ist Tryptophan vorhanden, wird das System auf Transkriptionsebene abgeschaltet. Wie bei allen Operonen ist das Gen für den Repressor/Regulator ...

14. Genexpression bei Eukaryoten

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Genexpression bei Eukaryoten

    

    Während das Operon-Modell für die Prokaryoten gilt, haben Eukaryoten andere Möglichkeiten, die Expression ihrer Gene zu beeinflussen.Eukaryoten zeigen aufgrund der Struktur und Organisation ihrer DNA noch andere Möglichkeiten der Genexpression.1. Umstrukturierung des ChromatinsDNA wird verpackt, sodass sie für die Transkription nicht zugänglich ist. Durch Methylierung der Base Cytosin kann die DNA stillgelegt werden. Das genetische Material verdichtet sich und wird so ...

15. Epigenetik

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Genexpression bei Eukaryoten > Epigenetik

    

    Die Epigenetik ist ein relativ neues Spezialgebiet in der Biologie. Sie befasst sich mit ungewöhnlichen Vererbungsmustern bzw. ungewöhnlichen Mustern der Proteinexpression.„Dicke Mäuse versus dünne Mäuse"Anhand des Mäusebeispiels will ich die Epigenetik erläutern. Unter Epigenetik kann man sich einen Code vorstellen, der über dem der DNA steht. So ist alles Grundlegende in der DNA festgeschrieben, doch scheint es möglich, dies zu modifizieren oder ...

16. DNA-Methylierung

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Genexpression bei Eukaryoten > Epigenetik > DNA-Methylierung

    

    Die DNA-Methylierung stellt eine wichtige Veränderung der DNA-Struktur und damit auch ihrer Eigenschaft dar!DNA-Methylierung gilt als wichtigste epigenetische Veränderung!Epigenetik = Eigenschaften der Zelle, die auf Tochterzellen vererbt werden -> sind nicht in der DNA-Sequenz codiert!Die DNA wird chemisch verändert, indem sich Methylgruppen (-CH3) anlagern. Diese Methylgruppen werden durch das Enzym Methyl-Transferase an die DNA gebunden. Die DNA-Sequenz wird durch diese Methylierung ...

17. Riesenchromosome machen Expression sichtbar

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Genexpression bei Eukaryoten > Riesenchromosome machen Expression sichtbar

    

    Riesenchromosomen sind charakteristisch für Insekten. So finden sich diese gigantischen Interphasen-Chromosome in der Zuckermücke und auch in Drosophila.Die Riesenchromosomen entstehen durch mehrere aufeinanderfolgende Replikationen der DNA, die ohne Trennung der Chromatiden und ohne Teilung der Zelle stattgefunden haben. Gleichzeitig nehmen nicht alle Abschnitte des Chromosoms an den Replikationszyklen teil. Die Riesenchromosome werden auch als Polytänchromosomen bezeichnet.Replikation ...

18. Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression

    Vom Gen zum Protein > Regulation der Genexpression > Genexpression bei Eukaryoten > Riesenchromosome machen Expression sichtbar > Entwicklungsstadien von Drosophila - regulierte Genexpression

    

    Die regulierte Genexpression ist entscheidend für die Entwicklung von Drosophila. Die Entwicklung der späteren Fliege beginnt bereits im Ei. Hier wird die Segmentierung durch unterschiedliche Genexpression festgelegt: So wird am vorderen Eipol ein Konzentrationsgradient erzeugt, indem das Gen bcd aktiviert wird. Das Protein BCD aktiviert wiederum die Expression der gap-Gene, hb und kni werden aktiviert. Außerdem wird der Körper durch die Pair-rule-Gene (hier eve und ftz) unterteilt. ...