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Genetik ABIZusammenfassung

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 Molekulargenetik
DNA
DNA =des oxyribonucleid acid (DNS = Desoxyribonukleinsäure) Träger der Erbinformation
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Zusammenfassung beinhaltet: DNA Proteinbiosynthese Translation Transkription Genregulation Pro- und Eukaryoten Replikation ...

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Molekulargenetik DNA DNA =des oxyribonucleid acid (DNS = Desoxyribonukleinsäure) Träger der Erbinformation Eigenschaften: Kodierung (In (Informationen speichern) + Mutierbarkeit + Stabilität + Kopierbarkeit Bausteine -DNA ist ein Polynukleotid Desoxyribose (Pentose) Phosphor saure 101 11 HO POH HO-CHI H H OH Basen O H OH ● OH • organische (stickstoffhaltige) Basen > Purinbasen (Doppelring): Adenin (A) Guanin (6) >Pyrimidinbasen (Einzelring) Cytosin (C); Thymin (T) 81 81 10 11 11 11 HO-P-O-P-0-P OH OH OH O Pentose R-OH Ribose OH R R-H Desoxyribose L-Nukleosid --Nukleosidmonophosphat L-Nukleosid triphosphat Base --Nukleosiddiphosphat Phosphatgruppe bindet am C5' des Zuckers + Base am c1' Phosphatgruppe des einen Jukleotids ist mit dem C3' an des nachsten Zuckers verknüpft → Daraus ergibt sich Einzelstrang (Enden nach freien Gruppen der Desoxyribose benannt: 3¹-Ende = freie Hydroxylgruppe + 5'-Ende = freie Phosphatgruppe) Stabilisierung der Einzelstrange : UdW-Wechselwirkungen zw. den „übereinanderliegenden" Zucker- innen gerichtet Basen der Einzelstränge über Wasserstoffbrücken verbunden > Komplementāre Basenpaarungen (chargaff-Regel) Adenin Thymin (2H-Brücken), Guanin + Cytosin ( 3 H-Brücken) Nukleotid aufbau der DNA DNA besteht aus zwei DNA-Einzelsträngen (zsm. DNA -Doppelstrang) Phosphat-Ruckrat + daran gebundene Basen nach → erklären Stabilität der Doppelhelix → Denaturierung der DNA =H-Brücken brechen auf um DNA- Doppelhelix: Einzelstrange sind um eine halbe Windung versetzt, schraubig un eine Achse gedreht Antiparallelitāt: Einzelstrānge entgegengesetzt gerichtet >d. h. einer verläuft von 3¹ nach 5¹ (= codogener Strang), der andere von 5' nach 3¹ mit 2 Handlaufen DNA ist eine Doppelhelix Molekul ist schraubig gewunden wie eine Wendeltreppe 1 Windung: 3,4nm Ø2nm Nukleins aure Zucker-> Desoxyribose 4 organische Basen cytosin, Thymin, Guanin, Adenin Nukleotide bestehen aus Base, Zucker & Phosphat gegenüberliegende Basen. ziehen sich aufgrund ihrer Ladungsverteilung an die Beiden Einzel- strange sind nicht...

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leicht zu trennen Stabilität der Doppelhelix G Ribonukleinsäure Zucker ->>> Ribose Anstatt Thymin Uracil Einzel- statt Doppelstrang 13¹. Die beiden Einzelstrange verlaufen entgegengesetzt = antiparallel - Am 3' Ende des Zuckers wird das nächste Nukleotid angeknüpft > Ein - Chromatid - Chromosomen (eine Chromatinfaser) oder Zwei Chromatid- Chromosom (zwei Chromatinfasern) Bilden das Zucker - Phosphat Ruckgrat und sie wechseln sich ab Die Basenabfolge bestimmt die Basenabfolge des anderen verpackung der DNA Bei Eukaryoten wird die DNA aufgrund ihrer Länge in einem hochgeordnetem Verpackungsprozess verdichtet DNA liegt im Zellkern in Form von DNA-Strängen (DNA-Doppelhelix) vor > verdichtung und Verkürzung des DNA-Stranges durch wickeln um Histone (Proteine): DNA-Strang + Histone = Nukleosom (Perle) • Chromatinfasern = Nukleosomenstrang der weiter aufgewunden wurde > Chromatin = Gesamtheit aller Chromatinfasern im Zellkern (nicht kondensiert) Chromosom = kondensierte (stark verkürzte, aufspiralisierte ) chromatinfasern > nur wahrrend der Meiose/ Mitose sichtbar > Mensch: 46 Chromosomen (44 Autosomen + 2 Gonosomen :xx = Frau, xx = Mann) Gesamte Lange beträgt 4,2 mio Basenpaare beim Bakterium und in jeder menschl. Zelle ca. 6mrd. Bp (1,8m) ZELLZYKLEN • Abfolge verschiedener Aktivitätsphasen zwischen den Teilungen eukaryotischer Zellen 1. Interphase (17,5h) = Zeitabschnitt zwischen zwei Zellteilungen • G₁-Phase: Vorbereitung auf die DNA - Replikation > Zellwachstum durch Fussigkeitszunahme + verstärkte PBS + Synthese der Zellorganellen • Synthese - Phase : Verdopplung (Replikation) der Erbsubstanz (DNA) > Histone gelangt in Zellkern + Verdopplung der Zentriolen G₂-Phase =Übergang zur Meiose > Zellwachstum durch Flüssigkeitszunahme Vorgange in der Interphase Proteinbiosynthese Tochterzelle wächst zur Größe der Mutterzelle Prophase Go-Phase manche Zellen teilen sich nicht mehr z. B. Nervenzelle →teilungsinaktiv im Ruhezustand Metaphase G₁- Phase Telophase S-Phase G₂- Phase Mitose ca. 40min Interphase im kern befinden sich lange Chromatinfäden, die die Ebsubstanz entalten DNA-Synthese (9h) neue DNA wird synthetisiert DNA repliziert Proteinbiosynthese (wachstum) Abschnitt nach verdopplung bis zum Beginn der Prophase Kernmembran lost sich auf und Nukleolus auch Die Chromosomen werden sichtbar weil die chromatinfaden aufschrauben. An den Zellpolen ensteht der Spindelapparat und Spindelfasern bewegen sich zur Mitte hin. Spindelfasern heften sich an das Zentromer jedes chromosomenpaars. Chromosomen setzen sich in Bewegung zur Aquatorialebene Anaphase spindelfasern verkürzen sich und chromatiden trennen sich am Zentromer werden zu denn Zellpolen befordert. Die Zahl stimmt mit den üblichen Chromosomenzahl überein kernmembran und Nukleowus werden neu gebildet. chromosomen entspiralisieren sich und spindelfasern bilden sich 00 An die Kernteilung schließt sich die zellteilung an. Zellplasma und Zellorganellen teilen sich auf Tochterzellen. Am Ende der Zellteilung liegen 2 identische zellen vor Meiose Ziel: Bildung von genetisch unterschiedlichen Keimzellen (also Spermien- bzw. Eizellen) genetische Variabilitāt Ablauf: 1. Reifeteilung (Reduktionsteilung) = zwei mit haploidem Chromosomensatz •Prophase : Ausbildung Spindelfasern + homologe Chromosomen liegen als zwei- chromatid- chromosom vor •Metaphase : homologe Chromosomen ordnen sich in Aquatorialebene + Spindelfasern docken an Zentromer an •Anaphase + Telophase: Trennung der homologen Paare + je ein Zwei-Chromatid- Chromosom wandert entlang der Spindelfaser zu einem der Pole 2. Reifeteilung Metaphase: Zwei - Chromatid - Chromosomen lagern sich in Aquatorialebene an Anaphase: Trennung der Schwesterchromatiden + Ein-chromatid - Chromosomen werden zu den Polen gezogen Telophase: Ausbildung neuer kernmembranen jeweils um haploiden Satz der Ein- Chromatid-Chromosomen + Zellteilung (Cytokinese) Ergebnis: 4 genetisch unterschiedl. Spermienzellen mit haploidem Chromosomen- satz, bzw. eine Eizelle mit haploidem Chromosomensatz (+3 Polkörperchen) -Meiose halbiert chromosomensatz von Zn auf 1n rekombination = Quelle der genet. Variabilitāt → Ziel: Durchmischung der Erbinfo in jeder Generation (genet. Variabilitāt) NEUKOMBINATION DER CHROMOSOMEN BEI BILDUNG DER KEIMZELLEN 1. Interchromosomale Rekombination (freie Rekombination) zufällige Verteilung der ursprünglich von vater/Mutter stammenden homologen Chromosomen auf die Tochterzellen während der ersten Reifeteilung > 223 = 8,4 mio Möglichkeiten 2. Interchromosomale Rekombination ( (crossing over ) = zufällig auftretender Stuck-Austausch bei Chromatiden homologer Chromosomen Chromatiden können an Überkreuzungsstellen (chiasmata) brechen + neu verwachsen > rekombinante Chromatide, die die Gene beider Eltern tragen Neukombination der Chromosomen bei Befruchtung: →Bei Befruchtung verschmelzen Zellkerne d. spermien- u. Eizelle = zahl und bau der chromosomen Centromer kurzer Arm semikonservativ langer Arm Geschlechtschromosomen = Gonosomen Nicht Geschlechtschromosomen = Autosomen genarme Bereiche genreiche Bereiche Der Mensch besitzt 24 versch. Chromatid - Chromosomen durch G-Banden- technik (Farbstoff Giemsa) DNA-Replikation = Prozess der identischen verdopplung der DNA →vor einer Zellteilung (s-Phase) + Grundlage der Zellteilung konservativ dispersive Replikation verläuft semikonservativ → es entstehen z neue DNA-Doppelstrange, die aus je einen und einem alten Einzel- strang bestehen Man benötigt: • DNA-Helicase (Entwindung + Auftre DNA-Polymerase (Verkettung der Nukleotide) Primase (Primer Synthese) + RNA- Primer freie Nukleosidtriphosphate = ATP, CTP, GTP, TTP Ligase (Verknünpfung der Okazaki -Fragmente) . • . ftrennung des Doppelstrangs ) Ablauf: Entwirrung und Trennung der Doppelhelix durch das Enzym Helicase →> Y-Struktur ; Entstehung einer Replikationsgabel Synthese erfolgt immer in 5¹ -> 3¹ -Richtung kontinuierlicher Strang (Leitstrang): -Primeasen synthetisieren an den nun freiliegenden Einzelsträngen einen RNA- Primer - Primer synthese wird nach ca. 10 Nukleotiden beendet Primase RNA-Primer. Okazaki- Fragmente DNA Ligase RNA- Polymerase 3¹ XX 5' 3′ ONA-Stranges Ursachen : > Zellinterne Fehler (Anlagern von falschen Basen ) > Röntgenstrahlen, UV, Zigarettenrauch, Abgase 5' 5' Folgestrang -DNA-Polymerase bindet an 3'-Ende des Primers + synthetisiert Verknüpfung freier Dukleosidtriphosphate - Kontinuierliche synthese eines komplementaren DNA-S 5¹-3¹-Richtung Diskontinuierlicher Strang (Folgestrang) -Primeasen synthetisieren an den nun freiliegenden Einzelsträngen einen RNA-Primer -Primer - Synthese wird nach ca. 10 Nukleotiden beendet -DNA-Polymerase bindet an 3¹-Ende des Primers + synthetisiert verknüpfungen freler Nukleotide -DNA-stucke entstehen (Okazaki-Fragmente) + diskontinuierliche synthese eines komplementāren Stranges in 5'-3'- Richtung -Helicase DNA-Replikation vom Reißverschluss zur Schleife Die DNA-Polymerase ist fest miteinander verbunden → beide Strange werden von EINER Polymerase kopiert Mutation: >Durchtrennung oder Schaden bei beiden Strängen ist irreperabel > somatische Mutation (Körper zelle) > Keimbahnmutation (Geschlechtszelle →wird vererbt) DNA- Leitstrang Polymerase Entfernung des RNA-Primer + Ersetzung durch DNA-Nukleotide DNA-Ligase verknüpft Okazaki -Fragmente + schließt Lūcke, die durch Ersatz des RNA- Primers entstanden ist um den diskontinuierlichen strang zu synthetisieren muss dieser Einzelstrang eine schleife bilden, in dem Schleifenbereich sind beide strange in die selbe Richtung gerichtet Fehler bei der DNA- Replikation Reperaturmechanismen Polymerase - Korrektur: Missmatch-Reperatur: Expansionsreperatur: für jedes eingebaute Nukleotid wird eine korrekturlese durch- geführt, an der die Vorlage des Vorhandenen Stranges → Erkennt sie ein fasch gepaartes Nukleotid fahrt sie ein Stück zurück und entfernt das fehlerhafte Nukleotid und ersetzt es durch das Richtige Ver T Schadhafte oder falsch plazierte Nukleotid-Basen werden von speziellen Enzymen erkannt und und entfernt und Mittels der Polymerase wird die Lücke wieder aufgefüllt und durch Ligase mit der restlichen Kette verbunden Ein großeres DNA-Stück, das Schadstellen enthält wird durch Nukleasen herausgeschnitten und entfernt. Polymerase fullt die Lücke wieder auf u. durch Ligase mit der restl. Kette verbunden Replikationsursprung Q-0 Struktur Aufbau d. Nukleotide zucker Basen Funktion Replikationsgabel Replikationsende Replikationsblase ich: DNA und RNA DNA Doppelstrang (Doppelhelix) Phosphatgruppe + Desoxyribose+ Base Desoxyribose Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin Träger der Erbinformation E.coli Genotyp Gesamtheit der Gene eines Organismus 4,6 mio Bp 1000 Bp/sec 20 min Mensch 3mrd/Bp 100 Bp/sec gh →→10 000 Origins (Replikationsursprunge) RN A Einzelstrang Phosphatgruppe + Ribose + Base Ribose Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil verschied. Funktionen →Abh. vom RNA-TYP Grundbegriffe der Genetik. Gene = bestimmte Abschnitte der DNA, die für die Ausprägung von Merkmalen verantwortlich sind Allele = Zustandsform eines Gens →diploider organismus zwei Allele / Gene (eines von der Mutter, eines vom Vater) →> Allele können gleich (homozygot) oder unterschiedlich (heterozygot) sein Merkmal = Haarfarbe, Hautfarbe, Blutgruppe etc. wird durch ein oder mehrere Gene beeinflusst kann versch. Merkmalsauspragungen haben Phānotyp Genom = Gesamtheit der genetischen Information der Zelle Gene codieren den Bau von Enzymen und Struktur proteinen => Ein-Gen-ein Polypeptid - Hypothese = Gesamtheit der Merkmale eines Organismus ->Phānotyp wird durch Genotyp und Umwelt beeinflusst A Polygenie = mehrere (viele) Gene sind für ein Merkmal verantwortlich, bsp. Vererbung der Körpergröße, Haarfarbe Polyphanie = Ein Gen beeinflusst mehrere (viele) Merkmale, bsp. Phenylalanin beeinflusst Schilddrüse, Hautpikmentierung Genwirkkette = Abfolge von Reaktionsschritten (Stoffwechselprodukte werden über mehrere Zwischenstufen gebaut) DNA Gen 2 Gen 1 Gen4 ↓ Enzym 1 →B Enzym2> C Enzym D Enzym4, Endprodukt proteinbiosynthese = Gen 3 = Produktion/Synthese eines Proteins Transkription keine Rk (genet. Block) mutiert funktionslos genetischer Block = ist ein Gen in einer Genwirkkette mutiert d.h. das Enzym ist unwirksam. Das Endprodukt kann nicht hergestellt werden Folge: A, B, C haufen sich an → Krankheitsbild durch Anhāufung Du. E fehlen →> Mangel →> Krankheitsbild => Medikament ggf. Ernährung DNA Genotyp → mRNA ↓ Proteinbiosynthese Protein ↓ Merkmal Phanotyp Translation Polypeptid Тг a ns kription Im Zellkern: Anfertigung einer transportablen Genkopie durch umschreiben in die mRNA (=messenger. - RNA) • mRNA kürzer als DNA (nur Info eines Gens) + beweglich (genet. Info kann zellkern verlassen + zu Ribosomen gelangen) Codogener Strang (3¹ →>5¹) Vortagestrang der DNA, wird in mRNA transkribiert (RNA -Polymerase kann RNA nur von 5' nach 3¹ aufbauen Benötigte Komponenten: DNA, Nucleosid triphosphate der 4 Basen, RNA- -Polymerase. Ablauf: 1. Initiation : RNA-Polymerase erkennt Promotor und bindet unter Trankriptionsfaktoren . daran > Promotor = Erkennungssequenz (spezifische DNA-Sequenz und liegt kurz vor dem Gen) • Promotor folgt entlang des codogenen Stranges in 5¹-3¹- 3¹-Richtung der zu transkribierende DNA-Bereich • RNA-Polymerase gleitet codogenen Strang entlang ->> DNA- A-strang wird entwunden + H-Brücken werden aufgebrochen (blasenartige offnung entstehen) 2. Elongation ● DNA Doppelstrang wird nach und nach entwunden > Startsequenz (Promotor) 5 RNA -Polymerase entwundene DNA Bede m-RNA wieder aufgewundene DNA m-RNA DNA fertige m-RNA codogener DNA-Strang • Freie RNA-Nukleotide (A,C, G, U) lagern sich komplementār an codogenen Strang+ werden von RNA-Polymerase verknüpft (freie RNA-Nukleotide werden immer an 3¹ - Ende angeheftet) > wachsender prā-mRNA - Strang Lōst sich am anderen Ende der Trans- kriptionsblase vom codogenen Strang (Schließung der Doppelhelix) Beginn der Transkription 3¹ Stoppsequenz verlängerung Ende der Transkription der m-RNA 3. Termination . • Transkription der Terminator - Sequenz = Signal für RNA-Polymerase Verlängerung einzustellen > prā- mRNA (5'-3') löst sich vom codogenen Strang + wird von RNA-Polymerase freigegeben Uberdrehung Doppelhelix aufgehoben + DNA - Strange schließen sich (komple- mentāre Basenpaarung) • RNA -Polymerase lost sich von DNA-Doppelhelix → hat den gesamten Bereich nach Promotor - Sequenz bis einschließlich Terminator - Sequenz transkribiert deutung des codogenen Stranges > DNA doppelstrangig können von jedem Gen 2 verschiedene m-RNA Molekule erstellt werden, je nach dem welcher als vorlage strang (genet. in beiden Strängen enthalten) diehnt >RNA -Polymerase braucht die Information welchen DNA-Einzelstrang sie transkripieren soll > Promotor ist asymmetrisch und bindet die Polymerase nur in eine Richtung von 5' nach 3¹-Richtung → welcher Einzelstrang abgeusen wird. S' Info 3' S' prozessterung = Umwandlung der prā - mRNA in eine reife, funktionsfähige mRNA (nur bei Eukaryoten) →RNA- Prozessierung Eukaryotische DNA besteht zum größten Teil aus nicht codierenden DNA-Sequenzen • spleißen: Intronsequenzen werden mRNA herausgeschnitten + Exons werden miteinander verbunden ● >mRNA mit durchgehend co- dierender (translatierbarer) Nukleotidsequenz Operator > Exon Exon Enzym schneidet Introns raus reife mRNA Exon Codesonne 5¹ go kappe Startcodon (AUG): Anfangspunkt für die Translation (codiert für Methionin) Stoppcodon (UGA, UAG, UAA): Endpunkt der Translation (codieren für keine ASR) Intron = schematische Darstellung des genetischen Codes ->Tipletts werden von innen nach außen gelesen (S'-3') Intron 3¹ alternatives Spleißen: nicht nur Introns sondern auch eine oder mehrere Exons aus der prā-mRNA herausgeschnitten > aus ein und derselben prā -mRNA kōnnen verschiedene reife mRNA entstehen -> Erhöhung der zahl d. Proteine, die ein einzelnes Gen codieren kann Arg Val → jedes Gewebe spleißt die pra-mRNA des einen Gens ein klein wenig anders, dadurch entstehen Proteine Modifikation der Enden: > Capping: am 5'-Ende wird ein Nukleotid als „Kappe" angehängt → Schutz zum Anbinden der Ribosomen ·Polyadenylierung am 3¹-Ende wird ein Poly-A-Schwanz aus 250 Adeninnukleotide. →> Schutz vor zu schnellem Abbau durch Enzyme -> Schützen mRNA vor Abbau durch Enzyme + helfen beim Anhāngen an Ribosom Ser Der genetische Code 4 • gibt an, welches Codon der mRNA in welche ASR „übersetzt" wird Lys Codon/Basentriplett = Gruppe aus drei aufeinander folgende Basen der mRNA, die eine ASR verschlüsselt (codiert) Ala H Codogener Strang (3¹ →→ 5¹ ) müssen Basenpaare zuerst in den mRNA- Strang mit komplementāren Basen →Adenin; Guanin umschreiben Thymin → Cytosin, cytosin Guanin; Adenin → Uracil с 88 Asp Glu Asn Exon C Exon U G A Thr Exon A C codierender Bereich Gly G Spleißen im Cytoplasma 31 STOUCAGUCAGUCAGUCPOSCY GU A 3' lle 8⁰ GACU Phe UG 3' Intron U Leu Intron Terminator 8 Arg A כ0 C Poly-A-Schwanz G Gin Tyr SUGES His A LA 0 O Cys Trp Pro Leu ▷ Start Stop 3¹ Eigenschaften des genetischen Codes > der genetische code ist kommalos und ohne Lehrzeichen: Tripletts folgen lückenlos aufeinander > Der genetische Code ist nicht überlappend keine Base in 2 Tripletts > Der genet. Code ist redundant fast alle (unterscheiden sich meist in der 3. Base) ASR von mehreren Tripletts codiert > Der genetische ist universell → Aminosaure Tran sla = • Übersetzung einer mRNA in eine Aminosauresequenz eines Proteins → findet im Cytoplasma statt Zellorganellen der Translation: Ribosomen bestehen aus Proteinen und Nukleinsäure (rRNA) = Struktur: 0 ● jedes Triplett codiert in Lebewesen die gleiche Transfer RNA (ERNA) als Vermittler : Bindeglied bzw. Basen- und ASR-Sequenz (transportiert ASR vom Vorrat im Cytoplasma zu Ribosomen) tragen gleiche ASR) große ribosomale Untereinheit Aminosaure Bindungs- stelle mit AS beladene tRNA-Bindungs- Start- tRNA stelle mRNA • Nukleinsäure (ca. 80 Nukleinsäuren), die durch Trans- kription an DNA gebildet wird > teils einstrāngig, teils doppelstrāngig (Basenpaarung durch komplementare Bereiche → entstehen Schleifen P-Stelle E-Stelle Anti- A-Stelle codon 3 UACC „00μÑ0μÖMÖMMMÖÖÖÖÐμμÕMMMMMMÕμÕMMMM, S'A U G3¹ Startcodon ribosomale Untereinheit Beladung der tRNA Aminoacyl-tRNA-Synthetase (20 Enzyme für 20 ASR): • 2 exponierte ungepaarte Nukleotidbereiche (Bindungsstellen): > Anticodon = Basentriplett, das sich mit dem komplementāren Codon in einem mRNA-Molekul paaren kann ASR -Bindungsstelle = kurze Einzels zelsträngige Region am 3¹-Ende des Molekuls -dort wird Erkennungsregion für Synthetase Phe Aminosäure- 3¹ Bindungs- stelle hinzutretende mit Aminosäure beladene tRNA Wanderungs- richtung Anlagerungsregion für das Ribosom ASR passend zum Anticodon angelagert (alle tRNA mit gleichem Anticodon Anticodon → aktives Zentrum mit 2 Bindungsstellen > ASR-Bindungsstelle (Bindung nach Schlüssel-Schloss- Prinzip) > ERNA-Bindungsstelle (Anlagerung des unbeladenen tRNA mit dem entsprechendem Anticodon) →> unter ATP-Abbau wird ASR mit tRNA verknüpft + beladenes tRNA-Molekul wird freigesetzt

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Cool, mit dem Lernzettel konnte ich mich richtig gut auf meine Klassenarbeit vorbereiten. Danke 👍👍

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Die beiden Einzelstrange verlaufen entgegengesetzt = antiparallel - Am 3' Ende des Zuckers wird das nächste Nukleotid angeknüpft > Ein - Chromatid - Chromosomen (eine Chromatinfaser) oder Zwei Chromatid- Chromosom (zwei Chromatinfasern) Bilden das Zucker - Phosphat Ruckgrat und sie wechseln sich ab Die Basenabfolge bestimmt die Basenabfolge des anderen verpackung der DNA Bei Eukaryoten wird die DNA aufgrund ihrer Länge in einem hochgeordnetem Verpackungsprozess verdichtet DNA liegt im Zellkern in Form von DNA-Strängen (DNA-Doppelhelix) vor > verdichtung und Verkürzung des DNA-Stranges durch wickeln um Histone (Proteine): DNA-Strang + Histone = Nukleosom (Perle) • Chromatinfasern = Nukleosomenstrang der weiter aufgewunden wurde > Chromatin = Gesamtheit aller Chromatinfasern im Zellkern (nicht kondensiert) Chromosom = kondensierte (stark verkürzte, aufspiralisierte ) chromatinfasern > nur wahrrend der Meiose/ Mitose sichtbar > Mensch: 46 Chromosomen (44 Autosomen + 2 Gonosomen :xx = Frau, xx = Mann) Gesamte Lange beträgt 4,2 mio Basenpaare beim Bakterium und in jeder menschl. Zelle ca. 6mrd. Bp (1,8m) ZELLZYKLEN • Abfolge verschiedener Aktivitätsphasen zwischen den Teilungen eukaryotischer Zellen 1. Interphase (17,5h) = Zeitabschnitt zwischen zwei Zellteilungen • G₁-Phase: Vorbereitung auf die DNA - Replikation > Zellwachstum durch Fussigkeitszunahme + verstärkte PBS + Synthese der Zellorganellen • Synthese - Phase : Verdopplung (Replikation) der Erbsubstanz (DNA) > Histone gelangt in Zellkern + Verdopplung der Zentriolen G₂-Phase =Übergang zur Meiose > Zellwachstum durch Flüssigkeitszunahme Vorgange in der Interphase Proteinbiosynthese Tochterzelle wächst zur Größe der Mutterzelle Prophase Go-Phase manche Zellen teilen sich nicht mehr z. B. Nervenzelle →teilungsinaktiv im Ruhezustand Metaphase G₁- Phase Telophase S-Phase G₂- Phase Mitose ca. 40min Interphase im kern befinden sich lange Chromatinfäden, die die Ebsubstanz entalten DNA-Synthese (9h) neue DNA wird synthetisiert DNA repliziert Proteinbiosynthese (wachstum) Abschnitt nach verdopplung bis zum Beginn der Prophase Kernmembran lost sich auf und Nukleolus auch Die Chromosomen werden sichtbar weil die chromatinfaden aufschrauben. An den Zellpolen ensteht der Spindelapparat und Spindelfasern bewegen sich zur Mitte hin. Spindelfasern heften sich an das Zentromer jedes chromosomenpaars. Chromosomen setzen sich in Bewegung zur Aquatorialebene Anaphase spindelfasern verkürzen sich und chromatiden trennen sich am Zentromer werden zu denn Zellpolen befordert. Die Zahl stimmt mit den üblichen Chromosomenzahl überein kernmembran und Nukleowus werden neu gebildet. chromosomen entspiralisieren sich und spindelfasern bilden sich 00 An die Kernteilung schließt sich die zellteilung an. Zellplasma und Zellorganellen teilen sich auf Tochterzellen. Am Ende der Zellteilung liegen 2 identische zellen vor Meiose Ziel: Bildung von genetisch unterschiedlichen Keimzellen (also Spermien- bzw. Eizellen) genetische Variabilitāt Ablauf: 1. Reifeteilung (Reduktionsteilung) = zwei mit haploidem Chromosomensatz •Prophase : Ausbildung Spindelfasern + homologe Chromosomen liegen als zwei- chromatid- chromosom vor •Metaphase : homologe Chromosomen ordnen sich in Aquatorialebene + Spindelfasern docken an Zentromer an •Anaphase + Telophase: Trennung der homologen Paare + je ein Zwei-Chromatid- Chromosom wandert entlang der Spindelfaser zu einem der Pole 2. Reifeteilung Metaphase: Zwei - Chromatid - Chromosomen lagern sich in Aquatorialebene an Anaphase: Trennung der Schwesterchromatiden + Ein-chromatid - Chromosomen werden zu den Polen gezogen Telophase: Ausbildung neuer kernmembranen jeweils um haploiden Satz der Ein- Chromatid-Chromosomen + Zellteilung (Cytokinese) Ergebnis: 4 genetisch unterschiedl. Spermienzellen mit haploidem Chromosomen- satz, bzw. eine Eizelle mit haploidem Chromosomensatz (+3 Polkörperchen) -Meiose halbiert chromosomensatz von Zn auf 1n rekombination = Quelle der genet. Variabilitāt → Ziel: Durchmischung der Erbinfo in jeder Generation (genet. Variabilitāt) NEUKOMBINATION DER CHROMOSOMEN BEI BILDUNG DER KEIMZELLEN 1. Interchromosomale Rekombination (freie Rekombination) zufällige Verteilung der ursprünglich von vater/Mutter stammenden homologen Chromosomen auf die Tochterzellen während der ersten Reifeteilung > 223 = 8,4 mio Möglichkeiten 2. Interchromosomale Rekombination ( (crossing over ) = zufällig auftretender Stuck-Austausch bei Chromatiden homologer Chromosomen Chromatiden können an Überkreuzungsstellen (chiasmata) brechen + neu verwachsen > rekombinante Chromatide, die die Gene beider Eltern tragen Neukombination der Chromosomen bei Befruchtung: →Bei Befruchtung verschmelzen Zellkerne d. spermien- u. Eizelle = zahl und bau der chromosomen Centromer kurzer Arm semikonservativ langer Arm Geschlechtschromosomen = Gonosomen Nicht Geschlechtschromosomen = Autosomen genarme Bereiche genreiche Bereiche Der Mensch besitzt 24 versch. Chromatid - Chromosomen durch G-Banden- technik (Farbstoff Giemsa) DNA-Replikation = Prozess der identischen verdopplung der DNA →vor einer Zellteilung (s-Phase) + Grundlage der Zellteilung konservativ dispersive Replikation verläuft semikonservativ → es entstehen z neue DNA-Doppelstrange, die aus je einen und einem alten Einzel- strang bestehen Man benötigt: • DNA-Helicase (Entwindung + Auftre DNA-Polymerase (Verkettung der Nukleotide) Primase (Primer Synthese) + RNA- Primer freie Nukleosidtriphosphate = ATP, CTP, GTP, TTP Ligase (Verknünpfung der Okazaki -Fragmente) . • . ftrennung des Doppelstrangs ) Ablauf: Entwirrung und Trennung der Doppelhelix durch das Enzym Helicase →> Y-Struktur ; Entstehung einer Replikationsgabel Synthese erfolgt immer in 5¹ -> 3¹ -Richtung kontinuierlicher Strang (Leitstrang): -Primeasen synthetisieren an den nun freiliegenden Einzelsträngen einen RNA- Primer - Primer synthese wird nach ca. 10 Nukleotiden beendet Primase RNA-Primer. Okazaki- Fragmente DNA Ligase RNA- Polymerase 3¹ XX 5' 3′ ONA-Stranges Ursachen : > Zellinterne Fehler (Anlagern von falschen Basen ) > Röntgenstrahlen, UV, Zigarettenrauch, Abgase 5' 5' Folgestrang -DNA-Polymerase bindet an 3'-Ende des Primers + synthetisiert Verknüpfung freier Dukleosidtriphosphate - Kontinuierliche synthese eines komplementaren DNA-S 5¹-3¹-Richtung Diskontinuierlicher Strang (Folgestrang) -Primeasen synthetisieren an den nun freiliegenden Einzelsträngen einen RNA-Primer -Primer - Synthese wird nach ca. 10 Nukleotiden beendet -DNA-Polymerase bindet an 3¹-Ende des Primers + synthetisiert verknüpfungen freler Nukleotide -DNA-stucke entstehen (Okazaki-Fragmente) + diskontinuierliche synthese eines komplementāren Stranges in 5'-3'- Richtung -Helicase DNA-Replikation vom Reißverschluss zur Schleife Die DNA-Polymerase ist fest miteinander verbunden → beide Strange werden von EINER Polymerase kopiert Mutation: >Durchtrennung oder Schaden bei beiden Strängen ist irreperabel > somatische Mutation (Körper zelle) > Keimbahnmutation (Geschlechtszelle →wird vererbt) DNA- Leitstrang Polymerase Entfernung des RNA-Primer + Ersetzung durch DNA-Nukleotide DNA-Ligase verknüpft Okazaki -Fragmente + schließt Lūcke, die durch Ersatz des RNA- Primers entstanden ist um den diskontinuierlichen strang zu synthetisieren muss dieser Einzelstrang eine schleife bilden, in dem Schleifenbereich sind beide strange in die selbe Richtung gerichtet Fehler bei der DNA- Replikation Reperaturmechanismen Polymerase - Korrektur: Missmatch-Reperatur: Expansionsreperatur: für jedes eingebaute Nukleotid wird eine korrekturlese durch- geführt, an der die Vorlage des Vorhandenen Stranges → Erkennt sie ein fasch gepaartes Nukleotid fahrt sie ein Stück zurück und entfernt das fehlerhafte Nukleotid und ersetzt es durch das Richtige Ver T Schadhafte oder falsch plazierte Nukleotid-Basen werden von speziellen Enzymen erkannt und und entfernt und Mittels der Polymerase wird die Lücke wieder aufgefüllt und durch Ligase mit der restlichen Kette verbunden Ein großeres DNA-Stück, das Schadstellen enthält wird durch Nukleasen herausgeschnitten und entfernt. Polymerase fullt die Lücke wieder auf u. durch Ligase mit der restl. Kette verbunden Replikationsursprung Q-0 Struktur Aufbau d. Nukleotide zucker Basen Funktion Replikationsgabel Replikationsende Replikationsblase ich: DNA und RNA DNA Doppelstrang (Doppelhelix) Phosphatgruppe + Desoxyribose+ Base Desoxyribose Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin Träger der Erbinformation E.coli Genotyp Gesamtheit der Gene eines Organismus 4,6 mio Bp 1000 Bp/sec 20 min Mensch 3mrd/Bp 100 Bp/sec gh →→10 000 Origins (Replikationsursprunge) RN A Einzelstrang Phosphatgruppe + Ribose + Base Ribose Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil verschied. Funktionen →Abh. vom RNA-TYP Grundbegriffe der Genetik. Gene = bestimmte Abschnitte der DNA, die für die Ausprägung von Merkmalen verantwortlich sind Allele = Zustandsform eines Gens →diploider organismus zwei Allele / Gene (eines von der Mutter, eines vom Vater) →> Allele können gleich (homozygot) oder unterschiedlich (heterozygot) sein Merkmal = Haarfarbe, Hautfarbe, Blutgruppe etc. wird durch ein oder mehrere Gene beeinflusst kann versch. Merkmalsauspragungen haben Phānotyp Genom = Gesamtheit der genetischen Information der Zelle Gene codieren den Bau von Enzymen und Struktur proteinen => Ein-Gen-ein Polypeptid - Hypothese = Gesamtheit der Merkmale eines Organismus ->Phānotyp wird durch Genotyp und Umwelt beeinflusst A Polygenie = mehrere (viele) Gene sind für ein Merkmal verantwortlich, bsp. Vererbung der Körpergröße, Haarfarbe Polyphanie = Ein Gen beeinflusst mehrere (viele) Merkmale, bsp. Phenylalanin beeinflusst Schilddrüse, Hautpikmentierung Genwirkkette = Abfolge von Reaktionsschritten (Stoffwechselprodukte werden über mehrere Zwischenstufen gebaut) DNA Gen 2 Gen 1 Gen4 ↓ Enzym 1 →B Enzym2> C Enzym D Enzym4, Endprodukt proteinbiosynthese = Gen 3 = Produktion/Synthese eines Proteins Transkription keine Rk (genet. Block) mutiert funktionslos genetischer Block = ist ein Gen in einer Genwirkkette mutiert d.h. das Enzym ist unwirksam. Das Endprodukt kann nicht hergestellt werden Folge: A, B, C haufen sich an → Krankheitsbild durch Anhāufung Du. E fehlen →> Mangel →> Krankheitsbild => Medikament ggf. Ernährung DNA Genotyp → mRNA ↓ Proteinbiosynthese Protein ↓ Merkmal Phanotyp Translation Polypeptid Тг a ns kription Im Zellkern: Anfertigung einer transportablen Genkopie durch umschreiben in die mRNA (=messenger. - RNA) • mRNA kürzer als DNA (nur Info eines Gens) + beweglich (genet. Info kann zellkern verlassen + zu Ribosomen gelangen) Codogener Strang (3¹ →>5¹) Vortagestrang der DNA, wird in mRNA transkribiert (RNA -Polymerase kann RNA nur von 5' nach 3¹ aufbauen Benötigte Komponenten: DNA, Nucleosid triphosphate der 4 Basen, RNA- -Polymerase. Ablauf: 1. Initiation : RNA-Polymerase erkennt Promotor und bindet unter Trankriptionsfaktoren . daran > Promotor = Erkennungssequenz (spezifische DNA-Sequenz und liegt kurz vor dem Gen) • Promotor folgt entlang des codogenen Stranges in 5¹-3¹- 3¹-Richtung der zu transkribierende DNA-Bereich • RNA-Polymerase gleitet codogenen Strang entlang ->> DNA- A-strang wird entwunden + H-Brücken werden aufgebrochen (blasenartige offnung entstehen) 2. Elongation ● DNA Doppelstrang wird nach und nach entwunden > Startsequenz (Promotor) 5 RNA -Polymerase entwundene DNA Bede m-RNA wieder aufgewundene DNA m-RNA DNA fertige m-RNA codogener DNA-Strang • Freie RNA-Nukleotide (A,C, G, U) lagern sich komplementār an codogenen Strang+ werden von RNA-Polymerase verknüpft (freie RNA-Nukleotide werden immer an 3¹ - Ende angeheftet) > wachsender prā-mRNA - Strang Lōst sich am anderen Ende der Trans- kriptionsblase vom codogenen Strang (Schließung der Doppelhelix) Beginn der Transkription 3¹ Stoppsequenz verlängerung Ende der Transkription der m-RNA 3. Termination . • Transkription der Terminator - Sequenz = Signal für RNA-Polymerase Verlängerung einzustellen > prā- mRNA (5'-3') löst sich vom codogenen Strang + wird von RNA-Polymerase freigegeben Uberdrehung Doppelhelix aufgehoben + DNA - Strange schließen sich (komple- mentāre Basenpaarung) • RNA -Polymerase lost sich von DNA-Doppelhelix → hat den gesamten Bereich nach Promotor - Sequenz bis einschließlich Terminator - Sequenz transkribiert deutung des codogenen Stranges > DNA doppelstrangig können von jedem Gen 2 verschiedene m-RNA Molekule erstellt werden, je nach dem welcher als vorlage strang (genet. in beiden Strängen enthalten) diehnt >RNA -Polymerase braucht die Information welchen DNA-Einzelstrang sie transkripieren soll > Promotor ist asymmetrisch und bindet die Polymerase nur in eine Richtung von 5' nach 3¹-Richtung → welcher Einzelstrang abgeusen wird. S' Info 3' S' prozessterung = Umwandlung der prā - mRNA in eine reife, funktionsfähige mRNA (nur bei Eukaryoten) →RNA- Prozessierung Eukaryotische DNA besteht zum größten Teil aus nicht codierenden DNA-Sequenzen • spleißen: Intronsequenzen werden mRNA herausgeschnitten + Exons werden miteinander verbunden ● >mRNA mit durchgehend co- dierender (translatierbarer) Nukleotidsequenz Operator > Exon Exon Enzym schneidet Introns raus reife mRNA Exon Codesonne 5¹ go kappe Startcodon (AUG): Anfangspunkt für die Translation (codiert für Methionin) Stoppcodon (UGA, UAG, UAA): Endpunkt der Translation (codieren für keine ASR) Intron = schematische Darstellung des genetischen Codes ->Tipletts werden von innen nach außen gelesen (S'-3') Intron 3¹ alternatives Spleißen: nicht nur Introns sondern auch eine oder mehrere Exons aus der prā-mRNA herausgeschnitten > aus ein und derselben prā -mRNA kōnnen verschiedene reife mRNA entstehen -> Erhöhung der zahl d. Proteine, die ein einzelnes Gen codieren kann Arg Val → jedes Gewebe spleißt die pra-mRNA des einen Gens ein klein wenig anders, dadurch entstehen Proteine Modifikation der Enden: > Capping: am 5'-Ende wird ein Nukleotid als „Kappe" angehängt → Schutz zum Anbinden der Ribosomen ·Polyadenylierung am 3¹-Ende wird ein Poly-A-Schwanz aus 250 Adeninnukleotide. →> Schutz vor zu schnellem Abbau durch Enzyme -> Schützen mRNA vor Abbau durch Enzyme + helfen beim Anhāngen an Ribosom Ser Der genetische Code 4 • gibt an, welches Codon der mRNA in welche ASR „übersetzt" wird Lys Codon/Basentriplett = Gruppe aus drei aufeinander folgende Basen der mRNA, die eine ASR verschlüsselt (codiert) Ala H Codogener Strang (3¹ →→ 5¹ ) müssen Basenpaare zuerst in den mRNA- Strang mit komplementāren Basen →Adenin; Guanin umschreiben Thymin → Cytosin, cytosin Guanin; Adenin → Uracil с 88 Asp Glu Asn Exon C Exon U G A Thr Exon A C codierender Bereich Gly G Spleißen im Cytoplasma 31 STOUCAGUCAGUCAGUCPOSCY GU A 3' lle 8⁰ GACU Phe UG 3' Intron U Leu Intron Terminator 8 Arg A כ0 C Poly-A-Schwanz G Gin Tyr SUGES His A LA 0 O Cys Trp Pro Leu ▷ Start Stop 3¹ Eigenschaften des genetischen Codes > der genetische code ist kommalos und ohne Lehrzeichen: Tripletts folgen lückenlos aufeinander > Der genetische Code ist nicht überlappend keine Base in 2 Tripletts > Der genet. Code ist redundant fast alle (unterscheiden sich meist in der 3. Base) ASR von mehreren Tripletts codiert > Der genetische ist universell → Aminosaure Tran sla = • Übersetzung einer mRNA in eine Aminosauresequenz eines Proteins → findet im Cytoplasma statt Zellorganellen der Translation: Ribosomen bestehen aus Proteinen und Nukleinsäure (rRNA) = Struktur: 0 ● jedes Triplett codiert in Lebewesen die gleiche Transfer RNA (ERNA) als Vermittler : Bindeglied bzw. Basen- und ASR-Sequenz (transportiert ASR vom Vorrat im Cytoplasma zu Ribosomen) tragen gleiche ASR) große ribosomale Untereinheit Aminosaure Bindungs- stelle mit AS beladene tRNA-Bindungs- Start- tRNA stelle mRNA • Nukleinsäure (ca. 80 Nukleinsäuren), die durch Trans- kription an DNA gebildet wird > teils einstrāngig, teils doppelstrāngig (Basenpaarung durch komplementare Bereiche → entstehen Schleifen P-Stelle E-Stelle Anti- A-Stelle codon 3 UACC „00μÑ0μÖMÖMMMÖÖÖÖÐμμÕMMMMMMÕμÕMMMM, S'A U G3¹ Startcodon ribosomale Untereinheit Beladung der tRNA Aminoacyl-tRNA-Synthetase (20 Enzyme für 20 ASR): • 2 exponierte ungepaarte Nukleotidbereiche (Bindungsstellen): > Anticodon = Basentriplett, das sich mit dem komplementāren Codon in einem mRNA-Molekul paaren kann ASR -Bindungsstelle = kurze Einzels zelsträngige Region am 3¹-Ende des Molekuls -dort wird Erkennungsregion für Synthetase Phe Aminosäure- 3¹ Bindungs- stelle hinzutretende mit Aminosäure beladene tRNA Wanderungs- richtung Anlagerungsregion für das Ribosom ASR passend zum Anticodon angelagert (alle tRNA mit gleichem Anticodon Anticodon → aktives Zentrum mit 2 Bindungsstellen > ASR-Bindungsstelle (Bindung nach Schlüssel-Schloss- Prinzip) > ERNA-Bindungsstelle (Anlagerung des unbeladenen tRNA mit dem entsprechendem Anticodon) →> unter ATP-Abbau wird ASR mit tRNA verknüpft + beladenes tRNA-Molekul wird freigesetzt