Grundlagen der Genetik: Vom Gen zum Merkmal Wie kommen solche Ähnlichkeiten überhaupt zustande? Schuld sind die Gene, denn die werden von Generation zu Generation weitergegeben, nach bestimmten Regeln, den "Mendelschen Gesetzen". Doch ein Gen ist noch kein Merkmal, dafür braucht es die Proteinbiosynthese. Hochkomplizierte biochemische Vorgänge sind der Schlüssel zu den Antworten. Der Film erklärt diese Regeln der Genetik in anschaulichen Animationen. Überraschungen gibt es, wenn Mutationen mit ins Spiel kommen.
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Slides: 32 Download presentation Vom Gen Nukleotide zum Genprodukt? Polypeptide "Wie wird die genetische Information zu Proteinen umgesetzt? " Nach Erarbeitung der Ein-Gen-Ein-Polypeptid-Hypothese wisst ihr, dass jedes Gen der DNA die Information für den Bau eines Polypeptids (Proteins) enthält. Ziel dieser Stunde ist es, euch mit Hilfe des Modells sowie der Textbausteinen vereinfachten Überblick zu verschaffen, wie die genetische Information zu einem Polypeptid umgesetzt wird. Auftrag ist in 4 er Gruppen folgende Teilaufgaben zu bearbeiten, wofür Ihr maximal 20 Minuten Zeit habt: Verschafft euch mit Hilfe der Textbausteinen Überblick über die einzelnen modellhaft dargestellten Elemente. Ordnet die einzelnen modellhaft dargestellten Elemente den durch die Kernmembran getrennten Kompartimenten "Kern" sowie "Cytoplasma" zu. Verdeutlicht euch innerhalb eurer Tischgruppe, welche Teilprozesse bei der Umsetzung der genetischen Information zu einem Polypeptid ablaufen, indem ihr diese Schritte mit Hilfe des Modells dynamisch nachvollzieht.
Wie das funktionert, habe ich hier schon einige Male erklärt, ich kopiere es dir einfach nochmal, aber ganz ohne Fremdwörter wird´s nicht gehen. Im ersten Abschnitt geht es generell um die Verdopplung von DNA (z. B. bei der Zellteilung. Im 2 Abschnitt geht es darum, wie man die Information der DNA in Proteine(= Eiweiße) umsetzt. Abschnitt 2 ist auf deinem Arbeitsblatt dargestellt. Also ganz einfach: Die DNA ist das Original und verbleibt immer im Zellkern. Sie ist wie eine Strickleiter (= @Doppel-Helix) aufgebaut. Die Seiten der Strickleiter bestehen aus 2 Bausteinen a) der Phosphorsäure b) der Desoxyribose (= Zuckerart). Die Sprossen der Strickleiter bestehen aus 4 Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Von diesen Basen bilden immer 2 jeweils eine Sprosse. A + T sowie G + C gehören zusammen. Wenn eine Zelle sich teilt, muss der DNA - Strang verdoppelt werden. Die Strickleiter wird dann mit einer Enzym (sozusagen wie mit einer Schere) an den Sprossen aufgetrennt, so dass zwei Teilstränge entstehen.
Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten Prinzipiell stimmen die beiden Mechanismen Transkription und Translation bei allen Organismen überein. Bedingt durch den unterschiedlichen Grad der Kompartimentierung bei Pro- und Eucyt gibt es aber auch Unterschiede. Bei dem bakteriellen Procyt befinden sich DNA und Ribosomen im Cytoplasma, d. h., es existiert keine räumliche Trennung der Prozessebenen Transkription (an der DNA) und Translation (an den Ribosomen). Ein fließender Übergang zwischen den Reaktionsgefügen ist dadurch gewahrt. Noch während die RNA an der DNA transkribiert wird, können Ribosomen das sich bildende RNA-Molekül translatieren. Beim Eucyt sind Transkription und Translation räumlich und zeitlich voneinander getrennt. Die Transkription findet im Zellkern statt, die Translation im Cytoplasma. Das bedeutet, dass das Transkript (RNA) erst über die Kernporen zu den Ribosomen transferiert werden muss. Im Vorfeld wird die transkribierte RNA einem Processing unterzogen, d. h., die primäre RNA-Nucleotidsequenz wird in vielfältiger Weise modifiziert.
Durch die Transkription werden die Nucleotidsequenzen der Gene auf einzelne RNA-Ketten kopiert. Dabei wird der Matrizenstrang der DNA durch die katalytische Wirkung des Enzyms RNA-Polymerase komplementär durch aktivierte RNA-Nucleotide ergänzt, sodass eine Abschrift des zu exprimierenden Gens entsteht. Die gebildete mRNA (messenger-RNA, Boten-RNA) verschlüsselt somit in Form ihrer spezifischen Nucleotidsequenz die Syntheseanweisung für die Aminosäuresequenz eines zu bildenden Proteins. Ablauf der Transkription: 1. Bindung der RNA-Polymerase an die DNA 2. Initiation: Bildung eines Promotorbereichs zwischen Polymerase und DNA – Lösen der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen: Entstehung eines offenen Promotorkomplexes – RNA-Polymerase liest nur den Matrizenstrang (codogener Strang) 3. Elongation: Start der RNA-Synthese – komplementäre Anlagerung der ersten Nucleosidtriphosphate und Verknüpfung unter Freisetzung von Pyrophosphat – Wanderung der RNA-Polymerase entlang des codogenen Strangs in 3'- 5'-Richtung 4.
Die genetische Information wird nur auf einem der beiden Polynucleotidstränge der DNA gespeichert, dieses codierende Polynucleotid wird häufig auch als Matrizenstrang ( Template Strang) bezeichnet. Im Falle des menschlichen Genoms sind nur 20 bis 30% der gesamten DNA aktive Gene. Das heißt, der größte Teil der Erbsubstanz umfasst intergene DNA ( Spacer), also DNA-Bereiche zwischen den einzelnen Genen. Die genetisch codierenden Abschnitte der DNA (Genotyp) bestimmen die Ausbildung spezifischer Merkmale (Phänotyp), indem sie die Synthese von Proteinen in der Zelle bedingen. Als Mittler zwischen diesen beiden Ebenen kommt der RNA eine besondere Rolle zu. Bei der Genexpression wird die in einem Gen enthaltene Information in der Zelle verwirklicht. Dazu muss die genetische Information der DNA zuerst in RNA überführt und anschließend als Protein realisiert werden. Dieses zentrale Dogma der Molekulargenetik postulierte FRANCIS H. C. CRICK (Bild 1) schon 1958. Daraus resultiert für die Synthese eines spezifischen Proteins ein zweistufiger Prozess: Transkription und Translation.