Genetik - Meiose - Mutation - Stammbaum analyse -

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bewegen. - Chromosomen werden wieder Sichtbar Spindelapparat bildet sich aus - Chromosomen verkürzen sich - Kernmembran löst sich auf -Es entstehen aus den beiden Tochterzellen der Meiose 1 jeweils 2 neue Tochterzellen. Insgesamt sind also 4 Tochterzellen entstanden, welche alle nur einen haploiden Chromosomensatz aufweisen. -Es bildet sich eine neue Kernmembran Chiasma Bildung: ** Homologes Chromosomen- paar während der Prophase I Chiasma-Bildung (= Überkreuzung) 88 Crossing Over (erfolgter Bruchstückaustausch) Es muss nicht immer ein Stückaustausch stattfinden 2 Meiose mit Crossing-over: Prophase I Metaphase I Anaphase I Telophase I + Cytokinese (Bullieitung) Prophase II Metaphase II thaphase II 4 haploide Zellen Crossing-over Spindelapparat Äquatorialebene Resery Das Crossing.over beschreibt einen Mechanismus während der ersten Reifeteilung der Meiose bei der ein Austausch von genetischen Informationen zw. 2 homologen Chromosomen stattfindet. 3 Vergleich von Meiose und Mitose: Anzahl der Kern- und Zellteilungen Chromosomensätze Prophase I Metaphase I Anaphase I Telophase I Interkinese Ziel / Bedeutung Dauer In welchen Zellen? Mitose 1 Phase 2n (diploid) Spindelapparat -> Ausgebildet Kernhülle + Nukleolus -> lösen sich auf Chromatin -> in spirale ,,aufwickeln" Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an Chromosomen trennen sich -> 2 Chromatide & werden von Spindelapperat angezogen Kernhülle bildet sich RUHEPHASE Kernhülle + Nucleolen bilden sich Vermehrung -> Körperzellen Ca. 12-24 h In wachsenden Zellen Meiose 2 Phasen ln (haploid) Kondensation Homologe Chromosomen -> räumlicher Nähe Homologe Chromosomen ordnen sich an Spindelfaser an Homologe Chromosomen werden getrennt + von Zellpolen angezogen ->2 haploide Tochterzellen entstehen Beide Spermien gleichgroß Eizelle 1 klein & 1 Groß RUHEPHASE Genetisches material wird nicht verdoppelt Bildung-> Keim-/ Geschlechtszellen Ca. 24 d Keimdrüsen: Hoden Eierstöcke 4 Vergleich sexuelle & asexuelle Reproduktion: Gemeinsamkeiten: dient der Erzeugung von Nchkommen, vermehrt die Individuenzahl Unterschiede: Unterschiede Ziele Sexuelle Reproduktion Verschmelzung von Ei- und Samenzelle zu einer diploiden Zygote Nur bei den Zellen der Keimbahn (Keimzellen) Halbierung der elterlichen Chromosomensätze in den Urkeimzellen Diploid->Haploid Vorgang: Meiose Reduktion und Rekombination elterlicher Erbinformationen Erhöhung der Variabilität des Erbguts Asexuelle Reproduktion Genetisch vollkommen identische Nachkommen Dient zur Erneuerung und Vermehrung somatischer Zellen eines Organismus Diploid->Diploid Vorgang: Mitose Identische Weitergabe von Erbinformationen an die Tochterzellen Stabilität des Erbguts 5 Centro mer Telomeren Chromosomensatz Diploid Haploid Autosom Gonosom Homolog Chromatid Karyogramm ป ۶۲ ما کرتی ܐܐ 2 3. Mutation }{ >< Ir fr 46,XY 15 200 1 k Chromatid 9-Arm S< -Bänderung P-Arm 15 Anzahl der Chromosomen in einer Zelle, kann einfach oder doppelt sein Doppelter Chromosomensatz (2n) -> von jeden Chromosom 2 homologe vorhanden Einfacher Chromosomensatz (1n) -> jedes Chromosom einfach vorliegend 25 Chromosomen die nicht an der Bestimmung des Geschlechtes beteiligt sind =Körperchromosomen Chromosomen deren Karyotyp das Genetische Geschlecht bestimmen =Geschlechtschromosomen In Größe und Form identisch, Merkmale in unterschiedlicher Auspregung ein Chromatid ist eine Längst-Hälfte eines Chromosoms In einem Karyogramm wird ein Chromosomensatz sortiert und ordentlich dargestellt 72 16 {} [{ {s Karyogramm eines gesunden Mannes Karyogramm lesen: 2 x Chromosome = Frau 1x & 1 y Chromosom = Mann Anzahl der Chromosomen 1 Chromosom 3 mal vorhanden = Trisomie 1 Chromosom 1 mal vorhanden = Monosomie Trisomie bei 21 47,XX(+21) Gonosomen bbd +/- betroffenes Chromosom 17 11 6 Syndrom Ullrich-Turner Karyotyp 45,X0 Häufigkeit 1:2500 Häufige ▸postzygotischer Ursachen Verlust ▸ Non-disjunction während der Spermatogenese altersunabhängig Intelligenz normal, evtl. leicht vermindert Fertilität infertil Körperbau kleinwüchsig Mutation: Definition Ursache Zellen Triple X 47,XXX 1:1000-1200 ▸ Non-disjuncion wäh- rend der Oogenese ▸ Risiko steigt mit dem Alter der Mutter. teilweise vermindert 3/4 fertil unauffällig Klinefelter 47,XXY A) Nummerisch 1:500-1000 zu 2/, Non-disjuncion während der Ooge- nese ▸ Risiko steigt mit dem Alter der Mutter. zu 1/, Non-disjunc- tion während der Spermatogenese leicht vermindert infertil hochwüchsig Körperzelle Ist eine Körperzelle von einer Mutation betroffen, ist die betroffene Zelle und ihre Tochterzellen genetisch verändert. Die betroffene Person hat ein Defekt aus zellulärer Ebene, z.B. Krebs XYY 47,XYY 1:1000 Gemeinsamkeiten -> -betroffen ist mehr als ein Gen ▸ postzygotischer Verlust ▸ Non-disjunction während der Spermatogenese altersunabhängig Unterschied ob eine Körperzelle oder Keimzelle mutiert: normal, evtl. leicht vermindert Veränderung der genetischen Informationen Spontan oder induziert, ungerichtet Körperzellen; Keimzellen fertil sehr hochwüchsig Keimzelle Ist eine Keimzelle betroffen und gelangt diese zur Befruchtung, kann die Mutation in allen Zellen des Nachkommen vorliegend und auch an nachfolgende Generationen weitergegeben werden z.B. Erbkrankheit Chromosomenaberrationen (Chromosomenabweichung): A) Genmutation = nummerische Chromosomenmutation B) Chromosomenmutation = strukturelle Chromosomenmutation ➜Gonosomal oder Autosomal -beide sind im Karyogramm erkennbar → Von der Norm abweichende Anzahl an Chromosomen (+46) (aneuploid = „nicht-guter-Chromosomensatz") 7 Gonosomal: ● ● Folgen: aneuploide Zellen mit Trisomie (Chromosomen dreifach vorhanden) oder Monosomie (Chromosomen einfach vorhanden) Sehr häufig treten Mosaike auf, wobei die verschiedenen Organe Zellen mit unterschiedlichen Chromosomensätzen aufweisen, von Trisomie über Tetrasomien bis hin zu Polysomien Autosomal: ● ● Gonosomale numerische Aberration entstehen durch eine Fehlverteilung der Gonosome während der Meiose ● ● Folgen: aneuploide Zellen mit einer Abweichung der Chromosomenzahl Eine Monosomie, bedingt durch eine autosomale Aberration, ist letal und führt zu frühen Aborten: Trisomien sind vereinzelt lebenfähig (insbesondere trisomie 21(Down-syndrom)) ● Autosomale numerische Aberrationen entstehen durch eine Fehlverteilung homologer Chromosomen während der Meiose Häufigste Ursache der Non-disjunktion in der Oogenese ist das erhöte mütterliche Alter NON-DISJUNCTION ABNORMAL ABNORMAL NORMAL XXXX IIII B) Strukturell Die Chromosomenmutation ist eine Veränderung der Chromosomenstruktur und kann eins oder zwei Chromosomen betreffen Ursachen: meist Meiose fehler : Crossing- over Wird durch Delation, Translokation, Inversion oder Duplikation ausgelöst Meist letal oder führen zu äußerst schweren geistigen und körperlichen Fehlentwicklungen NON M1 DISJUNCTION XXXX ( 1 X 111 )( 11 XII Deletion Insertion M2 Duplikation V NON DISJUNCTION Inversion Translokation 8 Deletion: Entsteht durch Verlust eines Chromosomenabschnitts ABCDEFG ABEFG CD (verloren gegangen) Duplikation mit Deletion: Entsteht wenn homologe Chromosomen an zwei ungleichen Stellen zerbrechen und die Abschnitte austasuschen. ABCDEFG ABCDEFG ABEFG ABCDCD Inversion: Entsteht wenn ein herausgebrochener Abschnitt in umgekehrter Orientierung wieder eingefügt wird ABCDEFG ABEDCFG Reziproke Translokation: Entsteht wenn nicht homologe Chromosomen Abschnitte austauschen ABCDEFG ABLMNO HIJKLMNO HIJKCDEFG 88₂ 22 Philadelphia-Chromosom: 22 Philadelphia Chronisch Myeloische Leukämie Chromosom 9 Deletion nach Doppelbruch Deletion nach Einzelbruch reziproke Translokation Inversion Duplikation ABCD 1 1 CD ABCDEFG EFG ABCDEFG HIJKLMNO ABCDEFG ABCDEFG CDE Telomer CD ABEFG Centromer ABCD ABLMNO HIJKCDEFG AB DCFG ABCDCDEFG Bei zwei Chromosomenbrüchen geht ein Mittelstück verloren und die Enden der verbleibenden Stücke verkleben. Zerbricht ein Chromosom in zwei Teile, enthält nur eines das Centro- mer und kann bei der Kernteilung verteilt werden. Beiden Teilen fehlt ein Telomer, sodass sie leicht mit anderen Chromosomen verkleben. Chromosomenbruchstücke werden zwischen nicht homologen Chromo- somen ausgetauscht. Ein Chromosomenabschnitt wird nach einem Doppelbruch umgedreht wieder eingebaut. Ein Chromosomenabschnitt liegt zweifach er kann aus dem homologen Chromosom stammen oder durch fehlerhafte Replikation entstanden sein. 10 Körperzelle Keimzelle Vokabular Diploider Chromosomensatz Haploider Chromosomensatz Polyploider Chromosomensatz Chromatingerüst Chromosom Chromatid Mitose 4. Stammbaumanalyse Homologe Chromosomen Meiose Dominates Merkmal Allel Rezessives Merkmal Reinerbig (homozygoten) Mischerbig Hybrid Monohybrider Erbgang Dihybrider Erbgang Dominant-Rezessiver Erbgang Intermediärer Erbgang Parentalgeneration Filialgeneration Phänotyp Genotyp Grundbaustein von Lebewesen/ enthält (bei hören Lebewesen) einen doppelten Chromosomensatz Geschlechtszelle, enthält einen einfachen Chromosomensatz Doppelter Chromosomensatz; je zwei Chromosomen sind in Bau und Größe gleich Einfacher Chromosomensatz; alle Chromosomen sind in Bau und Größe unterschiedlich Vielfacher Chromosomensatz Zwischen den Teilungen im Zellkern vorhandenes fadenknäuelförmiges Gebilde; stoffwechselaktive Form der Träger der Erbanlage Während der Zellteilung in den Zellkernen vorhandene Gebilde; Transportform der Träger der Erbanlage Chromosomenlängshälfte Einander entsprechende Chromosomen väterlicher und mütterlicher Herkunft; tragen unter Umständen verschiedene Informationen für ein Merkmal (z.B. Blütenfarbe) Zellteilungsmechanismus, bei dem zwei Tochterzellen entstehen, deren Genausstattung untereinander und zur Mutterzelle identisch ist Zellteilungsmechanismus zur Entstehung der Keimzellen; dabei wird der Chromosomensatz halbiert und die Genausstattung neu kombiniert Hervortretendes Merkmal, das bei Mischerbigkeit gezeigt wird Zurücktretendes Merkmal, das bei Mischerbigkeit überdeckt wird Ausprägungsform eines Merkmals Lebewesen, die zwei gleich Allele für die Ausprägung eines Merkmales tragen Lebewesen, die zwei verschiedene Allele für die Ausprägung eines Merkmales tragen Mischling Erbgang, der die Weitervererbung eines Merkmals betrachtet Erbgang, der die Weitervererbung zweier Merkmale betrachtet Erbgang, der vom Zusammenspiel eines dominanten und eines rezessiven Allels geprägt ist Erbgang, bei dem beide Allele an der Ausbildung des Merkmales bei Mischerbigen beteiligt sind Elterngeneration Tochtergenerationen, Nachkommen Äußeres Erscheinungsbild eines Lebewesen, auch bezüglich einzelner Merkmale Genausstattung eines Lebewesens/ ist nicht immer an den Merkmalen erkennbar 11 Mendel'sche Regeln: 1 2 P Parental-Generation F1 Filial-Generation 1 F2 Filial-Generation 2 AA AA x A A d X A a Aa Kreuzt man zwei Individuen einer Art, die in einem Merkmal unterschiedlich, aber jeweils reinerbig sind, so sind die Nachkommenin der I.Tochtergeneration in diesem Merkmal alle gleich (Uniformitätsgesetz). Das gilt auch bei umgekehrter Kreuzung. Kreuzt man die Individuen der F1-Generation miteinander, so spalten sich die Nachkommen in der F2-Generation in Bezug auf die Merkmale der Eltern nach festen Zahlenverhältnissen auf. Beim dominantrezessiven Erbgang erfolgt die Aufspaltung im Verhältnis 3:1 1: AA X a Aq A a X A AA aA 3:1 2 Aq aa Aa (A) (a) : 1 aq a AG Aq q A Q aa Phänotyp Genotyp Keimzellen Kombinationsquadrat Phänotyp Genotyp Keimzellen Kombinationsquadrat Phänotyp Phänotypenverhältnis Genotypenverhältnis 12 I II III O ОБ Ⓒ=A Frau Aa = a IV aa Act jaa Abb. 1: Stammbaum Familie Schwarz aa Mann Merkmalsträger Aa Dominater Erbgang Rezessiver Erbgang aq a a aa Qa aq aq Dominant Elternpaar O Krank ist A und dominant man braucht aa um gesund zu sein Gesund ist A und dominiert man braucht aa um krank zu sein Kinder 13 autosomal- dominanter Erbgang ✓kranke Eltern ha- ben auch gesunde Kinder ✓ Krankheit tritt in jeder Generation auf jeder Kranke hat in der Regel einen betroffenen El- ternteil ✓sind beide Eltern gesund, gibt es keine kranken Kin- der autosomal- rezessiver Erbgang ✓ Eltern und Kinder betroffener Perso- nen sind norma- lerweise gesund ✓ Krankheit muss nicht in jeder Ge- neration auftreten Zusatz: betroffene Kinder ha- ben manchmal bluts- verwandte Eltern ✔Die Krankheit tritt bei Männern und Frauen ungefähr gleich häufig auf Erbgang OTO Aa 00 aq gonosomal- rezessiver Erbgang (x-chromosomal- gekoppelt) ✓statistisch sind mehr Männer krank Gesund dominiert ✓ Frauen können Konduktorin sein Ga ✓nur homozygot rezessive Frauen X₂X₂ und heterozy- got rezessive Män- ner X,Y sind krank ✓Brüder von betrof- fenen Jungen bei heterozygoter Mutter sind mit 50%iger Wahr- scheinlichkeit be- troffen; Schwes- tern sind nicht be- troffen, haben aber ein 50%iges Risiko Konduktorin zu sein Zusatz: betroffene Männer sind über Frauen und nicht über gesunde Männer miteinander verwandt rezessiv betroffene Jungen haben unter Umstän- den mütterlicherseits Onkel, die erkrankt sind aa aa Aa QQ QQ autosomal GQ aa) Aa Aq ✓statistisch sind gonosomal- dominanter Erbgang (x-chromosomal- gekoppelt) aq ✓ Aq AQ mehr Frauen krank dominant Qa heterozygote und dominant homo- zygote Frauen sind krank (XAX₂ XAXA) und nur dominant heterozygote Männer XAY sind krank) Vererbungsmuster ähnelt stark auto- somal dominanten Stammbäumen, nur dass alle Töch- ter, nie aber die Söhne eines er- krankten Vaters betroffen sind Ga Krank dominiert QQ Ga Aq aq Qa 14 Analyse eines Erbschemas O Merkmal tritt in jeder Generation auf + wahrscheinlich wahrscheinlich 3 sicher 1 sicher Xay 9 rezessiver Erbgang 15 dominanter Erbgang XaXa X-Chrom. dominant. 1 16 10 5 O Merkmal tritt bei beiden Geschlechtern etwa gleich oft auf Xay 17 Merkmal tritt bei beiden Geschlechtern etwa gleich oft auf + XaY 2 XaY 11 XaY 6 18 betrifft mehr Männer als Frauen wahrscheinlich 60 + O + wahrscheinlich betrifft mehr Frauen als Männer XAY 7 wahrscheinlich sicher wahrscheinlich 13 sicher XaY 19 sicher XaX (XaXaXa Y 12 Stammbaum erbliche Nachtblindheit XaXa 8 14 XaXa X-chromosomal rezessiver Erbgang 20 autosomal rezessiver Erbgang X-chromosomal dominanter Erbgang autosomal dominanter Erbgang International gültige Symbole für Stammbäume Geschwister Mann Frau O Ehe-/ H Sexualpartner Verwandtenehe/ -partner Zwillinge, zweieiig OF Ⓡ Zwillinge, eineiig Wie stelle ich fest ob ein Merkmal dominant oder rezessiv vererbt wird? 9 Merkmalsträger Welcher Genotyp verkörpert das Merkmal Zungenrollen? Dominant = Allel kann von Mutter oder Vater stammen: 1 Allel reicht aus (Aa/aa) Rezessiv = Beide Elternteile geben ein Allel weiter (aa) P-Generation Zwei Zungenroller haben sowohl einen Zungenroller und einen Nichtzungenroller als Nachkommen F1-Generation Zwei Nichtzungenroller haben einen Nichtzungenroller als Nachkommen F2-Generation Gemischte Eltern haben gemischte Nachkommen F3-Generation Erbgang rezessiv O autosomal Autosomal dominant 00 00 Welche Konstellationen sind bei einem autosomal dominanten, welche bei einem rezessiven Erbgang möglich? Mutter Vater Keimzellen A A AA Aa a a Aa aa Spaltungsregel Schlüssel für dominante Erbgänge: Heterozygote kranke Eltern haben gesunde Kinder Schlüssel für rezessive Erbgänge: Heterozygote gesunde Eltern haben kranke Kinder Beweis für einen rezessiven Erbgang: Phänotypisch „gesunde“ Eltern haben ein phänotypisch „krankes“ Kind Beweis für einen dominanten Erbgang: Phänotypisch ,,kranke“ Eltern haben ein phänotypisch „gesundes“ Kind Vorgehensweise bei der Analyse eines Erbganges: 1. Es wird eine Vermutung/ Hypothese aufgestellt 2. Es werden alle möglichen Genotypen angegeben 3. Der Beweis für die Richtigkeit der Hypothese wird direkt am Stammbaum aufgezeigt und es wird der Beweis geführt, dass eine andere Schlussfolgerung nicht möglich ist 17 Vorgehensweise bei autosomalen Erbgängen: 1. Wie häufig ist die Erkrankung? Ist jede Generation betroffen? Taucht sie nach Generationen wieder auf? 2. Gibt es eindeutige Konstellationen? • z.B. haben zwei gesunde Eltern ein krankes Kind? ● z.B. haben zwei kranke Eltern ein gesundes Kind? 3. Ausprobieren was funktioniert! ● Wer ist in einem dominanten Erbgang betroffen? Wer ist in einem rezessiven Erbgang betroffen? Aa muss entweder immer gesund oder immer krank sein ● ● Autosomale Erbgänge folgen den Mendelschen Regeln: →Autosomal rezessiv: Erkrankte Nachkommen müssen das rezessive Allel von beiden Eltern vererbt bekommen (aa). →Autosomal dominant: Erkrankte Nachkommen sind bereits betroffen, wenn sie das dominante Allel von einem Elternteil erhalten (Aa) und auch wenn sie er von beiden Eltern erhalten (AA). →Je nach Erbmodus unterscheiden sich die Betroffenen in ihrem Genotyp!!!! → Ist Aa gesund oder krank: muss immer eindeutig sein! 18 Gonosomal: Beweis für einen rezessiven Erbgang: Phänotypisch ,,gesunde" Eltern haben ein phänotypisch ,,krankes" Kind Es sind nur männliche Nachkommen betroffen: Muss etwas mit den Gonosomen zu tun haben Erbgang OTO gonosomal (x-chromosomal-gekoppelt) rezessiv dominant Хахатхау XAY хаха Тахау XaY хаха тхау XaY Aaxa - Xay Xay хаха Тхау хаха тхау XaXA Хаха тхау XY XaXa XAXATXAY XaXa T Xa V Xay XaY Fall 1: Mutter homozygot gesund Vater krank Keimzellen XA XA (XAY (XAY Fall 3: Mutter Konduktorin Vater: krank Keimzellen (XA Kinder sind zu: 8: 100 % gesund 9:00 % Konduktorin % krank -% krank XAXQ X₂Y XAXa Xa Y XAXO XAX (XAY Kinder sind zu: 3:50 % gesund : 50 % Konduktorin 50 % krank SO % krank Хаха Fall 2: Mutter: Konduktorin Vater: gesund Keimzellen XAY Fall 4: Mutter krank Vater: gesund Keimzellen X₁ Y XAX₂ Kinder sind zu: 3: Kinder sind zu: 8:50 % gesund : 50 % Konduktorin 50 % krank % krank хау 100 % krank X₂X₁ Хау XA Y XAXA 19 XAY ХАХА % gesund : 100% Konduktorin % krank XAXQ XaXa