Biochemie Turtorium at Universität Jena

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Chaperone

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Hsp60 vs Hsp70

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Verteilungszentrum Golgi

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DNA

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Formen der DNA

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Genomische DNA

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Topoisomerasen

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Chromatin

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Replikation - Übersicht

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Semikonservative Replikation

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Schritte der Replikation bei Prokaryoten

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Fehlpaarungsreparatur

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Biochemie Turtorium

Chaperone

  • Faltungshelfer
  • Aufgabe: Korrekte Faltung naszierender Proteine ermöglichen
  • Verhindern Fehlfaltung durch Verzögerung und unterstützen so richtige Faltung
  • Heat shock proteins (werden bei großer Hitze besonders viel exprimiert) -> Hsp (Hsp60, Hsp70)
  • Gehen über nicht kovalente Bindungen in Wechselwirkung mit ungefalteten Proteinen
  • ATP-Verbrauch bei der Bindung der Lösung zur richtigen Faltung

Biochemie Turtorium

Hsp60 vs Hsp70

Hsp60

  • Tonnenförmiger Komplex
  • Schützen sich faltende Proteine vor unerwünschten Kontakten mit anderen Proteinen
  • 14 UE -> 2 Ringe mit je 7 UE (Heptamere) (GroEL) + Deckel (GroES)
  • innere Seite des Komplexes meist mit hydrophober Oberfläche

Hsp70

  • Lagern sich während der Translation an
  • Verhindern unspezifische Faltung
  • Binden an hydrophobe Segmente
  • Übergeben Polypeptidkette nach Translation an Hsp60

Biochemie Turtorium

Verteilungszentrum Golgi

  • Transport vom ER zum Golgi unselektiv -> Massentransport
  • Proteine und Rezeptoren mit KDEL-Sequenz werden ins ER zurückgebracht (ER-Retention)
  • im cis-Golgi findet Markierung lysosomaler Proteine statt
  • im Medialen und Trans Golgi finden weitere posttranslationale Modifikationen statt -> Trimmung Oligosaccharidketten
  • im trans-Golgi werden Proteine für Weitertransport verpackt

Biochemie Turtorium

DNA

  • Doppelhelix: Antiparallele Anordnung der Nukleotidstränge, große und kleine Furchen
  • Bausteine: Nukleotide
  • Basenpaarung zwischen Purinen und Pyrimidinen
  • Polymerisation über Ausbildung von Phosphodiesterbindungen, Direktionalität: 5' -> 3'

Biochemie Turtorium

Formen der DNA

  • Unterscheiden sich nur in Konformation des C3-Atoms des Zuckers
  • A-Form: stärker gestaucht als B-DNA, kommt in getrockneter DNA / DNA-Kristallen vor
  • Z-Form: linksgängig, gesreckt, schlanker als B-Form, kommt in Teilabschnitten vor, bei hoher Salzkonz.
  • B-Form: rechtsgängig, vorherschende Form, Durchmesser 2nm, ca. 10bp pro Windung, Basen orthogonal zu Helixachse
  • Kenngrößen B-Form: 
  • Ganghöhe: 3,4nm
  • 10bp pro Windung
  • helikaler Abstand zwischen benachbarten Basenpaaren: 0,34nm
  • Drehung entlang der Helixachse: 35,9° pro bp
  • mittlerer Durchmesser der Helix: 2nm
  • Tiefe der kleinen Furche: 0,75nm
  • Tiefe der großen Furche: 0,85nm
  • Konformation der Desoxyribose: C2'-endo

Biochemie Turtorium

Genomische DNA

  • Genomgröße von Organismen sehr unterschiedlich - sagt nichts über Komplexität eines Organismus aus
  • Humangenom: 3,2*10^9 bp im haploiden Chromosomensatz, in Chromosomen angeordnet
  • E. Coli-Genom: zirkulär, in Schleifen angeordent -> Protein-DNA-Komplex
  • liegt stark komprimiert vor

Biochemie Turtorium

Topoisomerasen

  • Probleme bei der Replikationsgabel: Hinter der Replikationsgabel entsteht negatives supercoiling, Topoisomerasen entspannen Topologie
  • Topoisomerasen: Typ1 -> Entlastung des negativen supercoiling mit Hilfe eines Tyrosinrests, Typ2 -> Einführung von negativem Supercoiling mit Hilfe von Strangbrüchen

Biochemie Turtorium

Chromatin

  • Euchromatin -> lockere Struktur, aktive Gene
  • Heterchromatin -> stark kondensiert, inaktive
    Gene
  • DNA mit Proteinkomplexen (vor allem Histone) -> Nucleosomen
  • Histone: DNA umwindet 1,65x Histonoktamer, Basische AS treten in WW mit negativem DNA-Rückgrat

Biochemie Turtorium

Replikation - Übersicht

  • Erfolgt von 5' nach 3', Matrize wird von 3' nach 5' gelesen
  • semikonservativ
  • semidiskontinuierlich
  • 5 Haupttypen von Enzymen erforderlich: DNA-Polymerase, Primase, Ligase, Helikase, Topoisomerase

Biochemie Turtorium

Semikonservative Replikation

  • Getrennte Elternstränge dienen als Matrize für die Synthese von zwei Tochtersträngen
  • Erkannt durch Meselson-Stahl-Experiment (Isotopenmarkierte Nukleotide, 14N - light, 15N - heavy)

Biochemie Turtorium

Schritte der Replikation bei Prokaryoten

Initiation: Entwindung der Parentalstränge

  • ATP-beladenes DnaA lagert sich an origin of replication (ori)/Replikationsursprung, ATP-Hydrolyse inaktiviert DnaA
  • Öffnung der Doppelhelix durch durch DnaB (ATP getriebene Helikase), SSB-Proteine (DNA-Einzelstrang-bindende Proteine)

Priming: Bildung einer Startplattform

  • Synthese eines kurzen RNA-Fragmentes durch RNA-Polymerase Primase, der später wieder entfernt wird
  • Leitstrang benötigt nur einen Primer -> kontinuierlich
  • Folgestrang benötigt mehrere Primer -> diskontinuierlich

DNA-Synthese in 5'->3' Richtung

  • DNA-Polymerase lll knüpft Phosphodiesterbundungen zwischen 3'-Ende und Nukleotidphosphaten
  • Immer passend zum Matrizenstrang (besitzt auch Korrekturlesefunktion)
  • Bidirektionale Replikation
  • DNA-Pol lll = Holoenzym (Verbindung aus Proteinanteil und Coenzym, das kein Enzym ist) -> bildet Maschinerie, SSB und Primase für beide Stränge -> Dimer

Schleifentrick

  • periodisches Freisetzen von Okazaki-Fragmenten
  • Enzym stoppt, lässt das Fragment durchrutschen und setzt an neuem Primer an

Komplettierung des Folgestrangs

  • DNA-Polymerase l entfernt RNA-Primer mit 5'->3' Exonuklease Aktivität (wird bei Prokaryoten durch RNaseH unterstützt)
  • Füllt die Lücke mit 5'->3' Polymeraseaktivität wieder auf

DNA-Ligation

  • DNA-Ligase verknüpft 3'- und 5'-Enden zweier Stränge
  • Ligase wird mit AMP beladen (unter ATP- oder NAD+-Verbrauch)
  • AMP wird auf 5'-Ende übertragen
  • 3'-OH greift AMP-5'-Bindung an
  • Phosphodiesterbindung schließt die Lücke, AMP wird freigesetzt


Biochemie Turtorium

Fehlpaarungsreparatur

  • Unterscheidung von Original und Kopie anhand der DNA-Methylierung (neuer Strang noch nicht methyliert)
  • MutS sucht nach Fehlern am hemi-methylierten Strang
  • MutH spaltet
  • MutH, MutL, MutS, Helikase, Exonuklease I: Strang wird abgebaut
  • DNA-Polymerase III baut Lücke wieder auf
  • Ligase verschließt die Enden
  • Fehlerquote sinkt

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