Binding Motifs

00:01 Da Sie nun die Mechanismen der Genexpression kennen können wir uns jetzt mit der Regulation der Genexpression befassen.

00:07 Am Ende dieser Lerneinheit sollten Sie in der Lage sein, die häufigsten DNA-Bindungsmotive zu erkennen und die Funktionsweise eines induzierbaren und eines repressiven Operons erklären können. Wir werden also die prokaryotische Genregulation sowie verschiedene Bindungsmotive behandeln. Beginnen wir mit einer kurzen Betrachtung der DNA-Struktur.

00:31 Wir haben ein doppelsträngiges helikales DNA- Molekül. Über dessen Größenordnung haben wir noch nicht gesprochen.

00:39 Jede Windung der Helix ist etwa 3,4 Nanometer lang und besteht aus 10 Basenpaaren. Daraus folgt, dass die Basenpaare im Abstand von 0,34 Nanometern angeordnet sind. In der alpha-helikalen Form haben wir eine große Furche mit einem größeren Abstand zwischen den Phosphat- und Zuckerrückgraten.

01:09 Zudem gibt es eine kleine Furche, in der die Abstände geringer sind. Früher dachte man, dass die helikale Form der DNA entwunden werden müsse, um die Bindung von regulatorischen Proteinen und Polymerasen für die Genexpression zu ermöglichen. Allerdings wissen wir heute, dass die große Furche einen guten Zugang zu den stickstoffhaltigen Nukleobasen darstellt.

01:37 In dieser Abbildung sehen Sie die drei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen G- und C-Nukleotiden.

01:44 In der großen Furche liegen diese frei zugänglich, sodass Enzyme der DNA-Transkription an den Basen binden und den Doppelstrang wie einen Reißverschluss auftrennen können.

02:00 Ähnlich verhält es sich mit den zwei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen A und T in der großen Furche.

02:05 Auch diese sind frei zugänglich. Die große Furche ermöglicht somit die Bindung von Enzymen an der DNA, ohne dass die DNA vollständig entwunden werden muss.

02:20 Nun müssen wir herausfinden, wie diese Proteine an die DNA binden. Es gibt ein paar Hauptbindungsmotive und Bindungsmuster, die sehr häufig im Genom und der Genexpression vorkommen.

02:35 Hier sehen Sie die drei: Helix-Turn-Helix, Zinkfinger und Leucin-Zipper.

02:40 Wir beginnen mit der Betrachtung des Helix-Turn-Helix-Motivs. Dabei handelt es sich um eine Helix-Domäne im Protein.

02:48 Jedes regulatorischn Proteine ist unterschiedlich aufgebaut.

02:54 Sie haben jedoch alle eine Bindungsdomäne, die die Bindung an die DNA ermöglicht, sodass sie ihre Funktionen erfüllen können. Das Helix-Turn-Helix-Motiv besteht aus zwei alpha-Helices, die senkrecht zueinander stehen. Dazwischen befindet sich eine nichthelicale Schleife.

03:15 Meistens sind zwei Helix-Turn-Helix-Motiv miteinander assoziiert und symmetrisch angeordnet.

03:28 Dadurch kann das ganze Protein an der DNA verankert und die Funktion des Enzyms erfüllt werden.

03:36 Helix-Turn-Helix ist eine sehr häufige Bindungsdomäne oder Motiv.

03:41 Speziell können wir die Homöodomänen-Proteine betrachten.

03:48 Mit Homöodomänen werden Sie häufig konfrontiert, da Homöodomänen-bindende Proteine offenbar an regulatorischen Prozessen der Entwicklung beteiligt sind.

04:06 In der Literatur liest man viel über über Homöodomänen. Es handelt sich um eine Modifikation des Helix-Turn-Helix-Motivs. Sie enthält helikale Strukturen die an die große Furche angelagert sind. Dazu kommt eine zusätzliche Helix. Der Rest des Proteins, das an der Transkriptionsaktivierung beteiligt ist, ist entfernt davon lokalisiert.

04:34 Genauso wie andere Helix-Turn-Helix-Motive oder Zinkfinger oder andere Bindungsmotive ist die Domäne in der DNA-Struktur integriert und hält die DNA fest.

04:45 Der übrige Teil des Proteins führt die jeweilige Funktion aus. Homöodomänen-Proteine haben also eine spezielle Verankerung unter Verwendung des Helix-Turn-Helix-Motivs. Als nächstes folgt das Zinkfinger-Motiv, Angeordnet in der Form dreier Finger dringt es in die DNA ein und hält diese fest. Zur Bindung an die DNA wird Zink verwendet.

05:10 Die fingerförmigen Proteinabschnitte greifen an der großen Furche in die DNA und halten sich dort fest.

05:19 Wir haben diese bereits beim Steroidrezeptor kennengelernt.

05:25 Steroide binden an die Rezeptoren im Zellinneren oder innerhalb des Zellkerns. Die Rezeptoren binden dann direkt an die DNA.

05:36 Diese Rezeptoren haben eine Proteinuntereinheit in Form des Zinkfinger-Motivs, mithilfe derer sie an der DNA binden können. Dadurch können Sie die Transkriptionsrate des spezifischen DNA-Abschnitts erhöhen.

05:54 Nun betrachten wir noch den Leucin-Zipper.

05:59 Auch das ist eine ziemlich coole Struktur, bei der die große Furche der DNA zur Bindung verwendet wird.

06:04 Das Leucin-Zipper-Motiv hat zwei Untereinheiten. Jede zeigt in eine Richtung.

06:11 Ein Teil jeder Untereinheit ist hydrophob und wird von der DNA abgestoßen.

06:17 Eine Reihe von Leucinen hält zwei zusammengehörige Strukturen zusammen. Das ist der Reißverschluss Abschnitt.

06:23 Die andere Untereinheit hat eine helikale Form und ist der großen Furche angelagert.

06:30 Normalerweise zeigen beide in entgegengesetzte Richtungen und verankern den Leucin-Zipper an Ort und Stelle. Weitere Domänen des Proteins ermöglichen die Funktion des Proteins nach Bindung an die DNA.