Bio Lk Abi Genetik Zusammenfassung komplett

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ersten Replikationsrunde zeigte eine mittelschwere DNA zwischen der 15N/15N-DNA-Bande und der 14N/14N-DNA-Bande(Blindprobe) an, was einer gemischten 14N/15N-DNA entspricht. 3. Probe: In der Kultur nach der zweiten Replikationsrunde konnten zwei schmalere Banden nachgewiesen werden. Die eine Bande entsprach der 14N/14N-DNA, die andere stimmte mit der 14N/15N-DNA überein. DNA-REPLIKATION Verdopplung der DNA Funktionen der Enzyme: Topoisomerase > entspiralisiert DNA Helicase> trennt Wasserstoffbindungen Primase> bindet den Primer Polymerase >1. Ersetzt Primer RNA >DNA 2. Reparatur in 53 3. nutzt das 3 Ènde als Startpunkt und knüpft an ein freies Ende Nukleotide an DNA-Polymerase (Pola) 3' Folge- strang 5' N → Initiation DNA-Ligase 5' Leit- strang Ligase> verknüpft Okazaki-Fragmente Primase Okazaki-Fragment: XIX 3' RNA-Primer DNA-Polymerase (Pol6) Helicase Einzelstrang- bindendes Protein • beginnt an einer bestimmten Stelle = Replikationsursprung • Topoisomerase entspiralisiert die Doppelhelix • Helicase trennt sie in zwei Einzelstränge (Wasserstoffbr. werden getrennt/denaturiert)> Stelle nennt sich Replikationsgabel Replikationsblase entsteht 3' Hi or. 5' Topoisomerase • Einzelstrang-bindende Proteine (SSB) stabilisieren die Einzelstränge und verhindern das erneute aneinander-lagern • Primase setzt Primer (RNA-Stück) am Folgestrang (3'-Ende) an → Elongation • Leitstrang wind von DNA-Polymerase III kontinuierlich in 5' nach 3' Richtung synthetisiert (Enzym heftet komplementäre Basen an) o kontinuierlich, da die Polymerase in die gleiche Richtung wie die Helicase arbeitet • Folgestrang wird von DNA-Polymerase III von 5' nach 3' diskontinuierlich synthetisiert >arbeitet in entgegengesetzte Richtung von der Helicase > vervollständigt Synthese der Fragmente bis zum Primer der vorhergehenden Fragments → abschnittsweise Verlängerungen - Okazaki Fragmente • DNA-Polymerase I entfernt Primer vom 5'-Ende und ersetzt sie durch DNA-Nucleotide • Ligase schließt die Lücken zwischen den Okazaki Fragmenten →Termination • Ende der DNA-Replikation • bei Prokaryoten: Spezielle Terminationssequenz • bei Eukaryoten mit linearen DNA-Molekülen: Stopp erst beim Erreichen vom Ende des DNA-Stranges KONTINUIERLICHE VS. DISKONTINUIERLICHE REPLIKATION Leitstrang 53 (kontinuierlich) Beginn am Replikationsursprung Helicase entspiralisiert Doppelhelix > Reisverschlussartig trennen Replikationsblase, Replikationsgabel Primase synthetisisert Primer DNA-Polymerase 3 synthetisiert komplementären Einzelstrang aus freien Nukleotiden 3' 5' Topoisomerase: spiralisiert wieder zur Doppelhelix 5' 3′ 5' 5' RNA-Primer RNA-Primer Folgestrang 35 (diskontinuierlich) Der Folgestrang wird in Form von Okazaki-Frag- menten synthetisiert. DNA-Polymerase 3 synthetisiert kurze DNA- Abschnitte > neue Primer werden angesetzt > Okazaki-Fragmente > Ligase verbindet sie Okazaki-Fragmente Die Synthese des Leitstrangs erfolgt kontinuierlich. DC* Die Replikations- gabel wächst. REPLIKATION EUKARYOTEN VS PROKARYOTEN a im prokaryotischen Chromosom gibt es eine einzige ori-Region Replikon Der Präreplikationskomplex bindet an die ori-Sequenz. ori ∞xxxxx xxxxx b im eukaryotischen Chromosom gibt es viele ori-Regionen Replikon ori Replikon o o Replikationsblase O xxxxxxx00000 ori FReplikations- k ursprung Initiation ori Jxxxxxxxxxxxxxxx sãoxxxã yooooo ori xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx00 Initiation der Replikation 2 Zwei Replikationsgabeln be- wegen sich voneinander weg. Replikations- gabel Elongation -20000000000000 Jooooooooo 50000000 PROTEINBIOSYNTHESE →Weg vom Gen zum hergestellten Protein > Entschlüsseln des genetischen Codes 1. Transkription: ori O Code des relevanten Gens wird auf mRNA übertragen> Überschreibung einer DNA-Sequenz in eine RNA- Sequenz Bindung der RNA-Polymerase an Promoter Öffnung der Doppelhelix hinter Promoterregion > durch Entwindung basenartig geöffnet > RNA-Nukleotide lagern sich an offenen DNA-Strang an (codogener Strang) O RNA-Polymerase lagert komplementär zum codogenen Strang (3→5) Nukleotide in 5→3 an O RNA löst sich von der DNA, während RNA-Polymerase weiterwandert und weiter Nukleotide an an mRNA anlagert Wenn Terminator erreicht, löst sie sich vom codogenen Strang ab und Synthese stoppt Es gibt viele Replikations- ursprünge Die Replikations- gabeln entfernen. sich voneinander. Termination Promotor- Sequenz O RNA- Polymerase O 3' 5' ADNA codogener Strang ATGACGGAT UACUGCCÜÄGU 5 mRNA ▬▬▬▬▬▬▬ 2. Translation UACUGCCUAGUCGGCGUU RNA- Polymerase TACTGCCTAGTCGGCGTTCGCCTAACCGCTGTATT fertig transkribierte mRNA GCA CGGAATTGGCGACATAA ----.............الل۔۔۔۔ PROCESSING DER MRNA BEI EUKARYOTEN O Zwischenschritt, bevor die mRNA den Zellkern verlassen kann O Prä-mRNA wird in funktionsfähige RNA umgewandelt 1. Capping: 5-Ende wird mit Kappe versehen > Erkennungsmerkmal für Ribosome, Schutz vor Enzymen Polyadenylierung:, 3-Ende Poly-A- Schwanz angehängt > schützt vor Abbau der RNA o Spleißen: Introns werden entfernt und Exons verbunden > mRNA ist nun translatierbar Prä-mRNA 5'-Cap 1 C F Exon Intron mRNA 5'-Cap 30 G freie 31 RNA-Nukleotide Unterbrechung der Protein-kodierenden Sequenzen (= Exons) durch nichtkodierende Sequenzen (= Introns) Exon 104 30 31 Intron Protein-kodierender Bereich Herausschneiden der Introns Zusammenfügen (Spleißen) der Exons 105 104 105 Exon Terminator- Sequenz Y 146 RNA Polymerase 146 Poly(A)-Schwanz Poly(A)-Schwanz O mRNA abhängige Proteiinsynthese am Ribosom O tRNA transportiert Aminosäuren O Start: mRNA lagert sich an der kleinen Untereinheit des Ribosoms an> Ribosom wandert in Richtung 3 - Ende der mRNA, bis sie auf das Startcodon AUG trifft > tRNA lagert sich komplementär mit ihrem Anticodon am passenden mRNA-Codon an O Große Untereinheit des Ribosoms kommt hinzu > Ribosom funktionsbereit O Kettenverlängerung: in der freien tRNA-Bindungsstelle lagert sich eine beladene tRNA mit ihrem Anticodon an das Codon der mRNA > mRNA rückt 3 Basen weiter und eine neue beladene tRNA bindet an der freien Stelle > unbeladene tRNA wird freigesetzt und Aminosäuren werden miteinander verbunden Ende: Ribosom erreicht ein Stoppcodon > Ribosom, Protein und tRNA lösen sich von der mRNA und das Ribosom zerfällt in Untereinheiten entladene tRNA Anticodon Startcodon 5' wachsende Polypeptidkette E-Stelle P-Stelle A-Stelle beladene tRNA Ribosom: >befinden sich im Cytoplasma > Zellorganellen, an denen Proteinproduktion abläuft > verknüpfen die passenden Aminosäuren zum Polypeptid mRNA: 3' Ribosom Wanderungsrichtung des Ribosoms mRNA >einsträngige Ribonucleinsäure > komplementär zu bestimmten DANN-Abschnitten >relativ instabil, zerfallen nach einer gewissen Zeit im Cytoplasma wieder in ihre Grundbausteine: Ribonukleotide > findet man im Zellkern& Cytoplasma: jede mRNA befindet sich zuerst im Zellkern und gelangt durch die Kernporen ins Cytoplasma tRNA: (transfer-RNA's) >befinden sich im Cytoplasma > verschiedene tRNA s: jede kann jeweils nur eine bestimmte Aminosäure binden > trägt gegenüber der Aminosäure-Bindungsstelle eine spezifische Sequenz von 3 Basen (Anticodon), die komplementär zum Basentriplett der im Ribosom verankerten mRNA ist (Codon) D-Arm Akzeptorarm Anticodonarm Anticodon. TYC-Arm variable Schleife GENETISCHER CODE → Entschlüsselung der Informationen auf der DNA (oder auf ihrer Kopie der mRNA ) bis zur Proteinherstellung (=Proteinbiosynthese) Eigenschaften: O O O O O Nicht überlappend > drei Basenpaare aufeinanderfolgend Redundant > eine Aminosäure codiert für mehrere Tripletts Kommafrei > keine Lücken Universell > für alle Organismen gleich Eindeutig > ein Triplett codiert für eine Aminosäure 34 Ala (Alanin) Val (Valin) Glu AspGlutamin (Asparagiäure) säure) Ser SCOTOUCAGUCAGUC A (Serin) Lys (Lysin) U G Arg (Arginin) AG C U G A C Asn (Asparagio U A Thr (Threonin) Gly (Glycin) Phe Leu (PhenyLeucin alanin C Basensequenz AUG CAC GUU GGA UUU CCA → mRNA GUC CAGUCAGU GU 5 A C Ser (Serin) UGA A Met His Val Gly Phe Pro TAC GTG CTT CCT AAA GGT→ codogener Strang SOPOSO G LUGACUGAC C ACU (Gluta- lle Arg (Isokucin) (Arginin) min) Tyr (Tyrosin) UG C Gin AGU 03040204 His (Histidin Anwendung: mRNA von 53 ablesen > bei Startcodon AUG beginnen Cys (Cystein) Pro (Prolin) (Trypto- Leu (Leucin) Start Stopp PROTEINE Quartärstruktur (000) Tertiärstruktur N Sekundärstruktur Primärstruktur Tyr-Lys-Ala-Ala-Val-Asp-Leu-Ser-His-Phe-Leu-Lys-Glu-Lys Asp-Trp-Trp-Glu-Ala-Arg-Ser-Leu-Thr-Thr-Gly-Glu-Thr-Gly-Tyr-Pro-Ser Primärstruktur: Aminosäuresequenz > bestimmt Faltung des Proteins Sekundärstruktur: alpha-Helix, beta-Faltblatt Tertiärstruktur: dreidimensionale Anordnung der Sekundärstruktur Quartärstruktur: Anlagerung mehrerer Tertiärstrukturen a-Helix B-Faltblatt BAU UND VERMEHRUNG VON DNA UND RNA VIREN Aufbau von Viren: Größe: 20nm - mehrere 100nm O von Proteinhülle umschlossene Nukleinsäure o Kopf mit einzel- oder doppelsträngiger RNA/DNA O O O daran angeschlossen: Schwanzstift, umgeben von Schwanzrohr Mündung in Basisplatte mit Spikes (teilweise) VERMEHRUNG DNA-Viren Erbmaterial: Desoxyribonukleinsäure Schützt Erbmaterial durch Proteinkapsel Chemische Struktur sehr stabil> weniger Mutationen Proteinhülle (Kapsid) Virushülle (Lipiddoppelschicht) → besitzen weder Stoffwechselenzyme, noch die Maschinerie zur Priteinbiosynthese > benutzen Wirtszelle →Wirtsspektrum: begrenzte Auswahl, Wirtsspezifität: Schlüssel-Schloss-Prinzip 1.Anheftung des Virus an Wirtszelle 2.Einschleusung des Virusgenoms 3.T-Phagen: spritzen DNA in Bakterien 4. nach Aufnahme: Virus codierte Proteine werden gebildet 5.nach Synthese: neue Virusteilchen > Wirtszelle stark beschädigt oder stirbt ab 80-350 NM RNA-Viren Erbmaterial: Ribonukleinsäure Schützt Erbmaterial durch Proteinkapsel Weniger stabil> müssen dafür sorgen, dass die RNA in DNA übersetzt wird Nukleoid (RNA oder DNA) Anheftung ACE2 wwwwww 2 Aktivierung Ribosomen der Zelle Golgi- Apparat -Glycoprotein S (Spike) Schwanzfasern TMPRSS2 Schwanz mRNA Wirtszelle 7 Selfassembly www.covid19-pandemie.org 5 Translation 200000 8 Ausschleusung Spikes 9 Exocytose Freisetzung der Genom-RNA (= mRNA) 6 RNA Replikation Kopf Kragen Endplatte 3 Eindringen Zellmembran Virion RNA durch RNA-Polymerase • RN A-Polymerase Nukleoprotein-N VERMEHRUNG VON PHAGEN Lytischer Zyklus: • Infektion einer E.-Coli durch T-Phagen • Phagenvermehrung in mehreren Phasen • Absorption: Schwanzfäden lagern sich an Oberflächenstruktur von E.-Coli • Injektion: Phagen-DNA in die Wirtszelle gespritzt, auf Oberfläche bleibt leere Phagenhülle • Latenzphase: Phagen-DNA hat Kontrolle über das Bakterium • Produktionsphase: Phagen-DNA und Phagen Proteine und Phagengenom Kopien Lysis hergestellt • Reifungsphase: 3 verschiedene Sätze von Proteine lagern sich zu Phagenköpfen, -schwänzen und Schwanzfasern zusammen Anlagerung • Freisetzung: - Phage regt Produktion eines Enzyms an, dass Bakterienzellwand schädigt - Zellflüssigkeitseintritt = Zelle schwillt an und platzt - 100-200 neue Phagenpartikel werden freigesetzt (giftig) Lysogener Zyklus: Freisetzung ** • Phagen-DNA wird in bakterielles Chromosom integriert → wird zum Prophagen • Bakterium vermehrt sich und kopiert Phagen-DNA an alle Nachkommen • Durch zahlreiche Teilungen bildet sich eine mit Phagen infizierte Bakterien-Populat. • Gelegentlich verlässt eine Prophage das bakterielle Genom und löst einen lytischen Zyklus aus • Tochterzelle = Prophage Injektion self assembly neuer Phagen lytischer Zyklus Reifungsphase Latenzphase Produktionsphase Adsorption Penetration lysogener Zyklus Vermehrungsphase des Prophagen Injektion Synthese von Phagen- Bausteinen Integration der Phagen-DNA in das Bakterienchromosom (Prophage) Vermehrung der Phagen-DNA BAU UND VERMEHRUNG VON BAKTERIEN o einzellige Mikroorganismen Protozyte, gehören zu den Prokaryoten (kein Zellkern, DNA "frei") besitzen Cytoplasma, Cytoplasmamembran und Ribosomen o Kugelförmig (Kokken), o Stäbchenförmig (Bazillen) oder o Spiralförmig (Spirillen) Größe: 0,2-700μm OOOOOOOOO →MITOSE: Interphase DNA wird verdoppelt, Zelle wächst. Kernkörperchen Telophase Chromatiden sind an den Polen konzentriert und dekondensieren wieder. Zellkern Anaphase Spindelapparat zieht Schwesterchromatiden zu den Polen Chromatin Centriolen Kernmembran Mikrotubuli agga VILLE Zytoplasma Plasmid Nucleoid (DNA) Ch Pol mosomen Schwesterchromatiden Ribosomen Spindel Prophase Chromosomen kondensieren und werden dadurch sichtbar. 000000 JCD) SS SS S Speichergranula Pili Zellmembran Zellwand Schleimhülle Geißel Prometaphase Zusammenbruch der Kernmembran Metaphase Chromosomen werden in der Äquatorialebene angeordnet. →MEIOSE: >Geschlechtszellen: Produktion von Keimzellen >Zellteilung bei der die Anzahl der Chromosomen halbiert wird (diploid zu haploid) >Rekombination der elterlichen Chromosomen VERGLEICH MITOSE UND MEIOSE: Mitose Körperzellen 1 Teilung> 4 Phasen 2 diploide tochterzellen EUCYTE VS. PROCYTE PROKARYOT Membran Ribosom- Nukleoid (DNS) Mesosom EUKARYOT Zellwand Membran Chromosom Dictyosom Ribosomen Endoplasmatisches Reticulum 00 Meiose Meiose I Reduktionsteilung (XX) Geschlechtszellen/Keimzellen 2 Teilungen > 8 Phasen Rekombination 4 haploide Tochterzellen Thylakoid 225 Reservestoff Zellwand (X) (X) haploide Zellen mit doppelten Chromosomen Geißel Meiose II Äquationsteilung -Mitochondrium -Vakuole Lysosom Kernmembran Chloroplast DNS 1 0 0 haploide Tochterzellen GENREGULATION →OPERON-MODELL: SUBSTRATINDUKTION (Prokaryoten) Regulator- Gen xXxXx 5' lacI lacI Allolactose (Induktor) 3 inaktiver Repressor aktiver Repressor RNA- xxxxXxx trpRXxxxXxXxXxx Polymerase RNA- Polymerase →PRODUKTREPRESSION Promotor Promotor RNA- Polymerase inaktiver Repressor Operator 5 Operator lacz B-Galaktosidase Trp-Operon lacz es wird keine mRNA hergestellt la | | | Permease Transacetylase Gene des Operons trpE trpD trpc trpB P RNA- Polymerase NA Polypeptide der Enzyme für die Tryptophan-Synthese keine Laktose vorhanden: O Repressor bindet an Operator und blockiert somit die RNA-Polymerase > Strukturgene können nicht abgelesen werden > Transkription blockiert Laktose vorhanden: Laktose heftet sich an Repressor> verändert dessen Struktur, sodass es nicht mehr an den Operator binden kann > Strukturgene können abgelesen werden > Transkription wird nicht blockiert O trpR Tryptophan (Corepressor) RNA- Polymerase trpE es wird keine mRNA hergestellt aktiver Repressor GENREGULATION (EUKARYOTEN) 1.Vor der Transkription: DNA-Methylierung, Histon-Acetylierung 2. Während der Transkription: Transkriptionsfaktoren 3.nach Transkription/vor Translation: alternatives Spleißen 4.während Translation: Mikro-RNAs 5.nach der Translation: Produktveränderungen DNA-Methylierung: →Anheften von Methylgruppen an Cytosin-Basen in der DNA Schaltet DNA-Abschnitte ab > Hemmung der O Transkription O Methylgruppe zieht Proteine an, die an die methylierte DNA binden > Proteine sind an Repression der Transkription beteiligt H-C O rückgängig machen Modifikation: man kann Methylierung wieder H ΝΗ, 2 Histon- oktamer DNA H-C N CH,NH, N 3 H-C NH₂ Heterochromatin www Abnahme der Transkription Panobinostat, Belinostat, HATS HDACS Romidepsin, Vorinostat und Entinostat Steigerung der Transkription Euchromatin +H₂O NH₂ -NH₂ Cytos in N NO 0 Histon-Acetylierung: >Veränderung der Chromatinstruktur> schaltet DNA-Abschnitte an > Transkription möglich Cytadin- Deaminase NH O Uracil DNA Methyl Transferase Uracil-DNA- Glycosidase DNA-Reparatur +H₂O NH₂ 5-Methylcytosin 2 -NH₂ N Cytidin- Deaminase NH 5-Methyluracil -Thymin Punktmutation TRANSKRIPTIONSFAKTOREN O Dafür verantwortlich, dass eine Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor richtig erfolgen kann →DNA wird entwunden, zwei Einzelstränge → Transkription O Promoterregion mit TATA-Box: wird von eukaryotischer RNA-Polymerase erkannt und sichert einen bestimmten Transkriptionsstart Silencer Sequenz: DNA-Sequenz, die Aktivität unterdrückt> Repressorproteine O Enhancer-Sequenz: DNA-Sequenz, die die Aktivität von Promotoren zusätzlich erhöht, indem an diesem Abschnitt Aktivator-Proteine binden, die selbst wiederum mit Transkriptionfaktoren oder Wechselwirkungen stehen> Schlaufenbildung ALTERNATIVES SPLEIBEN Exon 1 Protein 1 Mikro-RNAS Repressor Silencer Con 4 TATA-Box Exen 2 Enhancer Trans Knions faktor TATA-bindandy Protein BEH Exen 2 x 3 Protein 2 Ewan 3 Alternatives Spleißen Enhancer RNA-Polymerase Ca01 2 Aktivatoren Transkription Ewa14 Ex3 Silencer Protein 3 DNA →heften sich an die mRNA und macht sie kaputt oder hemmt die Polymerase: blockiert die Translation GENMUTATIONEN →dauerhafte Veränderung des genetischen Materials einer Zelle (DNA) →Beschädigung oder Verlust der Erbinformation: schwerwiegende Folgen, Krankheiten →Spontane Mutation: unter natürlichen Bedingungen wie während der Replikation →Induzierte Mutation: werden von Außenfaktoren wie Strahlung verursacht Punktmutaion > Substitution: Austausch einzelner Basen O Stumme Mutation: trotz Austausch von Basenpaaren, codiert das Codon für dieselbe Aminosäure O Missense-Mutation: falsche Aminosäure wird eingebaut O Nonsense-Mutation: Aminosäure codiert für ein Stopp-Codon Deletion >Verlust einer oder mehrerer Basen Insertion >Einbau von Sequenzen in die DNA Duplikation >DNA-Abschnitt tritt zweimal auf Inversion >Abschnitt ist um 180° gedreht kann zur Verschiebung des Leserasters führen> Rasterverschiebung DNA mRNA Aminosäuren Phe DNA mRNA DNA Aminosäuren Phe Tyr mRNA Aminosäuren Phe DNA mRNA Aminosäuren Phe Adenin Tyr Cytosin HO Tyr Glu Thr Lys Glu m Glu Gly Arg Lys Arg Uracil Normal Substitution Insertion Deletion Thymin Guanin EVOLUTIONSASPEKT VON MUTATIONEN: Ohne Mutation keine Evolution →man braucht genetische Vielfalt, damit sich Arten verändern können und Neue entstehen O in einer Population mehrere Allele für ein Merkmal (z.B. Augenfarbe) > genetische Variabilität, vielfältiges Genpool → Mutation: Vorteile> anderen Individuen gegenüber überlegen> z.B. verbesserte Wasseraufnahme eines Kaktus > höhere Überlebenschance, oder Laktosetoleranz bei Menschen GENTECHNOLOGIE ■ Epigenetik Begriffe: ■ ■ ■ innerhalb der Population verbreiten sich vorteilhafte Mutationen> erhöhte Fitness führt dazu, dass die Gene des Individuums häufiger in die nächste Generation gebracht werden ▪ ● ■ Genom: Gesamtheit aller Gene (DNA) einer Zelle/ Organismus Genotyp: Genausstattung eines Organismus Epigenom: das gesamte Muster der chemischen Modifikation von DNA- Strang und Histonen durch Methylierung und Acetylierung Proteom: Gesamtheit aller in Körperzellen vorkommenden Proteine Metaboliom: Gesamtheit aller in den Körperzellen vorkommenden Stoffwechselprodukte Phänom: Gesamtheit aller phänotypischen Eigenschaften, die eine Zelle, ein Organismus, ein Organ ausmachen Phänotyp: äußeres Erscheinungsbild NC-DNA: DNA-Genbereich, die für die Transkription von non-protein-coding-RNAs codieren C-DNA: DNA-Genbereich, der Proteine codiert (2%) → Werkzeuge der Gentechnologie: Restriktionsenzym: schneiden DNA/ zerlege DNA> schneidet spezifisch, erkennen bestimmte Basensequenz (Erkennungssequenz) Ligase: verknüpft die DNA-Fragmente stabil miteinander > Klebstoff Plasmid-Vektoren o. Bakteriophagen: Transportmöglichkeit, um die DNA in eine Zelle O einzuschleusen O Bakterien: Wirt, um DNA zu vermehren (z.B. E.Coli oder Hefezellen) DNA-KLONIERUNG Isolation und Identifizierung O Isolation: Aufbrechen der Bakterien und Zsm. Führen aller Plasmide > Identifizierung eines Resistenzgens durch eine Gensonde Gensonden: meist einsträngige DNA > weisen komplementäre Basensequenz zum gesuchten Gen auf und können sich an passende Sequenz anlagern Restriktionsenzym schneidet DNA, isolierte Plasmide werden auch geschnitten O Rekombination o Sticky ends der DNA verbinden sich mit denen des Plasmids mit Ligase Es entstehen nur teilweise rekombinierte Plasmide, da sie sich schließen können, ohne die Fremd-DNA aufzunehmen O Gentransfer O O Plasmide dienen als Vektoren, um diese Fremd-DNA in ein Bakterium zu transportieren Biomembran wird durchlässig gemacht, sodass Plasmide ins Bakterium gelangen Selektion und Vermehrung O Man kann herausfinden, welche Bakterien Fremd-DNA besitzen: →erforderlich: auf den Membrangenen müssen zwei verschiedene Fremd-DNA ("Insert") Plasmid rekombinantes DNA-Molekül Ligation M Antibiotika- resistenzgen Einschleusen In Wirtszelle Selektion auf antibiotika- haltigem Medium Antibiotikaresistenzen liegen >durch den Einbau der Fremd-DNA wird ein Markergen durchtrennt: nicht mehr resistent > Bakterien ohne Fremd-DNA: gegen beide Antibiotika resistent >Bakterien mit Fremd-DNA: nur gegen eins resistent →Bakterien werden auf Boden mit Antibiotika gegeben, gegen das beide Bakterien resistent sind > Bakterien, die kein Plasmid aufgenommen haben, sterben ab →Bakterien werden auf Boden mit beiden Antibiotika gegeben> Bakterium mit Fremd-DNA kann nicht überleben> Bakterien mit Fremd-DNA können vermehrt werden DNA-Fragmente können zu weiteren Untersuchungen vermehrt werden & z.B. menschliche Proteine in Bakterien hergestellt werden GENETISCHER FINGERABDRUCK → das individuelle Erbgut-Profil eines Menschen > einzigartig →es werden keine Gene (codierender Anteil de DNA), sondern Abschnitte im nicht-codierenden Anteil der DNA untersucht →zwei verschiedene Methoden: RFLP →Restriction Fragment Length Polymorphism Mit Restriktionsenzymen wird die DNA zerlegt, sodass untersch. lange Fragmente entstehen Zahl und Orte der Erkennungssequenzen für Restriktionsenzyme sind bei jedem Individuum untersch. Größere DNA-Probe notwendig Keine PCR erforderlich >Gelelektrophorese PCR 2.Hybridisierung: Abkühlen 50°C →Polymerase-Kettenreaktion: Vermehrung eines DNA-Stückes →DNA kann z.B. aus einer Probe beliebig oft vervielfältig werden 1.Denaturierung: Erhitzung 90-100°C >H-Brücken werden getrennt STR →Short Tandem Repeat Zahl der Repeats in den Mikrosatelliten ermittelt (tandemartige Wiederholung von Sequenzen) Repeat-Zahlen schwanken und können in jedem Mikrosatelliten untersch. sein >jedes Individuum erbt ein Muster von Mutter und eins vom Vater >Primer binden an komplementären Strängen →2 Doppelstränge entstehen Ein DNA-Molekül reicht PCR erforderlich > Gelelektrophorese 3.Polymerisation: Erhitzen 72°C >Polymerase bindet an Primer beider Stränge und synthetisiert komplementären Strang von 3 →→5-Ende 1 copy ----------- (heat) ands 2 rimers nd end 3 2 copies ----------- with nerase GELELEKTROPHORESE →Verfahren zur Auftrennung von Makromolekülen (Proteine, Nukleinsäuren) beruht darauf, dass Moleküle entsprechend ihrer Größe und Ladung in einem elektrischen Feld gerichtet und unterschiedlich schnell wandern Medium: Gel aus polymerisierbarer Substanz (z.B. Agarose) > wie ein Molekularasieb In Geltaschen werden vorbehandelte DNA-Proben gefüllt In Elektrophorese-Kammer > man taucht Gel an beiden Enden in Pufferlösung ein, an die über Elektroden eine elektrische Spannung angelegt wird >große Moleküle mit geringer Ladung wandern langsam >kleine Moleküle mit höherer Ladung wandern schnell >Gemisch trennt sich in Banden auf (wird durch Färbung und Markierungsverfahren sichtbar gemacht) Gel O O Glasplatten Gemisch von Molekülen unterschiedlicher Größe Strom- Quelle 30 31 크 unsichtbar kürzere Moleküle längere Moleküle 310 11 11 || gefärbtes, fertiges Gel →DNA: wegen seines Phosphats negativ geladen > wandern Richtung Plus-Pol ▸ Anionen (negativ geladen) wandern in Richtung Anode (positiv geladen) > Kationen (positiv geladen) wandern in Richtung Kathode (negativ geladen) →nützlich z.B. bei Kriminalfällen oder Vaterschaftstests ERBGÄNGE →monohybrid: ein Merkmal wird betrachtet →autosomal: Krankheit liegt auf den Autosomen (Chromosomen 1-22) →gonosomal: Krankheit liegt auf den Gonosomen (Geschlechtschromosomen) →dominant: nur eines der Allele muss das Merkmal tragen/ defekt sein (Großbuchstaben AA oder Aa) →rezessiv: Merkmal prägt sich phänotypisch nur aus. Wenn beide Allele die gleiche Information tragen/defekt sind > 2 kleine Buchstaben (aa) autosomal- dominanter Erbgang ✓kranke Eltern ha- ben auch gesunde Kinder ✓ Krankheit tritt in jeder Generation auf ✓jeder Kranke hat in der Regel einen betroffenen El- ternteil ✓sind beide Eltern gesund, gibt es keine kranken Kin- der autosomal- rezessiver Erbgang ✓ Eltern und Kinder betroffener Perso- nen sind norma- lerweise gesund ✓ Krankheit muss nicht in jeder Ge- neration auftreten Zusatz: betroffene Kinder ha- ben manchmal bluts- verwandte Eltern ✓ Die Krankheit tritt bei Männern und Frauen ungefähr gleich häufig auf gonosomal- rezessiver Erbgang (x-chromosomal- gekoppelt) ✓statistisch sind mehr Männer krank ✓ Frauen können Konduktorin sein ✓nur homozygot rezessive Frauen X₂X₁ und heterozy- got rezessive Män- ner X₂Y sind krank ✓ Brüder von betrof- fenen Jungen bei heterozygoter Mutter sind mit 50%iger Wahr- scheinlichkeit be- troffen; Schwes- tern sind nicht be- troffen, haben aber ein 50%iges Risiko Konduktorin zu sein Zusatz: betroffene Männer sind über Frauen und nicht über gesunde Männer miteinander verwandt betroffene Jungen haben unter Umstän- den mütterlicherseits Onkel, die erkrankt sind gonosomal- dominanter Erbgang (x-chromosomal- gekoppelt) ✓statistisch sind mehr Frauen krank ✓heterozygote und dominant homo- zygote Frauen sind krank (XAXa XAXA) und nur dominant heterozygote Männer XÂY sind krank) ✓ Vererbungsmuster ähnelt stark auto- somal dominanten Stammbäumen, nur dass alle Töch- ter, nie aber die Söhne eines er- krankten Vaters betroffen sind STAMMBAUMANALYSE →autosomal dominant aa AA/Aa aa →autosomal rezessiv XAY X₂Y Aa →gonosomal rezessiv 9 xy XAXA Aa Aa XX aa →gonosomal dominant XX xY aa xY Aa Aa xY Aa AA/Aa XaY XaXa Охаха Охаха Дхау XAXa XAY XaY Aa XX aa 10 11 12 xY XX xY männliche Personen ohne Merkmal weibliche Personen ohne Merkmal Merkmalsträger AA/Aa Aa AA/Aa © Biologie-Schule.de Aa männliche Personen ohne Merkmal weibliche Personen ohne Merkmal Merkmalsträger männliche Personen ohne Merkmal weibliche Personen ohne Merkmal Merkmalsträger KREBS → Zellen, die sich unkontrolliert vermehren, die nehmen den Platz von gesunden Zellen ein Gutartige Tumoren: >bleiben am Ort seiner Entstehung und wachsen nur in einem Gewebe Bösartige Tumoren: >Krebszellen lösen sich aus dem Tumor und verbreiten sich über Blut-&Lymphgefäße im ganzen Organismus >Tochtergewülste (Metastasen) O →im Laufe seines Lebens: man sammelt Mutationen an >Wahrscheinlichkeit steigt, an Krebs zu erkranken →Ursache: Zelle mit defektem Erbgut →gesunder Mensch: Gleichgewicht zwischen Zellteilung und Zelltod →Dafür zuständig. Proto-Onkogene> fördern die Zellteilung (Vermehrung, Wachstum) Tumor-Suppressorgen> kontrolliert Zellteilung und unterdrückt, wenn nötig →Mutation: Proto-Onkogen > krebsauslösendes Onkogen ➤ Punktmutation: noch aktivere Förderung der Zellteilung > Translokation: Proto-Onkogen + besonders aktiver Promoter > Steigerung der Transkription ➤ Genamplifikation: Proto-Onkogen liegt ungewöhnlich oft vor > nach Transkription: Überschuss des wachstumsstimulierenden Proteins Mutation des Tumor-Suppressorgens: unterdrücken/verhindern Zellteilung nicht mehr 1.Abwehrreaktion: DNA-Replikationsenzyme (reparieren Mutation) > funktioniert nicht, wenn Enzyme selbst beschädigt sind) 2.Abwehrreaktion: Selbstzerstörung durch cytotoxische T-Zellen und Killerzellen > wenn es nicht funktioniert: kein Gleichgewicht mehr> unkontrollierte Vermehrung, Tumor 3.Abwehrreaktion: Tumor braucht Sauerstoff, also Eindeckung in gesunde Körperzellen, um Sauerstoff und Nährstoffe abzukappen > Tumor sendet Signale an umliegende Blutbahnen > dünne Adern wachsen zum Tumor und versorgen ihn mit Sauerstoff und Nähstoffen Kanzerogene Protoonkogen keine Apoptose Onkogen Apoptose Tumor Zelle tote Zelle Unkontrollierte Zellteilung Verhinderung der Zellteilung durch Tumorsuppressorgene Apoptose Tumor Zelle Tumor