(Molekularbiologie und Information, Teil...

60
h.-j.f. Datenträger und Informationsfluss in der Molekularen Biologie (Molekularbiologie und Information, Teil 2) Hans-Joachim Fritz 30. März 2006

Transcript of (Molekularbiologie und Information, Teil...

Page 1: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Date

ntr

äg

er

und Info

rmati

onsf

luss

in d

er

Mole

kula

ren B

iolo

gie

(Mol

ekul

arbi

olog

ie u

nd In

form

atio

n, T

eil 2

)

Han

s-Jo

achim

Fri

tz

30

. M

ärz

20

06

Page 2: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Info

rmat

ionsr

ele

vante

Asp

ekte

der

Mole

kula

rbio

log

ie

1.

Evo

luti

veN

otw

endig

keit

info

rmat

ionsg

est

eu-

ert

er

Bio

synth

ese

2.

Date

ntr

äger

und Info

rmati

onsf

luss

(“Z

entr

ales

Dogm

a“

der

Mole

kula

rbio

logie

)

3.

Zellte

ilung a

ls K

om

munik

atio

nsp

roble

m

(Replikat

ion

und D

NA

-Repara

tur)

4.

Pro

tein

bio

synth

ese

und G

eneti

scher

Code

5.

Geneti

sche K

ybern

eti

km

eta

bolisc

her

Akti

vitä

ten

6.

Mole

kula

re B

asis

der

Evo

luti

on

Page 3: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Übers

icht

1.

Phänom

enolo

gie

der

Vere

rbung

2.

“Ein

Gen, ein

Enzym

3.

Mat

eri

elle N

atur

des

Date

ntr

ägers

4.

Stru

ktu

r, E

ignung

und A

chille

sfers

e d

er

DN

A

5.

RN

A a

ls Z

wis

chentr

äger

und “

Zentr

ales

Dogm

a“

Page 4: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Fot

o: D

iane

Arb

us

Geneti

sch b

edin

gte

Ähnlich

keit

: K

lone

Page 5: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Geneti

sch b

edin

gte

Ähnlich

keit

: Sp

ezie

s

Page 6: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

Fam

ilie

nähnlich

keit

Ant

honi

s va

n D

yck:

Die

Kin

der

Cha

rles‘

I

Page 7: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Geneti

sche A

uss

tatt

ung

als

Konti

nuum

Page 8: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Geneti

sche A

uss

tatt

ung

als

Konti

nuum

Vat

erM

utte

r

Kin

d

Page 9: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Gre

gor

Mendel

Page 10: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

x

Modula

re N

atu

r der

Erbanla

gen

Page 11: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

Page 12: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Übers

icht

1.

Phänom

enolo

gie

der

Vere

rbung

2.

“Ein

Gen, ein

Enzym

3.

Mat

eri

elle N

atur

des

Date

ntr

ägers

4.

Stru

ktu

r, E

ignung

und A

chille

sfers

e d

er

DN

A

5.

RN

A a

ls Z

wis

chentr

äger

und “

Zentr

ales

Dogm

a“

Page 13: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Eph

estia

kühn

iella

Dro

soph

ila m

elan

ogas

ter

Bio

chem

isch

/geneti

sche S

tudie

nobje

kte

Page 14: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Muta

tion

Beo

bach

tung

:

1.In

der

Nac

hkom

men

scha

ft ei

ner

mit

Rön

tgen

stra

hlun

g be

hand

elte

n F

liege

npop

ulat

ion

tret

en (

eini

ge w

enig

e)

Indi

vidu

en m

it ve

ränd

erte

r A

ugen

pigm

entie

rung

auf

.

2.D

as n

eue

Mer

kmal

wird

sta

bil v

erer

bt.

Deu

tung

:

Str

ahle

nind

uzie

rte

Ver

ände

rung

ein

es “

zust

ändi

gen“

Gen

s.

Page 15: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Gen

wir

kung

Kau

sale

Wirk

kette

vom

Gen

zum

äuß

eren

Mer

kmal

Page 16: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Ad

olf

Bute

nandt

und A

lfre

d K

ühn

Page 17: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Gen

wir

kung

auf

die

Pig

mentb

ildun

g

1.

Aufs

tellen e

ines

Akti

vitä

tste

sts.

2.

Rein

igung

ein

er

wir

ksa

men

Subst

anz b

is z

ur

mole

kula

ren

Hom

og

enit

ät.

3.

Stru

ktu

ranaly

se d

er

isoliert

en

Subst

anz.

4.

Einfü

gen d

es

Befu

nds

in e

in

pla

usi

ble

s K

ausa

lgefü

ge.

Meth

ode:

Page 18: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Gen

wir

kung

auf

die

Pig

mentb

ildun

g

Köp

fe v

on P

uppen m

uta

nte

r Flieg

en (m

it

farb

lose

n A

ug

en)

werd

en in v

itro

mit

Ex

trakt

von “

Wildty

p“-

Flieg

en inkubie

rt.

→D

ie A

ug

en f

ärb

en s

ich n

ach

!

Akti

vitä

tste

st:

Page 19: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

CO

OH

HN

H2

NH

2O

OH

CO

OH

HN

H2

NH

2ON

CO

OH

HN

H2

HP

igm

ent

+ O

2, +

H2O

-H

CO

OH

[Ox.

]

Gen

wir

kung

auf

die

Pig

mentb

ildun

g

Try

ptop

han

Kyn

uren

in3-

Hyd

roxy

-K

ynur

enin

a+v+cn

+

Eph

estia

küh

niel

la

Dro

soph

ila m

elan

ogas

ter

Gen

e

Page 20: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

ONN O

OH

CO

OH

O

CO

OH

NH

2H

CO

OH

HN

H2

NH

2O

OH

OH

NOH

CO

OH

3-H

ydro

xy-K

ynur

enin

Xan

thur

ensä

ure

Xan

thom

mat

in

-N

H3

Ox.

Ox.

Oxid

ativ

e D

imeri

sieru

ng v

on 3

-OH

-Kyn

ure

nin

Page 21: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

Page 22: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Gen

wir

kung

via

Enzym

e

"...

man

[kan

n]an

nehm

en, d

aß[d

ie]W

irku

ng [d

er G

ene]

in e

rste

r L

inie

in d

er B

erei

tste

llung

ein

es F

erm

ents

yste

ms

best

eht .

.."

But

enan

dt, A

., W

eide

l, W

.und

Bec

ker,

E. 1

940

Nat

urw

isse

nsch

afte

n28

, 447

.

"...

we

are

stro

ngly

bia

sed

in f

avor

of

the

assu

mpt

ion

[of]

gene

s ac

ting

thro

ugh

the

inte

rmed

iati

on o

f en

zym

es ..

.“

Bea

dle,

G.W

. und

Tat

um, E

.L. 1

941

Am

eric

an N

atur

alis

t 75,

107

-116

.

Page 23: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Georg

e W

. Beadle

und E

dw

ard

L.

Tatu

m

Page 24: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Bio

chem

isch

/geneti

sche S

tudie

nobje

kte

(II)

Neu

rosp

ora

cras

ssa

“Sch

imm

el“

Page 25: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

N

CO

OH

HN

H2

H

N

OH

OP

O3H

2

HO

H

H

H

CO

OH

N NO

PO

3H2

OH

H OH

HO

H

ON OH

OH

H2O

3PO

CO

OH

H

NH

2

CO

OH

Car

boxy

phen

ylam

ino-

1-de

oxyr

ibul

osep

hosp

hat

Ant

hran

ilsäu

re

Pho

spho

ribos

yl-

Ant

hran

ilsäu

re

Indo

l-3-G

lyce

rinph

osph

at

Try

ptop

han

Ant

hran

ilat S

ynth

etas

e

Indo

l-3-g

lyce

rinph

osph

at

Syn

thet

ase

Ant

hran

ilatp

hosp

ho-

ribos

yltr

ansf

eras

e

Try

ptop

han

Syn

thet

ase

trpDtrpE

trpC

trpB

trpAX

X

Page 26: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

3.

Jeder

bio

chem

isch

en R

eakti

on ist

ein

Enzym

und jedem

Enzym

ein

sein

e S

ynth

ese

ste

uern

des

Gen z

ugeord

net.

Page 27: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Übers

icht

1.

Phänom

enolo

gie

der

Vere

rbung

2.

“Ein

Gen, ein

Enzym

3.

Mat

eri

elle N

atur

des

Date

ntr

ägers

4.

Stru

ktu

r, E

ignung

und A

chille

sfers

e d

er

DN

A

5.

RN

A a

ls Z

wis

chentr

äger

und “

Zentr

ales

Dogm

a“

Page 28: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Fred G

riff

ith

Page 29: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Med

izin

isch

e M

ikro

bio

log

ie

von

Stre

pto

cocc

us

pneu

monia

e

Page 30: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Tra

nsf

orm

ati

on v

on S

trep

toco

ccus

pneu

monia

e

Page 31: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Tra

nsf

orm

ati

on v

on S

trep

toco

ccus

pneu

monia

e

16

Jahre

St

ille

Page 32: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Fred G

riff

ith u

nd O

swald

T.

Ave

ry

Page 33: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Bio

chem

isch

er

An

satz

:

Frakti

onie

rung

von E

xtr

akte

n a

us

Zellen d

es

Typ

s S

und

Iso

lati

on d

er

transf

orm

iere

nden

Subst

anz m

it H

ilfe

des

Akti

vitä

tste

sts.

Page 34: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

DN

A ist

der

Date

ntr

äg

er

der

Geneti

schen Info

rmat

ion

“The

data

[...]

indi

cate

that

[...]

the

activ

efr

acti

on[..

.]co

nsis

tspr

inci

pally

, if

not s

olel

y, o

f [..

.]de

oxyr

ibon

ucle

ic a

cid.

"

Ave

ry, O

.T.,

Mac

Leod

, C.M

. und

McC

arty

, M. 1

944

J. E

xp. M

ed.7

9, 1

37-1

58.

Page 35: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

3.

Jeder

bio

chem

isch

en R

eakti

on ist

ein

Enzym

und jedem

Enzym

ein

sein

e S

ynth

ese

ste

uern

des

Gen z

ugeord

net.

4.

Der

mat

eri

elle T

räger

der

geneti

schen Info

rmati

on ist

die

D

NA

(“G

ene s

ind a

us

DN

A“)

.

Page 36: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Übers

icht

1.

Phänom

enolo

gie

der

Vere

rbung

2.

“Ein

Gen, ein

Enzym

3.

Mat

eri

elle N

atur

des

Date

ntr

ägers

4.

Stru

ktu

r, E

ignung

und A

chille

sfers

e d

er

DN

A

5.

RN

A a

ls Z

wis

chentr

äger

und “

Zentr

ales

Dogm

a“

Page 37: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

DN

A-S

trang

, A

uss

chnit

t

NN

H

O

OC

H3

NN

O

NH

2

NN

H

N

N

O NH

2

O

O

O

O

O

PO O

O

-

O

PO O

O

-

O

PO O

O

-

NN

N

N

NH

2

O

PO O

O O

C(C

ytos

in)

T(T

hym

in)

G(G

uano

sin)

A(A

deno

sin)

Page 38: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Kett

enaufb

au d

urc

h K

ondensa

tion

NN

H

O

OC

H3

O

OH

O

PO O

OH

-

NN

H

O

OC

H3 N

NH

N

N

O NH

2

O

OH

O

O

PO O

O

-

O

PO O

OH

-

NN

H

N

N

O NH

2

O

OHO

PO O

OH

-

-H2O

Nuk

leot

ide

Din

ukle

otid

Page 39: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

“Geneti

scher

Text“

A T T C A G C G G T A T C C A G T

/ / / / / / / / / / / / / / / / /

..pZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZpZ..

..A T T C A G C G G T A T C C A G T..

Page 40: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

3.

Jeder

bio

chem

isch

en R

eakti

on ist

ein

Enzym

und jedem

Enzym

ein

sein

e S

ynth

ese

ste

uern

des

Gen z

ugeord

net.

4.

Der

mat

eri

elle T

räger

der

geneti

schen Info

rmati

on ist

die

D

NA

(“G

ene s

ind a

us

DN

A“)

.

5.

Das

Alp

habet

aus

vier

Monom

ere

n u

nd d

ie a

peri

odis

che

Nat

ur

der

DN

A-S

equenz e

rklä

ren d

ie E

ignung z

ur

Dat

en-

speic

heru

ng.

Page 41: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Das

Prob

lem

der

sequenzsp

ezif

isch

en

Synth

ese

, neu g

est

ellt

1.

Für

jedes

Enzym

mole

kül m

uss

ein

e e

igene P

oly

pep

-ti

dkett

e s

equenzsp

ezif

isch

aufg

ebau

t w

erd

en.

2.

Daz

u b

rauch

t es

info

rmat

ionsg

est

euert

e S

ynth

ese

und

mit

hin

ein

en D

atentr

äger.

3.

Die

Dat

en lie

gen in F

orm

ein

er

Nukle

oti

dse

quenz d

es

jew

eilig

en G

ens

vor.

4.

Vor

jeder

Zellte

ilung m

üss

en s

ämtl

iche G

ene in

Subst

anz v

erd

oppelt

werd

en.

5.

Auch

die

s is

t ein

Pro

ble

m d

er

inst

ruie

rten, se

quenz-

spezif

isch

en S

ynth

ese

(Poly

kondensa

tion).

6.

Wodurc

h w

ird d

ie s

equenzsp

ezif

isch

e D

NA

-Syn

these

ih

rers

eit

s in

stru

iert

?

Page 42: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Page 43: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Die

Antw

ort

lie

gt

in d

er

dre

idim

ensi

onale

n

Stru

ktu

r der

DN

A

Page 44: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

J.D

. W

atso

n u

nd F

.H.C

. C

rick

Page 45: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Paarw

eis

e S

truktu

rkom

ple

menta

ritä

t

Page 46: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

DN

A-S

truktu

r, s

chem

atis

ch

Page 47: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

DN

A-S

truktu

rmod

elle

Page 48: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Selb

stin

stru

iert

e

Replikat

ion d

er

DN

A

Page 49: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

3.

Jeder

bio

chem

isch

en R

eakti

on ist

ein

Enzym

und jedem

Enzym

ein

sein

e S

ynth

ese

ste

uern

des

Gen z

ugeord

net.

4.

Der

mat

eri

elle T

räger

der

geneti

schen Info

rmati

on ist

die

D

NA

(“G

ene s

ind a

us

DN

A“)

.

5.

Das

Alp

habet

aus

vier

Monom

ere

n u

nd d

ie a

peri

odis

che

Nat

ur

der

DN

A-S

equenz e

rklä

ren d

ie E

ignung z

ur

Dat

en-

speic

heru

ng.

6.

Bas

enpaa

rung e

rklä

rt d

ie F

ähig

keit

der

DN

A ihre

eig

ene

sequenzid

enti

sche V

erd

opplu

ng (“R

eplikat

ion“)

zu s

teuern

.

Page 50: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Eignung

der

DN

A a

ls T

räger

der

Geneti

schen Info

rmati

on

Speic

heru

ng:

Aperi

odis

ches

(“at

akti

sches“

) C

opoly

mer

aus

vier

vers

chie

denen M

onom

er-

baust

ein

en

(“M

ole

kula

re S

chri

ft“)

Kopie

rfäh

igkeit

:Zw

ei vo

nein

ander

trennbar

e

Strä

nge k

om

ple

mentä

rer

Sequenz

Wan

delb

arkeit

:G

ele

gentl

iche K

opie

rfehle

r (M

onom

er-

Fehlinkorp

ora

tionen) o.ä

.

Page 51: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Hyd

roly

tisc

he S

chw

ach

stellen d

er

DN

A

NN

H

O

OC

H3

NN

O

NH

2

NN

H

N

N

O NH

2

O

O

O

O

O

PO O

O

-

O

PO O

O

-

O

PO O

O

-

NN

N

N

NH

2

O

PO O

O O

C(C

ytos

in)

T(T

hym

in)

G(G

uano

sin)

A(A

deno

sin)

Page 52: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Die

Lück

e

DN

A

Pro

tein

Nie

derm

olek

.S

toffw

echs

el

Rep

likat

ion

Kat

alys

e

?

Page 53: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Übers

icht

1.

Phänom

enolo

gie

der

Vere

rbung

2.

“Ein

Gen, ein

Enzym

3.

Mat

eri

elle N

atur

des

Date

ntr

ägers

4.

Stru

ktu

r, E

ignung

und A

chille

sfers

e d

er

DN

A

5.

RN

A a

ls Z

wis

chentr

äger

und “

Zentr

ales

Dogm

a“

Page 54: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

DN

A NN

H

O

OC

H3

NN

O

NH

2

NN

H

N

N

O NH

2

O

O

O

O

O

PO O

O

-

O

PO O

O

-

O

PO O

O

-

NN

N

N

NH

2

O

PO O

O O

C(C

ytos

in)

T(T

hym

in)

U

(Ura

cil)

G(G

uano

sin)

A(A

deno

sin)

NN

H

O

O

NN

O

NH

2

NN

H

N

N

O NH

2

O

OH

O

O

OH

O

OH

O

PO O

O

-

OP

O O

O

-

O

PO O

O

-

NN

N

N

NH

2

O

OH

PO O

O O-

RN

A

Page 55: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Info

rmat

ionsf

luss

und K

atal

yse

DN

A

RN

A

Pro

tein

Nie

derm

olek

.S

toffw

echs

el

Tra

nsla

tion

Tra

nskr

iptio

n

Rep

likat

ion

Page 56: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Info

rmat

ionsf

luss

und K

atal

yse

DN

A

RN

A

Pro

tein

Nie

derm

olek

.S

toffw

echs

el

Tra

nsla

tion

Tra

nskr

iptio

n

Rep

likat

ion

Page 57: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

3.

Jeder

bio

chem

isch

en R

eakti

on ist

ein

Enzym

und jedem

Enzym

ein

sein

e S

ynth

ese

ste

uern

des

Gen z

ugeord

net.

4.

Der

mat

eri

elle T

räger

der

geneti

schen Info

rmati

on ist

die

D

NA

(“G

ene s

ind a

us

DN

A“)

.

5.

Das

Alp

habet

aus

vier

Monom

ere

n u

nd d

ie a

peri

odis

che

Nat

ur

der

DN

A-S

equenz e

rklä

ren d

ie E

ignung z

ur

Dat

en-

speic

heru

ng.

6.

Bas

enpaa

rung e

rklä

rt d

ie F

ähig

keit

der

DN

A ihre

eig

ene

sequenzid

enti

sche V

erd

opplu

ng (“R

eplikat

ion“)

zu s

teuern

.

7.

RN

A ist

der

Zw

isch

entr

äger

der

Info

rmati

on.

Page 58: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Zusa

mm

enfa

ssung

1.

Das

geneti

sche M

ateri

al is

t m

odula

r org

anis

iert

(“G

ene“)

.

2.

Geneti

sche M

erk

mal

e s

ind a

ls b

ioch

em

isch

e S

toff

wech

sel-

leis

tungen e

rklä

rbar.

3.

Jeder

bio

chem

isch

en R

eakti

on ist

ein

Enzym

und jedem

Enzym

ein

sein

e S

ynth

ese

ste

uern

des

Gen z

ugeord

net.

4.

Der

mat

eri

elle T

räger

der

geneti

schen Info

rmati

on ist

die

D

NA

(“G

ene s

ind a

us

DN

A“)

.

5.

Das

Alp

habet

aus

vier

Monom

ere

n u

nd d

ie a

peri

odis

che

Nat

ur

der

DN

A-S

equenz e

rklä

ren d

ie E

ignung z

ur

Dat

en-

speic

heru

ng.

6.

Bas

enpaa

rung e

rklä

rt d

ie F

ähig

keit

der

DN

A ihre

eig

ene

sequenzid

enti

sche V

erd

opplu

ng (“R

eplikat

ion“)

zu s

teuern

.

7.

RN

A ist

der

Zw

isch

entr

äger

der

Info

rmati

on.

Page 59: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

Nat

ure,

Mär

z 20

06N

atur

e, A

pril

1953

Page 60: (Molekularbiologie und Information, Teil 2)num.math.uni-goettingen.de/schaback/info/inf/sitzungen/06_03_30... · h.-j.f. Übersicht 1. Phänomenologie der Vererbung 2. “Ein Gen,

h.-j.f.

ende