Genetik Abiturzusammenfassung

Alternativer Bildtext:

der Replikationsgabeln Elleringenorahon alo, kopiervorlage" ● Linearer DNA-Faden Prokaryoten: ● ein Replikationsursprung, eine Replikationsblase Termination bei Vereinigung der Replikationsgabeln gegenüber des Staatlunktes dhe n Meiose Kernteilungsvorgänge, die zur Reduktion eines diploiden Chromosomensatzes zu einem haploiden Chromosomensatz führen. Sie dient der geschlechtlichen Fortpflanzung, der Konstanthaltung der artspeziefischen Chromosomen Zahl und Vermehrung der genetischen Vielfalt. 1.Reifeteilung (Reduktionsteilung) Prophase 11 Metaphase 1 Prophase 2 Anaphase 1 2. Reifeteilung (Äquationsteilung / mitotische Teilung) Metaphase 2 Telophase 1 Anaphase 2 ● Cytokinese Telophase 2 Diploide Mutterzelle 2 haploide Tochterzellen 45 Chromosomen (2-Chromatid-Chromosomen) 2 haploide Mutterzellen je 23 Ch ->>> nterchromosomale Rekombination: Die Neuverteilung vollständiger Chromosomen eines Chromosomensatzes je 23 Chromosomen (2-Chromatid Chromosome 4 haploide Tochterzellen gr by > Rekombination Die Neukombination von Genen während der Bildung und Befruchtung von Geschlechtszellen (Gameten) / während de Meiose durch den Austausch von Allelen. Es kommt nicht zur Veränderung des Genpools. Die Rekombination von Allelen erhöht die genetische Variabilität eines Genpools. je 23 Chromosome Möglichkeiten: Bei der Verschmelzung der Keimzellen zu einer Zygote (Befruchtung) In Anaphase 1 der Meiose I Intrachromosomale Rekombination: Die Neuverteilung von Erbinformationen innerhalb der Chromosomen Möglichkeit: Beim Crossing-over von einem homologen Chromosomenpaar während der Prophase 1 der Meiose 1 -> Austausch von Chromosomenabschnitten -> Neuanordnung verschiedener Allele Crossing over zwischen homologen Chromosomen XX-XX-XX Chiama > Non-disjunction Die fehlende Trennung der homologen Chromosomenpaare während der Anaphase 1/2 Trisomie: Tochterzelle enthält 3 homologe Chromosomenpaare Monosomie: Tochterzelle enthält nur 1 Chromosomenpaar MEIDSE (8) DOOO 8 A CO00 > Keimbahn (omogenese) Diejenige Zellenfolge in der Individual-Entwicklung aus der Keimzellen hervorgehen. Die von der Keimbahn abzweigenden somatischen Zelllinien bilden den Körper. ď Dogenexe Körperzellen Oogenese Eimutterzelle Orte erst Meiosteilungen bei der Bildung der Tochterzellen: Erste Reifeteilung De re Ordnung Chromosomenzahi erster Ordnung zweite Reifeteilung Trennung der Schwesterchromaden Poborparchens erfolgt meist in Anwesenheit von Spermies reife Eizelle haploid Enchromatid Primäre Spermatocyte Sekundäre XX spermatoggle SS spermiogenex Spermatogenese Spermatogonie O n B 8-Zellen Stadium oooo 16-Zellen-Stadium O *xx Meiosis 1 Zentrial Meiosis II Dichromatid-Chromosomen (Chromosomerung mit Crossing over Spindelapparat mit Marotubull der homologen arche Schwecha Lerchen Tellung des ersten Polkörperchens erstes Polkörperchen DA 2n 6000 W SS T O mitohoche Vermenung der spermatogorian XX n Urkeimellen "1 Spermatogenese Körperzellen Bo Bum dilen kural vamen sich undmalion milahad Oegorien A tour wideurdich nach der Popaxe I egetached 00tendon sich dann in rem Hosti Evkur var der owsation wird die leerder beginn de rach close], wid aber eral nach erfolgreicher beluchthing veonder spermatid Keimzellen sind potentiell unsterblich Mutationen in der Keimbahn werden an die Nachkommen weitergegeben spermium Proteinbiosynthese > Transkription Die Bildung einer zu einem DNA-Abschnitt komplementären mRNA 1. Initiation: RNA-Polymerase bindet an eine Promotor-Region Entwindung der DNA und blasenartige Öffnung der DNA 2. Elongation: Ablesen des codogenen Strangs und komplemtäre Ergänzung in 5'-3' Richtung 3. Termination: Trifft die RNA-Polymerase auf eine bestimmte DNA-Squenz (Terminator) wird die Transkription gestoppt Die mRNA löst sich vom codogenen Strang DNA-Rückbindung beginnt nach Ende der Prokaryoten: Translation beginnt vor Ende der Eukaryoten: Translation Transkription Transkription Erstellung der mRNA (Epi-mw mRNA 5'-3' komplementare Nukleotide Bei Eukaryoten: Prozessierung / Reifung der prä-mRNA 1. Capping: Aufsetzen einer Cap-Sequenz an das 5' Ende der prä-mRNA 2. Poly-A-Schwanz: Anängen von bis zu 250 Adenin-Nucleotiden am das 3' Ende codoende 3. Spleißen: Herrausschneiden der Introns unter Ausbildung von "Lasso-Strukturen" > Translation Ort: Cyoplasma Die Übersetzung der mRNA in Aminosäuren, die zu Proteinen zusammengesetzt werden 1. Initiation: Aminosäurenkette Erstellung der Aminosäurenkette mRNA bindet an die kleine Untereinheit eines Ribosomens kleine Untereinheit wandert in Richtung 3'-Ende der mRNA bis zum Start-Codon (AUG) Start-tRNA (UAC) lagert sich komplementär an Anlagerung der großen Untereinheit (besitzt 3 tRNA-Bindungsstellen: A-, P-, E-Stelle) 2. Elongation: Ribosom wandert ein Codon weiter in 3'-Richtung, spezifische tRNA bindet an A-Stelle. Ribosom wandert erneut ein Codon wieter, tRNA von A-Stelle ist jetzt an P-Stelle Die angelagerte Aminosäure der tRNA an der E-Stelle wird abgegeben und geht eine Polypeptidbindung mit der Aminosäure der tRNA der P-Stelle ein —> Polypeptidkette Neue tRNA bindet an A-Stelle und tRNA der E-Stelle diffundiert ab LOU HOU THON Translationsrichtung 1 3. Termination: trifft das Ribosom auf ein Stopp-Codon (UAG, UGA, UAA) kommt es zum Translationsabbruch Ribosom zerfällt in Untereinheiten Polypetid wird freigesetzt Ribosom Bei mRNA: Uracil statt Thymin -> Basenpaar: A+U beladene Hu Ort der Transkription: Prokaryoten: Cytoplasma Eukaryoten: Zellkern mRNA conden 1414 > Eukaryoten Postranslationale Modifikation ● ● cons on selle) Prahatlamator ewland Abspaltung von Aminosäuren Anheftung von Zuckern / Phosphatgruppen Der genetische Code Die Entschlüsselung der Erbinformation - der DNA > Eigenschaften eindeutig Triplett-Code: Drei Basen (Codon) erhalten die Information für eine spezifische Aminosäure Degeneriert: Jedes Codon codiert für nur eine Aminosäure, ABER: mehrere Codons können für eine Aminosäure codieren (redundant-me fach vorandon) Hobble Theorie: Die Roaring von Codon & Anithandan erfolgt in der 442.8ue eines Cadano strong nach dor Regel der Basengarting kommafrei: Codons schließen lückenlos aneinander an oie de toue (de-Bove) kann nicht-komplementárn ● ● Nicht überlappend: eine Base ist nur Bestandteil eines Codons Universell: alle Lebewesen nutzen denselben genetischen Code (wenige Ausnahmen) In 5'-3'-Richtung angegeben > Code-Sonne RNA Val M Ala (A) Lys (K) Arg (R) AG Ser (S) Asn (N) Glu Asp (E) (D) CA GUCAGUG GU GU A CUG MRNA LOGO 1235 Ansatz: A Thr (1) GTP. Phe (F) > historische Versuche Aminoacyl- tRNAs (1) polypeptide CAGUC U Arg (R) RNA-Thypen CROSCHO Ser (S) ACUGACUGAGGOTS G GF C dodon +RUA Gin (Q) Zur kanonliches inaltiosynthere von Aminowe Polypepticle und Piciern Ribosomen His (H) künstliche mRNA: UUUUUUU.. Abb. 3: Versuchsansatz von Nirenberg und Matthaei (Tafelbild 2) -> wahrscheinlich kommafrei Ergebnis: ...Phe-Phe-Phe. Tyr (3) rs FRUA Cys (C) Trp (W) Pro (P) (L) Start Stop Ustatt T Ribose Stall Dexxy nove -Bibasam ● 64 mögliche Codons 61 Codons codieren für Aminosäuren 3 Stopp-Codons 20 Aminosäuren 24 allo allo allo Schematische Darstellung des Verfahrens von Nirenberg und Leder -> Codons & die zugehörigen Aminosäuren mRNA: Informationsüberträger, codiert für Proteine tRNA: transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen rRNA: Grundbaustein der Ribosomen Der Wandel des Genbegriffs 1865: Das Gen als ,,Erbfaktor"Merdel) Kritik: ● ungenau 1909: Das Gen als ,,Vererbungseinheit" Kritik: 1941: Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese Jedes Gen codiert für die Synthese eines bestimmten Enzyms Kritik: nicht jedes Gen, das exprimiert wird, ist ein Enzym ● 1948: Ein-Gen-ein-Protein-Hypothese Jedes Gen codiert für die Synthese eines bestimmten Proteins Kritik: nicht jedes Gen, das exprimiert wird, ist ein Protein ● ● ● 1957: Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese Jedes Gen codiert für die Synthese eines bestimmten Polypeptids Kritik: nicht jedes Gen, das exprimiert wird, ist ein Polypeptid ● ● 1977: Ein-Gen-ein-Transkriptionsprodukt-Hypothese Ein Gen codiert für ein Produkt bei der Transkription. Dieses Produkt kann ein Polypeptid oder ein RNA-Molekül sein Gen A unpräzise ● Emyn Heutiger Genbegriff: Abschnitt eines Chromosoms, der ein Merkmal bestimmte Die Kombination von DNA-Abschnitten, die zusammen die Information für ein Polypeptid oder eine RNA codierenar Vorstufe ● Genwirkkettenmaskode) Die Abfolge von Reaktionen, die von verschiedenen Genprodukten gesteuert wird Gen B ↓ E B Gen C + Erym Zwischenprodukte Endprodukt Mangelmutante: Organismus, der die Fähigkeit zur Synthese wesentlicher Zellbausteine verloren hat -> Genprodukt = nicht mehr funktionsfähig (Beispiel: Storkrankheit mille) Genregulation Die Regulation der Genexpression, also die Steuerung der Genaktivität. Repressor aktiv keine Transkription Ursache Alle Zellen enthalten die gleiche genetische Ausstattung, aber unterschiedliche Funktionen. Daher werden alle Gene, die für die Funktion nicht benötigt werden ,,abgeschaltet" Repressor inaktiv →Tankplan möglich Ziele ● ● negative Rückkopplung Die flaivioung a führt automaadh a auch wieder ear indicarg Einsparung von Ressourcen & Energie Kurzfristig: Kontrolle der Genaktivität über ,,An-/Abschalten" (z. B. von Struktur geren) langfristig: Regulation der Genaktivität der Entwicklungsgene Strukturgen: Codiert die Informationen zur Expression von Enzymen Regulatorgen: Codiert die Information zur Expression von Aktivator-/ Repressor-Proteinen Repressor: Prozessor, das die Genexpression hemmt Aktivator: Prozessor, der die Genexpression fördert Operator: DNA-Abschnitt, an den das Repressor-Protein reversibel bindet Promoter: DNA-Abschnitt, an die RNA-Polymerase bindet Operon: Oberbegriff für den DNA-Abschnitt aus Promoter, Operator & Strukturgen > Prokaryoten Negative Genregulation Die indirekte Genregulation durch Transkriptions-Repressoren Substratinduktion 31 DOD mRNA Abb. 4.27: Lactose Operon. A Mocki, Endproduktrepression Promotor Operator Struktungene trp-Operen Glucose EDCOA Enzyme MANA Abb. 4.28: Tryptophan-Operon. A induziert, B blockiert Tryptophan Adenylatcyclase wird gehemmt 82.1 Positive Genregulation am lac-Operon NA ATP CAP/CRP Positive Genregulation Die direkte Genregulation durch Transkriptions-Aktivatoren RUA -Polymeze MODGDA CAMP mRNA keine Enzymsynthese 8 1. Im Ausgangsszustand liegt kein Substrat vor. Somit ist der Repressor aktiv und es findet keine Transkription statt 2. Liegt das Substrat vor, bindet es an den Repressor. Somit wird dieser inaktiviert und die Enzymsynthese kann stattfinden. (Gen wird, abgedrale -> Genexpression nur wenn nötig 1. Im Ausgangszustand liegt das Endprodukt in geringer Konzentration / nicht vor. Somit ist der Repressor inaktiv und die Enzymsynthese findet statt. 2. Liegt das Endprodukt in genügend hoher Konzentration vor, fungiert es als Ko-Repressor. Somit wird der Repressor aktiviert und die Enzymsynthese wird blockiert (n) -> Genexpression nur so lange wie nötig 1. Liegt Glukose in geringer Konzentration / nicht vor, wird vermehrt CAMP synthetisiert. Dadurch bindet CRP vermehrt an den Promoter. Transkription der Strukturgene des Lac-Operons wird gefördert. 2. Liegt Glukose in hoher Konzentration vor, wird kaum CAMP synthetisiert. Dadurch kommt es nicht zu Bindungen von CRP an den Promotor. Die Transkription wird nicht gefördert est bluse fbau, dann locose > Eukaryoten Transkriptionsfaktoren Elemente der eukaryotischen Genregulation, die Einfluss auf die Transkription von DNA-Abschnitten haben > allgemeine Transkriptionsfaktoren ● ● Proteine, die an die TATA-Box binden (Bergen, die chan Thymind ein b kommen in jeder Zelle vor und erkennen die meisten Promoter-Regionen aller Gene ,,Grob-Tuning": grundsätzliche Regulation der Transkription. ● TFIE Gen RNA- Polymerase Transkriptionsrichtung 84.1 Eukaryotische Transkription TFIB Initiator- Region TATA-Box Mediator RNA-Poly- merase II > spezifische Transkriptionsfaktoren > Hormone TFUFTFIH Proteine, die an spezifische Gene binden einige tausend Basenpaare von den zu regulierenden DNA- Sequenzen entfernt, aber nur wirksam, wenn sie in räumlich nah sind -> Schleifenbildung Transkriptionsrichtung -TFIID Enhancer: wirken verstärkend auf die Transkription wechselwirken nicht direkt mit eu regulierender Dun-Sequem Silencer: wirken dämpfend auf die Transkription Mediator-Komplex: besteht aus bis zu 20 TF und tritt in direkten Kontakt mit der RNA-Polymerase ,,Fein-Tuning": Feinregulierung der Transkriptionsrate wie oft --Enhancer 3 2 stromaufwärts RNA TFUJ --DNA mRNA TFIIA 6 84.2 Enhancer-Mediator-RNA-Polymerase-Komplex DNA Protein spezifischer Transkriptionsfaktor Transkriptionsfaktor isolatorbindendes stromaufwärts können über das Blut verteilt werden Können Silencer & Enhancer aktivieren und somit auf die Transkriptionsrate Einfluss nehmen > alternatives Spleißen aus der prä-mRNA werden ein oder mehrere Exons herausgeschnitten. Somit können verschiedene reife mRNAs entstehen, die für verschiedene Proteine codieren (Transkription beginnt ext, wenn alle Transkriptions faktor angelagert sind) Tranoksipanja oder new? Alternative Splicing T der ganachen di Translation Translation are un un Protein B Protein A Protein C Epigenetik Teilgebiet der Genetik, das sich mit vererbbaren Änderungen der Genaktivität beschäftigt, die nicht auf Änderungen de DNA-Sequenz beruhen(che nation Genom: Die Gesamtheit aller Erbinformationen einer Zelle Epigenom: Die Gesamtheit der chemischen Veränderungen von DNA und Histon-Proteinen Phänom: Die Gesamtheit aller phänotypischen Merkmale, die ein Organismus ausmacht Heterochromatin: Der kondensierte Zustand, in dem der DNA-Faden eng um das Histon gewunden ist. In diesem Zustand ist die Transkription nicht möglich Euchromatin: Der dekondensierte Zustand, in dem der DNA-Faden locker um das Histon gewunden ist. In diesem Zustand ist die Transkription möglich DNA-Methylierung Form der epigenetischen Genregulation, bei der Methylgruppen durch DNA- Methyltransferase (DNMT) an die Base Cytosin angelagert werden. Folge: Änderung der räumlichen Struktur der DNA. Die RNA-Polymerase / Transkriptionsfaktoren können nicht mehr ,,andocken". Die Transkription wird verhindert. RNA- Polymerase FO RNA-Polymerase prä-mRNA Methylgruppe Reifung / Prozessierung. ● Translation - Informa) keine Transkription (Anivspielpen) DNA- Methyltrans- ferase Die Methylierung ist umkehrbar durch DNA-Demethylase (DDM) Posttranslationale Modifikation Transkription möglich Orte an denen bei Eukaryoten Genregulation stattfinden kann ● Transkriptionghorofilation, punt-weinglieing, Histon modification, Acto-onkogene, humocoupe legione) H- H-C WH₂ nur wichtig Histonmodifikation aper Phoophaguppen /wethylgruppen Form der epigenetischen Genregulation, bei der Acetylgruppen durch Histon- Acetyltransferase (HAT) an Lysin an den Histonen gebunden werden. Folge: Dadurch wird die positive Ladung des Lysins neutralisiert. Der Komprimierungsgrad des Chromatins ändert sich -> Euchromatin Die RNA-Polymerase kann ,,andocken". Die Transkription wird gefördert. Ladungen den sich vondado) neutral Heterochromatin بعد MRNA RNA-Polymerase Die Acetylierung ist umkehrbar durch Histon-Deacetylase (HDAC) [\\\\\\\ pri-miRNA 1 (TIT RNA-Interferenz Form der epigenetischen Genregulation, bei der kurze RNA-Moleküle an mRNA-Moleküle binden und diese dadurch zerstören. Die Translation wird gehemmt. Abbau Henn vollständig komplementär PUA ODER 1 Fallen Drosha Dicer prä-miRNA HAT HDAC IL MIRNA Argonaut RISC IDI mRNA Hemmung Translation Euchromatin wenn nur leilweise komplementär ( 1 Ribosom 1 erodromalin 1 1 I MRNA Heterochromatin: Der kondensierte Zustand, in dem der DNA-Faden eng um das Histon gewunden ist. In diesem Zustand ist die Transkription nicht möglich Euchromatin: Der dekondensierte Zustand, in dem der DNA-Faden locker um das Histon gewunden ist. In diesem Zustand ist die Transkription möglich RNA-Polymerase ↓ JOUW Abbau Viren DNA Prä-SiRNA Dicer Argonau! RISC ww JUILLLI) MRNA SiRNA SiRNA auch in Forschung vonwender >nur wichtig Erkennen van Frand-DUA →verhindert Genexpression de vivaten Gene Regulation des Zellzyklus Metaphase-Kontrollpunkt. alle Chromosomen on Spindel angeheftet? Gz-Kontrollpunkt -DNA vollständig verdoppelt? Zellgrope? ● G₂ ● 0 S Rezeptorprotein Zellmembran Proto-Onkogene Gene, die das Zellwachstum, Zellteilung und die Entwicklung von Geweben steuern / fördern überführen die Zellen von der GO-Phase in die G1-Phase Piolo-Ontogene G₁-Kontrollpunkt: •Zellgröße ? Tumorsuppressorgene OUA-Schäden? •Alle komponenten für Replikation vorhanden? DNA Mitose hemmen Photo-Onkogan p53 Wachstumsfaktor inaktiv p53 + p53 → Ⓡ ℗ Transkriptionsfaktor inaktiv aktiv Zelkern Meldung: DNA-Schäden /Fehlermeldung U-Kontrollpunkt Transkriptionsfaktor RNA-Polymerase O Transkriptionsfaktor Inaktiv Die Enstehung von Krebs →Start Transkription Gen p21 Y mRNA p21 ✓ Protein p21 G₁ #s Ras Tumorsuppressorgene Wachstumsregulierende Gene, deren Genprodukte die Tumorentstehung Kontrollpunkte während des Zellzyklus nur wenn alle Kontrollpunkte erfolgreich passiert werden, wird der Zellzyklus beendet Signalkaskade ● ● -paa verhindert die Überführung von der 04-indie-P S-Prove Zellzykow wird geop DUR-Reparator Apoptose dation immer aktiv Transkriptionsfaktor aktiv durch Signale können DNA-Schäden repariert werden kann Zellzyklus nicht beendet werden: -> Apoptose programmierter elled) Verhinderung von Wucherungen / Tumoren Expression von Genen deren Produkte für die Zelltellung benötigt werden Onkogen ● ein mutiertes Proto-Onkogen Ist immer aktiv und regt dadurch dauerhaft das Zellwachstum / die Zellteilung an dauerhaft signatkastade aus) Dies führt zu unkontrolliertem Zellwachstum / Tumoren / Krebs Durch Mutation von p53 wird der Zellzyklus nicht mehr gestoppt. Dadurch kommt es zu unkontrollierter Zellteilung /Tumorbildung (ilmuherler Dun) 1. Durch mutagene Faktoren kommt es zur Mutation einer Zelle 2. Unkontrollierte Vermehrung der mutierten Zelle 3. Die Wucherungen verdrängen andere Gewebe 4. Angiogenese: Bildung neuer Blutgefäße mit Bindung an die bösartigen Zellen 5. Verbreitung der mutierten Zellen über das Blut 6. Metastase Polyphänie Ein Gen ist für die Ausbildung mehrerer Merkmale verantwortlich. Beispiel: Marfan-Syndrom ein muotes Fibrilin-el-belt vaschietone gane est une Expre Piciotropic Polygenie Mehrere Gene sind für die Ausbildung eines Merkmals verantwortlich > komplementäre Polygenie Bei der komplementären Polygenie bestimmen die beteiligten Genpaare unabhängig voneinander jeweils ein Teilmerkmal, und ergänzen sich so in ihrer Wirkung. Fehlt ein Genpaar, wird das Gesamtmerkmal nicht ausgeprägt. (Beisple: Bugetinnung) > additive Polygenie Bei der additiven Polygenie wirken verschiedene Genpaare bei der Ausbildung eines Merkmals zusammen und addieren sich in ihrer Wirkung. Fehlt ein Genpaar, wird das Merkmal trotzdem ausgeprägt - nur schwächer. (Belfarbe) Multiple Allelie Das Vorkommen von mehr als zwei Allelen eines Gens innerhalb einer Population Vererbung von Blutgruppen Allel 0 rezessiv Allel A dominant Allel B = dominant Allel A&B= kodominant Blutgruppe Genotyp 0 00 A B AB Vererbung des Rhesusfaktors Allel D (Rh+) dominant Allel d (rh-) rezessiv Rhesusfaktor Rh+ rh- AA/AO BB/BO AB Mutter Rh-negativ = Fetus Keimzellen Antigen Ο Ο / (A) (O) A ⓇO B A A/B Rhesus-Unverträglichkeit Erste Schwangerschaft Rh-negative Mutter ist mit Rh-positivem Kind schwan- ger und wird immunisiert Genotyp DD Dd [dd] Rh-negative Mutter bildet Antikörper gegen den Rhe- susfaktor D 00 Rhesus Antikörper Keimzellen /d) Folgeschwangerschaft Mutter ist wieder mit Rh- positivem Kind schwanger. Antikörper reagieren mit D-Merkmal des Kindes Fetus Rh-positiv Chlutig in Verbindung mit Mutationen von fronon) 1 Antikörper Spender für Empfänger für Anti-A, Anti-B0/A/A/AB 0 Anti-B Anti-A Antigen Antikörper D / Anti-D A / AB B/AB AB 0/A 0/B 0/A/B/AB Spenden für Empfänger für Rh+ rh- Rh+ rh- DNA-Sequenzierung (kellanabbruchmethode nach sanger) Die Ermittlung der Basenabfolge eines DNA-Abschnitts 1. Denaturierung der DNA 2. Hybridisierung eines radioaktiven Primers 3. 4 Versuchsansätze: Hinzugabe jeweils einer Sorte an Abbruch-Nukleosid-Triphosphaten (ddNTP) 4. Polymerisierung 5. Kettenabbruch, wenn ein ddNTP eingebaut wird 6. Denaturierung 7. Gel-Elektrophorese (Sortierung nach Länge der Fragmente) 8. Sichtbarmachen der Banden durch Autoradiographie tradioaktive Pimer) 9. Ablesen der DNA-Sequenz ● Genmutation: > Punktmutation / Basenpaar-Substitution: ● stumme Mutation (codon cadiert noch immer für die gleiche Aminosäure/utation oul inton) Missense-Mutation (codon die für eine anderc Insinostive) (onderes Protein /veröndale Riden: Funktion?) Nonsense-Mutation (Codonale (ar keine Aminosäure, sondern für eth drogaodon (Fanskaroverlust des Pratoires > Raster(schub)mutation: verschiebung der Bersequent /dem Leer) Basenpaar-Insertion) Basenpaar-Deletion (Entomen von Bauen) Lout-of-amera didung des groomien dich Lin-frame Entfernung von 3 Bauen/x coconinosure fehlweise: kanperverta and hold funkver Genommutation: Aneuploidie Polyploidie (mehr als awer homdage Chromosomanditi Fehler in der Base) Allopolyploidie vervielfachung eines chromosomenuates durch Menicorbuting) Chromosomenmutation: ● Deletion() ● Inversion (Dang dines Dun-foodhwiks um 1807) (el-Bechynthesiento streng kompondre autoge analysierende Shang) (numerische Vexinderung von Chromodamen) Translokation / Transposition Duplikation (vedopping von Don Waschnitten) Deletion Inversion gliche Auskungen homologes Chromosomenpaar DNA CC.CO TOO TOOTGO hverdhmetung der nichs nomdogo Canosaman Ivan Du-diton) DOOOO ddTTP ddATP ddGTP Mutation (Gill, onshmung) Dauerhafte Veränderung der Nukleotidsequenz der DNA (Genmutation), der Anzahl der Chromosomen (Genommutation) oder der Struktur ganzer Chromosomen (Chromosomenmutation), die durch äußere Faktoren (Mutagene) induziert werden kann. Sie sind statistisch nicht berechenbar, da sie spontan auftreten. Sie sind nicht zielgerichtet. Somatische Mutationen betreffen nur das Individuum selbst. Generative Mutationen betreffen auch Nachkommen, da sie vererbbar sind. DOTBA DOM T ->> Stoppnukleotid reziproke Translokation CAAT CG CAATCG CA Primer TCC TOOTO.C Auswertung Deletion Reziproke Translokation Duplikation |-| ||-V 11-11 homologes Chromosomenpaar zwei homologe Chromosomenpaare Deletion Duplikation VOUDO DO C bu ardysonde Saxonequen nowartheigh Shang Conceole analysepr Mwan GGGCCTOCAGGATTGCCT de igi Wawangs DNA-Reparaturmechanismen Die Behebung von falschen Basenpaarungen / Dimeren / Mutationen der DNA Polymerase-Korrektur 3' m 3' 3' TTTTTTT Mismatch-Reparatur 5' 3' S' 3¹ S' m Mull Poluche Baue Exzisions-Reparatur -Reparaturenitym Rochim Schadellen ufffff Endone DNA-ligase om minimere 1. Eine falsche Base wird eingesetzt (Basen exessions-Reparatur) Korekturlese funktion 2. DNA-Polymerase erkennt den Fehler, fährt ein Stück zurück & entfernt die falsche Base 3. Einsetzen der richtigen, komplementären Base. Synthese geht weiter 1. Erkennen einer falschen Basenpaarung nach der Replikation 2. Spezielle DNA-Reparatur-Enzyme entfernen das falsche Nukleotid 3. DNA-Polymerase setzt das richtige Nukleotid ein. DNA-Ligase verbindet diese mit der restlichen Kette 1. Erkennen eines größen DNA-Abschnitts mit Schäden 2. Herausschneiden des DNA-Abschnitts durch Endonukleasen 3. DNA-Polymerase setzt die richtigen Basen ein. DNA-Ligase verbindet diese mit der restlichen Kette Genkatierung Die Bestimmung der Lage von Genen (meist mit bekannter Funktion) auf einem DNA- Molekül / Chromosom Genkopplung Bestimmte, auf einem Chromosom liegende Gene werden gemeinsam vererbt. Man bezeichnet sie als Kopllungsgruppe. Sie werden nicht mehr nach der 3. Mendel'schen Regel vererbt. A Mall Bisi34) Desto näher die Gene aneinander auf einem Chromosomen liegen, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie gekoppelt sind, da Crossing-Overs unwahrscheinlicher sind. Genkopplung tritt immer dann auf, wenn die Anzahl an homologen Chromosompaaren deutlich geringer ist, als die Zahl der darauf codierten Genen en 2000 Gene auf z3 chromosom patron) Darstellungsform: ,,Bruchstrich-Darstellung" Kopplungsbruch Das Aufbrechen von Kopplungsgruppen bei der Vererbung durch Crossing-Overs Chromatiden ● ● Chiasma XX-XX-XX homologe Chromosomen Crossover Desto weiter die Gene einer Kopplungsgruppe auf einem Chromosom von einander entfernt liegen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit für einen Kopplungsbruch. Desto näher die Gene einer Kopplungsgruppe auf einem Chromosom an einander liegen, desto niedriger ist die Wahrscheinlichkeit für einen Kopplungsbruch. Berechnung der Entfernung von Genen auf einem Chromosom Addition der Häufigkeiten des Allelaustausches der beiden Alle Je höher der Rekombinationswert, desto größer die Entfernung Je kleiner der Rekombinationswert, desto geringer die Entfernung a 9 b 17 10 с Der genetische Fingerabdruck (en individuum in hohen Maße chavaddoc Die DNA-Typisierung mithilfe spezifischer Sequenzen, den genetischen Markern Short tandem repeats (STR) Sich tandemartig wiederholende DNA-Sequenzen in den Introns. Sie haben eine hohe Mutationsrate. Die Anzahl der Wiederholungen variiert bei jedem Individuumove sensequens vor und hinter den STR ist bei allen Menschen geth-+-date Synthese van mens die die 61s undsson) VNTR-Analyse (untr-Polymorphismus-Analyse) PCR (Bennik) verledigung Die Amplifizierung von DNA-Sequenzen mithilfe der Polymerasekettenreaktion 1. Denatuierung Erwärmung des DNA-Abschnitts auf ca 90°C Aftrennung der DNA-Doppelhelix (Rutierung der Wissen offendensindurgan) ● La Unioschiedliche mani der Wiederholungen einer repiktiven Sequent 2. Hybridisierung (Anneasing/merhjoidisioning) Abkühlen auf circa 50-60°C Anlagern von komplemtären Primern 3. Polymerisierung ● Erwärmen auf 72°C ● ● Die Taq-Polymerase synthetisiert in 5'-3'-Richtung einen neuen DNA-Strang (xian/etangaron ● (Genedik) Meist 30 Reaktionszyklen: > 1 Milliarde neu synthetisierte DNA-Einzelstränge Ergebnis Anzahl der DNA-Stränge: 2" (n=rah Duringe) exorantetes Hadhalum Gel-Elektrophorese Die Gel-Elektrophorese ist ein Analyseverfahren zur Trennung von DNA, RNA oder Proteinen nach Größe und Ladung 5. Entstehung Bandenmuster 6. Auswertung Anwendungsbereiche ● Vaterschaftstests 1. Herstellung des Gels romid-Gel) 2. Einfügen der PCR-Produkte in die Slots under 3. Erzeugung eines elektrischen Spannungsfeldes 4. Wanderung der Moleküle in der Gel-Matrix kleine Moleküle wandern schneller, als große negativ geladene Moleküle wandern zur Anode kelnalkan negaty graden Handtorm zur Prade) positiv geladene Moleküle wandern zur Kathode Vergleich mit Längenstandard / Marker (End) 2 Banden: Heterozygot Swenn nur ein Loch untersucht wird 1 Bande: Homozygot kommer hann eines Gens oder eines Maners innerhalle einer grungogare Kriminalistiker fre Sonstige Test in der Molekularbiologie, Biochemie oder Lebensmittelanalytik nominierte Du-te gelachen Aufbau Gelelektrophorese O STTⓇ LOON DOO DO m Gel-Matrix Kathode ‒‒‒‒‒ ▬▬▬▬▬ DOWNLOA Bandenmuster bei der Gelelektrophorese ➖➖➖➖➖ A Bandenmuster Erbgänge Mendel'sche Regeln 1. Uniformitätsregel homothy got Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die sich in einem Merkmal reinerbig unterscheiden, so sind die Nachkommen in der 1. Filialgeneration (F.) untereinander gleich / uniform sbor netoreggot P F1 F1 F2 P Gq F1 2. Spaltungsregel ordeupole individuan Kreuzt man die E-Individuen untereinander, so spaltet sich die F -Generation im Zahlenverhältnis 3:1 auf Phot Gilt nur bei monohybriden dominant-rezessiven Erbgängen GG Keimzellen F2 Genotyp: GG Keimzellen Genotyp Gq Gq Gg Gr Genotyp GG 3. Unabhängigkeitsregel Regel von der Neukombination Kreuzt man Individuen einer Art, die sich in mehreren reinerbig Merkmalen unterscheiden, werden die Anlagen unabhängig von einander vererbt. Die Individuen der Tochtergeneration spalten sich in einem Zahlenverhältnis von 9:3:3:1 auf 9 Genotyp: gg Gr Gg 3 Genotyp: Gq Gg хе Gg gr gr Genotyp: gg gR gr B 3:1 legado dere er oor vertice proge) Gr F2 GR gR Gr gr GR gR Gr gr GGRR GgRR GGRr GgRr GgRR ggRR GgRr gg Rr GGRr GgRr GGrr Ggrr Gg Rr ggRr Ggrr ggrr Stammbaumanalyse Intermediärer Erbgang ● ● keins der Allele ist dominant Bei der Kreuzung von Eltern, die sich homozygot in einem Merkmal unterscheiden, sind alle Nachkommen heterozygot. Der Phänotyp der F.-Generation ist eine Mischform. autosomal dominant beide Geschlechter tragen ein Merkmal gleich häufig ● Merkmal tritt in den meisten Generationen auf ● der F-Generation Bei der Kreuzung von zwei heterozygoten Individuen, spalten sich die Nachkommen im Verhältnis 1:2:1 auf Generation ● Generation autosomal rezessiv beide Geschlechter tragen ein Merkmal gleich häufig Bei zwei heterozygoten Eltern tragen 25% der Nachkommen das Merkmal Generation 11 Generation 1 ● 10 1 0 X-chromosomal rezessiv Heterozygote Frauen sind Konduktorinnen, das Merkmal bildet sich phänotypisch nicht aus Generation 11 Fast ausschließlich Männer tragen das Merkmal phänotypisch ● männliche Nachkommen können das Merkmal nicht vom Vater erben Inzest erhöht die Allelhäufigkeit Generation III Phinotyp Generation 1 Generation III O 14 AA/A ++ X-chromosomal dominant männliche und weibliche Individuen tragen das Merkmal im Verhältnis 1:2 Männliche Individuen vererben das Allel an alle weiblichen Nachkommen Heterozygote weibliche Individuen vererben das Allel an die Hälfte der Nachkommen 11 10 (isolation) 15 Gentechnik Molekularbiologische Verfahren der Biotechnik, die gezielt Eingriffe in das Genom eines Organimus ermöglichen. ( een notion des Enggoths resistens bidung / Erlay delgeting) Transgener Organismus: Organismus, der fremde Gene in den Zellen enthält GVO: gentechnisch veränderter Organismus Transgen: ein zusätzlich eingeschleustes, artfremdes Gen Werkzeuge Restriktionsenzym 10 Endonuklesson) Enzym, das die DNA an einer bestimmten Basensequenz schneidet > sticky ends > blunt ends DNA-Ligase & vicky ends Verknüpft die die Ende der DNA-Stränge miteinander Vektor Plasmid oder Virus, in das Fremd-DNA eingebaut werden kann und als ,,Gentaxi" zum Transfer von DNA in Zellen dient (c) Grundoperation Ampicilin Reais temagen Marker-Gene Jetracydin-Resinemigen Isolierung & Aufschneiden des Bakterium ohne Plasmid Vektors durch Restriktionsenzyme gleiche sticky ends, wie Frond-ONA) 90⁰ B rekombinierles Ploomid aletedindle Balerian + Baklonium mit nicht- rekombiniertom Plasmid Isolierung des Fremd-Gens durch Restriktionsenzyme überhogung per Somistempel B geadvillenes formic goo goo Kultivierung & Selektion der verschiedenen Bakterientypen Rekombination Ampics Resongen trakkwort Bakterium mit rekombiniertem Plasmid Frendgen Selektion: 1. Tetagain-Nährboden sticky ends 90⁰ →Bokenen dhine Ramic stoben alo 2. Ampicilin-Nahrboden →Boiterien mi mit komision Plasmid sterben a Das Trans-Gen wird in den Vektor eingesetzt und mit Ligase mit der eigenen DNA verbunden Rekombinierte Plasmide werden mit aufnahmebereiten Bakterien zusammengegeben. Transformation möglich Die Bakterien werden auf einen Nährboden gegeben und inkubiert. Recombinanten" Isolierung & Vermehrung der transgenen Bakterien Grüne Gentechnik Die Anwendung molekulargenetischer Verfahrenstechniken in der Pflanzenzucht Pro ● ● Kontra ● Auswirkungen nicht immer vollständig bekannt ● Unerwartete Effekte Negative Auswirkungen auf Ökosysteme ● Resistenzbildung Erhöhte Widerstandsfähigkeit Minimierung von Pestiziden / anderen chemischen Mitteln Anreicherung von Pflanzen mit Vitaminen Ertragssteigerung ● ● Unkontrollierte Auskreuzung Verringerung Artenvielfalt Entwicklung widerstandsfähiger Schädlinge Stammzellenforschung Stammzellen undiffenzierte Zelle mit der Fähigkeit zu unterschiedlicher Differenzierung Unbegrenzt teilbar Totipotent: Fähigkeit einen ganzen Organismus auszubilden (bis 8- Zellstadium) ● ● ● Embryonale Stammzellen Entnahme aus der Blastozyste während des frühen Embryonalstadium Pluripotent: Fähigkeit sich zu Zellen aller drei Keimblätter zu entwicklen er ● ● Adulte Stammzellen Induzierte Reprogrammierung START Gewebeprobe Embryonic stem cells bereits teilweise differenziert multipotent: können sich nur noch in bestimmte Zellen (eines bestimmten Gewebes) entwickeln Dienen der Reparatur und Regeneration von Geweben Organtanantationen Induziert pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) künstlich reprogrammierte somatische Zellen Pluripotent: Fähigkeit sich zu Zellen aller drei Keimblätter zu entwicklen Einsatzbereich: Therapeutisches Klonen (•) Knochen- Epithel-Nefen Musk ● ● Ektoderm Gardlage für eten.de Differenzierung zum gewünschten Zelltyp Mbodem. Gdlage for uigenitalem. Organe de Hora kreisaulgean k Jomilan Entodom innore Auskieldung von aganon Induktion der Pluripotenz Kultivierung der pluripotenten Zellen reproduldives Macron Ensehen der Botogale in Lelhoutter Induktion, (.. durch Retrovi Therapeutisches Klonen Die künstliche Herstellung von Geweben zur Therapeutischen Behandlung > Pro ● kann Leben retten im kontakt mit der Außenwest siehen oder deven signale verarbele+ (p. 240, domis) ze)(ux Verletzungen & Krankheiten können (Basha-Stadium) geheilt werden kaum / kein Abstoßungsrisiko > Kontra ● Bages bei Enirahme a Yorboton Eizellen werden benötigt Entsorgung überschüssiger Blastozyten > Embryonenschutz Glaube Gendiagnostik Diagnositische Methoden, die Aufschluss über einzelne Gene oder die gesamte genetische Ausstattung eines Organismuses geben Gründe für genetische Beratung: hohes Alter der Eltern ● Erbkrankheit in der Familie Schädliche Umwelteinflüsse vor oder in der Schwangerschaft ● Präimplantationsdiagnostik (PID) nach IVF & vor Übertragung in Gebärmutter Entnahme von Zellen -> Chromosomenuntersuchung ● Ethische Probleme: > Embryonenschutzgesetz (ESchG) -> nur pluripotente Zellen > erlaubt, wenn durch Krankheiten der Eltern Fehl-/ Todgeburten zu befürchten sind ● ● Pränatale Diagnostik (PD) > Nicht-invasiv - Ultraschall (Kanhalle Wachotum & Penbildungen) - Blutuntersuchungen der Mutter (Alpha-Fetoprotein) (hoher wert hohes Baiko für Wietsäulen erkankungen) nicht immer Aussagrinding > invasiv Plazenta DNA-Chips Verfahren isolierte DNA-Probe Fruchtwasser- punktion 14.-18. SSW Fehlgeburtenrate ca. 1 % Towa -Alpha- unkultivierte Zellen Abb. 4.56: Methoden der pränatalen Diagnostik PCR- Amplifikation von 4 Genen permety Fetoprotein - Stoffwechsel cons/Sandip fluoreszenz markierte PCR-Produkte werden denaturiert und auf den Genchip gegeben Zellkultur intaktes Allel A der Gene 1-4 mente farbstoff markiert o a of mutierte Allele B-F der Gene 1-4 Gensonde: kurzer, markierter DNA- oder RNA-Einzelstrang zum aufspüren bestimmter DNA-Abschnitte, zu denen er komplementär ist Chorionzotten- punktion 9.-12. SSW Fehlgeburtenrate ca. 2 % 31 hybridisieren 3 waschen durch Direktpräparation, 24 h Kultur oder Langzeitkultur Ⓡ 8 BB Chorionzotten eigentlich mehrere tausend Felder Feld mit DNA-Sonde für das mutierte Allel B von Gen 4 15 Gendiagnose mittels Genchip auf jeweils fünf mutierte Allele B-F und das intakte Allel A von vier Genen A B C D 4 Fluoreszenz-Punktmuster Pro: ● unkultivierte Zellen ● Ag Kontra: ● Nabelschnur- punktion ab 19. SSW Fehlgeburtenrate ca. 1 % Bo Zellkultur genauere Risikoeinschätzung Früher Erkennung von Krankheiten -> bessere Behandlungsmöglichkeit Genaue Ursache bekannt -> personalisierte Therapie nicht immer aussagekräftig Nicht alle, die genetisch vorbelastet sind, erkranken Falsche Ergebnisse Psychische Belastung Invasive PD: Infektionsgefahr, Veletzung Fetus, Fehlgeburt > ethische Probleme Bakterien Aufbau Zellwand Plasmamembran Kapsel Ribosomen Pili (zur Anheftung) (a) Zytoplasma Rekombinationsmechanismen F factor F-cell (recipient bacterium) bacterium) F* cell (donor Bacterial chromosome (b) During conjugation a cytoplasmic connection forms between the F and the F cell sexual-Pilius Generelle Transduktion Nukleoid (Chromosom, DNA) Donor bacterium -80-80-89 Replication takes place on the F factor replacing the nicked strand. One of the DNA strands on the F factor is nicked at an origin and separates Transformation Die Aufnahme freier DNA (c) Transduced bacterium Konjugation Einseitig gerichteter (horizontaler) Gentransfer von Spenderzelle (Doner) in Richtung Empfängerzelle (Rezipient) Konjugation A: F' Zelle überträgt F-Faktor auf F-Zelle Transformation *Versuche Griffith (828) & Avery (1844) Plasmid freie DNA Flagellum /(zur Phages carrying donor genes Fortbewegung) The 5' end of the nicked DNA passes into the recipient cell... ...where the single strand is replicated Recipient bacterium F+ 0 Empfängerzelle ...producing a circular, double- stranded copy of the F plasmid Ο Ο The F" cell now becomes F Transduktion (bei spezieller) Die Übertragung von Genen durch temperente Phagen F+ DNA- Aufnahme Viren Spike-Protein Aufbau eines Virus ● Nukleinsäure Schwanzhülle Rekombination Basalplatte B6 Ben Struktur eines Bakteriophagen Genom Schwanzfasem -Ⓡ Rekombinantes Bakterium nach Antibiotika Arzneimittel, dass Bakterien hemmt oder abtötet Wirkungsweise Zellwand ● ● ● Nukleinsäuresynthese Folsäuresynthese wird gestört ( for Synthese von Nussein alien) Gyrase-Hemmung (Hemmung der fifthrennung der DWF In Bues Enteletdinge -+-manscripton) Störung der DNA-/ RNA-Polymerasen ● ● ● Störung der Zellwandsynthese (Material der Bellward von Bakterion) Bakterium: instabil -> kann platzen Verhinderung Transporte von Bausteinen zu Mureinnetzwerk Störung Quervernetzung der Mureinzellwand Proteinsynthese Störung der Ribosomen bei der Translation ● Blockierung des Austritttunnels der Polypeptidkette Induzierung von Fehlablesen der mRNA Blockierung der tRNA-Synthese Folsäure-Synthese Sulfonamide Trimethoprimi p-Amino- benzoesäure ● Zellwand-Synthese • Penicilline • Glykopeptide • Fosfomycin • Cephalosporine Carbapeneme • Monobactame DHF THE DNA Metronidazol Bakterium DNA DNA- Topoisomerase Ribosom • Fluorchinolone • Chinolone mRNA mRNA-Synthese Rifampicin Translation (50S Untereinheit) • Macrolide • Lincosamide • Streptogramine Translation (30S Untereinheit) • Aminoglykoside • Tetracycline GELBE LISTE. 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