DNA und Genetik: Grundlagen, Zellteilung, Replikation und Proteinbiosynthese

Vokabel-Lernkarten basierend auf den Vorlesungsnotizen zu den Themen DNA-Struktur, Verpackungsstufen, Mitose, Replikation, Transkription, Translation sowie den Eigenschaften des genetischen Codes.

DNA / DNS

Abkürzung für Desoxyribonucleic acid (Englisch) bzw. Desoxyribonukleinsäure (Deutsch); doppelsträngiges Makromolekül, welches die Erbinformation speichert.

Pentosen

Einfachzucker (Monosaccharide) mit $5$ Kohlenstoffatomen im Molekül, wie beispielsweise Ribose in der RNA.

Hexosen

Einfachzucker (Monosaccharide) mit $6$ Kohlenstoffatomen im Molekül, wie beispielsweise Glucose.

Nukleotid

Grundbaustein der DNA, der aus einem Phosphatrest, einem Zuckermolekül (Desoxyribose) und einer organischen Base besteht.

Wasserstoffbrücken der Basenpaare

Chemische Bindungen zwischen den Basen der DNA: Guanin und Cytosin bilden $3$ H-Brücken aus, während Adenin und Thymin über $2$ H-Brücken verbunden sind.

Erythrozyten

Menschliche Blutzellen, die als Ausnahme im Körper keine DNA besitzen.

Watson-Crick-Modell

Das $1953$ von James Watson und Francis Crick vorgestellte Doppelhelix-Modell der DNA, das unter anderem auf den Röntgenstrukturdaten von Rosalind Franklin und Maurice Wilkins basierte.

Antiparallelität der DNA

Gegenläufige Orientierung der beiden DNA-Stränge ($3' \rightarrow 5'$ und $5' \rightarrow 3'$), wobei die Benennung der Enden auf der Nummerierung der Kohlenstoffatome des Zuckers beruht.

Mitose

Ungeschlechtliche Kern- und Zellteilung zur Erzeugung exakter Kopien für Wachstum und Gewebserneuerung.

Meiose

Geschlechtliche Zellteilung, bei der $4$ Keimzellen mit jeweils halbiertem Chromosomensatz entstehen.

Interphase

Phase des Zellzyklus, in der die Verdopplung der Erbinformation stattfindet; die DNA ist in dieser Phase im Lichtmikroskop nicht sichtbar.

Prophase

Erste Phase der Mitose: DNA/Histon-Fäden werden als Chromatin sichtbar, die Kernhülle löst sich auf und an den Zellpolen bildet sich ein Spindelapparat aus Cytoskelettproteinen (Mikrotubuli).

Metaphase

Phase der Mitose, in der sich die Chromosomen in der Zellmitte anordnen; jedes Chromosom liegt als Zwei-Chromatid-Chromosom vor, dessen Chromatiden am Centromer verbunden sind.

Anaphase

Phase der Mitose, in der sich die Chromatiden am Centromer trennen und als Ein-Chromatid-Chromosomen durch Spindelfasern zu den entgegengesetzten Polen gezogen werden.

Telophase

Letzte Phase der Mitose: An jedem Zellpol entsteht eine neue Kernhülle um den Chromosomensatz, die Chromatiden lockern sich zu Chromatin auf und es entstehen zwei genetisch identische Zellen.

Nukleosom

Erste Verpackungsstufe der DNA, bei der die DNA-Doppelhelix um einen Histon-Proteinkomplex gewickelt ist („Perlen an einer Schnur“-Struktur).

$30\text{-nm}$-Chromatinfaser

Zweite Verpackungsstufe der DNA; entsteht durch Aufspiralisierung der Nukleosomenkette zu einem kompakten Solenoid- oder Zickzack-Modell mit einem Verpackungsfaktor von ca. $40\times$.

Chromatinschleifen

Dritte Verpackungsstufe (aktives Chromatin), bei der die Chromatinfaser an die Kernmatrix geheftete Schleifen (Loops) bildet; dient der Organisation funktioneller Domänen und der Genregulation.

DNA-Replikation

Identische Verdopplung der DNA vor einer Zellteilung, um das genetische Material an Tochterzellen weiterzugeben.

Topoisomerase

Enzym zu Beginn der DNA-Replikation, welches die DNA-Doppelhelix entwindet.

Helikase

Enzym der Replikation, das die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen trennt und die Doppelhelix von $3'$ nach $5'$ in Einzelstränge spaltet.

SSB-Proteine

Single-Strand-Binding-Proteine, die sich an getrennte DNA-Einzelstränge anlagern, um sie zu stabilisieren und eine erneute Basenpaarung zu verhindern.

Primase

Enzym, das bei der Replikationsinitiation kurze Startmoleküle aus RNA (Primer) an den Einzelstrang anfügt.

DNA-Polymerase

Enzym der Elongation, welches die DNA-Matrize abliest und komplementäre Basen zur Neusynthese des neuen DNA-Strangs anfügt.

Leitstrang

Der an der $3' \rightarrow 5'$-Matrize synthetisierte Tochterstrang, an welchem die Replikation kontinuierlich abläuft.

Folgestrang

Der an der $5' \rightarrow 3'$-Matrize synthetisierte Tochterstrang, an welchem die Replikation diskontinuierlich verläuft.

Okazaki-Fragmente

Kurze DNA-Abschnitte, die bei der diskontinuierlichen Replikation am Folgestrang entstehen.

Ribonuklease (RNase)

Enzym, das nach der Synthese die RNA-Primer abbaut, sodass die Lücken mit DNA aufgefüllt werden können.

DNA-Ligase

Enzym, welches die einzelnen DNA- und Okazaki-Fragmente kovalent zu einem durchgehenden Strang verknüpft.

Semikonservative Replikation

Das nachgewiesene Replikationsmodell, bei dem jeder neu gebildete DNA-Doppelstrang aus einem alten Originalstrang und einem neu synthetisierten Strang besteht.

Konservative Replikation

Ein widerlegtes Modell der Replikation, nach welchem der ursprüngliche DNA-Doppelstrang vollständig erhalten bliebe und eine komplett neue Doppelhelix entstünde.

Dispersive Replikation

Ein widerlegtes Modell der Replikation, nach welchem alte und neue DNA-Abschnitte mosaikartig auf beide Stränge verteilt wären.

Transkription

Erster Schritt der Proteinbiosynthese, bei dem die genetische Information eines DNA-Abschnitts in eine messenger-RNA (mRNA) umgeschrieben wird.

Promotor

Spezifische DNA-Basensequenz (z. B. TATA-Box), an der sich die RNA-Polymerase festsetzt, um den Startbereich eines Gens zu erkennen.

Codogener Strang

Derjenige DNA-Einzelstrang, der bei der Transkription von der RNA-Polymerase von $3'$ nach $5'$ als Matrize abgelesen wird.

Terminator (Transkription)

Spezifische Basensequenz am Ende eines Gens, an der die RNA-Polymerase stoppt, sich ablöst und die fertige mRNA freigibt.

Translation

Zweiter Schritt der Proteinbiosynthese, bei dem im Cytoplasma an den Ribosomen anhand der Basensequenz der mRNA ein Protein synthetisiert wird.

tRNA (Transfer-RNA)

Kleeblattförmiges RNA-Molekül, das als Adapter fungiert; es trägt ein spezifisches Anticodon sowie eine Bindestelle am $3'$-Ende für die passende Aminosäure.

Bindungsstellen des Ribosoms (A, P, E)

Die drei Plätze für tRNAs im Ribosom: A-Stelle (Aminoacyl/Aminosäure-Stelle für neue tRNAs), P-Stelle (Peptidyl-Stelle für wachsende Peptidkette) und E-Stelle (Exit-Stelle zur Entlassung entladener tRNAs).

Startcodon

Basentriplett AUG auf der mRNA, welches für die Aminosäure Methionin codiert und das Leseraster für die Translation festlegt.

Stoppcodon

Basentripletts auf der mRNA (UAA, UAG, UGA), die für keine Aminosäure codieren und den Abbruch der Translation auslösen.

Polypeptid

Kette aus mehr als drei miteinander verknüpften Aminosäuren, die sich nach Freisetzung spontan in ihre spezifische Proteinstruktur faltet.

rRNA (ribosomale RNA)

RNA-Bestandteil der Ribosomen, welcher die strukturelle Grundlage bildet und die Proteinbiosynthese während der Translation unterstützt.

Ribosomentypen ($70\text{S}$ vs. $80\text{S}$)

Unterscheidung der Ribosomen nach ihrer Sedimentationskonstante: Prokaryoten besitzen $70\text{S}$-Ribosomen, während Eukaryoten über $80\text{S}$-Ribosomen verfügen.

Genetischer Code

Die Übersetzungstabelle, mit deren Hilfe die Zelle aus der Basenabfolge der mRNA die Aminosäuresequenz eines Proteins erstellt.

Degeneration des genetischen Codes

Eigenschaft (auch Redundanz genannt), dass mehrere unterschiedliche Codons dieselbe Aminosäure codieren können.

Universalität des genetischen Codes

Eigenschaft, dass der genetische Code fast für alle Lebewesen – von Bakterien bis zum Menschen – identisch gilt.

Nicht-Überlappung des genetischen Codes

Eigenschaft, dass jede Base der mRNA immer genau zu einem Codon gehört und kein Codon mit einem benachbarten geteilt wird.