Genetik (Grundlagen, Mitose+Meiose, Proteinbiosynthese, DNA-Replikation, Stammbaumanalyse,…))

Alternativer Bildtext:

ein Zucker und ein Phosphatrest bilden zusammen den Grundbausteln der DNA, ein Nukleotid. Beim DNA-Molekül handelt es sich also um zwei Einzelstränge aus miteinander verknüpften Nukleotiden. Die beiden Stränge sind über Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen zu einem Doppelstrang verbunden. Der Doppelstrang weist eine um die eigene Achse gewundene Struktur auf, man spricht deshalb von einer Doppelhelix. Ein Gen ist ein DNA Abschnitt aus etwa 100 bis über 10 000 Basenpaaren mit einer bestimmten Basenabfolge, auch Basensequenz genannt. In der Abfolge der Basen der DNA ist die Erbinformation verschlüsselt. Im Humangenomprojekt wurde die Basensequenz der Erbinformation des Menschen fast vollständig aufgeklärt. Diese Sequenz lässt sich als Folge farbiger Banden darstellen. Zellzykabs GO-Phase: •Austritt aus dem Zellzyklus keine weitere Teilung •Differenzierung im Organismus Telophase Anaphase Metaphase Cytokinese Prophase Interphase GO-Phase G1 - Phase G2-Phase S-Phase G1 - Phase: 1-Chromatid-Chromosomen •Zelle wächst Stoffwechsel & Proteinbiosynthese Bestandteile für Replikation werden synthetisiert S-Phase: •Synthese d. DNA 1-Chromatid-Chr. werden zu 2-Chromatid-Chr. •Replikation • Vorbereitung auf Mitose G2-Phase: Vorbereitung auf Mitose Behebung d. Replikationsfehler •Zellgröße & Größe d. Zellorganelle wachsen weiter an GO - Phase: •Mitose & Cytokinese finden statt Mitose (ungeschlechtliche Zellteilung von Mutterzelle in zwei Tochterzellen mit identischem Chromosomensatz) Interphase -> Verdopplung des Erbmaterials (s. G1 - G2) Prophase -> Kernmembran & Keernkörperchen lösen sich auf (inTransportform); Ausbildung der Spinadelapparate an den Zellpolen; DNA wickelt sich zu Chromosomen: -> Chromosomen ziehen sich stark zusammen -> Kondensierung (Verdichtung) zu 2-Chromatid-Chromosomen Metaphase -> vollständige Kondensation; Chromosomen ordnen sich in Äquatorialebene an; Spindel- fasern setzen an den Centromeren an Anaphase -> Spindelfasern verkürzen sich -> Chromosomen werden zu Zellpolen gezogen; 1-Chromatid-Chromosomen jeweils an einem Pol Telophase -> Dekondensation/Entspiralisierung der Chromosomen; Kernkörperchen & Kernmembran bilden sich neu; Spindelfasern lösen sich auf Cytokinese -> endgültige Zellteilung; Cytoplasma wird aufgeteilt Pflanzen: Bildung einer neuen Zellwand aus Versikeln Tiere: Bildung neuer Zellmembran Cytokinese Telophase Kernkörperchen/ Nucleolus Centrasome mit Spindelfasern Interphase Anaphase Chromatin (DNA) -Kernmembran Prophase Metaphase Merose S-Phase d. Interphase -> Verdopplung des Erbmaterials -> in Urkeimzellen: diploider Satz an Chromosomen -1. Reifeteilung- Prophase -> Kondensation der 2-Chromatid-Chromosomen •Tetraeder-Bildung: Paarung der homologen 2-Chromatid-Chromosomen interchromosomale Rekombination/Crossing-over: Austausch von Stücken zwischen den Chromatiden der homologen Chromosomen •Auflösung der Kernmembran und Nukleolus •Beginn der Bildung des Spindelapparats Metaphase I -> •Anordnung der homologen Chromosomenpaare (Tetraeder) in der Äquatorialebene •Bildung der von den Zellpolen ausgehenden Spindelfasern an Kinetochoren Anaphase -> Trennung der homologen Chromosomenpaare durch Verkürzung der Spindelfasern -> an jedem Zellpol ein vollständiger, haploider Chromosomensatz aus 23 2-Chromatid- Chromosomen interchromosomale Rekombination: Neukombination der Chromosomen durch zufallsbedingte Verteilung mütterlicher und väterlicher Chromosomen Telophase -> Teilung der Zellkerne und anschließend der Zellen -> Spermien: zwei gleich große, haploide Zellen -> Eizellen: eine große Zelle mit gesamten Zellplasma und eine kleine Zelle (Polkörperchen) •Entspiralisierung der Chromosomen -2. Reifeteilung- Prophase II -> Neubildung des Spindelapparats Metaphase II -> • Anordnung der 2-Chromatid-Chromosomen in der Äquatorialebene Anaphase II-> Trennung der Chromatiden jedes Chromosoms voneinander Transport als 1-Chromatid-Chromosomen zu den Zellpolen Telophase II -> Bildung neuer Kernmembranen um die haploiden Sätze der 1-Chromatid-Chromosomen -> Zellteilung bei Eizellbildung wieder ungleichmäßig Ergebnis -> aus diploider Urkeimzelle werden haploide Keimzellen Crossing-over Während der Metaphase I liegen die homologen Chromo- somen so dicht zusammen, dass manchmal Chromosomteile zwischen homologen Chromosomen ausgetauscht werden. Dieser Vorgang der intrachromosomalen Rekombination trägt dazu bei, dass es mehr Kombinationsmöglichkeiten gibt. Vererbung - Glossar Begriff Bedeutung Allel verschiedene Zustandsformen eines Gens •Eltern- oder Parentalgeneration (P); Tochter- oder Filialgeneration (F1, F2,...) Erbfaktor, der sich gegenüber einem rezessiven Erbfaktor auch durchsetzt, wenn nur ein Allel vorhanden ist Erfaktor setzt sich nur durch, wenn er reingebissen vorliegt Art des Erbgangs, bei dem im äußeren Erscheinungsbild eine dazwi- schen liegende Mischform ausgebildet wird, wenn im Erbgut zwei unterschiedliche Varianten des gleichen Gens für verschiedene Aus- prägungen eines Merkmals vorliegen zwei verschiedene Allele für ein Merkmal (mischerbig) zwei gleiche Allele für ein Merkmal (reinerbig) Erscheinungstyp eines Lebewesens, ausgeprägte Merkmale Vererbungstyp, gesamte genetische Ausstattung ein betrachtetes Merkmal zwei betrachtete Merkmale Vererbungstyp nur von einem Elternteil bestimmt Generationen dominant rezessiv intermediär heterozygot homozygo Phänotyp Genotyp XH HH monohybrider Erbg. dihybrider Erbg. uniparentaler Vererb. Begriff Genkopplung Polygenie Bedeutung Bei einem gekoppelten Erbgang liegen zwei Gene bzw. die Gene der beiden Merkmale auf demselben Chromosom und werden immer gemeinsam vererbt. Man kann einen gekoppelten Erbgang als monohybriden Erbgang betrachten, solange es zu keinem Kopplungsbruch durch Crossing-over kommt. Die Gene verhalten sich dabei nicht entsprechend der 3. Mendelschen Regel.Eine Kopplungsgruppe sind dabei die gemeinsam vererbten Gene. Wird ein phänotypisches Merkmal, wie die Fellfarbe von Säugetieren, durch mehr als ein Gen bestimmt, liegt Polygenie vor. Rekonloination -> Neukombination von Genen 1. Interchromosomale Rekombination zufallsbedingte Verteilung von mütterlichen und väterlichen Chromosomen -> homologe Chromosomenpaare teilen sich während der 1. Reifung 2. Intrachromosomale Rekombination •Crossing-over -> Stückaustausch zwischen homologen Chromosomen 3. Rekombination durch Befruchtung zufällige Verschmelzung von Keimzellen -> Zufall, welche Eizelle von welcher Spermienzelle befruchtet wird Mendelsche Regelm 1. Mendelsche Regel: Uniformitätsregel Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die sich in einem Merkmal unterscheiden, für das sie reinerbig sind, sind ihre Nachkommen in der F1 in diesem Merkmal uniform. rezessiu (g), Gg Parentalgen. (99) "homozy oot & G Gg Filialgeneration 1 heterozygot Gg dominant (G) 2. Mendelsche Regel: Spaltungsregel Kreuzt man die Individuen der F1 untereinander, spalten sich die Merkmale in der F2 in be- stimmten Zahlenverhältnissen auf. Beim dominant-rezessiven Erbgang im Phänotyp im Ver- hältnis 3:1 und im Genotyp im Verhältnis 1:2:1 Filialgeneration Gg gR 1 (99 |GR| Gr gk| gr GR GG GG Gg Gg RR Rr RR RY Gr GG GG Gg Gg Rr rr Rr do G G 9 Gg Gg 9 Gg Gg Gg Gg 99 99 RR Rr RR RE gr TR² Gg Gg 99 99 r r Rr Rr | Filialgeneration 3. Mendelsche Regel: Rekombinationsregel Kreuzt man bei einem dihybriden Erbgang Individuen derselben Art, die sich in zwei Merkma- len unterscheiden, für die sie reinerbig sind, so sind ihre Nachkommen in 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, dihybri- den Erbgang im Verhältnis 9:3:3:1 auf G 9 GG 9 Gg G Gg 99 Keimzellen Stammbaummanalyse Autosomal-dominanter Erbgang •„defektes" dominantes alles liegt auf den Auto- somen (tritt unabhängig vom Geschlecht der Eltern auf) → Genotypen von den Merkmalsträgern: AA / Aa Merkmalsfreie: aa • tritt in jeder Generation auf Autosomal -rezessiver Erbgang • „defektes" rezessives Allel liegt auf den Auto- ● somen Genotypen von den Merkmalsträgern: aa Merkmalsfrei: AA/Aa Kann Generationen überspringen X-chromosomal-rezessiver Erbgang ● • „defektes" rezessives alles liegt auf dem x- Chromosom Genotypen von den Merkmalsträgern: XaXa (Frau) und XaY (Mann) Merkmalsfreie: XaXa oder XAXa (Frau, auch als Konduktorin) und XAY (Mann) kann Generationen überspringen • meistens nur Männer betroffen aa de todo aa Aa aa aa Aa XY aa XAXa XAY go to do XAXA AA AA,Aa AA,Aa AA,Aa AA,Aa AA,AQ XAY Aa aa AA/Aa XAY XAXa XAXa X₂Y AA,Aa aa хаха aa AA,Aa XaY XAY Veränderungen vv. Merkmalén Modifikation -> Modifikationen sind durch die Umweltbeeinflussung unterschiedlich aussehende Phä- typen. Umweltfaktoren können den Phänotyp eines Lebewesens also modifizieren, aber diese Veränderungen werden nicht vererbt. Vererbt wird lediglich eine Reaktionsnorm, welche den Bereich eingrenzt, in dem der Phänotyp unter bestimmten Umweltein- flüssen variieren kann. Die indi- viduelle Aus-prägung des Phänotyps ist die jeweilige Modifikation der Reaktionsnorm. Mutationen •Veränderungen der Erbinformation -> Träger der Veränderungen = Mutanten •Veränderungen der Keimzellen werden weitervererbt •zufällig in allen Zellen möglich Umwelt hat ebenfalls Einfluss Einzelne Gene werden verändert Genmutation Mutagene -> Faktoren, welche Mutationen auslösen -> z. B. Fehler bei Replikation •Spontanmutation -> Mutation ohne Einfluss von Mutagenen Punktmutation •Austausch von Basen ohne Folgen -> Silent-Mutation •Austausch von Basen mit Folgen -> Missense-Mutation Basentriplett in einem Stopcodon -> Nonsense-Mutation rastermutation DNA genommutation Chromosomen können fehlen oder zusätzlich vorhanden sein Chromosomenstruk- tur wird verändert •Basen kommen dazu oder gehen verloren -> Verschiebung des Leserasters -> Base geht verloren: Deletion -> Base kommt hinzu: Insertion Chromosomenzahl wird verändert Chromosomenmutation Chromosomenmutation •mehrere Gene sind betroffenen können Teile verloren gehen = Deletion oder herausgebrochene Abschnitte in umgekehrter Richtung wieder angebaut werden = Inversion Genommutation verfahren ana-replikation disperse replikation elterliche Doppelhelix zerbricht & verbindet sich mit neu- synthetisierten Bereichen zu Tochtermolekülen Konservative replikation elterliche Doppelhelox bleibt vollständig erhalten & dient als Vorlage für Tochternmoleküle || ||||||| konservativ semikonservativ dispers semikonservative replikation ⚫elterliche Doppelhelox wird in Einzelstränge getrennt, die jeweils mit neusynthetisiertem Strang Tochtermoleküle bilden mechanismus → semikonservative Replikation 1. Entwindung der Doppelhelix durch Topoisomerase a. Durchschneiden & Wiederverknüpfen der DNA-Doppelhelix, um Überdrillungen zu verhindern 2. Beginn der Replikation am Replikationsursprung a. bestimmte DNA-Sequenz 3. Anlagern der Helicase an Replikationsursprung a. trennt DNA-Stränge voneinander i. löst H-Bindungen b. Öffnet so DNA-Stränge zur Replikationsblase 4. Enden der Replikationsblase y-förmig ? Replikationsgabel a. SSB-Proteine (einzelstrangbindende Proteine) stabilisieren Öffnung der Replikationsgabel 5. Anbringen von Primern (Startermolekül, RNA-Sequenz) an beiden Strängen durch Primase 6. DNA-Polymerase III bindet an Primer & verlängert bestehende Nucleotidkette a. Primer benötigt, da DNA-Polymerase nur bestehende Kette verlängern kann b. benötigt freie OH-Gruppe für Anhängen von Nucleotiden c. knüpft an 3-Ende des Primers Nucleotide an i. verbindet Phosphatgruppe freier Nucleotide mit C-3-Atom der Desoxyribose →in 5-3'-Richtung synthetisiert 7.Leitstrang/kontinuierlicher Strang: 5→ 3-Richtung a. wird kontinuierlich synthetisiert, da in Bewegungsrichtung der Helicase syn- thetisiert wird 8. Folgestrang/diskontinuierlicher Strang: 3→ 5-Richtung a. wird diskontinuierlich synthetisiert, da in entgegengesetzte Richtung wie Be- wegungsrichtung der Helicase synthetisiert wird b. mehrere Primer werden benötigt c. in 5'-3'-Richtung entstehen DNA-Abschnitte von 100 200 Nucleotiden Länge → Okazakifragmente 9. RNA-Primer mittels DNA-Polymerase 1 gegen DNA ausgetauscht 10. Verknüpfung d. Okazakifragmente durch Ligase Proteinbiosynthese Die Proteinbiosynthese ist die Neubildung von Proteinen in Zellen und damit der für alle Lebewesen zentrale Prozess einer Genexpression, bei der nach Vorgabe genetischer Information Proteine aus Aminosäuren aufgebaut werden DIE TRANSKRIPTION Wird ein bestimmtes Protein in der Zelle benötigt, wird im Vorgang der Transkription von dem ent-sprechendem Abschnitt des Moleküls eine Kopie erzeugt. Dadurch wird die genetische Information beweglich. Sie kann bei eukaryotischen Zellen den Kern durch die kernporen verlassen & von der DNA zu den Ribosomen, den Organellen der PBS. gelangen. das Transport-mina MMMMMM molekül ist eine RNA. Da sie die Botschaft überträgt, nennt man sie messenger-RNA (mRNA). - dna WAN - 1. Transkription 1. SCHRITT: INITIATION RNA-Polymerase beginnt Katalysation an einem Promotor: gekennzeichnet durch... - viele benachbarte AT-Basenpaare geringe Anzahl an Wasserstoffbrücken · deutlich geringe Basenstapelkräfte (= Doppelstrang wird leichter geöffnet) -> Promotor liegt vor dem zu transkribierenden Gen RNA-Polymerase umfasst ca. 30 Basenpaare Proteine (Transkriptionsfaktoren) lagern sich an & helfen RNA-Polymerase sich anzulagern und zu starten -> beeinflussen, wie oft welches Gen transkribiert und welche Proteine häufiger hergestellt werden enorme Bedeutung für Regulation von Zellstoffwechsel und Entwicklung vor dem zu transkribierenden Bereich trennt die RNA-Polymerase den DNA- Doppelstrang (ca. 15 Basenpaare lang) -> Nukleotide liegen frei angrenzende Bereiche werden stärker aufgewunden Anlagerung von freien RNA-Nukleotiden an die freilegenden Nukleotide des codegenen DNA-Strangs (entsprechend der komplementären Basenpaare) - · 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 Lösung vom wachsenden mRNA-Strang vom codogenen Strang - transkribierte DNA schließt sich wieder 3. SCHRITT: 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 wandert ins Cytoplasma Stoppsequenz (Terminator) - 5 3 2. SCHRITT: ELONGATION 3 Startsequenz (Promotor) 5 3 RNA-Polymerase entwundene DNA mRNA DNA wieder aufgewundene DNA mRNA codogener DNA-Strang Beginn d. Transkription 3 5 3 5 3 Verlängerung d. mRNA 5 MIH 5 neu synthetisierte RNA 5 WWWW 3 codogener DNA-Strang Richtung d. Transkription fertige mRNA TI RNA-Nukleotid -RNA-Polymerase → Ende d. Transkription 5 DIE TRANSLATION In der Translation erfolgt die Übersetzung der in der mRNA enthaltenden Infor- mationen in eine Kette aus Aminosäuren (=Protein). Dieser Ablauf findet im Zell- plasma an den Ribosomen statt. Die mRNA und die Aminosäuren stehen durch Adapter- moleküle (=tRNA) in Verbindung. Dabei ist die tRNA mit einer bestimmten Aminosäure beladen. - mina MMMMMM protein 1. SCHRITT: INITIATION - um die mRNA abzulesen werden die Ribosomen benötigt, welche drei Bin- dungsstellen aufweisen... - Translation die A-Stelle (Aminoacytl-Stelle) die P-Stelle (Polypeptid-Stelle) die E-Stelle (Exit-Stelle) Ribosom setzt an die mRNA an und fährt diese in 5 -> 3 Richtung ab -> Orientierungsrichtung, welche durch Lage der Phosphatreste und Alkohol- gruppen bestimmt wird Ribosomen wandert bis zu einem bestimmten Basentriplett (=Startcodon, z. B. AUG) -> nach Erreichen des Startcodons beginnt Translation - tRNA mit Anticodon setzt an A-Stelle der mRNA 2. SCHRITT: ELONGATION - mRNA wandert weiter -> anfängliches Codon und tRNA sitzen nun an P- Stelle -> neues Basentriplett rutscht an A-Stelle -> zugehörige tRNA setzt an - mRNA läuft wieder ein Basentriplett weiter: neue tRNA kommen an A-Stelle → ursprüngliche tRNA sitzt nun in E-Stelle -> tRNA löst sich und verlässt Ribosom →> Wiederholung des Vorgangs bis sich eine vollständige Aminosäurekette ge- bildet hat 3. SCHRITT: TERMINATION Sobald in A-Stelle ein Stopp-Codon sitzt wird Translation abgebrochen UAA, UAG o. UGA) (Stopp-Codon - tRNA löst sich aus E-Stelle und Aminosäurekette aus P-Stelle -> verlassen Ribosom -> Ribosom zerfällt in Untereinheiten und geht in das Cytoplasma zurück Ribosom 5 = 5: E-Stelle P-Stelle (A-Stelle MManamMaMa MãMnMan, E-Stelle P-Stelle A-Stelle Aminosäurekette Aminosäure Ribosom mRNA MMMMMMM, Ribosom E-Stelle P-Stelle (A-Stelle mRNA mRNA MMMMMMMMMM, Genregulation (Prokaryoten) -> Steuerung der Genaktivität -> bestimmt ob und wie oft ein Gen abgelesen wird - Sicherstellung, dass nur die Proteine produziert werden, die benötigt werden - Genregulation kann an unterschiedlichen Punkten der Proteinbiossynthese stattfinden -> Bei Prokaryoten sind die Gene zur Regulation in bestimmten Funktionsein- heiten auf der DNA organisiert -> Operon Bausteine: Promoter: Regulation des Starts der Transkription (=Bindung der RNA-Polymer.) perator: Regulation der Transkription durch Bindung von Regulationsfak- toren (=Repressor/Aktivator) - - Strukturgene: durch das Operon regulierte Gene Regulatorgen: Herstellung v. Regulationsfaktoren - SUBSTRATINDUKTION -> keine lactose vorhanden RNA-Polymerase Regulatorgen ↓ O Transkription ↓ Translation * Promotor ZYA 4 Operator Strukturgene 5 keine Enzymsynthese Repressor (aktiv) da keine Lactose vorhanden wird kein Enzym zur Spaltung benötigt - Regulatorgen produziert akt. Repressor Repressor bindet an Operator -> keine Gen-expression -> Bindung des Repressors an Operator verhindert, dass die RNA-Polymerase den DNA-Strang ablesen kann -> keine Herstellung eines Lactose-abbau- endes Enzyms SUBSTRATINDUKTION -> lactose vorhanden Lactose 4 Regulatorgen 1 Transkription -> Translation RNA-Polymerase Promotor ZYA Operator Strukturgene Enzymsynthese Strukturver- änderung d. Repressors Lactose vorhanden -> Enzym zur Spal- tung wird benötigt - Repressor wird durch ansetzen der Lac- tose deaktiviert -> Lactose setzt an Repressor an Callosterisches Zentrum) und verän- dert dessen Struktur -> Repressor kann nicht an Operator bind RNA-Polymerase kann Strang unge- hindert ablesen und anbauendes Enzym bilden ENDPRODUKTREPRESSION -> Trp-Operon grundsätzlich bestehen die gleichen Funktionen des Operons wie bei der Substratinduktion Änderung: Repressor wird durch Endprodukt aktiviert, anstatt deakt. Regulatorgen Transkription ↓ Translation RNA-Polymerase Promotor Repressor (inaktiv) ZYA Operator Strukturgene Enzymsynthese 4 Regulatorgen Transkription ↓ Translation Repressor (aktiv) RNA-Polymerase Promotor ZYA -> RNA-Polymerase kann DNA ablesen Enzym zur Tryptophanproduktion kann hergestellt werden Operator Strukturgene 5 keine Enzymsynthese da wenig Tryptophan vorhanden ist muss. muss neues hergestellt werden -> Regulatorgen produziert inaktiven Repressor -> Folge: Anstieg der Tryptophan Konzentration Aminosäure bindet an Repressor & aktiviert diesen -> Strukturveränderung des Proteins - · Repressor kann an Operator binden & verhindert das Ablesen der DNA durch die RNA-Polymerase -> kein Tryptophan kann mehr produziert werden Genregulation (Eukaryoten) Transkription und Translation sind räumlich und zeitlich voneinander getrennt -> differenzierte Regulation auf verschiedenen Ebenen möglich REGULATION AUF TRANSKRIPTIONSEBENE 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 Transkriptionsfaktoren: TATA-Box Regulationsproteine, die der Anlagerung & Aktivierung der RNA-Polymerase dienen Enhancer & Silencer: - Kontrollsequenzen - Enhancer (Verstärker) stimulieren die Transkription Silencer (Dämpfer) unterdrücken die Trans- - Silencer kriptionsaktibität Enhancer } Enhancer Silencer Transkriptionsrichtung aus dem Zusammenspiel ergibt sich die Transkriptionsrate REGULATION D. ALTERNATIVES SPLEIBEN - Regulation der Genexpression auch nach der Transkription Introns und Exons werden herausgeschnitten aus der prä-mRNA -> verschieden reife mRNA-Moleküle entstehen, wodurch sich die Proteinanzahl erhöht, die ein einzelnes Protein codieren können EPIGENETIK -> DEFINITION -> Teilgebiet der Genetik, dass sich mit erblichen Veränderungen in der Genom- regulation beschäftigt, die nicht auf eine Änderung der DNA-Sequenz zurück- zuführen sind -> Einfluss der Umwelt auf die Gene von Lebewesen (# Veränderungen/= Regulierung) Epigenetische Prozesse entscheiden darüber, welche Gene abgelesen werden können/welche stumm geschaltet werden REGULATION D. EPIGENETISCHE MECHANISMEN - Genregulation kann auch über die Chromosomenveränderung erfolgen Methylierung von Basen: Bindung von Methylgruppen an Cytosin-Basen -> Veränderung der DNA-Raumstruktur - Transkriptionsfaktoren können nicht mehr binden -> RNA-Polymerase ist - blockiert => Gen abgeschaltet RNA-INTERFERENZ gelangt von außen in Organismus -> durch Viren Si-RNA -> Fragmente aus fremder RNA -> unterer Strang unnötig = wird abgebaut lange doppelsträngige RNA gelangt in Organismus (über zwei Wege) Risc Diese RNA-Moleküle werden im Zellplasma zu kleineren Fragmenten geteilt: Dicer Risc 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 T mi-RNA 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 zerschneiden/block- ieren, da diese dann nicht mehr für ein be- stimmtes Protein cod- ieren kann -> Fragmente aus eigener RNA -> unterer Strang unnötig = wird abgebaut ->haben etwas Spielraum" Causreichend, wenn Großteil d. Basenpaare passen 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 Proteom -> Der Begriff „Proteom" bezeichnet die Gesamtheit aller Proteine eines Lebe- wesens. eines Gewebes oder einer Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt Im Gegensatz zum Genom eher dynamisch und veränderlich -> Momentaufnahme aller Proteine (beeinflussbar durch Entwicklungszustand. Alter, Krankheiten. Umwelteinflüssen) Proteomik systematische Erforschung des Proteoms 1. Isolation der Proteins aus dem zu untersuchenden Material 2. Trennen der Proteine entsprechend ihrer Ladung durch ein elektrisches Feld -> lagern sich an unterschiedlichen Punkten im Gel an => isoelektrische Fokussierung (IEF) Problem: Proteine mit gleicher Ladung aber unterschiedlicher Größe lassen sich so nicht trennen 3. Zugabe von Natrium-Dodecyl-Sulfat (SDS) 4. Anlegung eines weiteren elektrischen Feldes -> Proteine wandern in Abhängigkeit ihrer Größe unter- schiedlich weit => SDS-Gelelektrophorese Das Ergebnis beider Verfahren ist eine zweidimensionale Darstellung des Proteingemisches => 2D-Gelelektrophorese Anwendung der Proteomik Bestimmte Veränderungen können Hinweise auf Erkrankungen geben fehlende, übermäßig o. fehlerhaft gebildete Proteine -> Biomarker DNA-Chip-Technologie auf kleinstem Raum Genchips: Informationsspeicherung -> 1 Quadratzentimeter Fläche in Tausende Felder unterteilt -> an Öberfläche jedes Feldes sind einzelsträngige DNA-Moleküle mit jeweils identischer Basen- sequenz fixiert -> Sonden zum aufspüren von DNA-Abschnitten mit der jeweiligen komple- mentären Basensequenz jedes Feld enthält andere DNA-Sonde => ein Chip kann mehr als 50.000 verschiedene Sonden enthalten Mutationsanalyse mit DNA-Chips Vorhaben: Untersuchung eines mutierten Allels Vorgehensweise: - Isolierung der DNA - Vervielfältigung der relevanten DNA-Abschnitte mit PCR Einsatz eines fluoreszenzmarkiertes Nukleotids - - Erwärmung der PCR-Produkte -> werden einzelsträngig - - Auftragung auf einen DNA-Chip -> enthält Sonden für mögliche Mutationen des Allels - wenn Probe DNA-Abschnitte enthält, welche komplementär zu Sonden auf Chip sind binden diese -> kurze Doppelstränge entstehen => Hybridisierung nichtgebundene Abschnitte werden vom Chip gewaschen - • Chip wird mit Fluoreszenz-Scanner abgetastet -> Fluoreszenz-Punktmuster - Da Basensequenzen auf Chip bekannt sind kann genau ausgewertet werden. welche Mutation vorliegt => mit einem DNA-Vhip können Tausende Gene gleichzeitig untersucht werden DNA-Chip Feld mit Kopien für mutiertes Allel JUE Feld mit Kopien für intaktes Allel Hybridisierung Mutation H keine Hybridisierung Polymerasekettenreaktion -> Möglichkeit unbegrenzt viele Kopien eines vorliegenden DNA-Abschnittes herzuß stellen sie -> nur Vervielfältigung von festgelegten Teilabschnitten: nicht kompletten DNA ÇÏ ËÝÇÏÇÏñ TOOKONTRO MOMO DAKARA™ *** Primer 000-0 ū IMO MOM 3 DENATURIERUNG - DNA-Probe wird auf 95 Grad erhitzt Matrizen-DNA wird geschmolzen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden werden getrennt => Doppelstrang wird in Einzelstränge aufgespalten ****** YÄÄÄÄÄÄÄÄ - HYBRIDISIERUNG Abkühlung des Reaktionsgemisches auf ca. 50 Grad synthetische Oligonucleotide binden an die Einzel- stränge der DNA Primer binden sich komplementär an das 3-Ende - POLYMERISATION - Temperatur auf 70-75 Grad -> Temperaturoptimum der Taq-Polymerase Taq-Polymerase synthetisiert DNA -> Die Vervielfältigung des DNA-Fragments läuft exponentiell ab v