Biologie Genetik Zusammenfassung

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bei Zellteilung verdichtet sich das Chromatin zu Chromosomen - Fadenförmig und gebändert - Besteht aus 2 Schwesterchromatiden Körperzellen diploid, d.h. jedes Chromosom ist 2x vorhanden beim Menschen: 2 x 23 46 Chromosomen Zelle Keimzellen Kurzer Chromosomenarm Langer Centromer Chromosomenarm- beim Menschen: 1 x 23 23 Chromosomen Chromosom haploid, d.h. jedes Chromosom ist 1x vorhanden Chromatid Die Anzahl der Chromosomen in einer Zelle ist arttypisch Chromosomenzahl einer diploiden Zelle verschiedener Arten. Ergänze die Tabelle. Lebewesen Chromosomenanzahl Mensch Schimpanse Pferd Regenwurm Hund Amöbe Welche Gesetzmäßigkeit kannst du erkennen? -es lässt sich keinen Zusammenhang zwischen Chromosomen und Entwicklungshöhe eines Organismus erkennen - es liegt immer jeweils der doppelte Chromosomensatz in allen Körperzellen vor im Gegensatz zu den Geschlechtszellen Wir unterscheiden die Chromosomen einer Zelle in: Gonosomen Autosomen = ,,Körperchromosomen" sind bei männl. und weibl. Organismen gleich beim Menschen: Chr. 1 ... 22 Mann Frau Chromosomenbestand von Mann und Frau 46 48 64 32 78 6 Anzahl der Autosomen 44 44 xx = ,,Geschlechtschromosomen" sind bei männl. und weibl. Organismen unterschiedlich beim Menschen: ,,X" und "Y" Gonosomen XY XX Gesamtzahl der Chromosomen Handelt es sich bei diesem menschlichen Karyogramm um eine Körper- oder Keimzelle? Begründen Sie mit Fachbegriffen. XX XX XX XX XX XX XX xx xx xx XX XX XX XE BA }} XX XX XX xx 46 46 xx Es handelt sich um das Karyogramm einer Körperzelle einer Frau, da 46 Chromosomen vorliegen und das letze Chromosom ein x - Chromosom ist. diploider Chromosomensatz -> Anzahl, Form und Größe der Chromosomen ist bei allen Menschen gleich. - Wenn die Chromosomen die kleinste Einheit der Erbinformation wären, gäbe es nur eine Variante Frauen und eine Variante Männer. - Da es aber viele Varianten Frauen und Männer gibt, müssen die genetischen Ursachen dieser Varianten in den Chromosomen stecken. - Auf ihnen sind die Gene ( bestimmter Abschnitt der DNA, der für die Ausbildung eines Eiweißes verantwortlich sind, verschlüsselt die Information für den Aufbau eines Proteins ) lokalisiert, sie bestehen aus DNA-Molekülen. Die genetische Information steckt in der Abfolge der organischen Basen in diesen DNA-Molekülen. Zusammenfassung - Die Chromosomen sind Träger der Erbanlagen. - Alle Chromosomen einer Zelle bilden das Genom. - Die Erbanlagen werden als Gene bezeichnet. - Allele sind die Zustandsform eines Gens. - In jeder Zelle sind alle Gene eines Lebewesens vorhanden. Die DNA-ein natürlicher Datenspeicher James Watson (USA, geb. 1928) & Francis Crick (Großbritannien, 1916 - 2004) • entdeckten 1953 die Doppelhelix-Struktur der DNA (schraubig gewundener Doppelstrang) • Nobelpreis für Medizin 1962 Struktur der DNA: • 2 Polynukleotidstränge sind zu schraubig gewundenen Doppelstrang verbunden= Doppelhelix Vorkommen (DNA): • fast ausschließlich im ZK, (Ausnahme Mitochondrien, Chloroplasten) • Die DNA ist Träger der Erbinformation Struktur und Funktion der RNA-Moleküle.... • sind viel kürzer als DNA-Moleküle liegen als Einzelstränge vor enthalten Base Uracil statt Base Thymin • Zucker Ribose • 3 Arten (Struktur als m RNA, r RNA, † RNA) 5' 3' Abb. :Struktur der DNA (Watson-Crick-Modell). Aus: Biologie Thüringen, Stark Verlag Funktion с • dient der Protein-Biosynthese DNA -> Desoxyribonukleinsäure RNA > Ribonukleinsäure - Die DNA enthält den vollständigen Bauplan für die Konstruktion und auch Funktion einer Lebensform, egal ob Mikroorganismus, Tier oder Mensch. Bei der RNA unterscheidet man zahlreiche Aufgaben. 3' Phosphorsäure (H₂PO4) A Desoxyribose 3⁹ Adenin Thymin Guanin Cytosin DNA besteht aus 6 Grundbau-steinen: •4 verschiedene org. Basen • Zucker (Desooxyribose) • Phosphorsäurerest 5 Massenverhältnisse der Basen: Adenin zu Thymin 1:1 • Guanin zu Cytosin 1:1 komplementären Basen sind über H-Brücken verknüpft: • zwischen Cytosin und Guanin jeweils 3 und zwischen Adenin und Thymin jeweils 2 Zucker Basen Struktur Funktion DNA Desoxyribose Adenin, Cytosin Guanin, Thymin C=G A =T Doppelhelix (Doppelstrang) Speicherung des Erbguts RNA Die RNA kann genetische Information übertragen. RNA-Moleküle tragen zur Übersetzung von Information in Proteine bei. Sie dienen der Regulation von Genen. Auch kann RNA katalytische Funktionen ähnlich einem Enzym innehaben. Aufbau des Nukleotid ist gleich. Die Konstanz der genetischen Information und ihre Weitergabe Ribose Adenin, Cytosin, Guanin, Uracil A U meistens Einfachhelix (Einfachstrang) Zahlreich Funktionen: zum Beispiel Transkription (Erklärung unten) Eigenschaften des genetischen Codes Wie kann in der DNA die genetische Information verschlüsselt sein? Reihenfolge der Nucleotidbasen in DNA determiniert -> Reihenfolge der AS im Protein (Primärstruktur) Triplett: Aufeinanderfolge von drei Nucleotidbasen, die für die Verschlüsselung einer Aminosäure verantwortlich sind. • Vier Basen können in Tripletts angeordnet 20 Aminosäuren verschlüsseln • 64 Codierungsmöglichkeiten (43 Codierungen) Prinzip der Codierung ACG CAG GGG AAC AS 1 AS 2 AS 3 AS 4 Protein 1 UTE MAG EIN EIS Wort Wort Wort Wort Satz (Die Codons sind von innen nach außen zu lesen). Nucleotidbasen Aminosäuren Von Aminosäure in DNA/RNA MET, ILE, PRO, LEU AUG AUU CCU CUU -> RNA Protein Merkmal Eigenschaften des genetischen Codes (LB S. 133 lesen und Stichpunkte anfertigen.) Code-Sonne (Codewörter sind für die m-RNA angegeben) TAC TAA GGA GAA -> DNA ATG ATT CCT CTT Buchstaben. Wörter Satz Information. Val Arg Ser Ala जर W Lys ASN Startcodon ● Stopcodon C U G Gly Phe Leu AGUCAGUCAGUCNOZ U A Thr A Layoncu G G U A с U CUGACI Ile с G Ser C U Kettenende Kettene Kettenende A 44 Cys cl G ADKettenende Trp U GACU 010070007 Arg Gin Tyr His G 91 Leu - Komma frei Universeller code -> alle Organismen benutzen die selben Codons für die Verschlüsselung einer Aminosäure - 64 Codierungsmöglichkeiten -> deswegen häufig mehr Kombinationen der Basen möglich -> beim ablesen der DNA erst in RNA übersetzen! ( komplementäre Basen finden ) -> dann bei Code-sonne Aminosäure ablesen Startpunkt Primase RNA-Primer DNA-Polymerase OKAZAKI- Fragment Replikations- richtung DNA- Polymerase DNA-Ligase 3' மருலகள் 3' Replikationsblasen B Replikationsgabeln 1 DNA-Replikation. A Prokaryoten; B Eukaryoten 5' Replikations- gabel -Replikations- blase Helicase Bewegungs- richtung der Replikations- gabel Replikations- gabel DNA-Polymerase Replikations- richtung Leitstrang Folgestrang L DNA-Nucleosid- Triphosphat Aminosäuren die entstehen, nennt man AS- Sequenz. Strang -> cod. Strang -RNA Polymerase katalysiert Synthese eines Komplementären RNA Stückes -Primase dienen als Startmolekül zur Synthese eines neuen Einzelstranges - Nukleotide in form von energiereichen nucleosid - Triphospate - 5 - 3 strängen erfolgen -> ausgehend von Primer -Synthetisierten Strang = Leitstrang -Protein Helicase trennt DNA -Basen werden verlängert zu Okazaki Fragmenten -> werden durch Enzym DNA Ligase miteinander verbunden Ablauf der Replikation: 1. Das Enzym Topoisomerase entwindet die DNA Doppelhelix. 2. Daraufhin spaltet die Helicase den nun enspiralisierten Doppelstrang der DNA zu zwei Einzelsträngen, indem sie die Wasserstoffbrückenbindungen der gegenüberliegenden Basenpaare unter ATP Verbrauch auflöst. 3. Die Primase synthetisiert an den 3' Enden sogenannte Primer, die für den Beginn der eigentlichen Replikation nötig sind und als Startpunkt dienen. 4. Am 3' Ende des Primers beginnt die DNA Polymerase mit der Synthese von komplementären Basen, wodurch ein neuer DNA Doppelstrang entsteht. Jedoch kann die DNA Polymerase nur von 5' nach 3' ablaufen. Das führt dazu, dass am antiparallelen Strang (3' nach 5') die Synthese in entgegengesetzter Richtung ablaufen muss. Und das funktioniert nur wenn immer wieder neue Primer gesetzt werden. Auf diese Weise entstehen zwischen den Primern, einzelne synthethisierte Stücke der DNA, die sogenannten Okazaki-Fragmente. Man spricht auch von einer diskontinuierlichen Bildung des DNA Stranges. 5. RNase H entfernt nun die RNA Primer aus der DNA und eine weitere DNA Polymerase schließt die entstandenden Lücken mit komplementären Basen. 6. Zuletzt verknüpft das Enzym Ligase den diskontinuierlich-gebildeten Strang durch Esterbindungen. Im Ergebnis sind jetzt zwei identische DNA Stränge entstanden. - Vor jeder Zellteilung muss das genetische Material verdoppelt werden - Verteilung ohne Informationsverlust auf die Tochterzellen gewährleistet Relative Konstanz in der Generationsfolge gegeben Aufbau der DNA Der DNA-Faden ist wie eine Strickleiter aufgebaut. Das Rückgrat der Leiter besteht aus einem Zucker, der Desoxyribose, verbunden im Wechsel mit Phosphat. Die Sprossen dieser Leiter werden von vier organischen Basen gebildet: Adenin (A) und Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G). A bindet sich mit T, C bindet sich mit G. Eine andere Kombination ist nicht möglich. Die Strickleiter ist um die eigene Achse schraubenförmig gedreht - das erhöht die Stabilität. Das Fachwort für diese Schraube ist Helix. Im Fall der DNA liegt eine Doppelhelix vor. Der Durchmesser einer Helix beträgt etwa zwei Nanometer, das sind zwei Billionstel Meter! Proteinbiosynthese - Realisierung der genetischen Informationen Voraussetzungen - DNA - M-RNA - ATP, UTP, GTP, CTP - T-RNA - AS - Enzyme - Ribosomen Gen -> mRNA -> Protein -> Merkmal Transkription Ort: Zellkern Adenin Translation Ort: Zellplasma, Ribosomen Phosphat- desoxyribose Rückgrat Thymin Guanin Cytosin Aufbau der DNA 1. RNA-Polymerase (Transkriptase) erkennt eine bestimmte Basensequenz der DNA als Startstelle (Promotor) und heftet sich an 2. Sie entwendet und öffnet den DNA-Strang 3. Ablesen des codogenen Strangs erfolgt vom 3 Ende - 5 Ende (Ableserichtung von Promotor vorgegeben) 4. RNA- Bausteine ATP, GTP, CTP, UTP werden (entsprechend Basenpaarungsregel) verknüpft (Energie notwendig) 5. MRNA verlässt Zellkern 1. kleine Untereinheit der Ribosomen heftet sich an Startcodon z.B AUG der MRNA (5 Ende) 2. T-RNA (im Zellplasma) mit dem Anticodon trägt als AS Methionin und lagert sich an Bindestelle P im Ribosomen an, danach lagert sich große Untereinheit des Ribosoms an> Startposition 3. An Bindestelle A heftet sich zum nächsten Codon passende t-RNA (beladen mit entspr. AS) an zwischen AS Peptitbindung geknüpft 4. Ribosom rutscht um ein Triplett weiter und erste t- RNA wird abgespalten, die als zweite gebundene t.-RNA befindet sich (mit der daran gebundenen wachsenden Peptitkette) an Bindestelle P 5. Schritte 3 und 4 wiederholen sich solange, bis ein Stopcodon (UAA, UAG, UGA) auf m-RNA erreicht wird 6. Bei erreichen eines Stoppcodons wird Polypeptidkette von letzen t-RNA abgetrennt, Ribosom zerfällt in Seine Untereinheiten Bedeutung der Proteinbiosynthese - an allen lebensnotwendigen Prozessen beteiligt Einteilung in Struktur-und Funktionsproteine Strukturproteine sind Bestandteile von Zellstrukturen -> zb. Kollagen (Knochen, Haut, Sehnen, Knorpel besitzen dieses Protein) -> zb. Keratin (äußere Schicht der Haare, Haut, Nägel) -> zb. Aktien und Myosin (Muskelproteine) - Funktionsproteine: Fibrinogen (im Blutplasma, für Blutgerinnung verantwortlich) -> Enzyme (katalysieren chemische Reaktionen) -> Hormone (chemische Botenstoffe, regulieren Stoffwechselvorgänge und Synthese von Enzymen) -> Anzikörper (machen bei Immunabwehr Fremdkörper (Antigene) unschädlich) Mangel an AS -> bei Translation liegt keine mit Essenz. AS beladene T-RNA bei Erscheinen eines Codons vorliegt -> Kettenverlängerung wird unterbrochen Störstellen : Transkription/Translation Folgen Unterbindung des Wachstums und der Vermehrung Wirkungsmechanismen einiger Antibiotika 1. Blockierung der m-RNA Synthese 2. Störung der proteinsynthese am Ribosom 3. Stranhbrüche an der DNA Bekämpfung von Tumoren: - Cytostatika: Stoffe, die die Zellteilung bei Eukaryoten verhindern Vorsicht Cytostatika wirken auf krankes und gesundes Gewebe ! Unteranderem können die Blutzellen und Wundheilung negativ beeinflusst werden. Mitose - dient der Weitergabe der genet. Information auf die Tcohterzellen bei der Zellteilung. Dabei werden die Chromatiden aller Chromosomen nur aufgeteilt, nicht verändert. Deshalb gleichen sich die Tochterzellen genet. Völlig. G-Phase - Notwendig für: Wachstum, Regeneration verloren gegangener Zellen, Fortpflanung einzelliger Organismen (ungeschlechtlich) Zellzyklus G₁- Phase. mm Interphase 10 b S-Phase (Verdoppelung der DNA) Telo- Ana- phase phase Zellteilung DNA Histon Nucleosom Meta- phase 1h Phase/ Pro- phase Mitose 25 min 700 nm 120-300 nm DNA-Doppelstrang 5 Zellzyklus mit Kondensationsformen eines Chromosome 30 nm. 11 nm 2 nm Die Mitose wird in 5 verschiedenen Phasen unterteilt: Interphase Zelle in der Arbeitsphase Prophase ●0) Chromosomen werden. Sichtbar - Spiralisierung der Chromatiden- Chromosomen verdoppeln sich Metaphase Anaphase Bildung des Spindelapparates - Trennung in 2 Chromosenhälft Chromosome ordnen en-> werden zu sich entgegengesetzt der Äquatorialebene en Polen an gezogen Ich poste meinen Arsch täglich. Telophase 00 1..23 2 Zellen mit einfachen. Chromosomen aber 2n. Entstehung 2. identischer Tochterzellen