Genetik

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nach weiterer Spiralisierung: die einzelnen Metaphase I > > Anordnung der Chromosomenpaare in der Äquatorialebene Anaphase I Teilung der homologen Chromosomenpaare Telophase I > > > Reifeteilung 2 Teilung der Zellen beim Mann: bei der Frau 2 gleich große Zelle 1 große (spätere Eizellel und eine kleiner Prophase 1 Metaphase 1 Anaphase 1 K F Teilung gleicht dem der Mitose Chromatiden eines Zwei-Chromatid-Chromosoms L> Fran: Verlauf L> Mann: 4 gleichgroße haploide Spermien Chromatiden werden sichtbar (Tetrade) Ay werden geteilt 1 haploide Eizelle + 3 kleine Polkörperchen Prophase 2 Metaphase 2 Anaphase 2 (Polkörperchen) Zelle Telophase 1 Telophase 2 Ziele 1. Reduktionsteilung Zahl der Chromosomen ist artspezifisch; um Chromosomenanzahl zu erhalten, die Anzahl bei der Bildung der keimzelle halbiert werden. Reduktion des diploiden Chromosomensate zum haploiden Chromosomensatz Vermischen des ursprünglich väterlichen und mütterlichen Erbmaterials L> Grundlage für die genetische Verschiedenheit der Individuen 2. Rekombination: Konsequenzen während der Reifeteilung I werden beide ziele (Reduktionsteilung 2n→ 1n und Rekombination) erreicht es wird in inter- und intrachromosomale Rekombination unterteilt und mütterlicher با > muss > zufällige Verteilung väterlicher (interchromosomale Rehombination) Crossing-over während der mütterlicher Herkunft väterlicher Herkunft Meiose (intrachromosomale Rehombination Interchromosomale Rehombination Chromosomen während mögliche Geschlechtszellen enzymatische Trennung und Stückaustausch der Meiose enzymatische Verknüpfung. väterliches Chromosom ❤ mütterliches Chromosom Intrachromsomale Rekombination Begriffe > > > > Phänotyp Genotyp 71/72 Homozygot Heterozygot Autosomen Gonosomen > Chromosomensatz Begriff Konduktoren Merkmalsträger Autosaml Gonasomal > Dominant Rezessiv X-Chromosomal Y-Chromosomal Mendelsche Regeln 오 3 A a A AA Aa G Aa QQ ↑ ->> -> Filialgeneration 1/2 reiner big Mischer big 22 Chromosomenpaare / 44 Chromosomen, kommen gleichermaßen in m/w Zellen unterschiedlich bei Mann (xy) und Frau (XX) bestehend aus 44 Autosomen und 2 Gonosomen Menschen mit defektem Allel, aber ohne Krankheit (nur bei rezessiven Erbgängen) von einem Merlimal betroffene Person ->> I Mendelsche Regel (Uniformitätsregel) kreuzt man zwei Individuen mit unterschiedlichen Merkmalen, so ist die F1 in diesem Merkmal uniform - gleich -> -> → VERERBUNG ↑ ↑ Bedeutung äußeres Erscheinungsbild genelisches Merkmal Vererbung betrifft die Autosomen Vererbung betrifft die Gonosomen Betroffene in jeder Generation zwei phänotypisch gesunde bekommen Merkmal wird über ein Gen Merkmal wird über ein Gen 3:1 ein krankes Kind auf dem X-Chromosom vererbt auf dem Y-Chromosom vererbt 1:2:1 /0+ a a a A Aa Aa A Aa AG 2 Mendelsche Regel (Spaltungsregel) > in der F2 spalten sich die Merkmale in gewisse Zahlenverhältnisse auf beim dominant-rezessiven Erbgang: im Phänotyp im Genotyp vor AA 3. Mendelsche Regel (Rekombinantenregel) > kreuzt man 2 Individuen mit 2 unterschiedlichen Merkmalen, so ist F1 uniform AA > in F2 treten neben den > Vererbunesmodi Autosomal-dominant 5 Merkmalskombinationen auf bei dihybriden, dominant-rezessiven Erbgängen spalten sich die Phänotypen im Verhältnis 9:3:3:1 > > 2 Aa Aa 6 11 AG 7 aa aa 12 aa Autosomal-rezessiv 3 8 Aa Alten auch neue 4 Aq Betroffene sind homozygot 9 aa 13 09 10 aa es sind nicht in jeder Generation Merkmalsträger gegeben Frauen und Männer sind im ähnlichen Verhältnis betroffen Eltern können phänotypisch gesund sein, auch wenn das Kind Merkmalströger ist > > Aa AA 5 오 GR GGPR GGR RR Gr GGRr GG rr gR gGgr Ggrr Männlich O Weiblich Aa GR Gr 2 b aa Gg RR GgRr 10 CG AA 11 aa fast in jeder Generation sind Merkmalsträger Frauen und Männer sind im ähnlichen Verhältnis betroffen. wenn ein Kind positiv ist, muss Elternteil Merkmalsträger sein betroffene können homozygot als auch heterozygot sein 3 7 AQ gR GgRR GgRr 99 RR gg Rr Aa Aa 4 8 gr GgRr Betroffene 12 Ggrr aa gg Rr gg rr mind. ein 9 AQ XY Xx 5 > X-Chromosomal-dominant O > xY > 2 > 7 XX XY 10 Xx XX XX 11 Xx 3 X-Chromosomal-rezessiv 12 xY Unvollständice Dominanz 4 > überwiegend Männer betroffen unbetroffene Eltern Allel mit dem Merhmal stammt von der Mutter (Konduktor) mit homozygoter gesunder Frau gesunde Nachkommen, Töchter sind Konduktoren xY 9 xY Frauen betroffen wenn Vater erhrankt und Mutter Konduktor ist manche Merkmale bilden sich nur (2.B. Blütenfarbel > in fast jeder Generation Merkmalsträger Frauen in der Regel häufiger Vater Mutant, so sind > nur es alle seine Töchter Söhne betroffener Männer und gesunder Frauen sind merkmalsfrei, jedoch alle Töchter Merkmalsträger ist der Xx 3 8 XY in zwei Extremen Bsp.: nuc ein Allel für rote Farbe (während anderes Gen für weiße Farbe codiert) wird roter Farbstoff produziert. Entstehung von weniger Farbstoff als bei 2, Rot" - Allelen ↳ Kombination „Rot" & Weiß" resultiert in Rosa intermediäre Merkmalsausprägung Xx wenn bei einem solchen Merkmal nur ein dominantes Allel vorhanden ist, werden weniger Enzyme synthetisiert, die das aber trotzdem in einer Art ausbilden Merkmal 4 xY 9 XX aus 2 XY 5 XX 10 xY 6 Xx XY Rr Rr R 11 xY O 7 Konduktor XX Rr 12 Rr R VERÄNDERUNG VON MERKMALEN Modifikationen entstehen durch Umweltbeeinflussung unterschiedlich aussehender Phänotypen den Phänotypen Umweltfahtoren modifizieren. nur nicht vererbt werden. können ↳vererbt wird nur eine Reaktionsnorm" grenzt Bereich ein, in dem der Phänotyp unter bestimmten Umwelteinflüssen variieren kann individuelle Ausprägung des Phänotyps jeweilige Modifikation der Reaktionsnorm Mutationen Fehler bei der Replikation der DNA ↳ Veränderung der genetischen Information "Spontanmutation" lentstehen ohne äußere Einflüsse) Punktmutation > > > > ein Basenpaar durch: Stumme Mutation DNA verändert sich Substitution mRNA einer > Mutation verursacht heine. Änderung in der Amino- säuresequenz Base Stumme Mulalion 09000 Pro Asp > Aminosäureabfolge bleibt gleich Austausch DNA Missense Mutation > falsche Aminosäure wird. eingebaut ↳ kann Aktivität verringern mRNA Rastermutation Basensequenz | Leseraster verschiebt sich →>Deletion = Entfernen. einer Base → Insertion Einschub einer Base durch Auswirkungen: Missense Mutation DOUDDUUDL Leu > Aminosäuretausch Pro Asp DNA mRNA Nonsense Mutation > Punktmutation. L>Stopp-Codon entsteht > verfrühte Beendung der Translation Nonsense Mutation c.go10000 STOP > verkürztes Protein Mutagene > äußere Einwirkungen durch 2.B. chemische Substanzen können nicht vererbt werden > > dauerhafte DNA-Schäden biologische Mutagene (z. B. Viren) chemische Mutagene physikalische Mutagene (2.B. UV-Strahlen) Keimbahnmutation > > oder Genmutation einer Keimzelle, die zur Befruchtung gelangt Organismus des Wirts" hat keine konkreten Auswirkungen erkennbarer Effekt bei Phänotyp der Folgegeneration => Erbkrankheit (z. B. Stoffe, die die DNA-Basen verändern) Strahlen Basen Pyrimidinbasen: Cylasin & Thymin > Purinbasen: Adenin & Guanin > komplementare Basenpaarungen: Adenin & Thymin Cytasin & Guanin > ->> Dna und Rna 5'Ende 0 O-P-O -0-8-0 -O-P-O 요 -O-P-0 O-H₂ Phosphat OH Desoxyribose 3¹-Ende DNA Base: Thymin Doppelstrang Zucher: Desoxyribose AUFBAU DER DNA lang langlebig Wasserstoffbrücken T Purin G A 1000 Base A Nukleotid DNA-Doppelhelix > Pyrimidin с RNA 2 komplementare Stränge codogener Strang = Matrizenstrang, 3⁰ - 5'- Richtung nicht-codogener Strang 5'+3'-Richtung 3'-Ende Base Uracil OH CH₂ -O-P-0 0-P-O 5-Ende -o-P-0- Einzelstrang Zucker: Ribose kurze Abschnitte kurzlebig, Abbau durch Enzyme Dna-Replikation Topoisomerase > entwindet die DNA -Doppelhelix an dem Replikationsursprung/ Origin دا Folgestrang 5¹-3¹-Richtung an Primer 4. DNA-Polymerase > bindet an RNA-Primer > heftet komplementäre DNA - Nukleotide diskontinuierliche Synthese 3/ 5' Synthese des Tochterstranges 3'-> 5'-Richtung möglich für den Leitstrang genügt ein Primer nur DNA-Polymerase in Leitstrang 3'-+5¹-Richtung 3' 5' > 2. Helicase > löst die Wasserstoffbrüchenbindungen > zwischen den Basen DNA wird in 2 Einzelstränge aufgeteilt es bildet sich die Replikationsgabel RNA- Primer DNA Ligase Okazaki-Fragment XXXI kontinuierliche Synthese Primase Helicase Replikation des Folgestranges DNA-Polymerase synthetisiert entgegen der Wanderungsrichtung (bricht immer wieder ab) entstehen von Okazaki-Fragmenten mit eigenen Primern 3. Primase katalysiert die Synthese eines kurzen komplementären RNA Stückes L>RNA-Primer (Startmolekül). Replikationsgabel 9 Topoisomerase Einzelstrangbindendes Protein N₁ 5. Abbau der RNA-Primer enzymatischer Abbau der RNA-Primer 3' Enzym ersetzt RNA-Nukleotide mit DNA-Nukleotiden 6. DNA-Ligase > verbindet alle Okazaki - zu einem Fragmente Strang > > > > Polymerase-Chain - Reaction (PCR) Vervielfältigung eines gewünschten DNA-Abschnittes (Ziel-DNA) in vitro gezielte Vermehrung von DNA-Abschnitten = Amplifikation man benötigt : KÜNSTLICHE REPLIKATION DER ONA > > Denaturierung ca. 94°C DNA-Doppelstränge werden durch Hitze in Einzelstränge aufgeteilt 2 Hybridisierung > ca. 60°C 1. Ziel-DNA, die 2₁ zwei Primer 3. DNA-Nukleotide 4. taq-Polymerase (hitzebeständige DNA-Polymerase) 5. Pufferlösung 6. Thermocycler vervielfältigt werden soll (Ansatzpunkte für die tag-Polymerase) DNA-Primer lagern sich an die Einzelstränge 3. Polymerisierung ca. 72°C Synthese eines neuen Strang in Dna-Sequenzierune Analyse von DNA-Fragmenten zur Ermittlung der Basensequenz Kettenabbruchmethode nach Sanger L>modifizierte DNA-Replikation ergibt unterschiedlich lange Fragmente ->Basense quenz kann. abgelesen werden. man benötigt. an 5¹ -> 3'-Richtung 1. Nukleotide 2. tag - Polymerase 3. denaturierter DNA-Einzelstrang Կ. radioaktiv markierter Primer 5. Abbruch Nukleotide vier Reaktionsansätze mit jeweils einem Abbruch-Nukleotid lettenverlängerung wird abgebrochen, wenn zufällig das Abbruch-Nukleotid eingebaut wird L>Ketten haben unterschiedliche Längen; enden mit der selben Base > Denaturierung Trennung der Größe durch Gel-Elektrophorese Fragmente werden durch Autoradiographie sichtbar gemacht. > Ablesen der komplementáren. Basensequenz in 51-3¹-Richtung nach > Fluoreszenzsequenzierune ein Reaktionsansatz 4 andersfarbige fluoreszenzmarkierte Abbruch-Nukleotide > > Denaturierung Trennung durch Gel-Elektrophorese Untersuchung der Farbfolge + Ableitung der Basensequenz zunehmender Länge > Trennverfahren für Gemische geladener Teilchen in L> beruht auf unterschiedlich schneller Wanderung der eines Gleichspannungsfeldes > > GEL-ELEKTROPHORESE 2. einem elektrischen Feld geladenen Teilchen zwischen man benötigt 1. Gleichspannungsfeldes mit 2 Elektroden: Anode (+) und Kathode (-) Gel (z. B. Agarose). 3. negativ geladene DNA DNA wird in die Taschen der Kathode eingesetzt je nach Ladung, Größe und Gestalt unterschiedlich schnell durch die Trägersubstanz (kleiner mit höherer Ladung wandern schneller) Trennung in Banden sichtbarmachen durch z. B. Autoradiografie Elektroden Primärstruktur Reihenfolge der Aminosäuren L>Aminosäuresequenz Sekundärstruktur Aminosäureketle fallet sich durch Wasserstoffbrückenbindungen in: 2. ß-Faltblatt > AUFBAU VON PROTEINEN 1. a-Helix Tertiärstruktur räumliche Anordnung (Konformation) der Polypeptidhette macht die dreidimensionale Gestalt des Proteins aus Quartärstruktur oder > Zusammenlagerungen von mehreren Polypeptidketten (Untereinheiten) FUNKTION VON GENEN Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese > ein Gen ist für die Synthese eines bestimmten Enzyms verantwortlich. Ein-Gen-ein-Protein-Hypothese Gene codieren für Proteine Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese > Gene enthalten. die Informationen für die Bildung eines Polypeptides H NH3 Aminogruppe I Carboxylgruppe R Restgruppe Grundstruktur Aminosäure COO- Transkription PROTEINBIOSYNTHESE 1. RNA-Polymerase bindet. am Promotor Richtung der Transkription Verlängerung der RNA DNA- Rüchwindung Promotor - region 3¹ 3. RNA-Synthese am Matrizenstrang/codogenen Strang; RNA-Polymerase lagert in 5'-73¹- Richtung komplementare RNA-Nukleotide an den cadagenen Strang an G G 5' 3₁ DNA- Entwindung 2. Blasenartige öffnung der DNA; DNA- Doppelstrang ist getrennt -DNA- Matrizenstrang RNA- Polymerase mRNA 5' Ende 4. Die RNA-Synthese stoppt durch den Terminator Translation > Initiation mRNA lagert sich on Ribosomenerkennungsstelle lan die kleine Untereinheit des Ribosoms) Start der Translation mit der Start-tRNA (Met), wenn mRNA auf Start-Codon trifft (AUG) große Untereinheit des Ribosoms lagert sich an die kleine 2 Elongation >A-Stelle beladene tRNA mit der Aminosäure bindet > P-Stelle: tRNA mit der wachsenden Polypeptidhette > E-Stelle verlassen des entladenen tRNA s ATP > Anticodon > Startcodon -Ribosomenerkennungs- stelle 3. Termination Abbruch der Kettenverlängerung bei Erreichen cines Stopp-Codons (UAG, UGA, UAA) Ribosom zerfällt in die Untereinheiten Polypeptid wird freigesetzt AGGA A E-Stelle P-Stelle A-Stelle mRNA Wanderungsrichtung des Ribosoms beladene tRNA Thr Genetisches System der eukaryoten Exons und Introns > codierende Abschnitte Exons nicht codierende Abschnitte Introns. beide werden in die vorläufige prä-mRNA transkribiert Prozessierung (Reifung der mRNA) > > > Introns werden durch Spleißen herausgeschnitten (unter Bildung von „Lasso"-Strukturen) am 5'-Ende: cap-Sequenz lerleichtet die Anlagerung an das Ribosom) > am 3'-Ende: Poly A-Schwanz (verhindert einen schnellen Abbau der mRNA > Transkription im Zellkern, Translation im Cytoplasma Ribosomenaufbau > Prokaryoten: 705-Ribosomen mit 50s- und 30S-Untereinheiten. Eukaryoten: 80s-Ribosomen mit 60s- und 40s-Untereinheiten DNA- Matrizenstrang Prä-mRNA Prozessierung reife mRNA Transkription Translation Exons Introns 5¹ cap 5¹ Gen Spleißen codierende Region 3' Lasso-Struktur Poly A 3¹ Genetischer Code > Triplett-Code : 3 Basen enthalten Informationen für eine Aminosäure jedem Basentriplett kann eindeutig eine Aminosäure zugeordnet worden > wird von innen nach außen gelesen > 3 Val (Valin) AspGlutamin- (Asparagure) säure) Ala (Alanin) Phe Leu Gly Glu (Glycin) (PhenyLeucin alaning COTOCCAGUCAGUCAGUCAGUOT AGU Lys (Lysin) Asn (Asparagip U Arg (Arginin) AG Ser U (Serin) A GU A C UGA UGACUGACUCACUOTO GO Thr (Threonin) C C Met Ser (Serin) lle (Isokucin) (Arginin) C Tyr (Tyrosin) Gin Arg (Gluta- min) C His (Histidin Cys (Cystein) Trpohanto Leu (Leucin) Pro (Prolin) Start Stopp Bei eukaryoten Zelle beeinflusst: > > => Energieersparnis durch geregelte Transkription/Translation Regulation auf Transkriptionsebene TATA-BOX > - > GENREGULATION bei Zeitpunkt und Häufigkeit der Gen-Transkription Spleißen der prä-mRNA Translation einzelner mRNA - Moleküle Aktivierung/Deaktivierung von synthetisierten Proteinen Basensequenz, die viel Thymin und Adenin enthält Bindungsstelle für Proteine (allgemeine Transkriptionsfaktoren) Transkriptionsfaktoren (TF) > RNA-Polymerase Indikotor- TATA- Region Box Mutationen Bindungsaffinität der Proteine und Transkriptionsrate verändert sich allg. TF binden an TATA-Box; wichtig für den Start der Transkription spezifische TF regulieren die Transkription Enhancer (verstärker) + Silencer (Dampfer) (Bindungsstellen) Wechselwirkung über den Mediator > Zusammenspiel von Enhancer und Silence reguliert die Transkriptionsrate Alternatives Spleißen bausteinartiges Zusammenschneiden der prä-mRNA > Exons können unterschiedlich miteinander verbunden > Exons werden durch Introns ersetzt => erhöht die Proteinvielfalt. Regulation auf Translationsebene > RNA-Interferenz werden : mm Enhancer Translation Exon 1 Exon 2 Exon3 Exon 4 Alternatives Spleißen Proteina m spezifischer Transkriptionsfaktor -Mediator DNA Protein B faltet sich zu Doppelsträngen gezieltes Verhindern der Translation 1. DNA im Zellkern codiert miRNA 2. miRNA wird von 3. Einzelstränge der RISC - Protein komplexen gebunden und in Einzelstränge zerlegt MIRNA binden an komplementare MRNA und blockieren die Translation 4. mRNA wird durch RISC-Komplex abgebaut prö- mRNA reife mRNA Regulation durch epigenetische Mechanismen > > > DNA-Methylierung > Epigenetik erbliche, reversible Veränderungen in der Genom regulation, die nicht in der DNA-Sequenz basieren durch Mitose vererbbar bedingt durch Umweltbedingungen (2.B. Ernährung, Traumata) unabhängig von Mutationen spezifische Enzyme (DNA-Methyltransferasen) binden Methylgruppen (-CH₂) an Cytasin Basen L>Raumstruktur der DNA wird verändert. > TF können nicht mehr binden > RNA-Polymerase ist blockiert > > betroffene Gene sind abgeschaltet Gene hönnen durch Entfernen der Methylgruppen. wieder aktiviet werden > Histonmodifikation angehängte Acetyl-, Methyl- oder Phosphatgruppen an Histonen geringere Packungsdichte der DNA höhere Transkriptionsrate Euchromatin: > Heterochromatin. gelockerter Zustand Transkription möglich im Zentrum des Zellkerns. konstitutive (häufig transkribiertel Gene viele Acetylierungen, wenig Methylierungen dichter Zustand Transkription nicht möglich regulierte (selten transkribiertel Gene Zell kerns Why RNA- Polymerase in Peripherie des viele Methylierungen, wenig Acetylierungen auf Änderungen •Methylgruppe keine →Transkription DNA- _Methyltransferase Bei Prokaryoten Das Operon-Modell Begriffe Enzyms Strukturgen enthält genetische Informationen zur Bildung eines Regulatorgen: enthält genetische Informationen zur Bildung eines Proteins unterbinden kann. Repressor: Protein, das die Enzymsynthese Operator: DNA-Abschnitt, an den der Repressor reversibel binden. kann Promotor DNA-Abschnitt, an den die RNA-Polymerase bindet. Operon: DNA-Abschnitt aus Promotor. Operator und Strukturgen Substratinduktion Enzymsynthese erst bei Anwesenheit eines Substrates möglich > > > bei Abwesenheit des Substrates: Repressor ist aktiv, bindet an den Operator (Transkription wird blockiert). bei Anwesenheit des Substrates: Substrat bindet an den Repressor → verändert seine Gestalt, kann nicht mehr am Operator binden (Transkription hann ablaufen, da RNA- Polymerase nicht blockiert wird) Endproduktrepression > Endprodukt eines Stoffwechselveges bindet die Enzymsynthese Repressor liegt inaktiv synthetisiert werden vor → Enzyme unter wenn Endprodukt im überschuss vorliegt: bindet an den Repressor und verhindert die weitere Enzymsynthese können m-RNA Regulatorgen Abwesenheit des Substrates m-RNA m-RNA ↓ Repressor (aktiv) m-RNA Regulatorgen T ↓ Substrat Lactase (Effektor) Anwesenheit des Substrates Repressor (inaktiv) Pro- RNA-Polymerase motor Operator Strukturgene Endprodukt Tryptophan (Effektor) keine Anlagerung RNA-Polymerase Repressor (inaktiv) m-RNA RNA-Polymerase m-RNA Anlagerung keine Transkription der Strukturgene Enzyme für Lactose-Abbau RNA-Polymerase Transkription erfolgt | Transkription erfolgt Enzyme für Tryptophan-Aufbau keine Transkription der Strukturgene Prokaryoten (kein Zellkern) Vermehrung durch Mitose (ungeschlechtlich) > heterotroph > > > BAKTERIEN > > Bakterienchromesom Iringförmiger DNA-Doppelstrang) haploid Plasmide Zusatzchromosomen (Gene für Eigenschaften, 2.B. Antibiotikaresistenzl Pili zur Kontaktaufnahme zu anderen Bakterien Plasmid Pili keine Lebewesen (kein stoffwechsel, keine Vermehrung) > Retroviren RNA-Viren, die RNA nach Infektion mithilfe der reversen Transkriptase in DNA umschreiben Bakteriophagen: Viren, die Bakterien befallen Nucleoid (Chromosom) VIREN Ribosomen spike. Protein Zelleinschluss Hälle. Stoffspeicher Zellmembran 2080 2009 Log Geißel Zellwand SORPRE -Kapsel Genom (DNA/RNA) - Kopsiel (Proteinmantel) GENETISCHER FINGERABDRUCK im nicht-codierenden Teil der DNA: tandemartig wiederholende Basensequenzen = short tandem repeals (STR) Lhohe Mutationsrate; unterliegen nicht der Selektion Anzahl der Wiederholungen variiert bei jedem Individuum bei kombination mehrerer > > eindeutig identifizierbar > DNA wird isoliert und mit PCR vervielfältigt Verwendung > bei Vaterschaftstest: STR s werden mit ihrer spezifischen Zahl Primer- Bindungs- stelle Locus mit Wiederholungssequenz Kind Mutter Vater Marker AATG Wª -7 STR von der Mutter 719 7/10 819 9STR Primer- STR-Genorte erhält man ein Muster verschiedener STRS->> eine Person ist Bindungs- stelle vom Vater an Wiederholungen vererbt NES Vater ▪‒‒‒‒‒‒‒▬▬▬ Mutter ▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬ > Verfahren, um das Genom Anwendung > > Grüne Gentechnik Landwirtschaftliche Produktion Herstellung pflanzen der von Nutz- > > L blunt ends: > Werkzeuce der Gentechnik Restriktionsenzyme Verwendung: transgenen Organismen in > Rote Gentechnik der 5¹ GENTECHNIK Erkennungssequenz ist in sich spiegelbildlich schneiden DNA-strang glatt oder versetzt sticky ends: 5' Zelle gezielt zu der Medizin und Pharmazie 2.B. Impfstoffe, thera- peutische Verfahren.... 3¹ Enzyme erkennen bestimmte DNA-Sequenzen und spalten den DNA-Doppelstrang dort Inneren (Endonucleasen); DNA-Fragmente können durch Ligasen wieder verbunden werden > hochspezifisch: sie schneiden an bestimmten Stellen - vor nur der Restriktionsenzyme wirken. Schnitt erfolgt glatt durch die DNA nur wenige Enzyme schneiden blunt ends verändern Medizin, Lebensmittelindustrie..... 5' 3¹ Weiße Gentechnik > industrielle Verfahren. Herstellung von Enzymen & Chemikalien > Schnitt erfolgt versetzt → ein kurzes Stück Einzelstrang DNA steht über Einzelstrang-En -Enden sind komplementär zueinander: neigen dazu, sich wieder zusammenzulagern. -Erkennungssequenz -Sticky ends 5¹ n Graue Gentechnik 3' blunt ends 5 > Umwelttechnik > Reinigung von wasser, Behandlung Abfällen..... Gelelektrophorese, um die DNA in Fragmente zu teilen bei Plasmiden, die als Vektoren verwendet werden, um Fremdgene einzubauen. wirkungsspezifisch: nur bestimmte chemische Reaktionen substratspezifisch: Stoff (Substrat) muss aine zum Enzym passende Form haben im Ab- von Methoden des Gentransfers →Prozess, bei dem DNA von einer Zelle auf eine andere übertragen wird. Die DNA kann mithilfe von Viren oder Bakterien übertragen werden. Auch freie DNA karn aufgenommen werden. Vektoren > Transfer von Fremd-DNA in einen Organismus Nutzung von Plasmiden Vektorekombinantes Plasmid" (Plasmid, in das ein Fremdgen eingesetzt wurde) > Isolation DNA wird von Restriktionsenzymen herausgeschnitten Isolation eines bakteriellen Plasmids. Rekombination > > den durch Schnitt entstandenen sticky ends lagern sich Fremdgen I das Plasmid an zusammen L> Fremdgen ist in das Plasmid eingebaut. Gentransfer > Zellwände von > das > Gemisch wird in eine Bakterienkultur gegeben Lunter Hitze werden Plasmide aufgenommen Selektion Bakterien werden durchlässig gemacht. Gen für Ampicillin- Resistenz Nährboden mit Tetracyclin DNA-Ligase DNA der Wirtszelle 4 Plasmide go Restriktionsenzym 580 Abdruck mit samtstempel Gen für - Tetracyclin - Resistenz (3 Fremd-DNA Transformation von E-coli-Zellen Kolonie fehlt -8 Vergleich Vermehrung in Nährflüssigkeit um herauszufinden, welches Plasmid das Fremdl-Gen enthält, werden Plasmide mit antibiotikaresistenten Genen verwendet, welche das Wirtsbakterium nicht hat 1. Bakterien werden auf einen Nährboden mit Tetracyclin gegeben. Nährboden mit Ampicillin →nur Bakterienkolonien mit Plasmid (mit der Tetracyclinresistenz) wachsen 2. mit einem Samtstempel wird das gleich Koloniemuster auf einen Nährboden mit antibiotikares. Genen (2.B. Ampicillin) gegeben Bakterien mit zerstörtem Ampicillin-Gen können nicht wachsen 3. Vergleich der Koloniemuster → Kolonien mit dem rekombinanten Gen werden identifiziert. 4. Vermehrung der Kolonien mit Vektoren → zahlreiche Kopien cines Fremd-Gens entstehen. "Gen-Klonierung" numerische Chromosomenanomalien zu viele oder > > > zu wenige veränderte Gendosis →→schwere Entwicklungsstörung Trisomie = CHROMOSOMENANOMALIEN während der Meiose homologe Chromosomen / Chromatiden trennen sich ein Chromosom liegt dreifach vor ↳ nur : Monosomie ein Chromosom fehlt > Trisomie 21 je Älter die Mutter, desto größer die W-keit ein Kind mit Trisomie 21 zu bekommen ↳ Fehlbildung von Organen, verminderter IQ, kürzere Lebenserwartung Turner-Syndrom: einziges Beispiel einer Monosomic, bei welcher die betroffene Person lebensfähig ist ein X-Chromosom vorhanden Personen sind phänotypisch weiblich, aber unfruchtbar NORMAL CHROMOSOME SEPARATION (XX) X ✓ Ó Ò Ó Deletion Insertion Chromosomen Bruchstelle (X) SINGLE COPY OF CHROMOSOME IN EACH CELL Strukturelle Chromosomenanomalien NONDISJUNCTION (XX) 1X X Ď Ò Ø NO EXTRA CHROMOSOME CHROMOSOME Duplikation Inversion nicht → 1-11 Nondisjunction Translokation Expanding triplett repeat betreffen der Keimzellen Männer entwickeln meistens eine geistige Behinderung 7 Frauen bleiben durch zweites X-Chromosom meistens gesund ↳₂ Schwere der Krankheit variiert je nach Anzahl der Wiederholungen bei weiblicher Keimzellbildung Genomic inprinting bloß das maternale oder paternale Gen ist > das andere Gen ist still gelegt Beispiel: Prader-Willi-Syndrom > Chromosom > > Laktives 15 väterlicher Herkunft von Gen fehlt einer Deletion betroffen. (inaktives Gen auf mütterlichem Chromosom) aktiv L₂ Fettlebigkeit, Muskelschwäche, kognitive Einschränkungen Begriffe totipotente Stammzellon : aus ihnen können vollständige Organismen entstehen > pluripotente Stammzellen können zu jedem Zelltypen differenzieren laber nicht mehr zu vollständigen Individuen heranwachsen). multipotente Stammzellen können sich im umliegenden Gewebe differenzieren unipotente Stammzellen können sich umliegenden Gewebe differenzieren > > embryonale Stammzellen sind pluripotent werden von Embryonen aus > Merkmale > in Embryonen und ausgewachsenen Organismen noch nicht vollständig determiniert und ausdifferenziert → kann (asymmetrische Trennung: eine Stammzelle und eine Gewebezelle entsteht) können sich unbegrenzt teilen (symmetrisch) entnommen L> Embryonen sterben > aus abgetriebenen Föten entnommen Gewinnung bei therapeutischem klonen. adulte Stammzellen vielen > > kommen STAMMZELLEN in dabei Nabelschnurblut) einer zu Zelltypen 2_2ellkjpen_im in vitro fertilisation sind organspezifisch (multi- und unipotent) dienen als Ersatz teilen sich nur Stammzelle sich multipotent nur bestimmte Gewebe totipotent Gewebetypen adulter Organismen vor (bei Menschen. von verbrauchten Zellen, der Gewebegeneration /-reparatur bei Bedarf (signal nötig) pluripotent zu bestimmten Zelltypen entwickeln. Stammzellen teilen sich entweder symmetrisch... Dabei entstehen zwei neue Stammzellen in alle Gewebe, aber kein ganzer Mensch ganzer Mensch + 20 Organen ...oder asymmetrisch Dabei entsteht eine Stamm- zelle und eine Gewebezelle. wissensschau.de + im anwendungsbereiche > Blutkrebs Anwendung von adulten > Haut regeneration boi schweren Verbrennungen > Aufbau neuer Knochenmasse > STAMMZELL THERAPIE > Stammzellen ablauf der Therapie Entnahme aus dem Patienten Kultivierung / Differenzierung der Zellen Wiedereinsetzung in den Patienten Vorteil: Gefahr der Abstoßung des Transplantates ist niedrig 1 Adulte Stammzellen werden aus dem Körper isoliert Die Zellen werden im Labor vermehrt oder entwickeln sich zu Gewebezellen weiter 3 Die Stammzellen werden zurück in den Körper gegeben wissensschau.de Ziel > Organismen mit Verschiedene Konstruktionsansätze I bottom-up-Ansatz ausgehend von einfachen biochemischen Bausteinen werden 2 top-down-Ansatz > > SYNTHETISCHE ORGANISMEN Ansätzen aus der Ingenieurstechnik synthetisch nachzubauen oder neu zu konstruieren ausgehend vom Organismus versucht man Bestandteile zu entfernen/ vereinfachen →>>> nus noch minimale Ausstattung der notwendigsten Komponenten 3. orthogonaler Ansatz Kritik natürliche System komponenten werden durch neu kreierte Bauteile gezielt ersetzt. einfacher, bereits funktionierende Biosysteme durch top-down - Ansatz 20 vereinfachen ganze Organismen synthetisch nicht abschätzbare Gefahren Erschaffung von künstlichem Leben lethisch kritisch zu sehen) erstellt ProtoonkoGene steuern Wachstum, Teilung und Differenzierung der Onkogene defekte Protoonkogene Wachstum der L₂ Cytoplasma Tumorsuppressorgene Zellkem -Signalmolekül kontrolliert normalerweise inaktiver Transkriptions- faktor > obwohl kein signal Signalverstärkung. > Zelle ENTSTEHUNG VON KREBS OOO ++ O O O Gen gerät außer Kontrolle Rais Nachbarselle DNA anoxx Bellmembran mulierles Ras. Prolain "fördert Signoberstärkung unkontrollon ℗ Protein fördert Zelltolung Tumorbildung aktiver Transkriptions- faktor (Enhancer) MRNA Apoptose (programmierter Zelltod) > > > abwehrmechanismen | Abwehrmechanismus DNA-Reparaturenzyme, die die Mutationen ausgleichen 2 Abwehrmechanismus Zellen > 3. Abwehrmechanismus Körper versucht die Sauerstoffzufuhr der Tumorzellen zu unterbinden Rezeptor Cytoplasma wachstumhemmende Signalmoleküle -Signalmolekül Zellkern mubierter inaktiver Transkriptionsfaktor ps3 wird nicht aktwian > unterdrüchen Krebs und hemmen die Zellteilung p53 wird durch Schäden aktiviert codiert für das Protein. P53 (Transkriptionsfaktor) bei kleineren DNA-Schöden: P53 aktiviert Gene für DNA- Reparaturenzyme bei großen DNA-Schäden: RS3 stoppt durch die Aktivierung den zellzyklus von Genen leitet die Apoptose ein Protoonhogene und Tumorsuppresorgene müssen gewicht vorliegen, um Moleküle der hemmenden O Signalverstärkung PS3 Krebs zu verhindern. Membranproteine übertragen die Signale DNA xxxx→→→→ Tumor supressor-Gen im Tumor supressor- Protein fehl- Tumorbildung Nachbarzelle Gleich- Two-Hit-Hypothese Protoonkogene: Mutation eines Allels reicht zur Entstehung von Krebs aus > Tumorsuppresorgene: -10%. beide Allele müssen mutieren bei aller Ivererbte Prädisposition) Menschen werden mit einer weitergegeben eine weitere cinem krebsfördernden Mutation Mutation genügt mutierten in einer Allel für Tumorsuppressorgene geboren Zelle wird diese bei der Teilung an die Tochterzelle