Genetik Abiturzusammenfassung (LK)

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Proteins oder einer bestimmten RNA enthält. Topoisomerase 3' EIN-GEN-EIN-POLYPEPTID-/RNA-MOLEKÜL-HYPOTHESE: Ein Gen steuert als Teil der DNA die Synthese eines bestimmten Polypeptids oder eines RNA-Molekuls. CODE: System von Zeichen zur Verschlüsselung, Übertragung & Speicherung von Informationen. 5' CODE-SONNE Val (V) Arg (R) Ser (5) Lys(K) Asn ONA A AGUC m SONG AC UG GACUGACU C CAGUCAGU GU PROTEINBIOSYNTHESE Cytoplasma Transkription Translation Procyte MRNA FERNA Protein CAGN UGA 27/0 U Į ONA 3 Protein Cys (C) 5ooooxx Transkription Trp (W) (L) Start Stop 300x prä-mRNA Ribosom ÜBERSETZUNGSHILFE → mRNA -Basentripletts in Aminosäuren LESERICHTUNG Kernpore →von innen (5') nach außen (3') ABLESESEISPIEL DNA (codogen) mRNA Cytoplasm Aminosäuren Zelltern Tronstription EUA Prosessiening Trandation Eucyte ORNA Protein TRANSKRIPTION Basensequent eines Gens wird in Basensequent der messenger-RNA (mRNA) transkribiert → bei Eukaryoten im Zellkern → bei Prokaryoten im Zellplasma Enzym RNA-Polymerase lagert sich an Promoter-Region des zu transkribierenden Bens an twindet & öffnet Doppelstrang 21 RNA-Polymerase 31 Ablesen des codogenen Strangs (Matrizenstrang) vom 3' zum 5'- Ende 47 freie RNA-Nukleotide lagern sich nach der Komplementaritätsregel an die Basen des codogenen Strangs ! Uracil paart sich mit Adenin (Thymin) ⇒ERGEBNIS: ein mRNA-Einzelstrang → bei Eukaryoten: prä-mRNA - 3'... TAC TGA AGC... S' S'... AUG ACU UCG ... 3' -Met-Thr-Ser- codogener DNA-strang OOOOOOD Neubildung von Proteinen in Zellen für alle Lebewesen zentraler Prozess einer Genexpression komplementárer mRNA-Strang nach Vorgaben genetischer Informationen. Proteine aus Aminosäuren ооооооо 5 komplementarer DNA-Strang Tomorroom. RNA-Polymerase Transkriptionsrichtung ROA-nukleotide SPLEIGEN → bei Eukaryoten muss die prä-mRNA noch verändert werden, damit sie als reife mRNA den Zellkern verlassen kann Anhängen eines Poly-A-Schwantes als Abbauschutz am 3'-Ende 21 Aufsetzen einer Kappe aus methyliertem Guanin als Abbauschutz am 5'-Ende 31 Entfemen der Introns Exons bleiben übrig und werden miteinander verbunden Möglichkeit des alternativen Spleißens: - einzelne Exons können in unterschiedlicher Reihenfolge miteinander verbunden werden - einzelne Exons werden entfernt und dafür Introns in der mRNA belassen → Erhöhung der Proteinvielfalt TRANSLATION Abfolge der Basentripletts der mRNA wird mithilfe der transfer-RNAS (tRNA) und der Ribosomen in eine Abfolge von Aminosäuren eines Proteins übersetzt (translatiert) A INITIATION - kleine & große Untereinheit eines Ribosoms fügen sich zu einem funktionstüchtigen Ribosom zusammen SAU DER ERNA - - kurzer RNA-Strang: in einigen Bereichen mit komplementarer Basenpaarung -kleeblattáhnliche Form mit drei Schleifen Ribosom gelangt an Stoppeodon in mRNA keine weitere Anlagerung von tRNA-Molekülen mehr entladene E-RNA Extron mittlere Schleife: Anticodon →→ Bindung an komplementare mRNA-Tripletts möglich - am 3.Ende: Bindestelle für eine spefifische Aminosäure - mRNA -Molekül lagert sich lunter vermittlung der Kappe" am 3'-Endel mit Start-Codon an kleinere Untereinheit an → Ewei mRNA - Basentripletts liegen im Bereich des Ribosoms 27 ELONGATION möglich Ribosom zerfällt in seine beiden Untereinheiten gebildete Aminosäurekette nimmt ihre durch ihre Primärstruktur (Aminosaureabfolge) festgelegte Sekundär- & Tertiärstruktur ein Polysom: mehrere Ribosomen wandern gleichzeitig einen mRNA- Strang entlang - nacheinander Anlagerung von zwei mit Aminosäuren beladenen ERNA-Molekülen mit ihren Anticodons an die Codons im Bereich des Ribosoms TRNA چین Bindung zwischen erstem +RNA-Molekül und Aminosäure löst sich → gebildete Aminosäurekette wird von nachrückendem tRNA-Molekül gehalten. →aminosäurefreies tRNA-Molekül wird aus dem Ribosom freigesetzt. →wird im tellplasma wieder mit spezifischer Aminosäure beladen neue beladene tRNA nimmt freien Platz an der mRNA im Ribosom ein 31TERMINATION mRNA Intron: nicht codierend Exon: codierend mRNA Start.codon Verbindung der Aminosäuren der beiden tRNA-Moleküle über Peptidbindung - nach Bindung: Weiterrücken des Ribosoms zum nächsten Codon → Ribosom bewegt sich in Triplett-Schritten über die mRNA RNA Transkript (Pra-mRNA Intron Peptiakette (Lys(Asp) D-Arm TRNA TRNA Translationsrichtung Akzeptorarm Ribosom mim wwwwwww (phe) Anticodon TONA Poly (9) -OH 11111 TWC-Arm variable Schleife beladene. ERNA mại Anticodon VERGLEICH PROTEINBIOSYNTHESE PRO- UND EUKARYOTEN Codierung der ONA Transkription Promoter Ablauf der bei. den Teilschritte Bearbeitung der mRNA (Reifung) Existenedauer der mRNA Ribosom MUTATIONEN PROKARY OTEN nur codogene Bereiche im Zellplasma ein Promoter für mehrere Strukturgene am gleichen Ort: Beginn der Trans- lation vor Ende der Transkription keine kurzlebig, meist kürzer als 2min 70S-Ribosomen MUTATIONEN EUKARYOTE N auch nicht-codogene Bereiche im Zellkern ein Promoter für jedes Gen raumlich getrennt, zeitlich nacheinander Anfügen von Kappe + Poly-A-Schwanz, Spleißen langlebig 80s-Ribosomen spontan oder indusiert ungerichtet vererbbar somatische DNA-Reparatur generative Mutagene Mutationsformen Genommutationen Chromosomenmutationen ↳ Genmutationen MUTATION: spontane oder induzierte, ungerichte und unter Umständen vererbbare qualitative und loder quantitative Veränderung des genetischen Materials. SOMATISCHE: Mutationen in Körpertellen → werden nicht an nächste Gen- MUTATION eration weitervererbt. GENERATIVE: Mutationen in den Ei- und Spermienzellen → können an nachfolgende Generation weitervererbt werden MUTATION Bei Menschen: Mutationsrate von 105 bis 10°6 Mutationen pro Gen & Generation → spezielle Enzyme sind in der Lage, Mutationen zu beheben → Leistungsfähigkeit der DNA-Reparaturmechanismen ist jedoch begrenzt → Mutationen sind Grundlage der genetischen Vielfalt innerhalb von Populationen GENMUTATIONEN Änderung in DNA-Sequenz können Erbinformationen verändern, zerstören oder unauffällig bleib en auf ein einzelnes Gen beschränkte Mutation: Genmutation ist nur eine einzige Base verändert: Punktmutation liegen häufig in nicht codieren Abschnitten (Introns) vor → keine phänotypische Auswirkung - unterschiedliche Genmutation: Substitution: Basen sind ausgetauscht Insertion: Basen sind eingefügt Deletion: Basen sind ausgefallen Duplikation: Basen sind verdoppelt - um herauszufinden welche Genmutation → Stammbaum analy se (Ermittlung des ursprüngl. Zustands) Mutationen ohne äußeren Einfluss (sonder z.B. Fehler bei Replikation)→Spontanmutation Auswirkungen einer Punktmutation sind von versch. Faktoren abhängig: Veränderung in Introns Genprodukte (8.B. Protein) unverändert stille Mutation Austausch einer Aminosäure bewirkt oft keine Funktionseinschränkung: missense Insertion & Deletion oft fatal - . . . → umfasst diese nicht genau A Triplett Verschiebung des Leserasters bei Translation → Leserastermutation: folgende Tripletts codieren für falsche Aminosäuren →nonsensemutation: Triplett codiert fälschlicherweise für Stoppcodon ursprüngliche DNA-Sequenz 1 Proteinsequenz stille Mutation Fehlsinnmutation (missense) Leserastermutation Unsinnmutation (nonsense) MUTAGENE codogener Strang 3 CGA CCC GGA CAA CGA CTC GCA TCA TGA TAA 5' GCT GGG CCT GTT GCT GAG CGT AGT komplementärer Strang (Sinnstrang) ACT ATT Ala Glu Arg Ser Thr lle Ala Pro Val GCT GGT CCT GTT GCT GAG CGT AGT ACT Ala Gly Pro Val 4 5 GCT GAG CCT GTT GCT Ala Glu Arg Ser Thr lle Ala Glu Pro Val Ala ATT 3' GAG CGT AGT ACT ATT 3' Glu Arg Ser Thri lle 5 GCT GGG CCT GTT CTG AGC GTA GTA CTA TT Ala Gly Pro Val Leu Ser Val Val Leu 3¹ 5 GCT GGG CCT GTT GCT TAG CGT AGT ACT ATT 3¹ STOP Als DNA-Basensequenz wird stets der zum codogenen Strang komplementäre Strang, der Sinn- strang, angegeben (5-3). Bis auf den Basenaustausch U gegen T stimmt er mit der Sequenz der mRNA überein. Wegen der Redundanz des gene- tischen Codes bleiben manche Punktmutationen ohne Folgen für die Aminosäuresequenz. Der Austausch einzelner Basen führt zum Einbau einer anderen Aminosäure und kann die räum- liche Struktur und Funktionalität des Proteins verändern. Ala Gly Pro Val Ala Punktmutationen wirken sich sehr unterschiedlich aus. Sie können neutral sein oder zu einem veränderten Genprodukt führen. Der Ausfall einzelner Basen (hier G) verschiebt das Leseraster: Die folgenden DNA-Tripletts codieren dann jeweils für eine andere Aminosäure. Ein neues Stopcodon führt zum vorzeitigen Abbruch der Translation. außere Einflüsse auf Gen energiereiche, sehr kurzweilige („harte") Strahlung Lo UV-Strahlung der Sonne, Röntgenstrahlung, radioaktive Strahlung Mutagene Substanzen Le Pflanzengifte, Nitrosamine (z. B. in Pökelfleisch), Tabakrauch, Schwermetall salze 8.B. Temperaturschocks, bestimmte Viren CHROMOSOMENMUTATION Abweichungen im Chromosomenbau-Chromosomenmutation fahren normalerweise nicht zur Veränderung von einzelnen Genen eher kompletter Ausfall, Verviel- fachung oder zu einer anderen Position der Gene im Chromosom Auswirkungen: unauffällig bis tödlich einige Chromosomen mutationen: keine Auswirkung bei Träger erst bei Nachkommen → besonders, wenn Centromer getroffen ist oder umgebautes Chromosom nicht mehr zum homologen Partner passt - verschiedene Typen von Chromosomen mutationen: Deletion: - Ausfall eines Chromosomen Abschnitts am Ende oder Mitte des Chromosoms - Deletionsstück kann verloren gehen oder in ein anderes Chromosom eingebaut werden (fatal) Translokation: - Verschiebung eines Chromosomenabschnitts - neue Position Veränderung der Aktivität der Gene durch Einfluss anderer Regulatorsequenzen Verschiebung ist innerhalb eines Chromosoms oder führt zu Stückaustausch zwischen Chromosomen reziproke Translokation unbalandierte Translokation Auswirkungen: balancierte Translokation # Inversion: - Umkehrung eines Chromosomenabschnitts - Anzahl der Gene →gleich geblieben → Reihenfolge jedoch verändert - stort Homologenpaarung & Crossingover während Meiose Duplikation: - Verdopplung eines Chromosomenabschnitts - keine Gene fehlen→→Duplikation bleibt unauffällig ermöglicht Mutationen in WiederholungsstückenVariationen des Gens verdopplung mehrfach wiederholbar Deletion nach Doppelbruch Deletion nach Einzelbruch reziproke Translokation Inversion Gesamtmenge der DNA ändert sich nicht keine phenotypische Auswirkung Duplikation 1 ABCDEFG CD ABCDEFG EFG ABCDEFG HIIKLMNO ABCDEFG CDE ABCDEFG Telomer ABEFG CD Centromer ABCD ABLMNO HIJKCDEFG quantitative Änderung im Erbgut →DNA geht verloren / liegt zusätzlich vor →kann phänotypische Auswirkung haben ABEDCFO Ein Chromosomenabschnitt liegt zweifach vor, er kann aus dem homologen Chromosom stammen oder durch fehlerhafte Replikation entstanden sein. Chromosomenmutationen sind Umbauten von Chromosomen nach einem DNA-Bruch. A, B, C, ... bezeichnen Gene. ABCDCDEFG Bei zwei Chromosomenbrüchen geht ein Mittelstück verloren und die Enden der verbleibenden Stücke verkleben. Zerbricht ein Chromosom in zwei Teile, enthält nur eines das Centro- mer und kann bei der Kernteilung verteilt werden. Beiden Teilen fehlt ein Telomer, sodass sie leicht mit anderen Chromosomen verkleben. Chromosomenbruchstücke werden zwischen nicht homologen Chromo- somen ausgetauscht. Ein Chromosomenabschnitt wird nach einem Doppelbruch umgedreht wieder eingebaut. BIOLOGISCHE SYNTHESEKETTEN Lo an der Ausformung von Merkmalen sind im Regelfall mehrere Gene beteiligt Lo sie wirken gleichzeitig oder nacheinander auf die Ausbildung des Merkmals ein Lo Genwirkkette: Alle Gene, die über die von ihnen gebildeten Enzyme eine Synthesekette steuern REGULATION VON STOFFWECHSELVORGANGEN BEI BAKTERIEN UND EUKARYOTEN Genregulation durch Substrat-Induktion - aktive Repressor Effektor inaktiver Repressor GENREGULATION BEI PROKARYOTEN OPERON-MODELL Operator: DNA-Bereich, an dem der aktive Repressor binden kann - Promoter : Bindungsort für die RNA-Polymerase Regulator- gen Strukturgene: Gemeinsame Regulation unterliegender Gene Operon : Funktionseinheit aus Promoter, Operator & Strukturgenen GENREGULATION DURCH SUBSTRAT-INDUKTION Prinzip: Abzubauende Substanz initiiert ihren eigenen Abbau Anwendung: V.a.bei abbauenden Stoffwechselprozessen - Vorteil: ökonomischer Umgang der Zelle mit Material und Energle, da synthese nur dann erfolgt, wenn die Produkte benötigt werden Transkription Translation. Regulation von Stoffwechselvorgängen, Genregulation durch RUA-Inteferenz 12 trp-Operon Promotor Operator -Strukturgene EDCBA mRNA X 3 mRNA Genregulation durch epigenetische Mechanismen Methylierung Enzyme Genregulation durch Endprodukt-Repressor inakliver Repressor Effektor aktiver Repressor DNA inaktiver Repressor Vorstufe Tryptophan Repressor 81.1 Tryptophan Operon bei Escherichia coli. A induziert; B blockiert B GENREGULATION DURCH END PRODUKT-REPRESSION Printip: Endprodukt einer Synthesekette verhindert seine weitere Produktion aus den Ausgangsstoffen Anwendung: V.a.bei aufbauenden Stoffwechselprozessen mRNA - Vorteil: ökonomischer Umgang der telle mit Material und Energie, da die Genprodukte nur so gebildet werden, wie die zelle sie benötigt Inducer Р Tryptophan i Repressor mRNA Histon-Modifikation Repressor mRNA RNA-Polymerase Repressor ❤ (Inactive repressor) keine MEDCBA 19 lac mRNA 1 Translation B-galactosidase permease transacetylase In absence of inducer Enzymsynthese Repressor binds to the operator region(o) and prevents RNA polymerase from transcribing the operon In presence of inducer Transcription aktiver Repressor GENREGULATION BEI EUKARYOTEN RNA-INTERFEREN? Aufgabe: gezieltes Verhindern der Translation von MRNA-Molekülen durch systematischen Abbau der mRNA im Zellplasma mithilfe von RNA-Protein-komplexen - Funktion: Regulation der Genexpression, Abwehr von Viren - Ablauf: - EPIGENETIK Vererbbare Veränderung der Genaktivität → dauerhafte, reversible An-oder Abschaltung der Aktivität einzelner Gene Methylierung & Histon-Modifikation > im Zellkern: Bildung von dsRNA (doppelsträngige RUA) & miRNA-Abschnitten (MicroRNA) > im Zellplasma: Bindung der dsRNA an Dicer-Enzymkomplexe →→ Zerlegung in sehr kleine, doppelsträngige siRNA > Übernahme der siRNA durch Argonauten-Proteine → nur einer der beiden Stränge (Leitstrang) bleibt am Protein gebunden > Anlagerung des Risc nach siRNA- Vorgabe an spezifische komplementare mRNA, die abgebaut werden soll > Risc spaltet angelagerte mRNA in Nukleotide → keine Translation mehr möglich METHYLIERUNG DER BASE CYTOSIN Printip: Cytosin wird mit einer Methyl-Gruppe versehenspezifische Proteine können binden → Sperrung" der nachgelagerten strukturgene für die RNA-Polymerase HISTON-MODIFIKATION -Prinzip: Unterschiedlich dichte Packung der Nukleosomen durch chemische Veränderung von Aminosäuren in den Histonen & durch die Bindung kleinerer Proteine an spezifische Histone gepackte Nukle men →Transkriptionsfaktoren können sich nicht anlagern - Gene, die gerade nicht benötigt werden > locker hintereinander aufgereihte Nukleasomen→ Transkriptionsfaktoren können sich anlagern gerade aktive" Gene ENTSTEHUNG VON KREBS krebs: Erkrankung, bei der Zellen ein unkontrolliertes Wachstum seigen - PROTOOJUKOGEN steuem Wachstum Teilung & Differenzierung von Zellen Mutationen /Viruseinfluss / Fehlsteuerung → Wachstum/Teilung/Differenzierung von Zellen außer Kontrolle Folge: Krebserkrankung defekte Protoonkogene: Ontogene - TUMORSUPRESSORGENE Lunterdrücken Krebs PS3-Tumorsupressorgen: wird durch DNA-Schäden aktivieren codiert für Protein PS3: Transkriptions- faktor, der verschiedene Gene anschaltet große, irreparable DNA-Schäden → PS3 aktiviert Gene, die tellsyklus anhalten & Apoptose einleiten PS3-Tumorsupressorgen defekt keine Apoptose mehr → entartete zellen sterben nicht ab→ Krebs GENTECHNIK-ZIELE WERKZEUGE UND METHODEN METHODEN: > Erzeugung und Selektion transgener Bakterien > PCR > Elektrophorese > DNA-Sequenzierung > Genetischer Fingerabdruck - - GENTECHNIK 21EL: Untersuchung, Manipulation und Transfer von Erbsubstanz WERKZEUGE DER GENTECHNIK Restriktionsentyme : 2.B. EcoRI : schneiden doppelsträngige DNA an spezifischen Basenfolgen →überstehende Einzelstrangenden: sticky-ends DNA-Ligasen: zur Verknüpfung von DNA- Fragmenten DNA-Polymerasen SYNTHETISCHE ORGANISMEN Lim Labor künstlich hergestellt WERKZEUGE: > Restriktionsenzyme Vektor DNA Spender Ligasen > Reverse Transkriptasen > Vektoren Reverse Transkriptasen: RNADNA Möglichkeiten zur DNA-Übertragung: 2.B. Mikroinjektion & Vektoren wie spezielle Viren & Plasmide > ERZEUGUNG TRANSGENER BAKTERIEN Isolierung und Bearbeitung der DNA eines Spendeorganismus: Zerschneiden der DNA mit einem Restriktionsenzym-Identifizierung, isolierund und ggf. Vermehrung (PCR) des gewünschten Gens 21 Gewinnung von Plasmiden aus Bakterienzellen und Aufschneidung der Plasmide mit dem gleichen Restriktionsentym, das zum Zerschnei- den der spender-DNA verwendet wurde 3 Hybridisierung: Vermischen von aufgeschnittenen Plasmiden und Spender-DUA → sticky ends lagern sich komplementär susammen; tugabe von Ligase zur Verknüpfung der DNA-strånge Hybridplasmide Transformation: Übertragung der Hybridplasmide in Bakterienzellen Restriktionsenzym O-O-O $ -DNA-Doppelstrang -Schnittstelle Restriktionsentym Rekombinante DNA Transformation Transgene Zelle TRANSGENE ORGANISMEN Lo Viren, Bakterien, Pflanzen & Tiere, denen artfremdes genetisches Material (Transgene) eingeschleust wurde PCR GENETISCHER FINGERABDRUCK -DNA-Muster, das eine Person eindeutig charakterisiert, wie Rillen der Fingerkuppe → genetischer Fingerabdruck •Betrachtung von Introns variieren aufgrund unbedeutender Mutationen von einem Individuum zum Anderen →DNA-Verfielfältigungsmethode: Polymeraseketten reaktion → kleinste Spuren DNA-haltigen Materials reichen aus - A Denaturierung: Trennung des DNA-Doppelstrangs bei 95°C-Wasserstoffbrücken trennen sich & Annealing: Anlagerung der Primer zwischen 55°-65° →Primer: damit nur gewünschte DNA-Abschnitte vervielfältigt werden + dient Polymerase als Startplätte Methode: Polymerasekettenreaktion (PCR) nach Kary Mullis (Nobelpreis 1993) Anwendung Die PCR vervielfältigt minimale DNA-Spuren. PCR-Ansatz gewünschtes Fragment 3 DNA-Primer T Denaturierung bei 94 °C 5' 3' 1 Nucleotid b Methode Ein PCR-Ansatz enthält die Proben-DNA, ausreichend Nucleotide (A, T, G, C), hitzestabile DNA-Polymerase und zwei DNA-Primertypen. Diese legen durch ihre Basensequenz den Startpunkt auf den beiden DNA-Einzelsträn- gen für die Polymerase fest. Das grenzt den zu vervielfältigenden Bereich von beiden Seiten aus ein. Ein PCR-Zyklus besteht aus drei Schritten: Denaturierung, Hybridisierung, Verlängerung. 1. PCR-Zyklus Hybridisierung bei 50-60 °C 5' 3 Elongation: Synthese der komplementärstränge durch Tag- Polymerase bei 72°C - aus Wiederholungssequenzen bestehenden DNA-Abschnitte werden mit Gel-Elektrophorese getrennt →DNA-Molekule:negativ geladen wandern in elektrischem Feld in Richtung Pluspol je kürzer ein DNA-Abschnitt, desto schneller kann er sich durch das Gel bewegen umso weiter wandert er nach unten www.H Es sind zwei verschiedene Primer erforderlich: einer für jeden DNA- Strang. Sie werden von Firmen mit der Wunschsequenz geliefert. Entstehung eines Bandenmuster - charakterisiert eine Person eindeutig genetischer Fingerabdruck gibt keine Auskunft aber Merkmale der Person (7.B. Haarfarbe), da nur nicht codierende DNA berücksichtigt wird dient lediglich Vergleich 3' Rückwärts-Primer ursprüngliche DNA HHHMIFIFFCHE Vorwärts-Primer Ⓒ Verlängerung bei 68-72 °C 5 Denaturierung =94°C Innm www....UL 3 FHLFFFFFF FEFFIFFEFLFFLLFPEP.COM Gel 2. PCR-Zyklus 14640 Glasplatten freie Nukleotide Gemisch von Molekülen unterschiedlicher Größe Pararan HD Strom- Quelle Polymerisation 72°C 3. PCR-Zyklus 04640 Die Primer bestimmen nur die Startpunkte. Daher werden die ersten DNA-Kopien am 3'-Ende oft länger als gewünscht. Bei weiteren PCR-Zyklen entstehen dann Kopien des gewünschten Fragments in der richtigen Länge. DNA-Spuren werden vor weiteren Analysen durch die Polymerasekettenreaktion über etwa 35 Zyklen vervielfältigt. HIIHII ABAAEAAAICO HFP, PCR-Komponenten: DUA-Probe + Primer+ Nudeotide +Puffer + Tag-Polymerase Hybridisierung 50-60°C www.www. Primerpaar Taq-Polymerase unsichtbar ., kürzere Moleküle längere Moleküle waar L UTI gefärbtes, fertiges Gel GENSONDEN/DNA-CHIPS Gensonden: DNA-Fragmente, die zu 100% mit einer Basensequenz übereinstimmen DNA-Chips: gentechnische Verfahren Liel/Anwendung: kann 2.B. festestellen welche der untersuchten Gene in einem bestimmten Gewebe zu einer bestimmten Zeit exprimiert werden - Verfahren: Auf DNA-Chip aus Glas oder Kunststoff werden spezifische DNA-Sonden fixiert 27 Aus Zellen des zu untersuchenden Gewebes wird mRNA gewonnen & mit Reversve Transkriptase in DNA umgeschrieben entsteht CDNA 31 entstandene CDNA wird mit Fluoreszensfarbstoff markiert & auf den Chip gegeben CDNA hybridisiert mit evtl. vorhandenen komple- mentären DNA-Sonden Blut- oder Speichelproben liefern Zellen, aus denen DNA gewonnnen wird gebundene DNA- Fragmente senden Lichtsignale aus: je mehr gebunden ist, desto heller der Punkt. auf dem Genchip 5 nicht gebundene CDNA wird abgespült 6 anhand der Fluoreszenzstrahlung kann ermittelt werden, welche Gene im untersuchten Gewebe exprimiert wurden X000 jede Sonde erkennt ein anderes Gen kleine DNA-Fragmente werden mit einem Farbstoff markiert die markierte DNA bindet an Sonden auf dem Genchip CHANCEN UND RISIKEN DER GENTECHNIK MIKROORGANISMEN & VIREN IN DER GENTECHNIK Ziel: transgene Zellen als Biokatalysoren und Produzenten → · zukünftig evtl. sogar zellen mit komplett maßgeschneidertem Genom oder synthetische zellen GENDIAGNOSTIK - Ziel: Genetisch bedingle Krankheiten, Defekte oder bestimmte Merkmale durch DNA- & RNA-Untersu- chungen nachweisen und identifizieren GENTHERAPIE Ziel: Entwicklung & Anwendung therapeutischer Verfahren, bei denen gezielt Gene in das menschliche Erbgut eingeschleust werden, um Erbgutdefekte zu beseitigen STAMMZELLEN Körperzellen, die sich in verschiedene telltypen oder bewebe differenzieren können Embryonale Stammzellen: > aus Embryon en gewonnen. > Totipotent bis zum 8-Zell-Stadium: Fähigkeit, einen vollständigen Organismus zu bilden (Zwillinge) > danach pluripotent: können sich in jedes Gewebe entwickeln - Adulte Stammzellen: > post embryonale Form; Herkunft aus verschiedenen Organen / Geweben (z. B. Knochenmark) > multiponent: auf bestimmten Gewebetyp festgelegt > unterliegen Alterungsprozess → mögliche Mutationen - Einsatz von Stammzellen: kontrovers > Injektion von Stammzellen in extrankte Organe/Gewebe → Verbesserung der Funktionsfähigkeit MEIOSE Aufgabe: Reduktion der Chromosomenzahl (2n- An) und Durchmischung sowie Rekombination des genetischen Materials - Ablauf in zwei Reifeteilungen: > 1.Reifeteilung: Prophase I - Metaphase I -Anaphase I-Telophase I Reduktion der Chromosomen- zahl zwei haploide Zellen > 2. Reifeteilung: Prophase II - Metaphase I -Anaphase II-Telophase I-Teilung der haploiden Zellkerne 4 haploide Zellen mit Ein-Chromatid-Chromosomen - Ergebnis: haploide Geschlechtszellen (Gameten) > Oogenese (Eizellenbildung): 1 plasmareiche Eizelle + 8 Polkörperchen > Spermatogenese (spermienbildung): 4 Spermien tellen A.REIFETEILUNG Spindelapparate bilden sich aus XX XXX METAPHASE ANAPHASE PROPHASE CYTORINESE TELOPHASE 2.REIFETEILUNG REKOMBINATION LeNeukombination von Genen X X X X X PROPHASE METAPHASE ANAPHASE TELOPHASE BEFRUCHTUNG Lo Verschmelzung weiblicher & männlicher Gamet → Zygote, in der haploide Gametenkeme (2 x An) verschmelzen- diploider tygotenkern - interchromosomale Rekombination: Zufallsbedingte Verteilung mütterlicher & väterlicher Chromosomen der homologen Chromosomenpaare in der A. Reifeteilung - intrachromosomale Rekombination mittels Crossing-over: Chromosomen-Stückaustausch zwischen homologen väterlichen & mütterlichen Chromosomen während 1 Reifeteilung. → Austausch von Chromosomenteilstücken zwischen Nicht-Schwester-Chromatiden Rekombination durch Befruchtung: Zufall, welche Spermieneelle welche Eizelle befruchtet XX XXXX D-0000 Tetrade Chiasma Crossingover STAMMBAUMANALYSE autosomal dominant: > mindestens ein Elternteil hat das Merkmal im Phänotyp > jede Generation hat mehere betroffene Personen > beide Geschlechter sind betroffen > kranke Eltern können gesunde Kinder bekommen - autosomal rezessiv: > beide Geschlechter betroffen > nicht jede Generation > Eltern können keine Merkmale aufweisen & kinder trotzdem krank > Allel liegt auf beiden homologen Autosomalen vor > nur homozygote sind Überträger - X-Chromosomal rezessiv: > fast nur Männer betroffen häufig gesunde Eltern > Mütter sind Überträger (heterozygote Frauen) - X-Chromosomal dominant: > 2 kranke Eltern können gesunde Kinder bekommen > alle Geschlechter betroffen > Väter vererben krankheit nur auf Töchter > kranke Mütter 50% kranke Kinder autosomal- dominanter Erbgang ✓kranke Eltern ha- ben auch gesunde Kinder ✓ Krankheit tritt in jeder Generation auf ✓jeder Kranke hat in der Regel einen betroffenen El- ternteil ✓sind beide Eltern gesund, gibt es keine kranken Kin- der autosomal- rezessiver Erbgang ✓ Eltern und Kinder betroffener Perso- nen sind norma- lerweise gesund ✓Krankheit muss nicht in jeder Ge- neration auftreten Zusatz: betroffene Kinder ha- ben manchmal bluts- verwandte Eltern ✔Die Krankheit tritt bei Männern und Frauen ungefähr gleich häufig auf gonosomal- rezessiver Erbgang (x-chromosomal- gekoppelt) ✓statistisch sind mehr Männer krank ✔Frauen können Konduktorin sein ✓nur homozygot rezessive Frauen X,X, und heterozy got rezessive Män- ner X,Y sind krank ✓Brüder von betrof- fenen Jungen bei heterozygoter Mutter sind mit 50%iger Wahr- scheinlichkeit be- troffen; Schwes- tern sind nicht be- troffen, haben aber ein 50%iges Risiko Konduktorin zu sein Zusatz: betroffene Männer sind über Frauen und nicht über gesunde Männer miteinander verwandt betroffene Jungen haben unter Umstän- den mütterlicherseits Onkel, die erkrankt sind gonosomal- dominanter Erbgang (x-chromosomal- gekoppelt) ✓ statistisch sind mehr Frauen krank ✓heterozygote und dominant homo- zygote Frauen sind krank (XAX, XAX₂) und nur dominant heterozygote Männer X,Y sind krank) ✓ Vererbungsmuster ähnelt stark auto- somal dominanten Stammbäumen, nur dass alle Töch- ter, nie aber die Söhne eines er- krankten Vaters betroffen sind Erbgang Gesund damaiert rezessiv Aa Aa autosomal GQ Xay 9 (хаха 15 dominant OOTD Krok domit X-Chrom. dominant XAXO 1 QQ XAX₁ 10 aq XaY 2 XaY 11 Analyse eines Erbschemas britt in jeder XaY 6 DO on www.k 8 XAY 7 rezessiver Erbgang dominanter Erbgang XaX (XaXa) 12 13 Xay XAX 16 17 18 Stammbaum erbliche Nachtblindheit Xa Y 19 Letwa gleich off XaXa 8 Xa Y 14 (XaXa) 20 beti me Mar wahrscheinlich X-chromosomal rezessiver Erbgang autosomal rezessiver Erbgang X-chromosomal dominanter Erbgang autosomal dominanter Erbgang