Genetik 9. Code, Translation

• Bei einer Mutation im Exon wird eine neue Spleißstelle geschaffen und ein Teil der kodierenden Region geht verloren, das resultierende Protein ist verändert.
• Chorea-Huntington ist eine autosomal-dominant vererbte Krankheit, bei der die Krankheit durch Trinukleotid-Wiederholungen im Genom verursacht wird.
• Dynamische Mutationen treten in Krankheiten durch Trinukleotid-Wiederholungen wie Fragiles-X-Syndrom und Chorea-Huntington im Verlaufe von Generationen immer früher auf und der Schweregrad nimmt zu.
• Fragiles-X-Syndrom ist eine autosomal-dominant vererbte Krankheit, bei der die Krankheit durch Trinukleotid-Wiederholungen im Genom verursacht wird.
• Translation: Übersetzung der genetischen Information in Proteine Proteinbiosynthese anhand der genetischen Information der mRNA erfolgt durch Ribosomen im Cytoplasma bzw im Cytoplasma/Endoplasmatischen Retikulum.
• Ribosomen: Makromolekularer Komplex bestehend aus Proteinen und RNA (rRNA).
• Das fertige Polypeptid sowie die Ribosomen-Untereinheiten und die mRNA werden dadurch freigesetzt.
• RNA-Arten, die direkt an der Umsetzung der genetischen Information beteiligt sind: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), ribosomale RNA (rRNA).
• Transkription und Translation sind räumlich und zeitlich voneinander getrennt (Zellkern vs Cytoplasma).
• Ebenen der Regulation der Genexpression: Regulation der Transkription (wichtigste Ebene; hauptsächlich positive Regulation, Transkriptionsfaktoren), Regulation auf Ebene der mRNA-Reifung (z.B alternatives Spleißen), Regulation des Transports der reifen mRNA aus dem Zellkern, Regulation der mRNA-Stabilität (kurzlebige vs langebige mRNA, siRNAs), Regulation der Translation (z.B microRNAs), Regulation der Proteinstabilität (z.B über Ubiquitin-Modifikationen), Regulation durch posttranslationale Modifikationen der Proteine (z.B Phosphorilierung, Glykosilierung).
• Prinzipien der Regulation der Genexpression in Eukaryoten: Transkription: Expression der genetischen Information Umschreiben (Kopieren) der DNA-Nukleotidsequenz von Genen und somit der genetischen Information in RNA (mRNA) Synthese der RNA erfolgt bei Eukaryoten im Zellkern.
• Translation findet nicht nur an freien Ribosomen im Cytoplasma statt, sondern auch an Ribosomen, welche an die Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) gebunden sind – Biosynthese von sekretorischen Proteinen ("Secretory pathway").
• tRNAs sind mit Aminosäuren beladen und binden an spezifische Codons (Basen-Tripletts) während der Translation.
• Translation: Umsetzung der genetischen Information ist die Umsetzung der Nukleotid-Sequenz einer mRNA in die Aminosäure-Sequenz eines Proteins (Proteinbiosynthese).
• Die Proteinbiosynthese findet im Cytoplasma an den Ribosomen statt, die Komplex aus Proteinen und rRNA.
• Um die Proteinbiosynthese zu ermöglichen, sind tRNA, Translations-Elongationsfaktoren, GTP und das Enzym Peptidyltransferase notwendig.
• Die genetische Information ist in der DNA in einem Triplettcode verschlüsselt, bei dem jeweils drei Basenpaare (= ein Codon) der Nukleinsäure eine Aminosäure festlegen.
• Die verschiedenen Codons überlappen sich in der Nukleinsäuresequenz nicht, sondern folgen, von einem bestimmten Anfangspunkt ausgehend kontinuierlich aufeinander – werden durchgehend abgelesen (non-overlapping).
• Der Code ist degeneriert, d.h., mehrere verschiedene Codons (1-6) können die gleiche Aminosäure festlegen.
• Der Code ist universell (gilt in allen Spezies).
• Ein Startcodon ist ATG = Methionin, ein Stoppcodon ist TAA,TAG,TGA (= nonsense codons).
• Die DNA-Sequenz ist ATGGCAGAAGGATGGTCATGAGGG, die RNA-Sequenz AUGGCAGAAGGAUGGUCAUGAGGG.
• Eine Familie von Enzymen, die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen, stellt sicher, dass jede tRNA die korrekte Aminosäure trägt.
• piwi-interacting RNAs (piRNAs) interagieren mit Proteinen, haben eine regulatorische Funktion.
• Other transcripts haben eine unbekannte Funktion, laut ENCODE-Projekt – Großteil des Genoms wird transkribiert.
• Small RNAs sind ein Pool einzelsträngiger RNA, Länge 21-25 Nukleotide, mit der Funktion "gene silencing" (Gen-Stilllegung).
• Konsequenzen von DNA-Mutationen auf Gen-Ebene (Punktmutationen) können Veränderungen einer Aminosäure ("missense mutation"), Kettenabbruch (Codon zu Stoppcodon – "nonsense mutation"), Leserasterverschiebung ("frameshift mutation") oder Kettenverlängerung (Stop-codon → kodierendes Codon) sein.
• Functional RNAs enthalten keine proteinkodierende Information.
• long noncoding RNAs (lncRNAs) haben eine Rolle bei der genetischen Prägung und Inaktivierung von Chromosomenabschnitten.
• MicroRNAs (miRNAs) regulieren Translation (Inhibition)
• Posttranskriptionales "gene silencing" kann durch Abbau der RNA (siRNA) oder Blockade der Translation (microRNAs) verhindert werden.
• small interfering RNAs (siRNAs) sind für die Stabilität des Genoms, blockieren Viren und mobile genetische Elemente durch den Abbau von "Fremd-RNA".
• Transkriptionales "gene silencing" kann durch RNA Expression verhindert werden – epigenetische Modifikationen.
• Intragenische Suppression (z.B. eine 2 Leserastermutation im gleichen Gen) kann die Wirkung einer anderen Mutation aufheben (keine Reversion).
• Die Wobble-Position ermöglicht tRNA das Erkennen und Binden von mehrere Codons, die für die gleiche Aminosäure kodieren.
• Die 3 Base eines Codons ist nach der Wobble-Hypothese flexibel und ermöglicht größere Freiheit bei der Erkennung der tRNA als bei den ersten beiden Basen.
• InosinTranslation Das N (Amino-)-terminale Ende der Polypeptidkette entspricht dem 5‘-Ende der DNA des kodierenden Stranges, das C (Carboxy-)-terminale Ende, dem 3‘- Ende der DNA des kodierenden Stranges: Peptidbindung R…Aminosäureseitenkette 5‘ 3‘ DNA (RNA) A-Stelle: Aminoacyl-tRNA wird gebunden P-Stelle: Peptidylbindungsstelle E-Stelle: Exit der freien tRNA PeptidyltransferaseS…Svedberg, die Maßeinheit für den Sedimentationskoeffizienten Translation Zusammensetzung der Ribosomen Ribosomale RNA (rRNA) und ProteineUmsetzung der genetischen Information Shine-Dalgarno-Sequenz i
• Die Shine-Dalgarno-Sequenz einer mRNA bindet an das 3´-Ende einer 16S rRNA in der 30S Untereinheit im Ribosom.
• Genetics: A conceptual Approach, 3rd Edition  W.F
• Erkennung eines Start- Codons führt zum vollständigen Zusammenbau („assembly“) des Ribosoms.