Biochemie (Fach) / Molekularbiologie (VL 17-21) (Lektion)

Aufbau von Nukleinsäuren Strukturprinzip der DNA (desoxy ribonucleic acid) Watson-Crick-Modell der DNA Chemische Eigenschaften der DNA DNA-Enzym-Wechselwirkungen Superspiralisierung Replikation bei Prokaryoten (Eukaryoten) Grundlagen gentechnischer Methoden und ihrer Anwendungsmöglichkeiten Transkription bei Prokaryoten (Eukaryoten) Translation bei Prokaryoten (Eukaryoten)

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• Woraus besteht die strukturelle Grundeinheit von Nukleinsäuren? - Mononukleotid (+Molares Verhältnis) - Biespiele Von Polynukleotide Mononukleotid: Ribose / 2-Desoxyribose Purin-  /  Pyrimidinbase anorganisches Phosphat  (Malares Verhältnis = 1 : 1 : 1) DNA = Desoxyribonukleinsäure  RNA = Ribonukleinsäure
• Geben Sie wichtige Beispiele von Polynukleotiden Ribonukleinsäure (RNA) Desoxyribonukleinsäure (DNA) 
• Wovon unterscheiden sich DNA und RNA? 1. Zuckerbausteine DNA = 2-Desoxy-D-Ribse RNA = D-Ribose  2. Basenbausteine: DNA = Cytosin, Thymin (Pyrimidin) RNA = Cytosin, Uracil (Pyrimidin)  Purine-bausteine von beiden sind gleich = Adenin, Guanin 
• Zeichen Sie den Struktur von Ribose und Desoxyribose Ribose = bei C (2) -OH Desoxyribose = bei C (2) -H
• Struktur des Pyrimidins Benzine-Ring with Nitrogen at C-3 & C-1 (Upsidedown)
• Struktur des Purines 6-Carbon ring (N at C - 2 & 4) with 5-Carbon ring (N at C- 2 & 5) joined together. Carbon counted Anticlockwise from tip of individual strukture
• Unterschieden Sie ein Nukleotid und Nukleosid Nukleosid = Base + (desoxy)-Ribose Nukleotid = Base + (desoxy)-Ribose + Monophosphat
• Geben sie den vollen Namen von den Freien Basen; - Adenin - Guanin - Cytosin - Uracil - Thymin 1. Adenin = (Desoxy) -adenosin -Monophosphat  = AMP (dAMP) 2.Guanin = (Desoxy) -guanosin -Monophophat = GMP (dGMP) 3. Cystosin = (Desoxy) -cytidin -Monophosphat = CMP (dCMP) 4. Uracil =  (Desoxy) -uridin -Monophosphat = UMP (dUMP) 5. Thymin = Thymidin-Monophosphat = Desoxythymidin, da es immer nur in DNA vorkommt = TMP
• Welche Rolle spielen den Nukleinsäuren in lebender Zelle? (Beispiele) Wo kommen die vor? 1... sind Träger (DNA) und Übermittler (RNA) der genetischen Information 2....kommen im Zellkern, Cytoplasma, in Ribosomen, Mitochondrein vor
• Woran liegt der Informationsgehalt der DNA? in der Purin- & Pyrimidinbasen der Desoxyribonukleotid
• Was hat Chargaff festgestellt? (DNA) ∑ dA  = dT ∑ dC = dG
• i) Bindung zwischen Basen der DNA, ii) Anzahl der Bindung zwischen ver. Basenpaare & ihre Stabilität i) Wasserstoffbrückenbindung A=T (2) C≡G = (3)   Stabiler
• Definition der Schmelztemperatur bei der DNA Wovon hängt die ab? Tm = Schmelztemperatur, ber der die Helixstruktur zur Hälfte verloren gegangen ist  Tm hängt vom CG : AT verhältnis ab, je mehr CG desto höhe ist Tm.
• ______ ist Folge einer biologisch relevanten, topologischen, Eigenschaft geschlossener, zirkulärer DNA. Superspiraliseirung (Supercoil)
• DNA-Mokelüle sind _____ superspiralisiert, wie kommt es dazu? (Begründung) i) Negative superspiralisiert ii) Entwindung der Doppelhelix der DNA führt zu negativer Superspiralisierung (bereitet die DNA auf Replikation o. Transkription vor. d.h. Negative Supercoils müssen entfernt werden wenn Doppelhelix entwindet undt entspannt
• Welche Enzyme ist für die Entwindung der Doppelhelix-DNA verantwortlich? Topoisomerasen 
• Bei ____ Supercoil wird die Eröffnung der Helix erleichtert/erschwert. Negatives Supercoil = Erleichtert Postives Supercoil = Erschwert 
• Superspiralisierung ist durch den Formel _____ bestimmt Lk = Tw + Wr - Tw = mini twist between each strands - Wr = Big twist of Helix (can either be a - / + ) z.B Negative Supercoil: 23 = 25 - 2, Postive Supercoil: 27 = 25 + 2
• Wie wird Superspiralisierung durchgeführt? (Verfahren & Enzym) 3 stufigen Prozess (1)  Spaltung einer/beider DNA-Stränge (2)  Passage eines DNA-Segmentes durch die Bruchstelle (3)  Verschluss der Bruchstelle  Enzym: Topoisomerase I ⇒  führt Einzelstrangbrüche ein & Entfernt negative Supercoils (DNA wird entspannt) Topoisomerase II (Gyrase) ⇒ führt Doppelstrangbrüche ein. Sie katalysiert die ATP getriebene Einführung negativer Supercoils 
• Wie wird die genetische Information unverändert von einer Generation auf die nächste weitergegeben? Replikation
• Welche Enzyme ist für die Kettenverlängerung der DNA verantwortlich? (Katalysierte Reaktion) Was wird dafür benötigt? i) DNA-Polymerasen I, III  ii) DNAn + dNTP → DNAn+1 + PPi     ⇒ Phosphodiesterbindung gebildet    | (PPi → 2 Pi)   iii) alle 4 dNTP (dATP, dTTP, dGTP, dCTP) & Mg2+  benötigt
• Beschreiben Sie die DNA-Kettenverlängerung Verfahren 1. Addition erfolgt an das freie 3'OH einer bereits vorhandenen Nukleinsäure  ⇒ Die Synthese findet von 5'-Phosphat → 3'-OH Ende statt. 2. Ein DNA-Einzelstrang als Matrize ist erforderlich 2. Notwendiger Primer (= RNA mit freiem 3'-OH Ende) greift das innerste P eines dNTPs an ⇒ Phosphodiesterbindung gebildet
• Warum ist ein Primer für die Replikation einer DNA notwendig? Da DNA-Polymerasen KEINE de novo Synthese durchführen können
• DNA-Pol I, II und III: i) synthetisieren Polynukleotidstränge in __' →__' Richtung. ii) können DNA nicht _____ synthetisieren. iii) Sie benötigen ein ___ Ende und daher einen ____. iv) Besitzen 5 ́→ 3 ́ und/ oder 3 ́→ 5 ́ _________. i) 5'→ 3' ii) de novo iii) 3'-OH , Primer iv) Exonuklease 
• Hauptfunktion DNA-Pol I, II und III DNA-Pol III = Synthetisiert den Hauptteil der DNA, (5 ́→ 3 ́ Exonuklease Aktivität) DNA-Pol I = Entfern Primer (5 ́→ 3 ́ Exonuklease (spalten) Aktivität) & Füllt lücken auf DNA-Pol II = für DNA-Reparatur
• Warum kann die Pol-lII DNA nicht de novo synthetisieren? de novo = from scratch,  Ein Primer wird benötigt, da die Pol-III immer erst das zuletzte Nukleotid überpruft, bevor sie ine neues anhängt.  Pol-III = 3 ́→ 5 ́Exonuklease-Wirkung = Korrekturlesefähig (Able to remove one Nucleotid)                   Sie haben KEINE 5 ́→3 ́ Aktivität
• Wie werden RNA-Primers synthetisiert? RNA-Primer wird durch Primase (RNA-Polymerase) = Komplementär zu DNA-Matrize synthetisiert
• Hauptfunktion der Ligase, wofür wird sie benötigt? i) Ligasen verknüpfen 2 DNA-Ended durch Phosphodiesterbindungen zwischen 3′-OH und 5′- Phosphat  ii) Replikation, Reparatur von DNA, genetische Rekombination 
• Wie wird Replikation einzelsträngiger, ringförmige DNA (Viren) durchgeführt? 1.SSB Proteinen (Singel Strand Binding) bindet an DNA 2. RNA-Primers werden durch RNA-Polymerase (Primase) snythetisiert 3. DNA-Replikation druch DNA-Polymerase III  4. Verschluss durch DNA-Ligase 5. Superspiralisierung durch DNA-Gyrase
• i) Die DNA-Synthese findet nur __ ___ Strang (______) _______ statt, ii) Am Folgestrang wird sie ________ in kleinen_________, und zwar in ______ (__→__) Richtung, iii) so dass beide Stränge letztendlich in ______ Richtung synthetisiert werden. VL.18 (pg. 5) i) Die DNA-Synthese findet nur an einem Strang (Leitstrang)  kontinuerlich statt. ii) Am Folgestrang wird sie diskontinuerlich in kleinen Okazaki-Fragmente, und zwar in entgegengesetzlich (noch 5 ́→ 3 ́)  iii) in 5 ́- 3 ́ Richtung
• Komplett Replikation Verfahren 1. Replikation-Initition-Faktor, DnaA, bindet an oriC (Replication Origin). 2. Helikase (DnaB) & DnaC entwinden & öffnen die Doppelhelix. 3. SSB-Protein binden an Einzelstränge. 4. Gyrase (Tocoperase II) führt zu negative Supercoil. 5. RNA-Polymerase (Primase) synthisiert Primer. 6. rep-Protein führt die Entwindung weiter. 7. DNA-Polymerase III synthetisiert Leitstrang, gleichzeitig Okazaki-Fragmente des Folgestrangs, beide in 5 ́- 3 ́ Richtung. 8. DNA-Polymerase I entfernt Primer und füllt Lücken auf. 9. DNA-Ligase verknüpft die DNA-Ende. 10. Tus-Protein bindet an eine spez. Sequenz und verhindert so die weitere Entwindung, so dass es zur Termination der Replikation kommt.
• Wie vermehren sich Organismen, die RNA statt DNA als genetischen Information besitzen? z. B Retroviren? mit welche Enzym? (Eigenschaften Reverse Transkription (Reverse Transkriptasen) = RNA-abhängige DNA-Polymerase - benötigen Primer - synthetisieren DNA an einer RNA-Matrize in 5 ́ → 3 ́  - haben Exonuclease-Aktivität, die die RNA im RNA-DNA-Hybrid abbaut - haben DNA-abhängige DNA-Polymerase Aktivität, die den Doppelstrang synthetisiert
• Stadien der Reverse Transkription Virale RNA (1) → DNA-RNA-Hybrid (2) → DNA-Transkript der viralen RNA (1) → Doppelhelikale-Virus-DNA (2)
• Definition von Restriktions(endo)nuklease und ihre Eigenschaften. Restriktionsendonuklease scheiden die DNA-Doppelhelix an bestimmten, von der örtlichen Nukleptidsequenz abhängigen Stellen - Dienen als Schutzvorrichtung zum Abbau fremder DNA - Nukleptidsequenz = 4 - 8 Nukleotiden  - Endonuklease schneidet innerhalb der DNA & baut die DNA nicht von Enden her ab. - enstehen ⇒ Doppelsträngige DNA-Fragmente
• Arten den entstandenen Enden nach Spaltung der DNA mit einem Restriktionsenzym. 1. Palindromischen Sequenz = Sticky Ends 2. Blunt ends 3. 5'/3' - überhangende Enden
• Nennen Sie die Methoden der DNA-Trennung und worauf beruht das Prinzip bei den Methoden? a) Polyacrylamid-Gelelektrophorese (Für kleinere DNA-Fragente)  b) Agarose-Gelektrophorese - Bei verwendeten pH-Wert wird den Nukleinsäuren negativ gelanden und nach Anlegen eines Stromes zu dem positiven Pol wandern.
• Wie wird die genetische Information in Protein übersetzt? (Beteiligte Enzyme) Transkription Enzyme = RNA - Polymerase  + ATP, GTP, CTP, UTP 
• Unterschiede zwischen RNA und DNA RNA  i) enthält Ribose statt desoxyribose ii) enthält Uracil (Pyrimidin) statt Thymin (U - A statt T - A) iii) ist einzelsträngig und bildet daher oft Haarnadel-Strukturen
• Funktionen die RNA; mRNA, tRNa, rRNA, hnRNA, retrovirale RNA 1.   mRNA = Trägt genetische Information für die AS-Sequenz 2.   tRNA = Bindet die AS & damit als "Adapter" für die Übersetzung der genetischen Info (mRNA) in spez. AS-Sequenz 3.   rRNA (ribosomale RNA) stellt sturkturell und funktionell wichtige Bestandteile der Ribosomen dar 4. hnRNA (heterogene nukleäre RNA) = regulatorische Funktionen 5. retrovirale RNA = Träger der Erbinformationen bei Retroviren
• Wie läuft die Transkription? 1. RNA-Polymerase erkennt ________ auf DNA. 2. RNA-Pol entwindet DNA ca. ___ Basenpaare ⇒ entsteht Transkription_________ 3. Synthese der RNA beginnt am __ Ende. (Kein) Primer benötigt, da kann (nicht) de novo sythetisieren. 4. ______sphase beginnt nach Bildung der 1. Phosphodiesterbindung von RNA-Pol. 5. Stoppsignal auf DNA = Paarung von komplementären ______ Regionen ⇒ Ausbildung einer ______ = Transkript eines DNA ______. 6. Stabile ______ am 3'-Ende des mRNA (Teil des Stoppcodons) ⇒ nachfolgenden rU-dA-Basenpaarung ist ______ = RNA dissoziiert von DNA-Matrize & vom Enzym ab 6. DNA-Doppelhelix bildet sich wieder, das Core-Enzym setz DNA frei. 1. RNA-Polymerase erkennt von -10 & -35 Promotrsequenzen auf DNA  Starker Promotorsequenz (Just one main seq.)= intiiert Transkription ca. 1x / Sek Schwacher Promotersequenz (slightly diff than main seq) = intiiert " seltener z. B  1x / 10 min 2. RNA-Pol entwindet DNA ca. 17 Basenpaare ⇒ entsteht Transkriptionsblase 3. Synthese der RNA beginnt am 5' Ende mit P-P-P-G / P-P-P-A, KEIN Primer benötigt, da kann (nicht) de novo sythetisieren. 4. Elongationsphase beginnt nach Bildung der 1. Phosphodiesterbindung von RNA-Pol 3'OH der bereits gebildeten RNA greift das innerste Phosphat eines neuen Nukleotids an ⇒ neue bindung verknüpft und PPi freigesetzt 5. Stoppsignale auf DNA  = Paarung von komplementären GC-reichen Regionen ⇒ Ausbildung einer Haarnaddelschleife = Transkript eines DNA Palindroms 6. Stabile Haarnadel am 3'-Ende des mRNA (Teil des Stoppcodons) ⇒ nachfolgenden rU-dA-Basenpaarung ist instabil = RNA dissoziiert von DNA-Matrize & vom Enzym ab 6. DNA-Doppelhelix bildet sich wieder, das Core-Enzym setz DNA frei 
• Def. Translation Übersetzung des genetischen Codes von mRNA in die AS-sequenz von Peptiden & Proteinen
• i) DIe Ribosomen, beteiligten Proteinen und tRNA-Moleküle in einer Bakterienzelle können mehr als ___% ihres Trockengewichts ausmachen ii) Proteinsynthese kann bis zu __% der Energie einer Zelle für Biosynthesen beanspruchen. 35% 90%
• Woraus setzt sich die Translation zusammen? 1. Aktivierung der AS  2. Initiation der Proteinsynthese 3. Verlängerung (Elongation) der Peptidkette  4. Termination
• Synthese von Aminoacyl-tRNA; (Enzym) 1. Reaktion der Aktivierung der Aminosäure (zeichnen der Endprodukt) 2. Übertragung der AS auf tRNA VL21 pg. 5 1. Aminosäure + ATP    ↔   Aminoacyl-AMP + PPi 2. Aminoacyl-AMP  + tRNA   ↔   Aminoacyl-tRNA + AMP Enzym = AS-tRNA-Synthetasen = Für jede AS gibt es mind. eine 
• Warum ist Aminoacyl-tRNA-Synthese für Proteinbiosynthese notwendig? da  die Carboxylgruppe muss aktiviert werden AS können keine Basentripletts lesen  Baesenpaarung findet zw. Basentripletts des Codon (mRNA) & Anticodon (tRNA) statt
• Vergleich der Aktivierung von AS und Fettsäuren Aminosäure - C=O - O - tRNA Fettsäure - C=O - S - CoA
• Allg. Strukture von tRNA (Zeichnen & beschriften) left = DHU-Scheife, Middle = Anticodonschleife,  Right = TψC-Schleife top= (left) Phoshoryliertes 5'-Ende, (right) Anheftungsstelle für die AS 3'-OH
• Spielt die an die tRNA gebundene AS eine Rolle bei Erkennung des Codons durch das Anticodon? NEIN
• Wie viel Triplets sind möglich durch Kombi der 4 Basen & mit 3 Basen/Codon? 43= 63 Tripletts
• Aufbau eines Ribosoms Aus 2 Einheiten (S = Svedberh-Konstante, Maß für die Größe- nicht Molekulargewicht)  50S - Unterheiten 30S - Unterheiten Zusammen = 70S (Kleine zusammen als Individuel)

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