Genetik Abitur 2022

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fertige mRNA Alternatives Spleißen: > aus der gleichen prä-mRNA können verschiedene mRNA's entstehen > je nach Zusammensetzung der Exons verschiedene Zusammensetzung der Exons = verschiedene mRNA = verschiedene Proteine > Ribosom verläuft über mRNA, bis es auf das Startcodon trifft (beginn der Translation) > +RNA mit Anti-Codon transportiert die passende Aminosäure zur mRNA > tRNA lagert sich an A-Stelle des Ribosoms. > Ribosom wandert weiter; tRNA wechselt auf P-Stelle und ein neuer tRNA-Strang (mit passender Aminosäure) setzt sich an die A-Stelle > Aminosäuren verbinden sich (Prä- und Posttranslationaler Zustand wechseln die ganze Zeit) > Translation endet, wenn Ribosom auf Stopp-Codon trifft; Ribosom löst sich & fertige Aminosäure wird „abtransportiert" DNA-Replikation > Doppelhelix durch Enzym Topoisomerase entwunden & durch Helicase in Einzelstränge getrennt > Primase katalysiert (erstellt) kurze, komplementäre RNA-Stücke (Primer) > Primer dienen der DNA-Polymerase IIl als Startmolekül: Synthese neuer komplementärer DNA aus einzelnen Nucleotiden (verlaufen nur am kontinuierlichen Strang 3¹ - 5¹) > Am Folgestrang stellt Primase mehrere RNA-Primer her > Diese werden von DNA-Polymerase II in 5¹ -> 3' Richtung zu kurzen DNA-Stücken (Okazaki-Fragmente) verlängert > RNA-Nucleotide der Primer werden auf beiden Strängen durch DNA-Polymerase I entfernt & durch DNA-Nucleotide ersetzt > Okazaki-Fragmente werden durch DNA-Ligase miteinander verbunden Vergleich: Replikation & Transkription Transkription Replikation Desoxyribonukleinsäure Nukleinsäuren Ribonukleinsäure (RNA) Beteilige Enzyme Funktion Ort Zeitpunkt Was wird abgelesen"? Umfang/ Entstehungsprodukt Proteinbiosynthese Arbeitsweise des Syntheseenzyms RNA Polymerase Syntheserichtung Lange neu gebildeter Nucleotide Synthese von mRNA für die Translation repräsentiert Im Zellkern; die mRNA verlässt den Zellkern und bewegt sich zu den Ribosomen Gl-/G2-Phase Abschnitt eines codogenen DNA-Strangs Synthese einer einsträngigen mRNA, die nur Synthese von zwei ein Gen bei der kompletten DNA Doppelsträngen Verknüpfung von RNA- Nucleotiden auf Grundlage der DNA- Sequenz des Matrizenstranges (DNA) 5' -> 3' Abschrift eines kurzen DNA-Abschnitts Topoisomerase, Helicase, RNA Primase, DNA Polymerase, Rnase H, Ligase Verdopplung des Erbguts Im Zellkern; Die DNA verbleibt auch dort S-Phase Abschnittsweise beide komplette DNA- Einzelstränge Verknüpfung von DNA-Nucleottiden auf Grundlage der DNA-Sequenz des Matrizenstranges 5' -> 3⁰ Gesamte DNA 3 Folge- strang 5 DNA-Polymerase (Pola) Enzyme: Topoisomerase: Entwirrung Helicase: Auftrennung Primase: Herstellung Primer Leit- strang DNA-Polymerase III: synthetisiert DNA-Polymerase I: ersetzt RNA-Nucleotide durch DNA-Nucleotide Ligase: verknüpft Nucleotid DNA-Ligase Okazaki-Fragment. RNA-Primer Aufbau der DNA DNA-Polymerase (Pol6) Base Primase 000 Helicase Base Einzelstrang- bindendes Protein. for Topoisomerase Schlagwörter: -Doppelhelix Wichtige Wissenschaftler: - Friedrich Miescher - Albrecht Kossel - Rosalin Franklin/ Maurice Wilkins -Chargaff - antiparallele Stränge - Zucker-Phosphat-Rückrat - Stickstoffhaltige Basen - Wasserstoffbrücken verbinden die Basen > Zuckermoleküle werden über Phosphat miteinander verbunden > Phosphat verbindet Kohlenstoffatome 3 mit KA-5 > Aneinanderreihung Phosphat und Zucker (abwechselnd): Entstehung der Nucleinsäuren > OH-Gruppe am Ende jeder Kette der Desoxyribose > genetische Code ist festgelegt (durch Reihenfolge der Basen) > antiparallele Stränge > zwei „Ketten werden gepaart (verbunden durch OH- Brücken) 5' Der genetische Code Eigenschaften: > redunant: verschiedene Tripletts können für gleiche Aminosäure codieren > eindeutig: ein bestimmtes Triplett codiert immer für eine bestimmte Aminosäure > überlappungsfrei: eine Base gehört immer zu genau einem Triplett (Codons überlappen sich nicht) > kommafrei: (codons werden lückenlos abgelesen) > universell: für fast alle Lebewesen ist der genetische Code identisch > bestimmt durch 3:1 Codierung: drei mRNA-Basen (Triplett) codieren zu einer Aminosäure > komplementäre Basen: Adenin - Thymin Cytosin- Guanin Beispiel für umcodieren: codogener Strang: 3 TTG AGG CTA GAT ACC GAA 5' mRNA: 5' AAC UCC GAU CUA UGG CUU 3° Thymin wird bei dear Umcodierung zu Uracil (T -> U) Die Codesonne > Aminosäuresequenz der mRNA bestimmen > Hat man DNA-Sequenz-> erst mRNA -> dann umcodieren > startet am Startcodon AUG > Sequenz endet immer an Stoppcodon UGA/UAA/UAG > fällt eine Base weg: Deletion (Rasterverschiebung => andere Aminosäure) > Übersetzt man eine Aminosäuresequenz zurück in den DNA-Strang, sind beide 5' 3'& man ändert nur U zu T -> Schreibweise: mRNA: 5' AUG-AAA-GAG 3° AS : Met-Lys-Glu -Stop Polymerasekettenreaktion (PCR) Man sucht immer das Startcodon, außer man hat einen DNA-Abschnitt, dann braucht man das nicht zu machen. Man benötigt: > Heizblock > Nucleotide > hitzestabile DNA-Polymerase (Taq-Polymerase) > zwei DNA-Primer His Gin Arg Pokuso Ser G OCCAGUCAGUCAGUCAGUIL C Phe PROPON Leu Leu cys с TEX Pro U U MONGAR G A CA C U UG G Arp Stop UM Tyr Lys Asn Arg AS: Met-Lys-Glu-Phe-Lys-Ser mRNA: 5 AUG-AAA-GAG-UUU-AGC 3¹ DNA (nicht codogen): 5 ATC-AAA-GAG-TTT-AGC 3¹ Ablauf: > drei Schritte, die 20-30 mal wiederholt werden Schritt 1: Denaturierung A AC Stop G U U Ala Ser A G SCHOOL Ale Start ACUGACUGACUGAL [ Perteng Val Wasserstoffbrückenbndungen zwischen Einzelsträngen werden bei ca. 95°C getrennt Schritt 2: Anlagerung der Primer Primer binden sich an die Einzelstränge (ca. 50°C) Schritt 3: Synthese des DNA-Doppelstrangs Nach dem binden des Primers synthetisiertet die Taq-Polymerase den komplementären DNA-Strang. Vom 3'-Ende des Primers werden freie Nucleotide angelagert & zu einem Kontinuierlichen Strang verknüpft (72°C) lle 7990-199 0400040 Gly Thr Glu Asp Unterschiede: PCR & Replikation DNA-Replikation -natürlich -diskontinuierliche enzymatische Trennung -Primer -durch Hitze verliert es an Natürlichkeit -Primer muss bei Replikation entfernt werden Short-Tandem-Repeats >im nicht codierenden Bereich genutzt >kurze Mikrosatelliten >Verwandtschaften zu ermitteln/ Täter überführen >Anzahl der Wiederholungen unterschiedet sich von Mensch zu Mensch STR-1 STR-2 STR-3 Gelelektrophonese > Gel stellt ein dreidimensionales Sieb dar (unterschiedliche Größen & Geschwindigkeiten) > DNA wird mit Hilfe der PCR vervielfältigt -> dann Gelelektrophonese > In Vertiefung des Gels wird DNA-Gemisch pipettiert. Gel liegt in einer Salzlösung > Durch Elektronen: elektrisches Feld wird aufgebaut ! DNA-Fragmente sind an der Phosphatgruppe negativ geladen! > Die Fragmente bewegen sich durch die Poren zum positiven Elektronenpunkt ! DNA- sowie mRNA-Fragmente werden eingefärbt (Sichtbarkeit)! > kleine Fragmmente bewegen sich schneller durch das Gel => Größenunterschied sichtbar Weiblich Er. Männlich Er. 8-8 3-5 12-13 DNA-Sequenzierung >"kettenabbruchmethode" 7-10 7-7 12-12 Man benötigt: >die zu bestimmende DNA-Matrize >DNA-Polymerase >radioaktiv markierte Primer >vier Desoxyribose-Triphosphate >vier verschiedene Abbruchsmoleküle Polymerasekettenreaktion Weiblich K 8-10 5-7 12-13 -künstlich -vollständige Trennung Weiblicher K 2 7-8 5-7 12-13 -Hitzedenaturierung -läuft meist schneller ab -zwei unterschiedliche, künstliche Primer -leichte und schnelle Verdopplung der DNA Agarose-Gel: >großporig >für DNA und größere Proteinmoleküle Polyacrylamid-Gel: >kleine Poren >kleine Proteinmoleküle Marker werden als Referenz hinzugegeben, um einen Vergleich zu haben Tandemwiederholungen: >entscheidend für genetischen Fingerabdruck >Wiederholungen von einem oder mehreren Nukleotideen im nicht codierenden Bereich der DNA. UNTR-Region (variable number of tandem repeats): >bei jedem Menschen einzigartig >Anzahl der Tandemwiederholungen durch Gelelektrophonese erkennbar >einsträngige DNA-Matrize wird mit Nucleotiden & DNA-Polymerase in verschiedene Sequenzieransätze gegeben >> komplementäre Anlagerung von Nucleotiden an Matrizenstrang ! In Ansätzen: ein radioaktives maskiertes Didesoxy-Nucleotid (fehlt am dritten C-Atom die OH-Gruppe) ! >Synthese bricht ab, wenn radioaktives Nucleotid anlagert => unterschiedlich lange DNA-Ketten (enden mit bestimmten Nucleotid) > vier Ansätze werden mit Gelelektrophonese aufgetrennt > Bandenmuster des Gels entspricht der Nucleotidensequenz des synthetisierten Strangs >unbekannte Matrizenstrang muss komplementäre Nucleotidensequenz besitzen Mutationstypen >> Raster-/Punktmutation -> stumme Mutation -> midsense Mutation ->nonsense Mutation Genmutation: Mutiert: DNA: 3 TAC GCT ATTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG CGA UAA GGA CUAA 3' AS: Met-Arg-Stop Genommutation: Anzahl der Chromosomen wurde geändert Rastermutation: >Durch einfügen einer Base: Verschiebung des Leserasters Nicht mutiert: DNA: 3 TAC GCT TTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG CGA AAG GAC UAA 3' AS: Met-Arg-Lys-Asp-Stop RNA-Interferenz > Mechanismen bei Eukaryoten > Form der Genregulation > zielgerichtet mit kurzen RNA- Stücken eigene Gene abschalten oder gegen fremde Erbsubstanzen wehren Stumme Mutation: > Es findet eine Mutation statt, ist aber kaum erkennbar, da die Aminosäure gleich bleibt. Missense Mutation: > Durch Änderung der Basenabfolge entsteht eine andere Aminosäure (veränderte Aminosäurensequenz) => anderes Protein entsteht Nonsense Mutation: Zelldifferenzierung Fibroblast > Durch Einfügen einer Base verändert sich das Leseraster. Protein kann nicht fertiggestellt werden (=> fehlende Funktionen im Körper) Ablauf: (1) Zerschneiden der dsRNA: > Häcksler binden an doppelsträngiger RNA und zerschneidet die dsRNA in Stücke > ca. 21 Nucleotide (Stücke heißen siRNA) Durch notwendige Proteine (2) RISC-Komplex (Enzymkomplex) > RISC-Komplex beladt sich mit siRNA => Trennung in Einzelstränge > Einzelstrang ermöglicht Kopplung von mRNA (trägt DNA Kopie zum Ribosom) > durch mRNA erkennt RISC weitere Fremdmoleküle => mRNA wird durch Enzym Nuclease entfernt Muskelzelle Nonsense Mutation Hormone/ Proteine (Signale von außen) Deletion eine Base fällt weg Insertion eine Base kommt hinzu Aktiviert Punktmutation: >Eine Base verändert sich Nicht mutiert: DNA: 3 TAC GCT TTC CTG ATT 5' mRNA: 5' AUG CGA AAG GAC UAA 3' Met-Arg-Lys-Asp-Stop AS: Mutiert: DNA I: 3 TAC TCT TTC CTG ATT 5° mRNA: 5 AUG AGA AAG GAC UAA 3' AS: Met-Arg-Lys-Asp-Stop DNA II: 3 TAC GCT TTC ATG ATT 5° mRNA: 5' AUG CGA AAG UAC UAA 3' AS: Met-Arg-Lys-Tyr-Stop Stumme Mutation Missense Mutation >> pRNA: bestimmt, welche Gene zu methylieren sind >> siRNA: z.B. Abwehr von pathogenen Stoffen wie Viren >> microRNA: kann sich an verschiedene proteincodierende RNA-Moleküle anlagern und damit die Aktivität von Genen (Translation) regulieren >> Riboswitch-RNA: „An- und Ausschalter Nutzen für die Natur: - Virenabwehr - Regulation Genexpression -Kontrolle der Genexpression -> Je nach Eigenschaft & Form der dsRNA kann Transkription/ Translation gehemmt werden -> DNA größer als mRNA => Transkription wird beeinflusst -> mRNA größer als Protein => Translation wird beeinflusst Gen 1 (Ausgeschaltet) Gen 2 (Ausgeschaltet) Gen 3 (Ausgeschaltet) Zyklus geht so lange, bis alle/genug notwendige Proteine für die Zelle vorhanden sind → bildet Protein Aktiviert → bildet Protein Aktiviert Monosomie/Trisomie > Träger mit Monosomie = nicht lebensfähig > Genommutation > Fehlverteilung der homologen Chromosomen in der Keimzellbildung > Frauen sind häufiger betroffen Arten von Trisomien: > Trisomie 13 (Patau-Syndrom) > Trisomie 18 (Edwards-Syndrom) > Trisomie 21 (Down-Syndrom) Monosomie: Ein Chromosom fehlt Trisomie: Ein Chromosom ist zu viel Weibliche/Männliche Keimzellen Gemeinsamkeiten: > Keimzelle wird aus Gonaden (Urkeimzellen) gebildet > Beide Chromosomensätze werden durch Meiose reduziert => haploide Keimzelle; Verdopplung der DNA Unterschiede: > Gameten (m/w Keimzellen) differenzieren sich: >> weiblich: bilden Eizelle mit verschiedenen Hilfszellen (Polikörperchen) (eine Eizelle) >> männlich: Spermienzellen reifen zu begeißelten Spermien heran (vier Stück) Stammzellen embryonale Stammzellen: > „pluripotent >> Gewinnung: > entnommen aus einige Tage alten Embryonen > in vitro hergestellt (Embryonen) (= künstlich) > Gewinnung zerstört Embryonen > isoliert und vermehrt im Labor Trisomie >> Therapie (z.B. Querschnittslähmung) > ins Rückenmark spritzen > dort differenzieren sie sich zu Nervenzellen > Nervenbahnen wachsen wieder zusammen >> Generelles: > in Deutschland verboten > (laut Hersteller) gut verträglich keine ernsthaften Nebenwirkungen >> Pro/Kontra > vermehren sich schnell/sind unbegrenzt > SKIP-Argumente > Mensch ist schützenswert XX > Behinderung potenzieller Weiterentwicklung > Würde Kann entstehen in der..... 1. Reifeteilung > Entwicklungsfähig >„, frische Stammzellen" = Reduzierung des Defekts auf ein Mindesmaß > erhöhtes Risiko für Entstehung von Tumore (schnelle Vermehrung) > mögliche Abstoßung durch Immunsystem >> Ethnische Bedenken (XX (0 +1 Monosomie > 2. Reifeteilung Monosomie Genetische Beratung > Was ist die Situation? > adulte Stammzellen: > undifferenziert > im ganzen Körper > Vermehrung durch Zellteilung > regenerieren beschädigtes Gewebe > füllen/ersetzen sterbende Zellen > man hat sie ein leben lang > multipotent" > Ausgangssituation? > Wahrscheinlichkeit einer Vererbung? > Pro/Kontra persönliche Vor- & Nachteile > mögliche Konsequenzen +1 Trisomie Totipotent: Fähigkeit zur Bildung des Ganzen (eigener Organismus): z.B. Eizelle -> Baby Multipotent: > können sich zu verschiedenen Zelltypen bestimmter Linien entwickeln Pluripotent: > Entwicklung zu allen möglichen Geweben > keine Möglichkeit sich zu jeder Körperzelle entwickeln zu können Stammbaumanalyse Unterscheidung zwischen Autosomal & Gonosomal: Autosomal: liegt auf Chromosomensatz 1-22 Gonosomal: liegt auf Geschlechtschromosom (23) Ist der Vater im gonosomalen Erbgang erkrankt, so müssten alle Töchter erkrankt sein (vererbt X-Chromosom) Beispiel: Rezessiver Erbgang (Mukoviszidose): Voraussetzung: Träger muss das genotypische Merkmal aa aufweisen, um erkrankt zu sein (1 von Mutter, I von Vater) Aa Aa 3 aa 7 3 xy AA BB Aa 4 Beispiel: dominanter Erbgang: > A ist dominant > aa = gesund (Aa aa Aa aa 2 aa 5 aa 8 X/X AA B Beispiel: Stammbaumanalyse mit crossing-over: Besitzt Träger A, ist er erkrankt 2 X+Y² a a Aa 6 6 XY Phänotyp Aa Genotyp 9 4 Hat Hämophilie (aa) aber keine Sehschwäche (BB) A A BB 7 XY XX A a www bi B \ Crossing over bei der Meiose 8 xy a A b B Vorgehensweise: > Stelle im Stammbaum aufsuchen, an der beide Eltern den gleichen Phänotyp aufweisen, dass Kind jedoch einen anderen Phänotypen aufweist (z.B. 3,4,7) => Kind betroffen, Eltern nicht: Allel rezessiv Eltern müssen heterozygot sein, das Kind homozygot > Eltern betroffen, Kind nicht = dominanter Erbgang Ablauf: Doppelhelix wird getrennt (Denaturierung in Einzelstränge) > mRNA wird hergestellt > mRNA wird zu cDNA umgeschrieben (isoliert) > in Spots: verschiedene cDNA Stücke werden eingesetzt (mit Farben markiert) > Farbfeld entsteht, wo sich DNA & cDNA koppeln (Hybridisierung) Legende Heterozygot: Aa Homozygot: dominantes Allel: AA rezessives Allel: aa Legende WWW Mann Frau Elternpaar Gesund Merkmalträger A/a=Hamophilie B/b Rot-Grün-Schwäche (Ältestos) (Jungstes) Geschwister Träger für Hämophilie Überträgerin Rot-Grün-Schwäche/Hamophilie Überträgerin Rot-Grün-Schwäche DNA-Chips > Bio-Chip“ oder „DNA-Microarray" > Glas-Objektträger, auf welchen bis zu 7000 kleine Spots mit kurzen DNA-Stücken sind > Jeder Spot besitzt viele DNA-Abschnitte identischer Sequenz (Sequenz von Spot zu Spot unterschiedlich) > Zu Klärung der Frage: Welche Gene sind aktiv? Überträger Rot-Grün-Schwache/Hamophilie Überträger Rot-Grün-Schwäche -> rezessiv (2 gesunde Eltern (phänotypisch), kriegen kranke Kinder) -> nur Männer sind erkrankt => Frau muss krankes x- Chromosom vererben ==> x-Chromosomal Rezessiv cDNA: > complementary DNA > Kopie der RNA > im Labor hergestellt > 2000-3000 Nucleotide lang Gen-Sonde >Poli- oder Oligonukleotide >Weisen komplementäre Basensequenz zum gesuchten Gen auf >Können sich an die passende DNA-Sequenz einer DNA anlagern Krebs Proto-Onkogene: > unverändertes Gen > erfüllt wichtige Funktion in gesunden Zellen > treibt oftmals das Wachstum/Zellteilung an > z.B. Ras-Gen Onkogene: > mutierte Variante des Proto-Onkogens > trägt dazu bei, dass das Wachstum einer Zelle außer Kontrolle gerät > begünstigt Entstehung von Krebs Tumor-Suppressorgen: > kontrolliert in gesunden Zellen das Wachstum > Mutation hemmt Aktivität des Gens > kann zur Entstehung von krebs beitragen > z.B. p53 RAS-Gen: XXXXXXX M-Phase: -Prophase M-Phase - Prometaphase - Metaphase Ausmaß bereits zu groß - Anaphase - Telophase RAS-Gen P53: > sorgt für eine Zellverlangsamung (wenn es mutiert ist) Phasen: G2-Phase Ist die DNA Intakt? Ist die Zellteilung korrekt? Expression Mutation Interphase Gl-Phase RAS-Protein S-Phase Krebsentstehung: gesunde Körperzelle Krebszelle Tumor Zelle erkennt Fehler > Zellwachstum Zellvermehrung Zellwanderung Apoptose (Selbstzerstörung) GO-Phase Mutation Wurden Zellorgane wieder aufgebaut? Ist das Chromosom funktionsfähig Tumor unkontrollierbare Zellteilung Zellwanderung - Onkogen sorgt dafür, dass sich die Zelle NICHT selbstzerstört > extrem schnelle Vermehrung → Leitet Apoptose ein M-Phase: > Kern-, Chromosomen- & Zellteilung > Erbgut & Zellplasma werden gleichmäßig auf beide Tochterzellen aufgeteilt Gl-Phase: > ein Chromatid-Chromosomen liegen in der Zelle vor > Zellorganellen werden wieder aufgebaut > wichtige Moleküle für bevorstehende DNA- Metatase Verdopplung werden produziert GO-Phase: > Zellen teilen sich nicht mehr (ruhen) S-Phase: > Jedes Chromosom besteht nun aus zwei Chromatiden > Erbgut wird verdoppelt G2-Phase: > Zelle vergrößert sich > löst sich von Nachbarszellen ab DNA Methylierung/ Acethylierung Methylierung: > epigenetischer Regulationsmechanismus > z.B. an Kontrollpunkten des Zellzyklus o. Umweltfaktoren (z.B. Nahrungsmangel, Luftschadstoffe etc.) > mit Methyltransferasen (Dnmt 3) werden Methygruppen an Cytosinmoleküle (Nukleinbase der DNA) gebunden (meist in Promotorregion) >> Gen wird stummgeschaltet (nicht mehr ablesbar) > Spielen bei der Krebsentstehung eine große Rolle: -> Bei vielen Krebszellen trägt DNA mehr Methylgruppen als üblich -> Fehlerhafte epigenetische Makierung (z.B. Aktivierung von p53) => Gene werden stillgelegt, die Entstehung von Krebs verhindern Hydroxymethylierung (Demethylierung): > Methylierung rückgängig machen > Zwischenschritt bei der Entfernung von Methylgruppen > Hydroxylgruppen binden an Methygruppen >> Gene werden wieder aktiviert Acethylierung: > DNA wickelt sich um Histonen (Proteine) >> Histonen + DNA => Chromatin > Enzyme, die für (De-)Methylierung der DNA zuständig sind, können besser andocken > Bindung zwischen Nucleosom und DNA wird gelockert Verpackungsgrad: > Verpackungsgrad des Chromatin entscheidet, ob Gen auf DNA zugreifen kann (=> nur wenn es locker gebunden ist) > „Anhängsel“ an den Histonen bestimmen Verpackungsgrad der DNA Methylgruppen: - können aktivieren oder stummschalten - DNA liegt als hetero Chromatin vor - Zustand ist reversibel -> Phosphatgruppen -> Acethylgruppen: -Histone wird acethyliert: Chromatin öffnet sich - Verpackungsgrad wird lockerer >> Euchromatin Methyltransferase Histonen: H3 H2B Methygruppe Epigenetische Veränderungen können leicht rückgängig gemacht werden (=> reagieren auf Umwelteinflüsse) H2A HI > von jeden zwei = 8er Komplex H4 Meiose > Keimzellbildung > In der M-Phase > Keimzelle wird aus den Urkeimzellen (Gonaden) gebildet > haploide Keimzellen > Teilung der Chromosomen gleich; differenzierung unterschiedlich (Männlich: 4 Spermien/ Weiblich:1 Eizelle) Meiose I: Prophase I: > Chromosomen kondensieren > homologe Chromosomen lagern sich aneinander > Crossing-Over (Genabschnitte der Chromosomen werden ausgetauscht) Metaphase I: > homologe Chromosomen ordnen sich auf Äquatorialebene an > Spindelapparat wird gebildet > 2n/4c Anaphase l: Spindelfasern trennen Chromosomen > Jede Seite ein Chromosomensatz > 2n/4c Telophase I: > Zellen teilen sich > > zwei Zellen mit je einem (unterschiedlichen!) Chromosomensatz > 2n/4c Meiose II: Prophase II: > Zweite Zellteilung wird eingeleitet > die Centromer bauen Spindelapparat auf > In/2c Metaphase II: > Chromosomen ordnen sich auf Äquatorialebene an Spindelapparat bildet sich erneut Spindelfasern heften sich an die Centromer der Chromatiden > > > In/2c Anaphase II: Spindelfasern verkürzen sich > trennen die Chromatiden voneinander > > jeweils einen der Chromatiden zu den Polen > In/2c Telophase II: Spermatogenese: Cytoplasma teilt sich gleichmäßig und es entstehen vier > Spermien > Oogenese: fast das gesamte Cytoplasma wird einer Zelle zugeteilt >> | Eizelle >> 3 Polikörperchen (werden zurückgebildet) > Bildung neuer Zellwände "( (8 8 88 8 '& g & man 88 (188) √88² Genregulation Bei Eukaryoten Regulationsebene Transkriptionsebene => Zeitpunkt wird beeinflusst RNA-Prozessierungsebene => beeinflusst wie Prä-mRNA gespleißt wird = welches protein Translationsebene => beeinflusst welche mRNA-Nucleotide Translation werden Proteinaktivitätsebene Mechanismus Proteine (transkriptionsfaktoren) binden an regulatorische DNA-SequnEnz & aktivieren (Enhancer) oder Hemmen (Silencer) die Transkription Alternatives Spleißen der mRNA Abbau der mRNA durch spezielle Enzyme Aktivierung/Inaktivierung von Proteinen; Abbau von Proteinen Bei Prokaryoten LAC-Operon > Substratinduktion (Aufbau) -> aktiver Repressor setzt sich an DNA-Strang, wenn genug Aminosäuren vorhanden sind & verhindert somit, dass DNA-Polymerase DNA ablesen kann -> zu wenig Aminosäuren: Lactose setzt sich in inaktiven Repressor >> Struktur des Repressors ändert sich => kann nicht an DNA anheften => Transkription wird weitergeführt TRP-Operon > Endproduktrepression (Abbau) -> Durch Proteinbiosynthese wird Endprodukt (hier: Tryptophan) hergestellt Regulatorgen codiert für den Repressor (wie bei LAC): inaktiv -> -> Zu viel Endprodukt vorhanden: Endprodukt setzt sich an inaktiven Repressor Struktur ändert sich => setzt sich an DNA => DNA-Polymerase kann DNA nicht ablesen => -> Werden wieder Endprodukte benötigt, löst sich der aktive Repressor von der DNA => DNA kann wieder abgelesen werden Gentechnik DNA Fragment Genom (DNA) -Ɔ Plasmid Bakterium Genetische Grundinformation Vitamin-A-Biosynthese O Einfügen des neuen Fragmentes Plasmid (DNA) Im Endosperm des Reiskoms Genet sche Zusatzinformation Vitamin-A-Mangel (Vitamin-A-Deficiency, VAD) ist ein weltweit verbreitetes Ernährungsproblem WHO-Schätzungen (WHO-World Health Organization) zufolge leiden 100 bis 140 Millionen Kinder unter VAD. Erkrankte sind in ihrer Sehkraft beeinträchtigt und das Immunsystem ist geschwächt Eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Infektionskrankheiten und Dianho sind die Folgen. Dieser Mangel tritt vor allem in Ländern auf, in denen geschälter, Provitamin-A-freier Reis das Haupt- nahrungsmittel darstellt. Provitamin A (-Carotin) kann gentechnisch im Endosperm (Mehlkörper) des Reiskorns angereichert werden. Dabei gehen Gentechniker folgendermaßen vor Phytoen-Vorstufe 1-0-1-0 Neukembiniertes Plasmid Phytoen Einschleusen in die Wirtszelle Lycopin Beta-Carotin Phytoen-Synthase (Narzisse) Phytoen-Desaturase (Bakterium) Lycopin--Cyclase (Narzisse) Vorstufe des -Carotins ist das Carotin Phytoen. Dieses ist im Endosperm des Reiskors vorhanden. Um aus Phytoen -Carotin herzustellen müssen 3 pflanzliche Enzyme eingeführt werden, die über das Carotin Lycopin (rote Farbe der Tomate) -Carotin synthetisieren: • die Phytoen-Synthase, die aus der vorhandenen Vorstute Phytoen synthetisiert: eine Desaturase, die Phytoen in Lycopin umwandelt und schließlich eine Lycopin--Cyclase, die Lycopin zu -Carotin cyclisiert. Das 3-Carotin führt zu einer gelben Färbung des Reises. Deshalb wird dieser als Golden Rice" bezeichnet. Hochdurchsatzsequenzierung Auslese und Vermehrung > Detektor muss nicht am Gel entlang geführt werden > Detektor ließt nicht Basensequenz an sich ab, sondern nur die Fluoreszenzmakierungen (jede Base eine Farbe) > markiert sue an der passenden Basenposition Kion Vorteile gegenüber der „klassischen“ Sequenzierung: > ,,Single Molecule Real Time Sequencing": Millionen Sequenzier-Reaktionen zur gleichen Zeit -> hoher Probendurchsatz (menschliches Genom innerhalb weniger Tage sequenziert) > geringe Kosten (durch automatische Durchführung) Ein Bodenbakterium als Gentaxi: Transformation mit Agrobacterium tumefaciens gewünschtes Gen Plasmid Transformation mit Hilfe eines Bakteriums gewünschtes Gen Plasmid für den Gentransfer Promotor gewünschtes Gen Aderin Das gewünschte Gen wird aus dem Spenderorganismus, hier z. B. die Osterglocke (Narcissus narcissus), isoliert und in das Plasmid übertragen. Das neue Plasmid wir in Agrobacterium tumefaciens übertragen. Blattstücke oder Embryonen werden von der Agrobakterium-Suspension bedeckt Telle des Plasmids, die TDNA, dringen in den Zelkern ein Wachstum der genetisch veränderten Pflanze Kettenabbruch erfolgte nach Synthese von acht Basen DNA Matrie Primer Bindungsstelle Hochdurchsatzsequenzierung 5 Primer P TTTT Synthesrichtung FULLLL TATTGTTC S Reispflanzen Agrobakterium PATAAC ddA Zellwand ATAACAA G ----ATAACA ddA PATAA ddc PATA dd A Kettenabbruch erfolgte nach Synthese einer Base PAT ddA P-- A ddT (O ddA Einzelne Zelen, die das Gen enthalten, wer den zu zu ganzen Pflanzen regeneriert. Ein Promo- for bewirkt de Expres sion des Gans, d.h. das transformierte Gen veranlasst die Entwick lung der gewünschten Veränderung Guanin Sequenzierget 1 Sequenzierung mit Fluoreszenzmarkierung (schematisch) Lauf richtung im Gel Detektor Drucker M M M M MA Basenposition Material 16