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29.4.2023
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Biologie LK Abiturvorbereitung abitur.nrw Leistungskurs Genetik Meiose und Rekombination Analyse von Familienstammbäu- men Proteinbiosynthese Genregulation Entwicklung eines Modells zur Wechselwirkung von Proto-Onko- genen und Tumor-Suppressor- genen: p53 und Ras Epigenetische Modelle: DNA- Methylierung und RNA-Interferenz Gentechnologie Bioethik Vorgaben 2023 Neurobiologie Ökologie Aufbau und Funktion von Neuronen Umweltfaktoren und ökologische Potenz Dynamik von Populationen Neuronale Informationsverarbei- tung und Grundlagen der Wahr- nehmung Leistungen der Netzhaut Plastizität und Lernen Methoden der Neurobiologie Stoffkreislauf und Energiefluss Kohlenstoffkreislauf Fotosynthese Mensch und Ökosysteme Neobiota - 4/4 Evolution Entwicklung der Evolutionstheorie Grundlagen evolutiver Verände- rung Art und Artbildung Evolution und Verhalten Biologie Evolution des Menschen Stammbäume = INDEX 1 Genetik 2 Ökologie 3 4 Neurobiologie 5 6 7 8 9 10 11 Evolution 12 = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.4 1 Genetik Meiose und Rekombination 1.2 Analyse von Familienstammbäumen 1.5 1.3 Proteinbiosynthese 1.4 Genregulation 1.41 Epigenetische Modelle: DNA-Methyliaung und RNA-Interferenz 1.4.2 Entwicklung eines Modells zur Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Supressorgenen: p53 & Ros Gentechnologie 1.6 Bioethik = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.1 MEIOSE UND REKOMBINATION 1.1.1 Chromosomen & hoch kondensieri Form der DNA Lo nur bei Eukaryoten zu finden (Organismen mit echtem Zellhan) ▸ Ein Chromosom (2-chomatid-Chromosom) besteht aus zwei chromatiden (Schwestern- (hromatide), welche identische Kopien voneinander sind. → verbunden uber dos centromer 4 je nach Chromoson kann Centromer unterschiedlich liegen (wann mittig: metazentrisch) XX ▸ Damit DNA-Doppelthelix kompakte Form annehmen kann. Proteine (z. B. Histon) werden zwischen DNA-Stangen gelagert Veeeeee ▷ jedes der 46 Chomosomen ↳ DNA (sen dum, faden formg) =D Chomptlinfaden. Doppelhelix-Struktur DNA-Strange verpackt un Histone Schleifenbildung •Spiralisaing Chomosom Desoxyribose- Phosphassure Chromatid bestent aus onem einzigen langen DNA- Molekul mehrfach gewinden (spiralisch), um Aoteine gewickelt. Telomere Centromer Zwei-Chromatid- Chromosom handloge Chromosomen DID Nerteotid E + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.1.2 Zellzyklus Go-Phase • Ausbruch aus dem Zellzyklus o keine weitere Zellteilung • Differenzierung im Aganismus G₂ M M Go-Phase: • Mitose & Cytokinese finden stati G₁-Prase: 01-Chromotid-Chromosomen • Zelle wächst o Stoffwechsel & Roteinbiosynthese Bestandteile für Replikation werden synthetisiert S-Phase: • Synthese der DNA • 1-Chromatid-Chromosomen worden 2-chromatid-Chromosomen. • Replikation • Vorbereitung auf Mitose G₂-Phase • Vorberatung auf Mitose. • Behebung...
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der Replikationsfehler • Zellgröße und Größe do Zellaganellen Stogert sich weite = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.1.3 Mitose (ungeschlechtliche Zellteilung von Mutterzelle in Tochterzellen/Replikation) Interphase L verdopplung des Erbmaterials / der DNA (6₁- und G₂-Phose) einfacher 2-Chromatid-Chromosomen - Salz (4> unkondensiert) Cytokinese Lo endgültige Zellteiling LD Cyloplasma wird aufgeteilt. => Pflanzen: Bildung einer neven Zellwand aus vesikeln →Tore: Bibling einer neuen Zellimembian Telophase ↳ Dekondensation / Entspiralisierung der Chromosomen LD Kernkörpechen und -membran bilden sich neu Lo Spindelfasern losen sich auf Prophose LDKernmembran und Kernkörperchen lösen sich auf (in Transport form). ▷ Ausbildung der Spindelapparate an Zellpoten LD DNA wickelt sich zu Chromosomen auf =>Chromosomen ziehen sich stark. zusammen. → Kondensisung (Vodichtung) zu 2-chromatd-Chomosomen einfacher 2-Chronotid-Chromosomen-Salz Metaphase Le vollständige kondensation LG Chromosomen oidhen sich in Aquatorialebene an LD Spindelfasern setzen an Centromeren an Anaphase Lp Spindelfasen verkürzen sich =D>>> Chromosomen werden an Centromer getrennt; zu Zellpolen gezogen = 23 1-Chomatid-chranosomon pro zellpol = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Interphase DNA wird verdoppelt, Zelle wächst. Kernkörperchen Telophase Chromatiden sind an den Polen konzentriert und dekondensieren wieder. Zell kern Anaphase Spindelapparat zieht Schwesterchromatiden zu den Polen Chromatin Mikrotubuli Centriolen Kernmembran Prophase Chromosomen kondensieren und werden dadurch sichtbar. VVbLLL gaa Pol Chromosomen Spindel Schwesterchromatiden 000000 * Prometaphase Zusammenbruch der Kernmembran Metaphase Chromosomen werden in der Äquatorialebene angeordnet. = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.1.4 Meiose (keimzellbildung) Legende: Interphase 1. Reifeteilung 2. Reifeteilung Prophase I • Kondensation der 2-Chromatid- . Chromosomen Tetraederbildung Paarung der homol. 2-Chrd.-Chrs. Crossing-Over: intrachrs. Austausch von Genen der hom. Chromosomen Auflösung der Kernmembran und des Nucleolus Begin Bildung d. Spindelapparats Telophase I Teilung der zellkerne & anschließend der Zellen o Spermien zwei gleich große, haploide Zellen o Eizellen: eine große Zelle mit gesamtem Zellplasma und ein Polkörperchen Entspiralisierung der Chromosomen Metaphase II • Anordnung der 2-Chromatid- Chromosomen in Äquatoriale bene S.Phase der Interphase -> verdopplung des Erbmaterials -> in urkeimzellen: diploider Chromosomensatz Metaphase I Anordnung der homologen Chromosomenpaare (Tetraeder) in Äquatorialebene • Bindung der von Spindelapparat ausgebildeten Spindelfasern an Kinetochoren (Bindungsstellen an Centromer) Anaphase II Trennung der Chromosomen am Centromer • Transport der 1-Chromatid- Chromosome zu Zellpolen Anaphase I Trennung der homologen Chromosomenpaare durch verkürzung der Spindelfasern o an jedem Zellpol vollständig. haploider Chromosomensatz aus 23 2-Chromatid- Chromosomen • interchrs. Rekombination zufällige verteilung mütterl. u. väterl. Chrs. Prophase II Neubilung des Spindelapparates . Telophase II Bildung neuer Kernmembranen um die haploiden 1-Chromatid-Chromo- somen-Sätze . o Zellteilung bei Eizellbildung wieder ungleichmäßig = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.1.4 A) Rekombination => Neukombination von Genen 1. Interchromosomale Rekombination 2. Intrachromosomale Rekombination o zufallsbedingte Verteilung von mütterlichen und väterlichen Chromosomen -> homologe Chromosomenpaare trennen sich im Laufe der 1. Reifeteilung 3. Rekombination durch Befruchtung Crossing-Over -> Stückaustausch zwischen homologen Chromosomen 1.1.4 B) Crossing Over Begriff Allel o zufällige verschmelzung von keimzellen -> Zufall, welche Eizelle mit welchem Spermium befruchtet wird Während der Metaphase I liegen die homologen Chromosomen so dicht beieinander, dass manchmal Chromosomenteile zwischen homologen Chromosomen ausgetauscht werden. Diese Art der intrachromosomalen Rekombination vervielfacht die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten bedeutend. 1.1.5 Glossar relessiv Generationen dominant intermediar heterozygot homozygot Phänotyp Genotyp monohybrider Erbg. dihybrider Erbgang uniparentaler Erbgang Genkopplung Polygenie Bedeutung verschiedene Zustands formen eines Gens B C с C Parental-(Eltern-)Generation (P); Filial-(Tochter)Generation (F1; F2; ...) Erbfaktor, der sich gegenüber einem rezessiven Erbfaktor auch durchsetzt, wenn nur ein Allel vorhanden ist Erbfaktor, der sich nur durchsetzt, wenn er homozygot (reinerbig) vorliegt Art des Erbgangs, bei dem im Phänotypen eine dazwischenliegende Mischform ausgebildet wird, die durch zwei im Erbgut vorliegende unterschiedliche Varianten des gleichen Gens für verschiedene Ausprägungen eines Merkmals hervorgerufen wird. _mischerbig" => zwei verschiedene Allele eines Merkmals reinerbig" => zwei gleiche Allele für ein Merkmal ausgeprägte Merkmale/Erscheinungstyp eines lebewesens Vererbungstyp => gesamte genetische Ausstattung Betrachtung eines Merkmals Betrachtung zweier Merkmale Vererbungstyp nur von einem Elternteil bestimmt Bei einem gekoppelten Erbgang liegen zwei Gene bzw. die Gene zweier Merkmale auf demselben Chromosom und werden immer gemeinsam vererbt. Man kann einen gekoppelten Erbgang als monohybriden Erbgang betrachten, solange es zu keinem Kupplungsbruch durch Crossing-Over kommt. Die Gene Verhalten sich dabei nicht entsprechend der 3. Mendelschen Regel. Eine Kopplungsgruppe sind dabei die gemeinsam vererbten Gene. phänotypisches Merkmal (2.B. Fellfarbe von Säugetieren) wird durch mehr als ein Gen bestimmt E + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.1.6 Mendelsche Regeln 1. Mendelsche Regel: Uniformitätsregel Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die sich in einem Merkmal unterscheiden, für welches sie reinerbig sind, sind die Nachkommen der F1 in diesem Merkmal uniform. P F1 F1 F2 AA Aǝ A₂ AA heterozygot A₂ aa P.Generation (Eg ration) F-Generation (1. Tochter- generation) Aǝ Aǝ A₂ aa F-Generation (2. Tochter generation) Genotyp Photy homozygot A₂ Keingelen 2. Mendelsche Regel: Spaltungsregel Kreuzt man die Individuen der F1 untereinander, spalten sich die Merkmale in der F2 in bestimmten Zahlenverhältnissen auf. Beim dominant-rezessiven Erbgang Phänotypen im Verhältnis 3:1 und im Genotypen 1:2:1 Genotyp Genotyp Phänotyp Keimzellen den F-Generation (1. Tochtergeneration) Phanotyp Zahlenverhais G gelb (dominant) R rund (dominant) P GgRrwischerti gelb und rund 9 a e GR F1 A a A 9 grün (rezessiv) rrunzig (rezessiv) H GGRR (1), GG (1) RR (1),gar (1) enerbig GOR (2) GRR (2), Ogr (4) Oge (2), goy (2) mischerbia reinertige Neukombination g gelbrund 3 gebrunzig 3 grinhund 1 grünung 2 A₂ 2 3. Mendelsche Regel: Rekombinationsregel Kreuzt man bei einem dihybriden Erbgang Individuen derselben Art, die sich in zwei Merkmalen unterscheiden, für die sie reinerbig sind, dann sind die Nachkommen der F1 in Bezug auf diese Merkmale untereinander uniform. In der F2 treten neben den Merkmalskombinationen der Eltern auch neue auf. Die F2 spaltet sich im Phänotyp bei einem dominant-rezessiven, dihybriden Erbgang im Verhältnis 9:3:3:1 A₂ A AA A Aǝ A₂ D A₂ 0 Aa 22 = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.2 STAMMBAUMANALYSE 1.2.1 autosomal-dominanter Erbgang ▷, defektes" dominantes Alle vegl auf den Autosomen ( tritt unabhängig von Geschlecht do Eltan sur) ▷ Genotypen Merkmalsträger: As IAA Merkmals Racas => tritt in jede Gonciation auf 1.2.2 autosomal-rezessiver Erbgang ▷, defektes" rezessives Allel Legt auf den Autoriamen ▷ Genotypen Merkmantrager: aa Merkmalsficie: AA/AD =>Kann Generationen überspringen 1.2.3 x-chomosanol-rezessiver Erbgang P..deferles" resessives Allel legt auf x-Chomosom ▷ Gendypen Merkmalsträger. xx (Frau); xy (Morn) Merkmalsficie: XX/Xx (Frau); XY (Mann) => Kann Generationen überspringen. =D meist sind nur Mähne betroffen 1.2.4 x-chromosomal-dominanter Erbgang Pdefentes" dominantes Allel liegt auf x-chomosom ▷ Genotypen Merkmatedräger: XX/Xx (Frow); XY (Morn) Merkmalsfreie: xx (Frow); XY (Mar) => Kranke Väter haben nur branke Tochtor = gesunde Mütter haben nur gesunde Schne 1.2.5 y-chromosomaler Erbgang • defektes" Allel liegt auf y-Chromosom nur Männer erkranken → kranke väster haben nur kranke Söhne → gesunde Vater haben nur gesunde Söhne A/MA xy xy LTO LO AD A/MA A/AA y сто xy A/MA A/M A/M A/AA DO 53 NJ 1₂ Aa yx M/A xy TOTOO 1800 A₂/M = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.3 PROTEINBIOSYNTHESE Die Proteinbiosynthese ist die Neubildung von Proteinen in Zellen und somit der für alle Lebewesen zentrale Prozess einer Genexpression, bei der nach Vorgabe genetischer Information Proteine aus Aminosäuren aufgebaut werden. 1.3.1 Transkription. Wenn ein bestimmtes Protein in der Zelle benötigt wird, wird im Prozess der Transkription eine Kopie von dem für das Protein codierenden DNA-Abschnitt erstellt. Auf diese Weise ist es möglich, genetische Information bei eukaryotischen Zellen durch die Kernporen zu den Ribosomen zu transportieren, welche fur die Translation - den zweiten Schritt der PBS-verantwortlich sind. Hierbei dient die messenger-RNA (mRNA) als Transportmolekül. Die Transkription lässt sich in die Phasen Initiation, Elongation und Termination einteilen. A) INITATION • RNA-Polymerase beginnt Katalysation an einem Promoter ->gekennzeichnet durch... ... Viele benachbarte AT-Basenpaare Cytosin -> Promoter liegt vor dem zu transkribierenden Gen Guanin Adenin . Uracil Stickstoffbasen der RNA => geringe Anzahl an Wasserstoffbrückenbindungen => sehr geringe Basenstapelkräfte (> Doppelstrang leichter zu trennen) 6) ELONGATION RNA-Polymerase bewegt sich auf der DNA entlang • verknüpft die angelagerten RNA-Nukleotide miteinander zu einem mRNA-Strang • RNA-Polymerase schreitet voran & trennt den nächsten Bereich nach und nach auf • RNA-Polymerase umfasst ca. 30 Basenpaare • Proteine (Transkriptionsfaktoren) lagern sich an & wirken bei Anlagerung und Start der RNA-Polymerase mit) => beeinflussen, wie oft welches Gen transkribiert wird; welche Proteine öfter transkribiert werden => enorme Bedeutung für Regulation von Zellstoffwechsel & Entwicklung • vor zu transkribierendem Bereich trennt RNA-Polymerase DNA-Doppelstrang (ca. 15 Basenpaare lang) -> Nukleotide liegen frei C) TERMINATION RNA-Polymerase trifft auf Terminator/Stoppsequenz-> signalisiert Ende der Transkription RNA-Polymerase & mRNA-Einzelstrang lösen sich von der DNA • Schließung der beiden DNA-Stränge zum Doppelstrang => mRNA verlässt Zellkern (Nukleus) und wandern ins Cytoplasma Stickstoffbasen Basenpaar Helix aus Zuckerphosphat RNA Ribonukleinsäure XXXXXXX DNA Desoxyribonukleinsäure. Cytosin Guanin Adenin • angrenzende Bereiche werden stärker aufgewunden • Anlagerung freier RNA-Nukleotide an frei liegende Nukleotide des codogenen DNA-Strangs (entsprechend der komplementären Basenpaare) Thymin A T Stickstoffbasen der DNA = + 1 2 3 4 5 60 7 00 8 9 10 11 12 5 3 3 Startsequenz (Promotor) 5 3 RNA-Polymerase entwundene DNA M mRNA wieder aufgewundene DNA neu synthetisierte RNA mRNA ԷՄՄԱՍՍԱՄԱ DNA fertige mRNA Stoppsequenz (Terminator) codogener DNA-Strang Richtung d. Transkription codogener DNA-Strang Beginn d. Transkription 5 Verlängerung d. mRNA ← RNA-Polymerase Ende d. Transkription RNA-Nukleotid 3 = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.3.2 Translation Die Translation ist nach der Transkription die zweite Phase der Proteinbiosynthese und umfasst die Übersetzung des in der Transkriptuion entstandenen Transkriptres (mRNA) in eine Kette aus Aminosäuren (ein Polypeptid/Protein). Sie spielt sich im Cytoplasma an den Ribosomen ab. Die mRNA stehen in den Ribosomen durch Adaptermoleküle (tRNA = transfer-RNA) in Verbindung. Hierbei ist die tRNA jeweils mit einer bestimmten Aminosäure beladen. Genau wie die Transkription kann die Translation in die Phasen der Initiation, der Elongation und der Termination eingeteilt werden. A) Initiation 1. kleine ribosomale Untereinheit bindet an Ribosomen-Erkennungs-Sequenz auf mRNA 2. tRNA bindet an Startcodon (2.6. AUG) Val M A-Stelle (Aminosäuren-Bindungsstelle) P-Stelle (Peptid-Bindungsstelle) E-Stelle (Exit-Bindungsstelle) => Start-tRNA befindet sich in P-Stelle; Elongation wurde initiiert Arg (R) (A) ܗܘܘ Ser (S) Lys(K), Asn (N) -> über zu Startcodon komplementares Anticodon (hier UAC) -> auf anderer Seite gebundene Aminosäure (2.6. Methionin) 3. große ribosomale Untereinheit schließt von der anderen Seite an nun vollständigen Komplex 4. Entstehen von drei Bindungsstellen: 2204 OUCAGUC A C SOP Thr Gly (G) C G GU AC כ C UGAC (S) OHON UCAC GU (H) 6) Elongation • immer neue beladene tRNAS binden in A-Bindungsstelle -> hier binden alle tRNAS außer Start-tRNA • Aminosäure, die an tRNA in P-Bindungsstelle gebunden ist wird an Aminosäure der tRNA in A-Bindungsstelle angehängt • Ribosomen bewegt sich weiter (in 5'-> 3' Richtung) an mRNA entlang -> tRNA aus A-Stelle rutscht in P-Stelle -> tRNA aus P-Stelle rutscht in E-Stelle => an Exit-Stelle löst sich entladene tRNA; wird im Cytoplasma neu beladen ==> nach und nach werden immer mehr Aminosäure an länger werdendes Peptid angehängt, bis fertiges Polypeptid entsteht Cys (C) GTrp (W) Leu (L) C) Termination 1. auf mRNA wird Stopp-Codon (UGA; UAG; UAA) erkannt -> keine komplementare tRNA vorhanden -> stattdessen: Releasefaktor bindet in A-Stelle 2. durch Release faktor: Komplex zwischen Ribosomen, mRNA und tRNA wird aufgelöst => entstandenes Polypeptid kann weiterverarbeitet werden; Ribosomen und tRNA können weitere Translationen durchführen (P) Start Stop = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 große ribosomale Untereinheit 53 E-Stelle P-Stelle A-Stelle Kleine ribosomale Untereinheit Ribosom MMMMMão, E-Stelle P-Stelle A-Stelle Aminosäurekette Aminosäure Ribosom mRNA MÜDMOMMAŇAMMüoμÑ. Mayon, Ribosom E-Stelle P-Stelle A-Stelle mRNA mRNA MoonMs MMôn Mala MüayboŭMolo, = + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.4 GENREGULATION 1.4.1 Genregulation bei Prokaryoten -> Steuerung der Genaktivität => bestimmt ob und wie oft ein Gen abgelesen wird • Sicherstellung, dass nur benötigte Proteine synthetisiert werden o kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Proteinbiosynthese stattfinden => bei Prokaryoten sind Genabschnitte zur Regulation in bestimmten Funktionseinheiten auf der DNA organisiert -> OPERON OPERON-BAUSTEINE • Promoter: Regulation des Starts der Transkription (= Bindung c RNA-Polymerase) • Operator: Regulation der Transkription durch Bindung von Regulationsfaktoren (= Repressor/Aktivator) • Strukturgene: durch das Operon regulierte Gene • Regulatorgen: Herstellung von Regulationsfaktoren 1.4.1 A) Substratinduktion - Lac-Operon Regulatorgen Transkription Translation OFF Repressor (aktiv) RNA-Polymerase Promotor • keine daktose vorhanden ZYA Operator Strukturgene keine Enzymsynthese ->Laktase (Spaltungsenzym) nicht benötigt • aus Regulatorgen wird Repressor synthetisiert -> Repressor bindet an Operator => keine Genexpression der Strukturgene, denn Repressor hindert RNA-Polymerase an Transkription -> keine Synthese des laktoseabbauenden Enzyms Laktase ctose Regulatorgen ↓o Transkription Translation • Laktose vorhanden RNA-Polymerase Promotor ZYA Operator -> Laktase benötigt • Laktose => Inhibitor des Repressors Strukturgene Enzymsynthese K Strukturver- änderung d. Repressors -> Ansetzen der daktose an allosterischem Zentrum => Strukturveränderung -> Represor kann nicht an Operator binden => RNA-Polymerase ist ungehindert -> Laktose wird von aus Strukturgenen synthetisierter Laktase abgebaut E + 1 2 3 4 5 6 7 09 8 9 10 11 12 1.4.1 B) Endproduktrepression -> grundsätzlich bestehen gleiche Funktionen des Operons wie bei Substratinduktion →> Änderung: Repressor wird durch Endprodukt der Strukturgene aktiviert Regulatorgen ↓ 0 Transkription Translation RNA-Polymerase Promotor Repressor (inaktiv) ZYA 4 Operator Trp-Operon Strukturgene Enzymsynthese • wenig Tryptophan Vorhanden -> neues muss synthetisiert werden • Regulatorgen produziert inaktiven Repressor -> RNA-Polymerase kann DNA ablesen I:.. Regulatorgen Transkription Translation Repressor (aktiv) • Enzym zur Tryptophanproduktion kann synthetisiert werden => Tryptophankonzentration steigt an • Tryptophan bindet als Aktivator an allosterischem Zentrum des Repressors -> Transkription wird durch am Operator gebundenen Repressor verhindert => Tryptophanproduktion wird verhindert RNA-Polymerase Promotor ZYA Operator Strukturgene keine Enzymsynthese E + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.4.2 Genregulation bei Eukaryoten • Transkription und Translation sind räumlich und zeitlich voneinander getrennt -> differenzierte Regulation auf verschiedenen Ebenen möglich A) Regulation auf Transkriptionsebene A.1) Promotor-Region: • Erkennungsstelle für die RNA-Polymerase -> bewirkt Transkriptionsstart • TATA-Box ist reich an Adenin und Thymin -> Transkriptionsleistung verringert sich, wenn in diesem Bereich Mutationen auftreten A.2) Transkriptionsfaktoren: • Regulationsproteine, die der Anlagerung & Aktivierung der RNA-Polymerase dienen A3) Enhancer & Silencer: • Kontrollsequenzen • Enhancer (Verstärker) => stimulieren die Transkription • Silencer (Dämpfer) => unterdrücken die Transkription 6) Regulation durch alternatives Spleißen • Regulation der Genexpression, auch nach der Transkriptionen • Introns und Exons werden herausgeschnitten aus der prä-mRNA -> Verschiedene reife mRNA-Moleküle entstehen ->Zahl der Moleküle, die für Proteine codieren können, steigt Regulation durch epigenetische Mechanismen: C a) Methylierung von Basen • Bindung von Methylgruppen an Cytosin-Basen aus dem Zusammenspiel agit sch Tienskriptionsrate Genregulation kann auch über die Chromosomenveränderung erfolgen →> Veränderung der DNA-Raumstruktur => Transkriptionsfaktoren können nicht binden => RNA-Polymerase ist blockiert => Gen ist abgeschaltet 6.1) Epigenetik • Teilgebiet der Genetik, dass ich mit erblichen Veränderung in der Genom-Regulation beschäftigt, die nicht auf eine Änderung der DNA-Sequenz zurückzuführen sind -> Einfluss der Umwelt auf die Gene von debewesen (Veränderung/= Regulierung) • epigenetische Prozesse entscheiden darüber, welche Gene abgelesen werden können/welche stumm geschaltet sind b) Histonacetylierung • Acetyltransferasen binden an Histone Silencer -> verringern ionische Anziehung zu DNA und somit Affinität => kompakte Nukleosome öffnen sich => Transkription wird ermöglicht/aktiviert Enhancer TATA-Box Enhancer Silencer Transkriptionsrichtung E + 1 2 3 4 5 6 7 00 8 9 10 11 12 6.2) RNA-Inteferrenz gelangt von außen in Organismus -> durch Viren M Si-RNA -> Fragmente aus fremder RNA lange doppelsträngige RNA gelangt in Organismus (über zwei Wege) -> unterer Strang unnötig - wird abgebaut Risc Diese RNA-Moleküle werden im Zellplasma zu kleineren Fragmenten geteilt: Dicer Risc T wird vom Zellkern produziert -DNA als Vorlage verwend. Risc trennt RNA in zwei Einzelstränge Leitstrang (komplementär zu mRNA) dockt an komplementäre Stelle in mRNA an -> passen perfekt auf mRNA Risc Risc RNA-Interferenz natürlicher Mechanismus. der zum zielgerichteten Abschalten von Genen führt (Gen-Silencing) Eingriff nach der Trans- kription und vor der Translation Ziel: bestimmte mRNA zu mi-RNA -> Fragmente aus eigener RNA -> unterer Strang unnötig - wird abgebaut ->haben etwas Spielraum Causreichend, wenn Großteil d. Basenpaare passen zerschneiden/block- ieren, da diese dann nicht mehr für ein be- stimmtes Protein cod- ieren kann Risc leitet Spaltung der mRNA ein oder ver- hindert die Bindung von Ribosomen an die mRNA -> Translation findet nicht statt Folge: Genstilllegung: Proteinproduktion wird verhindert E + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.4.3 Entwicklung eines Modells zur Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Supressorgenen Sensescence Normal cell (p53 normal) Hypoxia DNA damage p53 activated and binds to DNA Transcription dependent and independent effects on targets G1 arrest p21 GADD45 (CDK inhibitor) (DNA repair) Successful repair lonizing radiation Carcinogens Mutagens Cell with mutations or loss of p53 Repair fails BAX (apoptosis gene) DNA damage p53 depondont gonos not activated No cell cycle arrest No DNA repair, no senescence Mutant cells Normal cells Apoptosis Ⓒ Elsevier. Kumar et al: Robbins Basic Pathology Se - www.studentcorsult.com Expansion and additional mutations Malignant tumor E + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.5 Gentechnologie 1.5.1 PCR - Polymerasekettenreaktion • Möglichkeit, unbegrenzt viele Kopien eines vorliegenden DNA-Abschnittes herzustellen ->nur Vervielfältigung festgelegter Teilabschnitte => nicht der ganzen DNA JOUW ON HOW innamin D M010-04 Primer → Jinling 1994 ធ MMM ਯੂਨੀਕ Diislit 144966 4194 6468448 A) DENATURIERUNG • DNA-Probe wird auf 95°C erhitzt • Matrizen-DNA (Ursprungs-DNA) wird „geschmolzen" -> Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden werden getrennt => Doppelstrang wird in Einzelstränge aufgespalten B) HYBRIDISIERUNG • Abkühlung des Reaktionsgemisches auf ca. 50°C • synthetische Oligonukleotide binden an Einzelstränge der DNA • Primer binden sich komplementär an das 3-Ende C) POLYMERISATION • Temperatur wird auf 70-75°C erhitzt -> Temperaturoptimum der Taq-Polymerase • Taq-Polymerase synthetisiert DNA E + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12