Genetik ABIZusammenfassung

Alternativer Bildtext:

Einzel- strange sind nicht leicht zu trennen Stabilität der Doppelhelix Ribonukleinsäure Zucker->>> Ribose Anstatt Thymin - Uracil Einzel- statt Doppelstrang Die beiden Einzelstrange verlaufen entgegengesetzt = antiparallel verpackung der DNA. Bei Eukaryoten wird die DNA aufgrund ihrer Länge Verpackungsprozess verdichtet Am 3' Ende des Zuckers wird das nächste Nukleotid angeknüpft Bilden das Zucker - Phosphat Ruckgrat und sie wechseln sich ab Die Basenabfolge bestimmt die Basenabfolge des anderen חו einem hochgeordnetem • DNA liegt im Zellkern in Form von DNA-Strangen (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 währrend der Meiose/ Hitose sichtbar > Ein - Chromatid - Chromosomen (eine Chromatinfaser) oder Zwei-chromatid-Chromosom (zwei Chromatinfasern) > Mensch: 46 Chromosomen (44 Autosomen + 2 Gonosomen :xx = Frau, xy = Hann) Gesamte Länge beträgt 4,2 mio Basenpaare beim Bakterium und in jeder menschl. Zelle ca. 6mrd. Bp (1,8m) X > Histone gelangt in Zellkern + Verdopplung der Zentriolen • G₂-Phase =Übergang zur Meiose > Zellwachstum durch Flüssigkeitszunahme Q ZELLZYKLEN = Abfolge ve chiedener Aktivitätsphasen zwischen den Teilungen eukaryotischer Zellen 1. Interphase (17,5h) = Zeitabschnitt zwischen zwei Zellteilungen • G₁ - Phase: Vorbereitung auf die DNA-Replikation > Zellwachstum durch Flüssigkeitszunahme + verstärkte PBS + Synthese der Zellorganellen • Synthese - Phase Verdopplung (Replikation) der Erbsubstanz (DNA) Vorgange Proteinbiosynthese in der Interphase Tochterzelle wächst zur Größe der Mutterzelle Prophase Go-Phase G₁- Phase manche Zellen teilen sich nicht mehr z. B. Nervenzelle →teilungsinaktiv im Ruhezustand Telophase S-Phase 6z- Phase Mitose ca. 40min DNA-Synthese (9h) neue DNA wird synthetisiert DNA repliziert Mitose Interphase im kern befinden sich lange Chromatinfaden, die die Ebsubstanz entalten 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. Metaphase 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 befördert. Die Zahl stimmt mit den üblichen Chromosomenzahl überein Kernmembran und Nukleowus werden neu gebildet. chromosomen entspiralisieren sich und spindelfasern bilden sich An die Kernteilung schließt sich die Zellteilung an. Zeliplasma 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. Reifetellung (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 langer Arm DNA-Replikation semikonservativ Geschlechtschromosomen Gonosomen Nicht Geschlechtschromosomen Autosomen genarme Bereiche durch G-Banden- technik (Farbstoff genreiche Bereiche Giemsa) Der Mensch besitzt 24 versch. Chromatid- Chromosomen = Prozess →vor einer Zellteilung (s-Phase) + Grundlage der Zellteidung der identischen verdopplung der DNA konservativ dispersive Replikation verläuft semikonservativ → es entstehen 2 neue DNA-Doppelstrange, die aus je einen und einem alten Einzel- strang bestehen Man benötigt: DNA-Helicase (Entwindung + Auftrennung des Doppelstrangs) • DNA-Polymerase (Verkettung der Nukleotide) • Primase (Primer Synthese) + RNA- Primer • freie Nukleosidtriphosphate = ATP. CTP, GTP, TTP Ligase (Verknünpfung der Okazaki -Fragmente) 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 RUA- Polymerase -DNA-Polymerase bindet an 3'-Ende des Primers + synthetisiert Verknüpfung freier Nukleosidtriphosphate - Kontinuierliche synthese eines komplementaren DNA-Stranges 5'-3'-Richtung 5' MMIL Ursachen > Zellinterne Fehler (Anlagern von falschen Basen ) > Röntgenstrahlen, UV, Zigarettenrauch, Abgase Folgestrang -Helicase Leitstrang 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 3'-Ende des Primers + synthetisiert Verknüpfungen freler Nukleotide -DNA-stucke entstehen (Okazaki-Fragmente) + diskontinuierliche Synthese eines komplementaren Stranges in 5'-3'- Richtung DUA- Polymerase Entfernung des RNA-Primer + Ersetzung durch DNA-Nukleotide DNA-Ligase verknüpft Okazaki-Fragmente + schließt Lücke, die durch Ersatz des RNA- Primers entstanden ist 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 Strangen ist irreperabel > somatische Hutation (körper zelle) > Keimbahnmutation (Geschlechtszelle wird vererbt) 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: Ver g Replikationsursprung 2= Replikationsende Replikationsblase 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 Uukleotid und ersetzt es durch das Richtige leich: Basen Funktion 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 restuchen 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 Replikationsgabel DNA und RNA DNA Struktur Doppelstrang. (Doppelhelix) Aufbau d. Nukleotide Phosphatgruppe + Desoxyribose+ Base. zucker Desoxyribose Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin Träger der Erbinformation E. coli 4,6 mio Bp 1000 Bp/sec 20 min Genotyp Gesamtheit der Gene eines Organismus Mensch 3mrd/Bp 100 Bp/sec gh →10 000 Origins (Replikationsursprunge) RNA 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 = Zustands form 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 Gesamtheit der Merkmale eines Organismus Gene codieren den Bau von Enzymen und Struktur - proteinen => Ein-Gen-ein Polypeptid - Hypothese →>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 1 Gen 2 Gen4 ↓ ↓ ↓ Enzym 1 Enzym 2, Enzym3D Enzym 4 Endprodukt Gen 3 ↓ proteinbiosynthese 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 häufen sich an → Krankheitsbild durch Anhāufung Mangel → Krankheitsbild => Medikament ggf. Ernährung Du. E fehlen → = Produktion/Synthese eines Proteins Transkription mRNA DNA Genotyp ↓ Proteinbiosynthese ✓ Protein ↓ Merkmal Phānotyp Translation → Polypeptid Transkri ption 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 (3¹5¹) RNA-Polymerase. = • Vortagestrang der DNA, wird in mRNA transkribiert (RNA -Polymerase kann RNA nur von 5' nach 3' aufbauen Benötigte Komponenten: DNA, Nucleosidtriphosphate der 4 Basen, 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-Richtung der zu transkribierende DNA-Bereich RNA-Polymerase gleitet codogenen Strang entlang → DNA - Strang wird entwunden + H-Brücken werden aufgebrochen (blasenartige offnung entstehen) 2. Elongation • DNA Doppelstrang wird nach und nach entwunden Startsequenz (Promotor) RNA-Polymerase > entwundene DNA m-RUA wieder aufgewundene DUA m-RUA DNA fertige m-RNA codogener DNA-strang Beginn der Transkription Stoppsequenz Freie RNA-Nukleotide (A,C,G,U) lagern sich komplementār an codogenen Strang+ werden von RNA-Polymerase verknüpft (fieie RNA-Nukleotide werden immer an 3¹-Ende angeheftet) > wachsender prā-mRNA- Strang Lost sich am anderen Ende der Trans- kriptionsblase vom codogenen Strang (Schließung der Doppelhelix) verlängerung der m-RNA Ende der Transkription 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 Doppelnelix 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 Bedeutung des codogenen stranges > DNA doppelsträngig können von jedem Gen 2 verschiedene m-RNA Molekule erstellt werden, je nach dem welcher strang als vorlage diehnt (genet. Info beide Strangen hthalten) >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 3'-Richtung → welcher Einzelstrang abgelesen wird. esterung prozessteru -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 مو • spleißen: Intronsequenzen werden herausgeschnitten + Exons werden miteinander verbunden mRNA Operator >mRNA mit durchgehend co- dierender (translatierbarer) Nukleotidsequenz Exon Der genetische Code Exon Enzym schneidet Introns raus reife mRNA Exon 5² go Startcodon (AUG): Anfangspunkt für die Translation (codiert für Methionin) tappe Stoppcodon (UGA, UAG, UAA): Endpunkt der Translation (codieren für keine ASR) Codesonne = schematische Darstellung des genetischen Codes →Tipletts werden von innen nach außen gelesen (S'-3') Intron Intron Arg Se 28 Ala • alternatives Spleißen: nicht nur Introns sondern auch eine oder mehrere Exons aus der prā-mRNA herausgeschnitten > aus ein und derselben prā-mRNA können verschiedene reife mRNA entstehen -> Erhöhung der zahl d. Proteine, die ein einzelnes Gen codieren kann → jedes Gewebe spleißt die pra-mRNA des einen Gens ein klein wenig anders, dadurch entstehen Proteine Gedubokuees Exon • Modifikation der Enden: > Capping: am 5'-Ende wird ein Nukleotid als Kappe" angehängt →Schutz zum Anbinden der Ribosomen Codogener Strang (3¹→ 5¹ ) müssen Basenpaare zuerst in den mRNA-Strang mit komplementaren Basen umschreiben Thymin →Adenin; Guanin cytosin Guanin, Adenin -Uracil Cytosin; Exon L > 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 Anhängen an Ribosom U gibt an, welches Codon der mRNA in welche ASR „übersetzt" wird Codon/Basentriplett = Gruppe aus drei aufeinander folgende Basen der mRNA, die eine ASR verschlüsselt (codiert) The codierender Bereich Exon MATE A Spleißen im Cytoplasma 31 CONCUON AGUCAGUE G lle 3' Phe G A C U go U G Intron с A Intron Arg Terminator 98 A Ser Poly-A-Schwanz с goly U 12 Cys GA Tyr 40 2/0/4/5/2 THE Leu ▷ Start Stop 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 ASR von mehreren Tripletts codiert (unterscheiden sich meist in der 3. Base) > Der genetische ist universell → Aminosaure jedes Triplett codiert in Lebewesen die gleiche Translation -Übersetzung einer mRNA in eine Aminosauresequenz eines Proteins findet im Cytoplasma statt Zellorganellen der Translation Ribosomen → bestehen aus Proteinen und Nukleinsäure (rRNA) Struktur: große ribosomale Untereinheit Aminosäure Bindungs- stelle mit RS beladene Start- ERNA Transfer RNA (tRNA) als Vermittler : = Bindeglied bzw. Basen-und ASR-Sequenz (transportiert ASR vom Vorrat im Cytoplasma zu Ribosomen) +RNA-Bindungs- stelle 0000000000μμÕMMMMMMÛMÛMMMM. SAUGS Startcodon mRNA untereinheit Beladung der tRNA : • Aminoacyl-tRNA-Synthetase (20 Enzyme für 20 ASR): Aminosäure- Bindungs- stelle hinzutretende mit Aminose Erkennungsregion für Synthetade • Nukleinsäure (ca. 80 Nukleinsäuren), die durch Trans- kription an DNA gebildet wird > teils einstrangig, teils doppelsträngig (Basenpaarung durch komplementare Bereiche entstehen Schleifen 2 exponierte ungepaarte Nukleotidbereiche (Bindungsstellen): > Anticodon = Basentriplett, das sich mit dem komplementāren Codon in einem mRNA-Molekul paaren kann I Amicadon • ASR - Bindungsstelle = kurze Einzelsträngige Region am 3¹-Ende des Molekuls ASR passend zum Anticodon angelagert (alle tRNA mit gleichem Anticodon tragen gleiche ASR) -dort wird Handerungs- richtung für das → 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 verknupft + beladenes tRNA-Molekul wird freigesetzt Ablauf der Translation Benötigte komponenten mRNA, +RNA, Aminosauren, Enzyme, Ribosomen mRNA lagert sich mit erstem Startcodon an der kleinen Untereinheit eines Ribosoms an • Start - tRNA (Anticodon: UAC, ASR: Methionin) lagert sich an das Start - Codon (AUG) an > große Untereinheit des Ribosoms bindet → Ribosoms ist funktionsfähig • tRNA mit erster ASR befindet sich zu Beginn der Translation an P-Stelle • an A-Stelle kann sich nächstes tRNA -Molekul (mit passendem Anticodon) anlagern • Verbindung der ASR durch Peptidbindungen (durch enzymatische Aktivität des Ribosoms) •Ribosom bewegt sich in 3¹-Richtung um 3Basen weiter > ERNA mit bereits verknüpften ASR wandert von A-Stelle zu P-Stelle > entladene tRNA befindet sich nun an E-Stelle + verlässt Ribosom + wird neu beladen • A-Stelle frei; passendes (mit ASR beladene) tRNA bindet (lagert sich mit passendem Anticodon an mRNA) >ASR wird wieder an wachsende Polypeptidkette gebunden • Stopp-Codon an A-Stelle des Ribosoms (UAA, UAG, UGA): Abbruch der Translation >Statt beladenen tRNA bindet Freisetzungsfaktor (Protein) • Ribosom zerfällt in Untereinheiten + gebildetes Polypeptid wird freigesetzt und nimmt Raum- struktur an Signalsequenz sorgen dafür, dass fertiges Protein an wirkort transportiert wird. Wobble - Hypothese >für einige Aminosäuren gibt es mehrere tRNAS Es gibt ca. nur 31-45 verschiedene tRNAS. - •Paarung von Codon und Anticodon der ersten beiden Basen erfolgt streng nach Prinzip der Basenpaarung → ab der 3. Base auch mit nichtkomplementaren Basen ist wegen räuml. Anordnung möglich (Flexibilitāt möglich) Wobble - Base = kompromiss zw. Schnelligkeit und Sicherheit, denn würde 3. Base komplementār gebunden werden, wird mehr Zeit benötigt vergleich PBS bei pro- und eukaryoten Prokaryonten kein Zellkern, ringformiges DNA-Molekul im Cytoplasma 70s -Ribosomen nur codierende Bereiche (Exons) → keine Prozessierung Ribosomen lagern sich schon während Transkription an → Transkription u. Translation laufen gleichzeitig ab →PBS sehr schnell keine prā-mRNA (kein Spleißen)→ weniger Zeit PBS schneller Eukaryonten Zellkern, DNA-Doppelhelix im ZK 80s-Ribosomen codierende + nicht codierende Bereiche (Exons + Introns) → Prozessierung Transkription räumlich und zeitlich getrennt (Transkription zk, Translation -> Ribosomen (Cytoplasma) prā-mRNA wird modifiziert (spleißen, 5'-cap, Poly-A-Schwanz) Wirkung von Hemmstoffen: Antibiotika wirkt als Hemmstoff bei Pro- karyoten bei der Transkription und Translation → Stoff ist gegen Bakterien wirksam aber für Menschen ungefährlich >stumme Mutation: > Missense-Mutation: MMM wachsendes Poyet chia > Nonsense-Mutation: M-RUA Mutationen zufällige und ungerichtete veranderungen der DNA Startcodon nicht codogener DNA-Einzelstang . codogener ONA-Enzestran Ribosom genmutation = Mutation, die Basensequenz einzelner Gene verändert 0-0 Rastermutation (25%) • zusätzlich wird eine Base eingebaut: Insertion • Verlust eines Nukleotids: Deletion Ursachen: >Mutagene (chemische/physikalische Umwelteinflüsse z. B. Strahlung o. chemische Substanzen) > Mutationen können auch spontan auftreten Genmutation Chromosomenmutation Genommutation RNA-Polymerase Punktmutation = Veränderung einer einzelnen Base (bzw. Basenpaar)ca.75% Austausch einer Base : keine Auswirkung (aufgrund d. Fehlertoleranz des genetischen Codes) Veränderung der Stoppcodon Translation Triplett codiert für andere ASR -> Funktionsfähigkeit bei Proteinen Deletion Verlust eines Chromosomenstūcks Defizienz: Verlust am Ende (z. B. Katzenschrei - Syndrom) MMX Transkription fertiges Polypeptid Austausch der Base → Stoppcodon entsteht →> Proteinfragment entsteht → Protein kann nicht synthetisiert werden → Triplett -Leseraster wird verschoben, werden in andere Dreiergruppen zusammen- gefasst, codieren andere AS →> anderes Protein entsteht / vollig funktionslos chrom nmutation = Mutation, die Struktur einzelner Chromosomen betrifft z.B durch Wegfall o. verdopplung einzelner Abschnitte Translokation Umlagerung eines Chromosomenstücks auf ein anderes Chromosom 0⁰-00 • Inversion = ein chromosomaler Abschnitt ist um 180° gedreht also invertiert → umgekehrte Genabfolge 8-8 *Duplikation = CID CD →> Stuckaustausch zwischen nicht homologen Chromosomen → Fehlgeburten entstehen crossing -Over = Ein Abschnitt, des Chromosoms ist doppelt vorhanden, da ein auß- einandergebrochenes Teilstück in die Schwesterchromatide eingegliedert wurde passiert bei der Meiose vorgang in der Meiose, bei dem homologe Chromatidenstücke ausgetauscht werden (intrachromosomale Rekombination ) Stuckaustausch zw. väterlichen und mütterlichen Chromosomen wahrrend der Meiose. gun meta der chronomen eines chromosomensatzes verändert пти utation. →verteilung der Chromosomen der Zellteilung (man findet u. a. im Pflanzenreich; Prinzip zur Vervielfachung der Chromosomensätze → passiert aufgrund von Fehlern in der Melose Polyploidie (= vervielfachung von chromosomensätzen → Pflanzen sind Anpassungs- und wiederstandsfähiger > Autoploidie Chromosomensätze von Individuen derselben Art vervielfacht werden > Alloploidie = 2 versch. Arten durch Hybridisierung an der Vervielfachung des Genoms be- teiligt Aneuploidie Chromosomensatz weicht in einzelnen chromosomen von der Normalzahl ab → Entsteht durch Nichttrennung der homologen chromosomen in der 1. Reifeteilung bei der Heiose Trisonomie (1 chromosom zu viel) Monosomie (1 Chromosom zu wenig) Kategorisierung von Mutationen nach Wirkung: > neutrale Mutation (keine o. so gut wie keine Auswirkung auf den Phänotyp (z. B. mutiertes Allel=rezessiv (also von Wirkung des homologen Allels überdeckt) →spätere Anderung durch Umweltbedingen ->können schädlich werden > schädliche Mutation (nachteilige Auswirkung auf Phānotyps des Individuums) > letale Mutationen (führen sofort o. nach kurzer Zeit zum Tod) > Vorteilhafte Mutationen (vorteilhafte Auswirkungen) →sehr selten (die meisten Organismen schon nahezu perfekt an umwelt angepasst GENREGULATION = Beeinflussung der Transkription → Ressourcenschonung Genexpression = Synthese eines von einem Gen codierten Proteins/RNA - Molekul → besteht aus Transkription + gegebenenfalls Translation Es exestieren Regulationsmechanismen, um kurzfristig auf veränderte Umweltbe- dingungen zu reagieren, in dem Gene an/abgeschalten werden GENREGULATION BEI PROKARYOTEN Oper - Modelo Genregulation zur Anpassung an veränderte Umgebung Genregulation findet nur auf DNA-Ebene statt 6 Operon = Abschnitte auf der DNA, der eine Regulationseinheit/Transkriptions - einheit (pos + neg Kontrolle möglich) → Bestandteile > Strukturgene = enthalten die genetische Info zur Bildung der Enzyme + deren Aktivitāt reguliert wird Transkriptionseinheit = Gene, die sich einen Promotor teilen > Promotor = Startstelle der RNA-Polymerase > Operator = DNA-Abschnitt mit kontrollfunktion (An/Ausschalter" der Strukturgene) +Bindungsstelle für Effektor Regulatorgen tragt informationen für das Regolatorprotein (z.B. Repressor) →liegt außerhalb des Operons + werden von eigenem Promotor reguliert > Regulatorprotein = allosterisches Protein, das durch Anlagerung an operator Transkription der Strukturgene verhindert (=Repressor) oder aktiviert (= Aktivator) (,, betätige den An-/Ausschalter") → spezifisch d.h. bestimmtes Regulator protein bindet an be- stimmten Operator Transkription Translation Repressor (aktiv) lac-Operon Promotor Operator Strukturgene keine Enzymsynthese Substratinduktion = Anschalten" eines Gens durch Substrat (z.B. Lactose) Induktion. Anschalten" eines Gens durch Effektor/Induktor Uerlauf: anhand des Lactose-Operon-Modell (lac -Operon) Regulatorgen → Transkription und Translation Repressor (aktiv) >Fall 1: kein Laktose → Repressor (aktiv) bindet an Operator -> RNA-Polymerase ist blockiert keine Transkription und Translation, also keine Enzymsynthese Uerlauf: → anhand des Tryptophan-Operons (trp-Operon) Regulatorgen Transkription + Translation → Repressor (inaktiv) >Fall 1: kein trp→→ Repressor (inaktiv) bindet nicht an Operon → RNA -Polymerase ist nicht blockiert Transkription und Translation, also Enzymsynthese findet statt →> trp- aufbauende Enzyme entstehen →Tryptophan wird aus Vorstufe abgebaut > Fall 2: trp (Effektor) bindet an (inaktiven) Repressor (allosterisches Zentrum) →→ Replessor wird aktiviert (Anderung der kon- formation) + bindet an Operator keine Transkription und Translation, also keine Enzymsynthese gebei lation Regulatorgen Promotor Operator h Transkription Polymerase Endproduktrepression Ausschalten" eines Gens durch Endprodukt (2.B Tryptophan) Repression = "Ausschalten" eines Gens durch einen Effektor/Repressor Eukaryoten -m-RNA Translation Repressor (aktiv) m-RNA 0+0. >Fall 2: Laktose (Effektor/Induktur) bindet an (aktiven) Repressor (allosterisches Zentrum) Repressor wird inaktiviert ( Anderung der Konformation) + bindet an den Operator → RNA-Polymerase ist nicht blockiert → Transkription + Translation, also Enzymsynthese findet stattes entstehen Laktose abbauende Enzyme → Laktose wird abgebaut zu Galactose und Glucose Repressor (inaktio) Transkription -MRNA Translation lac-Operon Iu Repressor (inaktiv) Abbau -M-RNA Strukturgane keine Enzymsynthase Regulatorgen Promotor Operator Strukturgene RNA- Polymerase 1 DOO lactoseabbauende Ta M-RNA Vorstufe ∞o Lactose RNA- Polymerase Enzyme m-RNA -0 Tryptophan m▬▬▬▬ 5+0 -0 (aktiv) Repressor Tryptophan keine Enzym synthase Repressor - Zelle kann die Synthese ihrer Proteine auf verschiedenen Ebenen regulieren z. B. Spleißen der prā-mRNA, Zeitpunkt und wie oft ein Gen transkribiert wird, welche Proteine nach der synthese selektiv aktiviert •Genregulation zur Anpassung an veränderte Milieu-o. Umweltbedingungen - Genregulation zur spezialisierung von Zellen Differentielle Genexpression = ungleiche Expression der im Genom vorhandenen Gene in spezialisierte Genen nur ein Teil der Gene aktiv Komplexitat höherer Organismen: Vergrößerung des Anteils nicht codierender sequenzen und komplexer Regulations- netzwerke Ebenen der Genregulation: 1. Kontrolle auf Ebene des Genoms: > Dichte / lockere verpackung der DNA durch Methylierung /Acetylierung → beeinflusst welche Gene transkribiert + translatiert werden können > Spiralisierung der DNA (,, Verpackungsdichte") beeinflusst genet. Aktivitāt →locker verpackt: Gene können exprimiert werden, dicht verpackt: Gene ausgeschalten" Acetylierung/Deacytelierung Aminosaureseitenkette von Lysin in Histonen proteinen Histon-Acetyl-trans- Histon-Deacetyl- ferase Reaktion mit Acetyl gruppe spaltet Acetylgruppen ab ase positive Ladung von Lysin wird neutralisiert DNA Anlagerung ans Histonprotein wird vermindert (neg. geladene Phosphatgruppen werden nicht mehr stark angezogen) Nukleosomen werden aufgelockert → Euchromatin -Heterochromatin kann jetzt abgelesen werden Methylierung/Demethylierung Methylierung an Cytosinbasen dichtere Verpackung d. DNA Transkription unterbleibt, da keine Anlagerung der RNA-Polymerase/ Transkriptionsfaktoren Methylierung an Histonenschwänzen (ragen aus dem Nukleosom raus) L Signalsequenz für weitere Proteine-Lösen weitere Verdichtungen छ DNA-Methylierung DNA-Methyltransferase Methylierung der Cytosinbasen auf die 3'-Richtung unmittelbar Guanin folgt beide Strange werden methyliert. CpG's werden unregelmäßig verteilt Haufung von CpG'→ CPG -Inseln → Transkription ist blockiert Weitergabe des Methylierungsmuster an die Tochterzelle 2. Kontrolle auf Transkriptionsebene > Transkriptionsfaktoren binden an Promotor + beeinflussen Genexpression positiv oder negativ > Genexpression kann durch Enhancer verstärkt und durch silencer vermindert werden Z.B. Rezeptorprotein fur Hormone Enhancer steigert die Transkription = Aktivator Silencer reduziert die Genaktivität = Repressor } Promotorregien enthalt TATA -Box → bindendes Protein dockt an (= Transkriptionsfaktor) ↓ Stufenweiser Aufbau eines komplexes aus Transkriptionsfaktoren u. RNA -Polymerase Enhancer o. Silencersequenz reguliert DNA-Abschnitt Transkriptionsfaktoren bilden als Aktivator/ Repressorprotein Bindungsstelle für die Transkriptionsfaktoren ΤΑΤΑ Regulator DNA- Abschnitt Bindung d. RNA-Polymerase transkribierende Region =codierender Bereich Promotorregion A DNA-Schleifenbildung Enhancer/Silencer dockt am Transkriptionskomplex am Promotor an (Promotor und Transkriptionsfaktoren in direkten kontakt → Schleifenbildung) 3. Kontrolle auf Prozessierungsebene >RNA - Processierung: alternatives Spleißen → Herstellung von unterschiedlichen Proteinen, aus einer mRNA > RNA-Editing: posttranskriptionale Veränderung des mRNA -Molekuls (insertion, Deletion, Substitution) 4. Kontrolle auf Transportebene > RNA-Interferenz: Blockierung/Abbau der mRNA durch komplementār gebildete RNA-Holekule →→ Gene werden so stillgelegt > Abbau bestimmter mRNA -Abschnitte 5. Kontrolle der Translationsebene >Steigerung der Translation derselben mRNA durch Polysombildung (mehrere Ribosomen lesen gleiche mRNA ab) 6. Kontrolle auf posttranslatorischer Ebene >Posttranslationale Modifikation: chemische Abwandlung bereits entstandener Proteine >Proteinabbau durch Proteasomen (spezielle Enzymkomplexe) Vergleich der Transkriptionskontrolle bei Pro-/Eukaryoten Enhancer übernimmt wichtige Rolle bei der Regulation auf Transkriptionsebene, ebenso Regulatorgen im Operon bei Prokaryoten Bei Eukaryoten findet eine Schleifenbildung statt. Transkriptionsfaktoren und Regulatorgen liegen bei beiden DNA-Abschnitten weit entfernt von den codierenden sequenzen. genamplifikation. Nukleolus : Ort der rRNA Synthese für die Synthese) Gene 1000fach vermehrt (hoher Bedarf) = Genamplifikation (= Genvervielfachung) chromosomenterritorien jedes chromosom belegt im Zellkern einen bestimmten abgegrenzten Ort. Je nach Gewebstyp ist der Ort ein anderer Ursachen unterschiedlicher Aktivitāt der Gene in den Zellkernen versch. Gewebe Zentrum des Zellkerns : >Hier befinden sich die Gene, die gerade abgelesen werden (Euchromatin liegt vor) 4 >Konz. an Enzymen für die Transkription besonders hoch, nicht jedoch am Randbereich Am Randbereich Heterochromatin Regulation der Transkription über den Ort im Zellkern, also die RNA Menge wird reguliert →Transportmechanismen unbekannt. prä – pro - proteine -Exportproteine, die außerhalb der Zelle aktiv sein dürfen, innerhalb nicht, sonst richten sie Schaden an - Primārstruktur weist einen Abschnitt für das Anbinden und den Einlass des entstehenden Proteins in das ER: prā - Prā-Teil ist Andocksequenz für ER; Prā-Teil wird beim Eintritt in das ER von Enzymen (Proteasen) abgespalten -Im Inneren des ER befindet sich der > Pro bedeutet das AS Abschnitt lang ist, Protein bleibt wegen Raumstruktur inaktiv →wird im ER abgespalten und funktionsfähiges Protein verlasst per Golgi- Vesikel die Zelle durch Exocytose