Grundlagen der Molekularbiologie (1) 2010 von Dr. rer. nat. Peter Engel

Dozent des Vortrages Grundlagen der Molekularbiologie (1) 2010

Dr. rer. nat. Peter Engel

Seit 2011 ist er Ass. Prof. an der DPU in Krems an der Donau und ist dort für die vorklinische Ausbildung der Studenten der Zahnmedizin in den naturwissenschaftlich geprägten Fächern (Biochemie, Chemie, biologie) verantwortlich.
Er ist Mitbegründer (2001) und geschäftsführender Mitgesellschafter der NawiKom GbR (nawikom.de) sowie Mitgesellschafter der PhysiKurs GmbH (physikurs.de). In beiden Unternehmungen ist er hauptverantwortlich für die konzeptionelle Entwicklung und Umsetzung der Lehr- und Lernkonzepte.Im Zentrum steht die mittlerweile über mehr als 25jährige professionelle Lehrtätigkeit in den vorklinischen Fächern Biologie, Chemie und Biochemie sowie den klinischen Fächern Pharmakologie und Immunologie. Hierdurch verfügt er über eine weitreichende interdisziplinäre Kernkompetenz sowie über Erfahrungen bezüglich der Anforderungen des Medizinstudiums, den entsprechenden Prüfungsinhalten und der entsprechenden Umsetzung in Zielgruppen-gerichtete Lehr- und Trainingsveranstaltungen (Semesterabschlussprüfungen, Physikum, beruflich verwendbares fächerübergreifendes vorklinisches Wissen).

Vor Beginn seiner Selbständigkeit war er von 1991-1998 in der Arbeitsgruppe für biochemische Pharmakologie an der Ruhr-Universität Bochum als Laborleiter und Dozent in Forschung und Lehre tätig. Sein Diplom- und Dissertation erfolgten am Max-Planck-Institut für experimentelle Endokrinologie Hannover (Schwerpunkt: Molekulare Wirkungen der Estrogene) ; sein Studium der Biochemie (Abschluss: Dipl.-Biochemiker) absolvierte er an der Medizinischen Hochschule Hannover.

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Auszüge aus dem Begleitmaterial

... Desoxyribonukleinsäure: Speicherung und Weitergabe der genetischen Information. RNA = Ribonukleinsäure, mRNA (Boten-RNS): Enthält die Information für ...

... Ein Nukleotid besteht aus einer Purin- oder Pyrimidinbase, einer Pentose (Ribose ...

... die Basen einer planaren Molekülstruktur. Die Aromatizität ermöglicht die Stapelwechselwirkungen innerhalb der ...

... Allgemeiner Aufbau eines Nukleotids ...

... Cytidylsäure / Cytidylat, Cytidinmonophosphat, CMP, Uracil, Ura, U, Uridin, Urd, U, Uridylsäure / Uridylat, Uridinmonophosphat, UMP, Thymin, Thy, T, DesoxyThymidin, dThd, dT, dThymidylsäure, dThymidylat, dThymidinmonophosphat, dTMP ...

... Adenin, Guanin ...

... antiparallel und komplementär,10 Basenpaare pro Windung, große und kleine Grube, Stapelwechselwirkungen, Stränge lassen ...

... Aufbau und Funktion eukaryontischer Chromosomen. Histone sind basische, hoch-konservierte Proteine (hoher Lys, Arg-Gehalt). ...

... Verminderung der positiven Ladung (Abschwächung der Wechselwirkung mit der DNA). Histon-mRNAs besitzen kurze t1/2, da sie nicht polyadenyliert ...

... und Proteine. DNA-Topoisomerasen. Helicasen trennen den Doppelstrang an der Replikationsgabel. Lokales Aufschmelzen des Doppelstranges. Proteine‚ Reannealing ...

... semikonservativ elterlicher Doppelstrang, elterlicher Strang neu gebildeter ...

... Die DNA-Polymerasen verlängern ein bestehendes 3'-Ende ...

... dNTPs (dATP, dTTP, dGTP und dCTP) als aktivierte Vorstufen. Mg2+-abhängige Enzyme. Bei jedem Verlängerungsschritt wird ...

... 5'-5'-3' kontinuierlicher Strang, Führungsstrang, Verzögerungsstrang, diskontinuierlicher Strang ...

... 5‘-3‘-Exonuklease-Aktivität der DNA-Polymerase I 3'-5'-3'-5' ...

... von einem dNTP unter Freisetzung von Pyrophosphat. Der Einbau erfolgt nach dem Komplementaritätsprinzip. 5‘-3‘-Exonuklease-Aktivität: Entfernung ...

... das die fehlende Phosphodiesterbrücke an einem Nick, z.B. zwischen zwei Okazaki-Fragmenten schließt. Es handelt sich um einen ...

... Die Chromosomen besitzen zudem einen einzelsträngigen Überhang, der durch die Aktivität der Telomerase aufrechterhalten wird. Die Telomerase ist in der Lage, matrizenunabhängig, ...

... Stabilität der DNA, Mutation und Reparatur, Veränderungen der DNA-Struktur. Desaminierung von Cytosin und Adenin: Aus Cytosin ...

... für apurinic bzw. apyrimidinic. Die Lücke wird mit Hilfe einer DNA-Polymerase und der Ligase geschlossen ...

... zwischen U und dRibose Spaltung des Ribose-P-Rückgrates. Schematischer Ablauf der Basenexzissionsreparatur 5'-5'-3'-3' ...

... Cockayne Syndrome (CS) gehen auf genetische Defekte des Nukleotidexzissionsreparatur-Systems zurück. XP ist gekennzeichnet durch die Unfähigkeit, UV-induzierte Schäden zu reparieren (erhöhtes Risiko für das Ausbilden ...

... ist eine unkonjugierte Hyperbilirubinämie festzustellen; der genetische Defekt beruht auf Veränderungen in der Promotorregion des UDP - Glucuronyltransferase I - Gens - beim Crigler-Najar-Syndrom werden zwei Formen unterschieden: - Form I: die therapieresistente autosomal-rezessive Variante infolge derer die Kinder an einem Kernikterus sterben - Form II: eine autosomal-dominante Variante, bei der das Monoglucuronid die vorrangige Ausscheidungsform des Bilirubins ist ...

... 16.3 Aufbau des Chromatins 16.3.1 Histone - die eukaryontische DNA liegt im Zellkern in stark kondensierter Form, assoziiert mit Histonproteinen, vor - es lassen sich 5 Klassen unterscheiden: H2A, H2B, H3, H4 und H1 - die hochkonservierten Histone sind basische Proteine ...

... sind die einzelnen Nukleosomen dicht miteinander assoziiert - hieran sind die H1-Moleküle maßgeblich beteiligt, indem sie zu einer helikalen Anordnung ‘polymerisieren’ - die 30 nm Faser bildet schließlich viele Schleifen aus, an deren Bildung Nicht-Histon-Proteine beteiligt sind - über das weitere Ordnungsprinzip ist derzeit noch sehr wenig bekannt 16.4 Replikation der DNA 16.4.1 Grundlegende Begriffe - die Replikation (= identische Reduplikation) findet während der S-Phase der Zellteilung statt - sie verläuft nach einem semikonservativen Mechanismus ab, d.h. die parentalen Stränge öffnen sich, wobei die Einzelstränge als Matrize für die Synthese je eines neuen Stranges dienen; die gebildeten Doppelstränge bestehen demnach ...

... Primase (eine DNA-abhängige RNA-Polymerase) ermöglicht; es wird zunächst ein kleines Stück komplementäre RNA synthetisiert, das durch die DNA- Polymerase verlängert wird - bei Eukaryonten ist die Primase eine Teilaktivität der DNA-Polymerase - Replikation - beteiligte Proteine / Enzyme: - DNA-Topoisomerasen - Helicasen –Trennen den Doppelstrang an der Replikationsgabel – Lokales Aufschmelzen des Doppelstranges - Proteine‚ Reannealing‘ der getrennten Stränge verhindern (ssb = Einzelstrangbindende Proteine) - Enzyme für die Bildung des RNA-Primers ...

... die Primer abgebaut werden müssen (hierfür ist die 5’3’-Exonukleaseaseaktivität einiger Polymerasen (z.B. der Pol I von E.coli) verantwortlich) - und die verbleibende Lücke (letzte Phosphodiesterbindung, Nick) geschlossen werden muss (s.u. Ligase) ...

... die DNA-Ligase ist für das Schließen der letzten Lücke (Nick) zuständig - für diesen energieabhängigen Prozess wird ATP (Eukaryonten) oder NAD + (Bakterien) benötigt 16.4.7 Telomerase - als Telomere werden die Enden eines Chromosoms bezeichnet - die Replikation des 3‘-Ende des Verzögerungsstranges stellt besondere Anforderungen an den Replikationsablauf - das 3‘-Ende ist durch besondere Sequenzwiederholungen gekennzeichnet (‚tandem repeats‘) - die Chromosomen besitzen zudem einen einzelsträngigen Überhang, der durch die Aktivität der Telomerase aufrecht erhalten wird ...

... werden zur Therapie bakterieller Infekte eingesetzt - werden auch auch als Topoisomerase II-Inhibitoren bezeichnet - die Gyrase-Aktivität wird für die ‘Verpackung’ des bakteriellen Genoms benötigt 16.5 Reparaturmechanismen 16.5.1 Veränderungen der DNA-Struktur Bildung von Thymindimeren - unter dem Einfluss ultravioletten Lichtes können benachbarte Thymine dimerisieren - es bilden sich Cyclobutan-Ringe zwischen den übereinander liegenden Thyminen Depurinierungen - die N-glykosidische ...

... die Lücke wird mithilfe der DNA-Polymerase und der DNA-Ligase geschlossen - bis auf die Glykosylasen sind die anderen Enzyme auch an der Reparatur von Depurinierungen beteiligt

... kann, muss die DNA über ein kurzes Stück entspiralisiert werden - die RNA-Synthese erfolgt von der 5’ in die 3’-Richtung - von prinzipiellem Interesse ist die Regulation der Transkriptionsaktivität 5' 3' minus-Strang = antisense-Strang = nichtcodierender Strang Plus-Strang = sense-Strang = codierender Stang neu gebildete RNA 16.6.2 Prokaryontische Transkription Prokaryontische RNA-Polymerase - die Prokaryonten besitzen im Gegensatz zu den Eukaryonten (s.u.) nur eine RNA-Polymerase ...