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Genetischer Fingerabdruck und Proteinbiosynthese einfach erklärt für Kids

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Genetischer Fingerabdruck und Proteinbiosynthese einfach erklärt für Kids
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Der genetische Fingerabdruck ist eine wichtige Methode in der Kriminalistik. Er basiert auf der Analyse von DNA-Abschnitten mittels PCR und Gelelektrophorese. Die Proteinbiosynthese umfasst Transkription und Translation und ist entscheidend für den Aufbau von Proteinen. Beadle und Tatum entwickelten die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese, die den Zusammenhang zwischen Genen und Enzymen erklärt.

• DNA und RNA sind Nukleinsäuren mit unterschiedlichem Aufbau und Funktionen
• Die DNA-Replikation verdoppelt die Erbinformation während der S-Phase
• PCR vervielfältigt DNA-Abschnitte künstlich für Analysen
• Der genetische Code bestimmt, welche Basentripletts zu welchen Aminosäuren führen
• Die Proteinbiosynthese läuft in zwei Schritten ab: Transkription und Translation

4.12.2022

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Themen: DNA, RNA, Replikation, Genetischer Fingerabdruck PCR/ Gelelktrophorese, Genetischer Code, Beadle und Tatum, Proteinbiosynthese Zucke

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Genetischer Fingerabdruck und PCR

Der genetische Fingerabdruck ist eine wichtige Methode in der Kriminalistik, die auf der Analyse bestimmter DNA-Abschnitte basiert. Zur Vervielfältigung dieser Abschnitte wird die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) eingesetzt.

Die PCR ist ein Verfahren zur künstlichen Vermehrung von DNA-Abschnitten und läuft in einem Thermocycler ab:

  1. Denaturierung (ca. 94°C): Trennung des DNA-Doppelstrangs in Einzelstränge
  2. Hybridisierung (ca. 55°C): Anlagerung der Primer an die Einzelstränge
  3. Polymerisation/Elongation (ca. 72°C): Synthese neuer DNA-Stränge durch Taq-Polymerasen

Highlight: Die Taq-Polymerase ist hitzebeständig und überlebt die hohen Temperaturen während der Denaturierung.

Nach der PCR erfolgt die Auftrennung der DNA-Fragmente mittels Gelelektrophorese. Dabei wandern die negativ geladenen DNA-Teilchen durch ein Agarose-Gel zur positiv geladenen Anode. Kürzere Fragmente wandern schneller und weiter als längere.

Definition: STRs (Short Tandem Repeats) sind kurze, sich wiederholende DNA-Sequenzen von 2-7 Basenpaaren Länge.

Beim genetischen Fingerabdruck werden nicht die codierenden Bereiche der DNA untersucht, sondern die nicht-codierenden Bereiche mit repetitiver DNA. Die Anzahl der Wiederholungen dieser Sequenzen variiert zwischen Individuen, was die Grundlage für die Identifizierung darstellt.

Vocabulary: VNTRs (Variable Number Tandem Repeats) sind längere repetitive DNA-Sequenzen von 10-150 Basenpaaren.

Themen: DNA, RNA, Replikation, Genetischer Fingerabdruck PCR/ Gelelktrophorese, Genetischer Code, Beadle und Tatum, Proteinbiosynthese Zucke

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Genetischer Code und Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese

Der genetische Code ist die Zuordnung von Basentripletts (Codons) zu Aminosäuren. Er ist universell und gilt für fast alle Organismen.

Wichtige Merkmale des genetischen Codes:

  • Das Startcodon ist AUG (codiert für Methionin)
  • Es gibt drei Stoppcodons: UAA, UAG, UGA
  • Der Code wird von 5' nach 3' gelesen

Example: Das Codon UUU codiert für die Aminosäure Phenylalanin, während AUG sowohl als Startcodon als auch für Methionin steht.

Die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese wurde von Beadle und Tatum entwickelt. Sie besagt, dass ein Gen für die Produktion eines bestimmten Enzyms verantwortlich ist. Diese Hypothese war ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Genfunktion.

Definition: Die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese postuliert eine direkte Beziehung zwischen Genen und den von ihnen codierten Enzymen.

Die Hypothese wurde später zur Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese erweitert, da erkannt wurde, dass manche Enzyme aus mehreren Polypeptidketten bestehen können.

Highlight: Die Arbeiten von Beadle und Tatum legten den Grundstein für unser heutiges Verständnis der Genwirkung und Proteinbiosynthese.

Themen: DNA, RNA, Replikation, Genetischer Fingerabdruck PCR/ Gelelktrophorese, Genetischer Code, Beadle und Tatum, Proteinbiosynthese Zucke

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Proteinbiosynthese: Von der DNA zum Protein

Die Proteinbiosynthese ist der Prozess, durch den Zellen Proteine herstellen. Sie findet hauptsächlich während der G1-Phase des Zellzyklus statt und besteht aus zwei Hauptschritten: Transkription und Translation.

  1. Transkription:
    • Findet im Zellkern statt
    • Umschreiben der DNA-Information in mRNA
    • Katalysiert durch RNA-Polymerase

Vocabulary: Transkription kommt vom lateinischen "transcribere" und bedeutet "umschreiben".

  1. Translation:
    • Findet an den Ribosomen im Cytoplasma statt
    • Übersetzung der mRNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz
    • tRNA-Moleküle bringen die Aminosäuren zu den Ribosomen

Highlight: Die Proteinbiosynthese bestimmt letztendlich den Phänotyp eines Organismus, da Proteine die Struktur und Funktion von Zellen und Geweben maßgeblich beeinflussen.

Der Ablauf der Transkription umfasst drei Phasen:

  1. Initiation: RNA-Polymerase bindet an den Promotor
  2. Elongation: Synthese des mRNA-Strangs
  3. Termination: RNA-Polymerase trifft auf Terminator und löst sich von der DNA

Example: Bei Eukaryoten wird die prä-mRNA im Zellkern noch prozessiert (z.B. durch Spleißen), bevor sie als reife mRNA ins Cytoplasma transportiert wird.

Die Proteinbiosynthese ist ein komplexer, aber essentieller Prozess für alle Lebewesen. Sie ermöglicht die Umsetzung der genetischen Information in funktionelle Proteine, die für den Muskelaufbau, Stoffwechselprozesse und viele andere lebenswichtige Funktionen benötigt werden.

Themen: DNA, RNA, Replikation, Genetischer Fingerabdruck PCR/ Gelelktrophorese, Genetischer Code, Beadle und Tatum, Proteinbiosynthese Zucke

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DNA und RNA: Grundbausteine des Lebens

Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure) sind die zentralen Moleküle der Genetik. Sie unterscheiden sich in ihrem Aufbau und ihren Funktionen:

DNA:

  • Besteht aus Desoxyribose als Zucker
  • Enthält die Basen Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin
  • Liegt als Doppelstrang in Form einer Doppelhelix vor
  • Dient als Träger der Erbinformation

RNA:

  • Enthält Ribose als Zucker
  • Verwendet Uracil statt Thymin
  • Liegt meist als Einzelstrang vor
  • Fungiert als Transportmolekül genetischer Informationen

Vocabulary: Desoxyribose und Ribose sind die Zuckermoleküle in DNA bzw. RNA.

Die DNA-Replikation ist der Prozess der DNA-Verdopplung, der während der S-Phase des Zellzyklus stattfindet. Dabei wird der DNA-Doppelstrang aufgetrennt und beide Stränge dienen als Vorlage für die Synthese neuer komplementärer Stränge.

Highlight: Die DNA-Replikation verläuft semikonservativ - jeder neue Doppelstrang besteht aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang.

Der Ablauf der Replikation umfasst mehrere Schritte:

  1. Entspiralisierung der DNA durch Topoisomerase und Helikase
  2. Aufwindung des Doppelstrangs und Trennung der Wasserstoffbrückenbindungen
  3. Synthese neuer DNA-Stränge durch DNA-Polymerasen

Example: Am Leitstrang erfolgt die Synthese kontinuierlich, am Folgestrang diskontinuierlich in Form von Okazaki-Fragmenten.

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Genetischer Fingerabdruck und PCR

Der genetische Fingerabdruck ist eine wichtige Methode in der Kriminalistik, die auf der Analyse bestimmter DNA-Abschnitte basiert. Zur Vervielfältigung dieser Abschnitte wird die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) eingesetzt.

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Die Hypothese wurde später zur Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese erweitert, da erkannt wurde, dass manche Enzyme aus mehreren Polypeptidketten bestehen können.

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Proteinbiosynthese: Von der DNA zum Protein

Die Proteinbiosynthese ist der Prozess, durch den Zellen Proteine herstellen. Sie findet hauptsächlich während der G1-Phase des Zellzyklus statt und besteht aus zwei Hauptschritten: Transkription und Translation.

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  1. Translation:
    • Findet an den Ribosomen im Cytoplasma statt
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  2. Elongation: Synthese des mRNA-Strangs
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Die Proteinbiosynthese ist ein komplexer, aber essentieller Prozess für alle Lebewesen. Sie ermöglicht die Umsetzung der genetischen Information in funktionelle Proteine, die für den Muskelaufbau, Stoffwechselprozesse und viele andere lebenswichtige Funktionen benötigt werden.

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  • Besteht aus Desoxyribose als Zucker
  • Enthält die Basen Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin
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Die DNA-Replikation ist der Prozess der DNA-Verdopplung, der während der S-Phase des Zellzyklus stattfindet. Dabei wird der DNA-Doppelstrang aufgetrennt und beide Stränge dienen als Vorlage für die Synthese neuer komplementärer Stränge.

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  2. Aufwindung des Doppelstrangs und Trennung der Wasserstoffbrückenbindungen
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