Molekulare Genetik: DNA-Replikation, Transkription & Translation

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Molekulare Genetik: DNA-Replikation, Transkription und Translation

Das Konzept des Gens

Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der Informationen für die Synthese von strukturellen und regulatorischen Proteinen enthält.

Merkmale von Genen

  • Prokaryoten: Gene sind kontinuierliche Einheiten, die alle Informationen für die Proteinsynthese enthalten.
  • Eukaryoten: Gene sind „fragmentiert“. Sie bestehen aus codierenden Sequenzen (Exons) und nicht-codierenden Sequenzen (Introns), die während der Transkription entfernt werden.

DNA-Replikation

Die Replikation ist der Prozess, bei dem ein DNA-Molekül zwei identische Kopien von sich selbst erstellt.

  • Zweck: Übertragung der genetischen Information an die Nachkommen und Erhaltung der Art.
  • Beteiligte Elemente: DNA-Matrize, Topoisomerase, DNA-Polymerase, RNA-Polymerase, DNA-Ligase, Desoxyribonukleotid-Triphosphate und Ribonukleotid-Triphosphate.

DNA-Polymerase

Es gibt die Typen I, II und III. Ihre Funktionen sind:

  • Polymerase-Aktivität: Verknüpfung von Nukleotiden.
  • Exonuklease-Aktivität: Entfernung von RNA-Fragmenten.

Phasen der Replikation

  • Initiationsphase: Die Doppelhelix öffnet sich am Startpunkt. Helikasen lösen die Wasserstoffbrückenbindungen, während Gyrase und Topoisomerase die Spannung der DNA-Stränge lösen. Es bildet sich eine bidirektionale Replikationsblase.
  • Elongationsphase: DNA-Polymerasen benötigen einen RNA-Primer mit einem freien 3'-OH-Ende. Die DNA-Polymerase III synthetisiert den neuen Strang in 5'-3'-Richtung. Der Leitstrang wird kontinuierlich synthetisiert, der Folgestrang diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten. Die DNA-Ligase verbindet diese Fragmente nach Entfernung der Primer.

Vergleich: Replikation bei Prokaryoten vs. Eukaryoten

MerkmalProkaryotenEukaryoten
GeschwindigkeitSchnell (nackte DNA)Langsam (DNA mit Proteinen)
ReplikationsursprüngeEinerMehrere (Replikons)
DNA-Polymerasen35
TelomereNicht verkürztVerkürzen sich (Alterung)

Transkription

Der Prozess der Kopie eines Gens in eine RNA-Sequenz.

  • Lage: Zytoplasma (Prokaryoten) bzw. Zellkern (Eukaryoten).
  • Phasen:
    • Initiation: Die RNA-Polymerase bindet an den Promotor (z. B. TATA-Box).
    • Elongation: Die RNA-Polymerase synthetisiert RNA in 5'-3'-Richtung. Das 5'-Ende erhält eine 7-Methyl-Guanosin-Kappe.
    • Terminierung: Die Transkription endet an spezifischen Signalsequenzen. Die RNA erhält einen Poly-A-Schwanz.

Translation (Proteinsynthese)

Der Prozess der Proteinbildung an den Ribosomen basierend auf der mRNA-Information.

  • Beteiligte Komponenten: mRNA, tRNA, rRNA, Ribosomen und Enzyme (z. B. Aminoacyl-tRNA-Synthetase).
  • Phasen:
    • Aktivierung der Aminosäuren: Bindung der Aminosäure an die spezifische tRNA durch Aminoacyl-tRNA-Synthetase unter ATP-Verbrauch.
    • Initiation: Die mRNA bindet an die kleine ribosomale Untereinheit; das Start-Codon AUG wird erkannt.
    • Elongation: Die Peptidyl-Transferase verknüpft Aminosäuren durch Peptidbindungen. Das Ribosom wandert entlang der mRNA (Translokation).
    • Terminierung: Bei Erreichen eines Stop-Codons lösen Freisetzungsfaktoren die Polypeptidkette vom Ribosom.

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