| Vokabel | Erklärung |
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| DNA | Die Desoxyribonucleinsäure der Zelle ist ein aus zwei Strängen bestehendes
Polymer mit nur vier individuellen Bausteinen, den so genannten Nucleotiden. Allein
die Abfolge entscheidet über die Funktion eines einzelnen DNA-Abschnittes. Eine
herausragende Eigenschaft der DNA ist ihre enorm hohe Stabilität. Es ist nämlich die
Funktion der DNA, die Erbinformation über Generationen hinweg unverändert
weiterzugeben. Deshalb gibt es zur Synthese der DNA eine Qualitätskontrolle durch
Reparatur. Die offenen Ende der DNA werden durch spezielle Strukturen vor dem
Angriff von Nucleasen geschützt. |
| Replikation | Replikation ist der Begriff für die identische Verdoppelung des Erbmaterials
(DNA in DNA). Um dieses zu gewährleisten, geschieht die Verdoppelung stets durch die
Konservierung eines Strangs. Spezielle Reparaturenzyme sorgen dafür, dass der neu
synthetisierte Strang fehlerfrei hergestellt wird. Dieser Prozess ist notwendig.
Deshalb „bezahlt“ die Zelle dafür und wendet sehr viel Energie für die
Qualitätskontrolle auf. Um jedoch 100 %ige Identität zu gewährleisten, wäre der
Aufwand „unbezahlbar“, so dass am Ende noch ausreichend Fehler auftreten, um die
Evolution zu erlauben. Die Fehlerrate liegt bei 1:10 000. Genauere Information
erhalten Sie im Abschnitt „Replikation“. |
| DNA-Polymerase | Wir unterscheiden mindestens drei DNA-Polymerasen. Sie werden nach der
Reihenfolge ihrer Entdeckung 1, 2 und 3 genannt. Die wichtigste und gleichzeitig
größte DNA-Polymerase ist die Polymerase 3. Sie hat die wichtige Aufgabe der
DNA-Verdoppelung. Keine Zelle besitzt mehr als sechs dieser Replikationsmaschinen.
Dabei wird im Abschnitt Replikation ausführlich beschrieben, wie trotz der
gegensätzlichen Orientierung beide DNA-Stränge simultan von derselben DNA-Polymerase
3 gebildet werden. Die DNA-Polymerase 1 fungiert ausschließlich als Reparaturenzym,
das biotechnologisch besonders interessant ist, weil es das Schlüsselenzym für die
PCR ist. |
| Transkription | Der Begriff Transkription kann wörtlich mit „Abschreiben“ übersetzt werden.
Abschreiben bedeutet in der Gegenwartssprache Kopieren, d.h. das Anfertigen einer
identischen Kopie von einer Matrize. Das allerdings passiert so nicht. Es wird zwar
eine Kopie angefertigt, indem die Zelle denselben „Zeichensatz“ benutzt, aber die
„Unterlage“, quasi das Kopierpapier ist anders. Aus DNA wird RNA. Die Information
bleibt also erhalten, wird aber in erheblich größerer Menge auf einem
wiederverwendbaren Material geschrieben (vgl. RNA). Obwohl die Transkription nicht
vollkommen fehlerfrei abläuft, gibt es keinen Reparaturmechanismus. Geringe Mengen
nicht funktionsfähiger RNA werden offenbar von der Zelle toleriert. |
| Operon | Als Operon bezeichnet man bei Prokaryonten den Bereich zwischen Promotor und
Terminator. Dieser Bereich wird gewöhnlich von demselben Operator kontrolliert und
kann zahlreiche verschiedene Gene umfassen. Aufgrund der Struktur des Operons werden
nun nicht nur alle Gene in einem 1:1:1 Verhältnis transkribiert, sondern auch
translatiert. Man kann annehmen, dass diese Organisation im Operon dazu dient,
verschiedenen Untereinheiten desselben Enzyms stets komplett und trotzdem quasi
gleichzeitig, aber eben strukturell unabhängig herzustellen. Allerdings gibt es hier
noch gewisse Unterschiede bei der Translation, die der Feinregulation dienen. |
| Promotor | Als Promotor wird ein DNA-Abschnitt bezeichnet, an dem die RNA-Polymerase
bindet. Dieser Abschnitt ist selbst nicht Teil des katalytischen Zentrums. Er leitet
das Enzym „nur“ an die richtige Startposition. Aus dieser Funktion erklärt sich auch
die Verwendung desselben Begriffs für andere Beförderungen wie z.B. im Sport oder im
Beruf. Eine Promotorsequenz ist keine wirklich festgelegte Sequenz. Es genügt, wenn
eine Auswahl von Nucleotiden aus dem Promotor-Bereich der optimalen Konsensus-Sequenz entsprechen. Je größer der
Unterschied ist, desto schwächer ist der Promotor. Durch Bindungsstellen für
Proteine mit einer hohen Affinität zur RNA-Polymerase kann der Promotor in seiner
Stärke erheblich variieren. Bei Eukaryonten ist die Bindung solcher Proteine sogar
eine notwendige Vorraussetzung für die Bindung der RNA-Polymerase. Allgemein muss
der Promotor-Bereich relativ viele AT-Basenpaare enthalten, weil eine effektive
Strangtrennung den Start der Transkription fördert. |
| Operator | Der Begriff Operator wird im Sinne eines Vermittlers verwendet. Es handelt
sich um eine symmetrische DNA-Sequenz, die entweder einen Repressor oder einen
Aktivator binden kann. Repressor und Aktivator sind Proteine, die als Dimere, oft
auch als Tetramere die symmetrische DNA-Sequenz erkennen. Liegt der Operator in
Transkriptionsrichtung hinter dem Promotor, so handelt es sich stets um die Bindung
eines Repressors, liegt der Operator vor dem Promotor, so handelt es sich um einen
Aktivator. Bei divergierend aufgebauten Kontrollregionen, kann der Repressor auch
gleichzeitig Aktivator für die Gegentranskription sein. Es handelt sich also um eine
besonders wichtige DNA-Sequenz, die im Zusammenhang mit der Regulation der
Genexpression intensiv studiert wurde. Konkret verhindert die Bindung des Repressors
das Vorrücken der RNA-Polymerase wie eine mechanische Klammer. Durch Bindung kleiner
Induktoren kommt es bei manchen Repressoren zu Konformationsumwandlungen, die
entweder eine weitere DNA-Bindung verhindern und damit die Umklammerung freigeben,
oder die proximale Bindung der RNA-Polymerase erlauben. |
| Terminator | Ein Terminator ist eine symmetrische DNA-Sequenz, die von der RNA-Polymerase
transkribiert wird und an der die Transkription beendet wird. Man kann einen
Terminator gut als Gierer-Bäumchen erkennen. Allerdings ist ein Terminator auf
DNA-Ebene nicht aktiv. Es bildet sich dagegen an dieser Stelle eine RNA-Sequenz, die
sich aufgrund ihrer symmetrischen Struktur zu einer Haarnadelschleife ergänzen kann.
Bei Faktor-abhängigen Terminatoren wird die wachsende RNA von dem Terminationsfaktor
rho erkannt und aktiv aus dem DNA-RNA-Hybrid herausgezogen. Faktor-unabhängige
Terminatoren wirken dagegen ausschließlich durch ihre eigene Struktur. Sie werden
stets mit einer Sequenz aus fünf oder sechs Uridinen abgeschlossen, so dass
prokaryontische messenger RNAs häufig mit einer Hexa-Uridin-Sequenz enden. Zur
Funktion des Terminators gibt es ein spezielles Kapitel. |
| TATA-Box | Die TATA-Box ist der Kern des eukaryontischen Promotors. An diese Sequenz
bindet zunächst das sog. TATA-Box-Bindeprotein. An diesen Komplex binden eine Anzahl
weiterer Proteine. Dieser Gesamtkomplex wird schließlich von der RNA-Polymerase
erkannt, die hier mit der Transkription beginnt. |
| Enhancer | Der Begriff Enhancer wird für eine DNA-Sequenz verwendet, die die
Transkription an einem eukaryontischen Promotor verstärkt. Man kennt die Funktion
des Enhancers auf Grund genetischer Daten, ohne dass man bisher ein
Enhancer-bindendes Protein im Detail charakterisiert hätte. Der Enhancer entspricht
dem prokaryontischen Aktivator, kann aber mehrere zehntausend Basenpaare entfernt
liegen. |
| Silencer | Der Begriff Silencer wird für eine DNA-Sequenz verwendet, die die
Transkription an einem eukaryontischen Promotor reduziert. Hormon-bindende Proteine
können in Abwesenheit des Hormons die Genexpression verhindern, die dann durch
Hormongabe aktiviert wird. Der Silencer entspricht also dem prokaryontischen
Repressor. |
| 5´-Ende | Das 5´-Ende einer Nucleinsäure ist definiert als der freie primäre Alkohol
der endständigen Ribose, bzw. Desoxyribose. Gemäß der Zuckernomenklatur der
Nucleotide gibt es pro Strang nur ein 5´-Hydroxy-Gruppe, die während der Biosynthese
aller – also auch der DNA ! - Nucleinsäuren aus einem 5´-Ribo-trinucleotid stammt.
Das Triphosphat kann ganz oder teilweise abgespalten werden. Doppelsträngige DNA
enthält entsprechend zwei 5´-Enden. DNA-Fragmente, die durch Verdauung mit
Restriktionsnucleasen hergestellt wurden, sind an ihrem 5´-Ende nur einfach
phosphoryliert. Es gibt Enzyme, die diese Position dephosphorylieren und andere die
diese Position mit einem Phophat-Rest verestern können. Die letztgenannten gehören
zur Gruppe der Kinasen. Der Austausch des endständigen Phosphat gegen radioaktiv
markiertes Phosphat ist eine wichtige Reaktion zur Aufklärung biochemischer
Zusammenhänge. Das 5´-Ende ist kein Substrat für eine enzymatische Verlängerung
durch 5´-Trinucleotide. |
| 3´-Ende | Das 3´-Ende einer Nucleinsäure ist definiert als der freie sekundäre Alkohol
der endständigen Ribose bzw. Desoxyribose. Gemäß der Zuckernomenklatur der
Nucleotide gibt es pro Strang nur ein 3´-Hydroxy-Gruppe. Doppelsträngige DNA enthält
entsprechend zwei 3´-Enden. 3´-Enden der DNA tragen keine Phosphat-Gruppen.
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