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Primärstruktur

Unter Primärstruktur versteht man in der Biochemie die unterste Strukturebene eines Biopolymers, d. h. die Abfolge (Sequenz) seiner Grundbausteine. Da Proteine aus Aminosäuren bestehen, wird ihre Primärstruktur Aminosäuresequenz genannt. Entsprechend trägt diese bei Nukleinsäuren (DNA und RNA) den Namen Nukleotidsequenz. In der Chemie und in der Werkstoffkunde bezeichnet der Begriff Primärstruktur zudem die Sequenz synthetischer Polymere (Kunststoffe).

Die Gestalt der höheren Strukturebenen (Sekundärstruktur, Tertiärstruktur, Quartärstruktur) eines Proteins geht aus der Primärstruktur hervor. Sie ist bereits durch die Sequenz der Aminosäuren festgelegt. Bereits während der Translation bildet sich die Sekundärstruktur meist in ihrer endgültigen Form infolge der Wechselwirkungen zwischen den Aminosäuren. In einigen Fällen sind an diesem Prozess Enzyme und andere Umgebungseinflüsse beteiligt (siehe auch: Prion). Aus der Sekundärstruktur geht wiederum die räumliche Strukturerfüllung (Tertiärstruktur) und gegebenenfalls die Komplexierung mit anderen Untereinheiten zu Proteinkomplexen (Quartärstruktur) hervor.

Zurzeit existiert noch keine verlässliche Methode zur Vorhersage der exakten räumlichen Anordnung der Aminosäurekette anhand der Primärstruktur. Aus Erfahrungswerten lassen sich in der Regel jedoch Aussagen über vorhandene Strukturelemente und die Funktion des Proteins treffen.

Die Aminosäuresequenz eines Proteins kann aus der Nukleotidsequenz der Nukleinsäure, in der es codiert ist, abgeleitet werden, da der genetische Code bekannt ist und jedes Codon für nur eine Aminosäure codiert ist. Umgekehrt ist das nicht möglich, da die meisten Aminosäuren mehr als nur ein Codon haben. Sie können also durch unterschiedliche Nukleotidsequenzen codiert sein. Der genetische Code wird daher als degeneriert bezeichnet.

Die Umsetzung der genetischen Information eines Gens in die Aminosäuresequenz eines Proteins ist Teil der Genexpression und der Proteinbiosynthese. Erster Teil dieser gesteuert ablaufenden Prozesse ist die Transkription, der zweite ist die Translation.

Für die Angabe der Primärstruktur von Proteinen und Nukleinsäuren existieren vereinbarte Konventionen.

  • Die Aminosäuresequenz von Proteinen wird vom aminoterminalen Ende (N-Terminus) zum carboxyterminalen Ende (C-Terminus) geschrieben.
  • Die Nukleotidsequenz von Nukleinsäuren (DNA, RNA) wird vom 5'-Phosphat-Ende zum 3'-Hydroxy-Ende geschrieben.

Proteine

Der Edman-Abbau ist die klassische Methode zur Sequenzierung von Proteinen und besteht aus drei Schritten:

  1. Markierung der ersten N-terminalen Aminosäure durch Phenylisothiocyanat.
  2. Abspaltung der markierten Aminosäure.
  3. Identifikation der abgespaltenen Aminosäure, z. B. durch HPLC oder durch Ionenaustauschchromatographie.

Zur Sequenzierung der nächsten Aminosäure folgt die Wiederholung der 3 Schritte.

Die Methode wurde weitgehend automatisiert und funktioniert für Peptide bis zu einer Länge von ca. 50 Aminosäuren. Größere Proteine werden vor der Analyse in Fragmente gespalten, die getrennt sequenziert werden. In letzter Zeit gewinnen verstärkt massenspektroskopische Methoden an Bedeutung in diesem Bereich.

Nukleinsäuren

DNA

Frederick Sanger entwickelte 1976 eine Methode zur DNA-Sequenzierung. Diese wird Didesoxymethode oder Kettenabbruchmethode genannt, da hierbei durch den Einbau von Didesoxy-Nukleotiden in die DNA-Synthese ein Abbruch der Synthesereaktion bewirkt wird. Durch Zugabe einer kleinen Menge eines bestimmten Didesoxynukleotids zur Synthesereaktion wird das entsprechende Desoxynukleotid teilweise durch das Didesoxynukleotid ersetzt, was den Abbruch der Reaktion an dieser Stelle bewirkt. Es ergeben sich unterschiedlich lange DNA-Fragmente aus deren Länge die Stellung des ersetzten Desoxynukleotids abgeleitet werden kann.

Auch dieses Verfahren wurde weitgehend automatisiert. Die Auftrennung durch Elektrophorese erfolgt meist in einer gemeinsamen Gelspur. Die Fragmente werden durch Fluoreszenzmarkierungen voneinander unterschieden, die durch einen Laser detektiert werden.

RNA

RNA kann durch das Enzym Reverse Transkriptase in cDNA umgeschrieben und diese DNA sequenziert werden (siehe oben).

  1. Löffler, Petrides, Heinrich: Biochemie und Pathobiochemie, 8. Auflage, Springer Medizin Verlag, Heidelberg (2007), S. 289, ISBN 978-3-540-32680-9.
  2. Wilson, Walker: Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology, 6. Auflage, Cambridge University Press, New York (2005), S. 380 ff., ISBN 978-0-521-53581-6.
  3. Horton, Robert et al.: Biochemie, 4. Auflage, Pearson Studium, München (2008), S. 840f., ISBN 978-3-8273-7312-0.
  4. Strachan, Read: Human Molecular Genetics, 4. Auflage, Garland Science, New York (2011), S. 217 ff., ISBN 978-0-8153-4149-9.
  5. Strachan, Read: Human Molecular Genetics, 4. Auflage, Garland Science, New York (2011), S. 183, ISBN 978-0-8153-4149-9.

Primärstruktur
primärstruktur, vollständige, amiosäure, sequenz, eines, peptids, oder, proteins, sprache, beobachten, bearbeiten, unter, versteht, biochemie, unterste, strukturebene, eines, biopolymers, abfolge, sequenz, seiner, grundbausteine, proteine, aminosäuren, bestehe. Primarstruktur vollstandige Amiosaure Sequenz eines Peptids oder Proteins Sprache Beobachten Bearbeiten Unter Primarstruktur versteht man in der Biochemie die unterste Strukturebene eines Biopolymers d h die Abfolge Sequenz seiner Grundbausteine Da Proteine aus Aminosauren bestehen wird ihre Primarstruktur Aminosauresequenz genannt Entsprechend tragt diese bei Nukleinsauren DNA und RNA den Namen Nukleotidsequenz In der Chemie und in der Werkstoffkunde bezeichnet der Begriff Primarstruktur zudem die Sequenz synthetischer Polymere Kunststoffe Primarstruktur des Proteins 1EFN und die daraus resultierenden hoheren Strukturebenen Inhaltsverzeichnis 1 Auswirkungen auf die Gestalt des Proteins 2 Zusammenhang zwischen Nukleotidsequenz und Aminosauresequenz 3 Analyse der Primarstruktur 3 1 Proteine 3 2 Nukleinsauren 3 2 1 DNA 3 2 2 RNA 4 EinzelnachweiseAuswirkungen auf die Gestalt des Proteins BearbeitenDie Gestalt der hoheren Strukturebenen Sekundarstruktur Tertiarstruktur Quartarstruktur eines Proteins geht aus der Primarstruktur hervor Sie ist bereits durch die Sequenz der Aminosauren festgelegt Bereits wahrend der Translation bildet sich die Sekundarstruktur meist in ihrer endgultigen Form infolge der Wechselwirkungen zwischen den Aminosauren In einigen Fallen sind an diesem Prozess Enzyme und andere Umgebungseinflusse beteiligt siehe auch Prion Aus der Sekundarstruktur geht wiederum die raumliche Strukturerfullung Tertiarstruktur und gegebenenfalls die Komplexierung mit anderen Untereinheiten zu Proteinkomplexen Quartarstruktur hervor Zurzeit existiert noch keine verlassliche Methode zur Vorhersage der exakten raumlichen Anordnung der Aminosaurekette anhand der Primarstruktur Aus Erfahrungswerten lassen sich in der Regel jedoch Aussagen uber vorhandene Strukturelemente und die Funktion des Proteins treffen Zusammenhang zwischen Nukleotidsequenz und Aminosauresequenz BearbeitenDie Aminosauresequenz eines Proteins kann aus der Nukleotidsequenz der Nukleinsaure in der es codiert ist abgeleitet werden da der genetische Code bekannt ist und jedes Codon fur nur eine Aminosaure codiert ist Umgekehrt ist das nicht moglich da die meisten Aminosauren mehr als nur ein Codon haben Sie konnen also durch unterschiedliche Nukleotidsequenzen codiert sein Der genetische Code wird daher als degeneriert bezeichnet 1 Die Umsetzung der genetischen Information eines Gens in die Aminosauresequenz eines Proteins ist Teil der Genexpression und der Proteinbiosynthese Erster Teil dieser gesteuert ablaufenden Prozesse ist die Transkription der zweite ist die Translation Fur die Angabe der Primarstruktur von Proteinen und Nukleinsauren existieren vereinbarte Konventionen Die Aminosauresequenz von Proteinen wird vom aminoterminalen Ende N Terminus zum carboxyterminalen Ende C Terminus geschrieben Die Nukleotidsequenz von Nukleinsauren DNA RNA wird vom 5 Phosphat Ende zum 3 Hydroxy Ende geschrieben Analyse der Primarstruktur BearbeitenProteine Bearbeiten Der Edman Abbau ist die klassische Methode zur Sequenzierung von Proteinen und besteht aus drei Schritten Markierung der ersten N terminalen Aminosaure durch Phenylisothiocyanat Abspaltung der markierten Aminosaure Identifikation der abgespaltenen Aminosaure z B durch HPLC oder durch Ionenaustauschchromatographie Zur Sequenzierung der nachsten Aminosaure folgt die Wiederholung der 3 Schritte Die Methode wurde weitgehend automatisiert und funktioniert fur Peptide bis zu einer Lange von ca 50 Aminosauren Grossere Proteine werden vor der Analyse in Fragmente gespalten die getrennt sequenziert werden In letzter Zeit gewinnen verstarkt massenspektroskopische Methoden an Bedeutung in diesem Bereich 2 Nukleinsauren Bearbeiten DNA Bearbeiten Frederick Sanger entwickelte 1976 eine Methode zur DNA Sequenzierung Diese wird Didesoxymethode oder Kettenabbruchmethode genannt da hierbei durch den Einbau von Didesoxy Nukleotiden in die DNA Synthese ein Abbruch der Synthesereaktion bewirkt wird Durch Zugabe einer kleinen Menge eines bestimmten Didesoxynukleotids zur Synthesereaktion wird das entsprechende Desoxynukleotid teilweise durch das Didesoxynukleotid ersetzt was den Abbruch der Reaktion an dieser Stelle bewirkt Es ergeben sich unterschiedlich lange DNA Fragmente aus deren Lange die Stellung des ersetzten Desoxynukleotids abgeleitet werden kann 3 Auch dieses Verfahren wurde weitgehend automatisiert Die Auftrennung durch Elektrophorese erfolgt meist in einer gemeinsamen Gelspur Die Fragmente werden durch Fluoreszenzmarkierungen voneinander unterschieden die durch einen Laser detektiert werden 4 RNA Bearbeiten RNA kann durch das Enzym Reverse Transkriptase in cDNA umgeschrieben und diese DNA sequenziert werden siehe oben 5 Einzelnachweise Bearbeiten Loffler Petrides Heinrich Biochemie und Pathobiochemie 8 Auflage Springer Medizin Verlag Heidelberg 2007 S 289 ISBN 978 3 540 32680 9 Wilson Walker Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology 6 Auflage Cambridge University Press New York 2005 S 380 ff ISBN 978 0 521 53581 6 Horton Robert et al Biochemie 4 Auflage Pearson Studium Munchen 2008 S 840f ISBN 978 3 8273 7312 0 Strachan Read Human Molecular Genetics 4 Auflage Garland Science New York 2011 S 217 ff ISBN 978 0 8153 4149 9 Strachan Read Human Molecular Genetics 4 Auflage Garland Science New York 2011 S 183 ISBN 978 0 8153 4149 9 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Primarstruktur amp oldid 210938385, wikipedia, wiki, deutsches

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