Grundlagen der Molekularbiologie

Wie wird genetische Information in

biologische Funktion umgesetzt ?

Lit: ‚Molekulare Genetik‘ Rolf Knippers, Thieme

Die Zelle: Elementarteilchen des Organismus?

Proteine – Strukturelle Bausteine der Zelle und Reaktionsbeschleuniger

• Wichtige Bausteine der zellulären Architektur (Ionenkanäle, Zellgerüst)

• Enzyme: Reaktionsbeschleuniger (Synthetasen, Synthasen)

• Regulatorisch wirksame Stoffe (Ablesung der Erbinformation)

• Kleine Proteine (<20 Aminosäuren): ‚Peptide‘; oft Signalsubstanzen (Nobelpreis Chemie letzte Woche) oder Etiketten (Glutathion)

• Aufbau: Im Wesentlichen aus 20 verschiedenen Grundbausteinen (Aminosäuren) als lineare Kette (Primärstruktur)

• Komplexere Details des räumlichen Aufbaus und der Stabilität ergeben sich aus der genauen Sequenz; können aber oft nicht ‚vorhergesagt‘werden (Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur)

• Konformation und Dynamik von Proteinen oft entscheidend für Funktion

Proteine – Aufbau aus Aminosäuren

Sekundärstruktur: a-Helix

Oft aus 10 AS aufgebaut (5-40); theoretisch kann jede AS in einer Helixenthalten sein (Ausnahme Pro)

Globuläre Proteine: Alle Enzyme

Faserförmige Proteine: Zellwand (Pektin); oft bis 90 % Helix-Anteil

Sekundärstruktur: ß-Faltblatt

Tertiärstruktur

Proteine erhalten ihre charakteristische Form (und damit auch Funktion) durch Faltung, die von selbst ablaufen kann (self assembly), aber oft durch Chaperone unterstützt wird.

Tertiär- und Quartärstruktur

Quartärstruktur:Geordneter Zusammenschluss mehrerer Proteine.

DNAAuch DNA ist ein lineares Makromolekül, dessen Sequenz einen hohen Informationsgehalt besitzt. Die vier Grundbausteine sind

A T

G C

Verknüpfung der Bausteine durch Phosphodiester-Brücken; Paarung der Basen durch Wasserstoff-Brücken.

DNA-Doppelhelix

Die räumliche Struktur wurde vor 50 Jahren aufgeklärt. Dies war der ‚Urknall‘ der Molekularbiologie.

DNA-Doppelhelix

Evolution der DNA?

Kurze und lange zwischengeschaltete Elemente

Nicht der gesamte DNA-Strang besitzt einen hohen Informationsgehalt

Wichtige Schritte der Gentechnik

Quelle: www.nobelprize.org

Entdeckung der Rolle des Chromosoms, klassisches Gen-

Mapping

Kreuzungsversuche mit Drosophila-Fliegen; Auszählen von Häufigkeiten für die Vererbung gewisser Merkmale und Korrelation mit Merkmalen, die an ‚bekannten‘ Orten des Chromosoms liegen. Erstellung von ‚Landkarten‘ in Maßeinheit centi-Morgan.

Überführung von DNA in Proteine

Exkurs: Replikation

Ist eine notwendige Voraussetzung, bevor es zu Zellteilung kommen kann.

Überführung von DNA in Proteine

RNADie vier Grundbausteine der RNA sind

A U

G C

Verknüpfung der Bausteine erfolgt ebenfalls durch Phosphodiester-Brücken; Zucker-Bestandteil stärker oxidiert als bei DNA; Thyminwird durch Uracil ersetzt..

Überführung von DNA in Proteine: Splicing von RNA

‚split genes‘

Exkurs: Splicing

Die Information verlässt den Kern

Überführung von DNA in Proteine: Export von RNA aus dem Kern

Überführung von DNA in Proteine: Translation

t-RNA

t-RNA-Moleküle bestehen aus 70-90 Basen und erkennen ein spezifisches Codon (manchmal auch mehrere) sowie eine spezifische AS (Bsp: Serin).

Der ‚genetische Code‘

Gentechnik: Erste große Schritte durch Kary Mullis und Michael Smith

Protein-Design

Protein-Design

PCR: Amplifizierung eines bestimmten Gens

DNA-Test: Einsatz von Mikrosatelliten

Erster Freilandversuch mit transgenen Pflanzen in D: die lachsrote Petunie, Köln 1990

‚Herstellung‘ transgener Pflanzen, Klonieren von Organismen, Stammzellenforschung,…

… würde in einem Biophysik-Kurs endgültig zu weit führen; Diskussionsthemen für die Pause?