Genetik Q1

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Translation zu einer Kette zusammen messenger RNA (mRNA) protein- ribosome ribosomal RNA (rRNA) rRNA a aminoacid transfer RNA (tRNA) Replikation (DNA-Verdopplung) Drei Wege der DNA-Replikation ● Ablauf ● ● Meselson-Stahl-Experiment ● Ziel = Ablauf der semikonservativen Replikation beweisen ● ● ● ● Isotope Identische Verdopplung der DNA in der Interphase des Zellzyklus Semikonservativ O Zwei neue DNA-Doppelstränge aus einem elterlichen und einem neuen Strang Konservativ Ergebnis ● Dispersiv O ● O Elterlicher DNA-Doppelstrang nur Vorlage für neue Doppelstränge O Bleibt komplett erhalten Jeder Tochterstrang teils aus ursprünglichen, teils aus neuen DNA-Abschnitten Bakterien vermehren sich in einem Behälter Fütterung mit 15n - Nährstoffen = schwere Stickstoffisotope O Bakterien bauen schwere Moleküle in DNA -> Gewichtszunahme Tauschen des Nährmediums gegen 14n-Stickstoff O Vermehrung 2-mal Isotopenmarkierung DNA-Proben nach erster und zweiter Teilung Sortierung DNA-Moleküle durch Dichtegradientenzentrifugation Vor der Replikation O Schwere DNA Erste Replikation O Mittelschwere DNA ➡ Widerspruch Konservativ Zweite Replikation O 50% leicht, 50% mittelschwer Widerspruch Dispersiv Replikation erfolgt Semikonservativ Dichte 14N und 15N (Stickstoffatome) sind Isotope Atome des gleichen Elements, aber unterschiedliche Masse Unterschiedliche Neutronenanzahl 100% O 14N = 7 Protonen, 7 Neutronen = leichter O 15N = 7 Protonen, 8 Neutronen = schwerer 0 Sind Atome, die die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen besitzen Unterschiedliche Anzahl an Neutronen O Unterschiedliches Gewicht M➡ Meselson Stahl Ergebnisse konservativ 100% Theoretische DNA-Replikationsmechanismen I III semikonservativ 20 www XNX 50% 50% 40 dispers Generation MM MNK MANK 14N 15N Zeit [min] DNA Replikation Allgemein ● ● Ablauf 1. Topoisomerasen = entwinden Doppelhelix 2. Helicasen = spalten Wasserstoffbrückenbindungen, trennen sie in zwei Einzelstränge Replikationsgabel 3. Einzelstrang-bindende Proteine stabilisieren Einzelstränge O verhindern erneutes aneinander-lagern Entstehende Zelle hat gleiche chromosomale DNA wie Ausgangszelle Nach Replikation O Zwei neue DNA-Doppelstränge, aus je einem neuen und einem alten Einzelstrang Semikonservativer Mechanismus 4. Primase setzt Primer (RNA-Stück) am Folgestrang (3- Ende) an 5. Leitstrang wird von DNA-Polymerasen in 5 nach 3 Richtung synthetisiert O (Enzym heftet komplementäre Basen an) Kontinuierlich, da Polymerase in gleiche Richtung wie Helicase arbeitet 6. Folgestrang wird von DNA - Polymerase von 5 nach 3 diskontinuierlich synthetisiert O Arbeitet in entgegengesetzte Richtung wie Helicase O Vervollständigt Synthese der Fragmente bis zum Primer des vorhergehenden Fragments abschnittsweise Verlängerung = Okazaki Fragmente 7. DNA-Polymerase 1 entfernt Primer von 5 - Ende und ersetzt sie durch DNA - Nukleotide 8. Ligase schließt die Lücken zwischen den Okazaki Fragmente 9. Ende der DNA-Replikation Wichtig ● Leitstrang = 3-5-Richtung ● Folgestrang = 5-3- Richtung Primer ● O O O 3' DNA-Polymerase (Pola) Folge- sträng Bis zu 30 RNA - Nukleotide Von Enzym Primase hergestellt Am 3- Ende vom Mutterstrang 5' X DNA-Ligase 5' Okazaki-Fragment: Leit- strang 3' Primase RNA-Primer, DNA-Polymerase (Pol6) Helicase Einzelstrang- bindendes Protein Afor. 3' 5' Topoisomerase Ablauf und Ort der Proteinbiosynthese Allgemein ● ● ● ● ● ● Proteinbiosynthese Transkription Ablauf O Produktion eines Proteins Gen Abschnitte der DNA O Vorlage der RNA-Moleküle mRNA = messenger RNA = überbringt genetische Botschaft von Zellkern in das Zellplasma Promotor Start-Sequenz O Starke Promotoren = häufige Transkription O Schwache Promotoren = RNA-Polymerase bindet schlechter Terminator Stopp-Sequenz Geben an, welcher Bereich transkribiert wird (für RNA-Polymerase) ,,Übertragung der Basensequenz der DNA-Abschnitte (Gene) in die Basensequenz einer Boten- Nukleinsäure = Messenger-RNA (mRNA)" Voraussetzung für Proteinbiosynthese (Translation) DNA wird in mRNA umgeschrieben Nur ein kleiner Teil der DNA wird umgeschrieben O Der, der für die Proteinherstellung benötigt wird Findet im Zellkern statt 1. Hilfsproteine (Transkriptionsfaktoren) lagern sich am Promotor an 2. RNA-Polymerase (Transkriptase) bindet an Promotor 3. DNA wird kurzzeitig entwunden und blasenartig geöffnet 4. Nukleotide liegen ungepaart vor 5. Codogener Strang/ Matrizenstrang O Vorlage Strang für Synthese 3 in 5- Richtung 6. Komplementäre RNA-Nukleotide lagern sich an 7. Stopp der Synthese bei Terminator 8. Verlängertes mRNA-Molekül löst sich von DNA ab (kontinuierlich) 9. DNA-Stränge verbinden sich wieder RNA-Polymerase Leserichtung Promotor m-RNA 1 Transkription pa codogener DNA-Strang 1-R PO -RNA-Nucleotid Proteinbiosynthese bei Eukaryoten: Processing ● ● ● Zwischenschritt, bevor mRNA den Zellkern verlassen kann = RNA-Prozessierung Nach Transkription liegt unreife prä-RNA vor O Anfällig für Schäden & enthält unnötige Basensequenzen (Introns) Introns = nicht kodierte Sequenzen, Exons = kodierte Sequenzen Polyadenylierung: 5' Ende = Kappe (5'-Cap) → Guanin-Nukleotid 3' Ende = Schwanz aus Adenin-Nukleotiden (Poly-A-Schwanz) Editing: Reihenfolge mancher Basen wird verändert (für größere Proteinvielfalt) Splicing: Introns (nehmen nicht an Translation teil) werden entfernt, Exons zusammengefügt → Introns werden rausgeschnitten O Exons zur zusammenhängenden mRNA (Spleißen) Cap-Struktur am 5'Ende O Schützt & erleichtert Anheftung an Ribosomen Poly-A-Schwanz (AAUAAA) am 3'Ende Alternatives Spleißen Nicht nur Introns, sondern aus Exons werden entfernt O Schützt & erleichtert Export in mRNA DNA Unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen Wirkt sich auf sekundär, teritär und quatär Struktur des Proteins aus Prä-m-RNA O Aus einer DNA unterschiedliche mRNA-Moleküle und so unterschiedliche Proteine bilden m-RNA Unterschiedliche Proteine mit unterschiedlicher Primärstruktur entstehen eeeeee Exon 1 Exon 1 1 2 3 Translation me Cervez Exon 2 سالمي Exon 2 4 5 Ceeeee Protein A 111111 Exon 3 Exon 3 Altematives Spleißen 1110 1 2 4 5 Translation Ceeees eeee Protein B IT 99000 Constitutive Splicing Exon Skipping Intron Retention Mutually Exclusive Exons Alternative 5' Splice Site Alternative 3' Splice Site Exon 4 Exon 4 eeeeee 1 Exon 5 Exon 5 2 3 Coor ரல் Ceeeez 6666 Translation in 5 eeeee Protein C Translation ● Aminosäurenkette ● Ablauf ● ● ,,Übersetzung der Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz des Proteins" Entschlüsselung des genetischen Codes Läuft im Zellplasma an den Ribosomen ab rRNA, tRNA und mRNA arbeiten in den Ribosomen zusammen Benötigt: mRNA, tRNA, Aminosäuren, Enzyme, Ribosome Initiation (Start) 1. 2. 3. 4. Ribosomen A-Stelle, P-Stelle, E-Stelle Bestehen aus einer großen und einer kleinen Untereinheit Kleine Untereinheit lagert sich an der Ribosomenerkennungssequenz an der mRNA an Fährt von 5 zum 3- Ende ab Trifft auf Startcodon AUG Komplementäres Anticodon UAC der Start-tRNA lagert sich an a. tRNA ist mit Aminosäure beladen 5. Große Untereinheit kommt hinzu 6. 7. Haben 3 Bindungstellen Elongation (Verlängerung) 1. Ribosom wandert weiter an der mRNA entlang 2. Drei tRNA-Bindungsstellen 3. Start-tRNA geht von A-Stelle zur P-Stelle 4. A-Stelle wird durch nächste tRNA neu besetzt 5. Aminosäure der Start-tRNA verknüpft sich mit Aminosäure der zweiten tRNA zu Dipeptid Ribosom wandert weiter Dipeptid wandert von A- und P-Stelle zur P- und E-Stelle Vorgang wiederholt sich immer wieder Aminosäurekette bildet sich -> Polypeptid A-Stelle = Eingang = bindet tRNA, die die Aminosäure anliefert P-Stelle = bindet tRNA mit der wachsenden Polypeptidkette E-Stelle entladene tRNAs verlassen Ribosom Termination. (Abbruch/ Stopp) 1. Erreichen eines Stopp-Codons (UAG, UGA, UAA) 2. Abbruch der Kettenverlängerung HAR Release Faktor: Protein, dass die Beendigung der Translation ermöglicht Translationsrichtung 3. Ribosom zerfällt in die zwei Untereinheiten 4. Gebildetes Polypeptid wird freigesetzt Für die Codons existieren keine tRNA-Moleküle Ablauf der Translation Ribosom tRNA mRNA NDONNE nicht-codogener DNA-Einzelstrang * - - - ត ត ត ត ត freigesetzte Ribosomen- untereinheiten Ded fertiges Polypeptid codogener DNA-Einzelstrang Stopp-Codon RNA-Polymerase leell Translation wachsendes Polypeptid Transkription Start-Codon Ribosom m-RNA 5 tRNA Kleeblattartige Sekundärstruktur ● ● Anticodonschleife ● T-Schleife (rechts) ● Vereinfacht, zweidimensional ungepaarte Aminosäure-Bindungsstelle am 3- Ende (OH-Gruppe) O Basensequenz CCA Akzeptorstamm (,,Stiel" des Kleeblatts) O ● D-Schleife (links) ● Enthält Basentriplett -> Anticodon O Komplementär zu bestimmtem Triplett auf mRNA ● Bereich, der an die große Unt reinheit des Ribosoms bindet Die Anlagerung und Erkennung der tRNA an Aminoacyl-tRNA-Synthetase Enzym, dass die Bindung einer Aminosäure an ihr tRNA katalysiert Bindet tRNAs aneinander Variable Schleife Beladen der tRNA ● O bei jeder tRNA unterschiedlich groß Sowohl einsträngige, als auch doppelsträngige Bereiche ■ L-Form Aufgrund von Windungen O 20 verschiedene Enzyme für 20 verschiedene Aminosäuren O tRNA-Synthetasen Haben 2 spezifische Bindungsstellen O 1. Bindungsstelle ▪ Aminosäuremolekül wird gebunden (Schlüssel-Sc 2. Bindungsstelle Ribosome Bau und Funktion Lagert sich an Anticodon an (mRNA) Verknüpfung tRNA und Aminosäure = Abbau von ATP ● Orte der Translation RNA-Proteinkomplexe O Aus rRNA und Proteinen Frei im Zellplasma (Pro- und Eukaryotische Zellen) ● Kleine Untereinheit O Bindet mRNA-Molekül Große Untereinheit O Enthält 3 Bindungsstellen für tRNA-Moleküle id O Verknüpfung einzelner Aminosäuren zu Polypeptid tRNA D-Schleife Akzeptorarm mRNA neu synthetisiertes Protein S Einzelsträngig A-Stelle = Eingang = bindet tRNA, die die Aminosäure anliefert P-Stelle = bindet tRNA mit der wachsenden Polypeptidkette E-Stelle entladene tRNAS verlassen Ribosom Aminosäuren große Unter- einheit KOŽJUUK GALUCO AGAGCA UA ACCA-OH 180 Aminosäure- bindungsstelle AUGAL CODA CUG 6 GC GC A >Doppelsträngig Antico don Schleife T-Schleife variable Schleife kleine Untereinheit Codesonne Eigenschaften ● Basensequenz einer mRNA bestimmt Aminosäuresequenz O Aminosäuresequenz entscheidt über räumliche Struktur und Eigenschaften des Proteins Triplett Code ● Jedes Codon codiert nur eine Aminosäure O Viele Aminosäuren werden durch mehrere verschiedene Codons bestimmt Kommafrei = Codons schließen lückenlos aneinander Überlappungsfrei = keine Überschneidung, eine Base ist Bestandteil eines Codons ● Universell = fast alle Lebewesen nutzen denselben genetischen Code Codesonne ● ● ● O Degeneriert O ● Jeweils 3 Basen (Codon) enthalten Informationen für eine spezifische Aminosäure ● Wobbletheorie Um Basentriplett einer Aminosäure zuzuordnen Sequenz der mRNA Von innen nach außen gelesen = 5' 3' Richtung Start - Codon = AUG → Proteinbiosynthese beginnt Stop - Codon = UAA, UAG, UGA →Proteinbiosynthese endet 64 mögliche Kombinationen Fast alle Aminosäuren werden durch unterschiedliche Basentripletts codiert Für manche Aminosäuren gibt es verschiedene tRNAS Unterscheiden sich mit ihrem Anticodon Erste zwei Basen des Codons = komplementäre Basenpaarung mit Anticodon Letzte Base → kann variieren → wobbeln, schwanken O Weniger feste Bindung einer nicht-komplementären Base möglich Variable Bindung → z.B. G mit U O Sicherheit für richtige Bindung liefern die ersten beiden Basen Kompromis zwischen Geschwindigkeit und korrekten Zusammensetzung des Proteins Erklärung dafür, dass einige tRNAs mit mehreren verschiedenen Anticodonschleifen binden können O 3 Val Arg (R) (A) Ser (S) Lys(K) Asn (N) Glu Asp (E) S AGUCAGUCAGUCAGUCAGO GU A G Phe Gly (G) (F) Thr ( - (L) Ser (S) AC CUG CUGACUGACUGACUGAC (R) GU Gin 5402 His (H) Tyr M Cys (C) GTrp (W) Pro (P) Leu (2) Start Stop Bau und Vermehrung von DNA-/RNA-Viren ● ● ● Besitzen DNA oder RNA, welche von einer Proteinhülle (Capsid) umgeben ist Erbinformation: doppelsträngige DNA oder einzelsträngige RNA Kein eigener Stoffwechsel Bei Vermehrung auf Wirt angeiwesen O Wirtszelle geht meist zugrund ● Enge Wirtsspezifität Viele Viren Krankheitserreger Aufbau Allgemein Viren, die nur Bakterien befallen nennt man Phagen Keine Lebewesen O Kein eigener Stoffwechsel benötigen Wirtszelle zur Fortpflanzung O Kein Wachstum DNA - Viren Größe: 20nm - mehrere 100nm Von Proteinhülle umschlossene Nukleinsäure (manchmal noch Membranhülle) Kopf mit einzel- oder doppelsträngiger RNA/DNA Daran angeschlossen: Schwanzstift, umgeben von Schwanzrohr Mündung in Basisplatte mit Spikes (teilweise) Daran Schwanzfasern Erbmaterial: Desoxybonukleinsäure Schützt Erbmaterial durch Proteinkapsel (Kapsid) Chemische Struktur sehr stabil → Weniger anfällig für Mutationen Macht sich DNA-Reparatur-Polymerase zunutze → Weniger Fehler bei der Vermehrung der DNA-Viren Weniger Mutation des Erbguts Mehr Impfstoffe, da sich die Oberflächenproteine des Virus kaum verändern RNA - Viren Nukleinsäure Schwanzhülle Basalplatte Erbmaterial: Riboukleinsäure Schützt Erbmaterial durch Proteinkapsel (Kapsid) Chemische Struktur weniger stabil 1 Äußere Hülle (Lipidmembran) Innere Kapsel (Kapsid) Andockstellen (Rezeptoren) → Veränderungen/Mutationen häufig ● Enzyme (Steuerung der Vermehrung) Virale RNA (Erbsubstanz) Kapside Struktur eines Bakteriophagen Kragen Spikes Schwanzfasern Müssen dafür sorgen, dass RNA in DNA übersetzt wird → Transkiptase muss in Wirtszelle eingeschleust werden Weniger Impfstoffe, da der Virus schnell mutiert (Bsp.: Covid-19) Vermehrung von Viren allgemein 1. 2. Besitzen weder Stoffwechselenzyme, noch die Maschinerie zur Proteinbiosynthese O Benutzen Wirtszelle Binden an Membran der Wirtszelle nach Schllüssel-Schloss-Prinzip a. Begrenztes Wirtsspektrum (wirtsspezifisch) Endocytose a. Eindringen in die Zelle 3. Freisetzung des Erbmoleküls 4. Replikation des Erbguts 5. Transkriptioin & Translation von Capsidproteinen 6. Zusammenbau der Einzelteile 7. Freisetzen der Viren 8. Neuinfektion weiterer Zellen SARS-CoV & SARS-CoV2 Senes 1 Anheftung ACE2 CABANAS MÃOS Golgi- Apparat 2 Aktivierung TMPRSS2 mRNA Ribosomen. der Zelle -Glycoprotein S (Spike) 144 7 Selfassembly Sob 28 HTTS Wirtszelle 5 Translation 8 Ausschleusung Exocytose www.covid19-pandemie.org www. Freisetzung der Genom-RNA mm + (= mRNA) 3 Eindringen 6 RNA Replikation Virion Zellmembran durch RNA-Polymerase T RNA • RNA-Polymerase Nukleoprotein-N Vermehrung von Bakteriophagen Zwei Mechanismen um sich zu vermehren Unmittelbar im lytischen Zyklus oder zeitlich versetzt im lysogenen Zyklus ● Bakteriophagen heften sich an Oberfläche einer Bakterie und injizieren lineares DNA-Genom O DNA-Genom wird zu ringförmigen DNA-Molekül geschlossen ● Lytischer Zyklus 1. Adoptionsphase O Andocken des Virus mit Schwanzfäden mittels Schlüssel-Schloss-Prinzip an Rezeptoren der bakteriellen Zellwand Lysozym (Enzym) löst Zellwand lokal auf . 2. Injektionsphase Injektion der DNA/RNA durch Kontraktion der Proteinscheide 3. Latenzphase Phagen-DNA hat Kontrolle über das Bakterium Phage löst sich von der Zelle 4. Produktionsphase O Bildung von Phagenbausteinen Phagen-DNA, Phagenproteine und Phagengenom Kopien 5. Reifungsphase O Zusammensetzen der einzelnen Bestandteile durch Selbstorganisation 6. Freisetzungsphase O Lysozym löst Bakterienzellwand auf O Freisetzung der Phagen O Absterben der Wirtszelle Lysogener Zyklus Prophage = Vorstufe eines vollständigen Phagen 1. Phagen-DNA wird in bakterielles Chromosom integriert wird zum Prophagen 2. Bakterium vermehrt sich und kopiert Phagen-DNA an alle Nachkommen 3. Durch zahlreiche Teilungen bildet sich eine mit Phagen infizierte Bakterien-Papulat 4. Gelegentlich verlässt eine Prophage das bakterielle Genom und löst einen lytischen Zyklus aus Adsorption Freisetzung Injektion lytischer Zyklus Reifungsphase Latenzphasell Produktionsphase S Prophagen vermehren sich durch Zellteilung lysogener Zyklus Prophage DNA der Phage wird in Bakterienchromosom integriert Gene und Gentechnik Bau und Vermehrung von Bakterien ● Bakterien sind Lebewesen Gehören zu den Prokaryoten → kein Zellkern Unterschiedliche Größen und Formen O Kugelförmig = Kokken O O Spiralförmig = Spirillen O Zwischen 0,2 und 700 um Vermehren sich ungeschlechtlich ● ● ● Vermehrung ● Stäbchenförmig = Bazillen Asexuelle (ungeschlechtliche) Vermehrung O Schema Bakterium Können verschiedene Energiequellen nutzen und extreme Lebensräume besiedeln Mehrere Bakterien zusammen = Aggregate Bsp. E. coli Bakterien 2. Exponentielle Phase Zweiteilung, wodurch zwei identische Tochterzellen entstehen 3. Stationäre Phase O Nährstoffe verbraucht Unter idealen Bedingungen: Exponentielles Wachstum 4 Phasen 1. Lag-Phase / Anlaufphase / Latenzphase O Langsames Anwachsen einer Bakterienkultur O Synthetisieren der Enzyme zum Verarbeiten der Nährstoffe 4. Absterbephase O Population stirbt ab Zellwand Kapsel Fortpflanzung des Pantoffeltierchens Chromosom Zellplasma Zellmembran Optimale Wachstumsphase O Unter optimaler Nährstoffversorgung Teilung ca. alle 20 min (Generationszeit) O Exponentiell steigende Individuenzahl 00003 Bakterienanzahl Plasmid Pili Rekombination Bakterielles Wachstum Geißel Anlaufphase exponentielle stationäre Abstrebephase Phase Phase Zeit (t) Natürlicher Gentransfer bei Bakterien Konjugation ● ● ● ● Zwei Zellen verbinden sich über einen Proteinfaden miteinander Proteinfaden verkürzt sich → Zellen gelangen in unmittelbare Nachbarschaft Plasmabrücke wird gebildet O genetisches Material wird von der einen zu der anderen Bakterienzelle befördert Kann auch zwischen Bakterienzellen verschiedener Arten stattfinden Transduktion Eine Phage infiziert ein Bakterium mit Phagen-DNA O Welche das Bakterienchromosom integriet wird Transformation Aufnahme von freien DNA-Abschnitten über Zelloberfläche O die z. B. nach dem Absterben anderer Bakterien in Umgebung gelangt sind → Ermöglicht bakterielle Aufnahme/Austausch von z.B. Antibiotika-Resistenzgenen Folge z.B. Bildung multiresistenter Stämme O Plasmid-DNA Transformation Fremd-DNA Ringchromosom Konjugation Plasmabrücke Ringchromosom Transfektion Phage { Regulation der Genaktivität Genregulation bei Prokaryoten Genregulation = Beeinflussung der Transkription ● ● ● ● ● Operon-Modell/ Jacob-Monod-Modell Operon: Promotor, Operator & Strukturgene ● Promotor: DNA-Abschnitt, an den RNA-Polymerase bindet Operator: fungiert als Schalter O Entscheidet, ob Strukutrgene abgelesen werden ● Prokaryotische Zellen transkribieren nur diejenigen Gene ● deren Produkte in der jeweiigen Situation benötigt werden ● DNA bei Bakterien liegt in einem ringförmigen Chromosmen vor + einzelne Plasmide (kleinere DNA- Ringe) mit nur wenigen Genen In unterschiedlichen Abschnitten des Zellzyklus werden unterschiedliche Proteine benötigt O Replikation, Wachstum, Stoffwechsel ● Auf diese unterschiedlichen Gegebenheiten reagiert die Zelle mit einer regulierten Genexpression O Synthese bestimmter Proteine/ Merkmalsausprägung Genregulation durch Substratinduktion (Bsp. Lac-Operon) ● O Repressor an Operator reversibel gebunden Keine Synthese, da RNA-Polymerase blockiert ist Strukturgene: codieren für Enzymkette, die schrittweise Substrat in Endprodukt umwandelt Repressor: Regulatoren (außerhalb Operon) codiert für diesen, kann an Operator reversibel binden & ihn so ,,ausschalten" Operon Regulatorgen Induktion: Auslösen der Expression eines Gens aufgrund eines molekularen Signals Substratinduktion: Substrat (Lactose) aktiviert Genexpression Konstitutive Gene: Gene für Proteine, die stänidg benötigt werden Regulierte Gene: Gene für Proteine, die erst hergestellt werden, wenn sie gebraucht werden ● Kataboler (abbauender) Stoffwechsel Prozess Promotor Operator Strukturgene ● RNA-Polymerase nicht mehr blockiert Transkription der Strukturgene & Synthese der Enzyme ● Abbau von Lactose O Repressor bindet an Operator, wenn Substrat (Lactose) nicht vorhanden O RNA-Polymerase bindet an Promotor, wird aber vom Repressor blockiert → Transkription findet nicht statt Lactose vorhanden -> bindet an Repressor ● Repressor verändert Konformation -> kann nicht mehr an Operator binden Genregulation durch Endproduktrepression DNA ● ● mRNA Genregulation durch Substratinduktion Regulation der Genexpression durch Endprodukt eines Syntheseweges aktiver Repressor Anaboler (aufbauender) Stoffwechsel Genexpression findet grundsätzlich statt Lactose (Induktor) O Repressor inaktiv = Tryptophan Reichert sich Tryptophan an, bindet es an Repressor Repressor verändert Form (Konformationsänderung) Bindung am Operator nicht möglich, Genexpression gehemmt/blockiert Wird Tryptophan weniger, kann es nicht an den Repressor binden und wird inaktiviert Genexpression wird aktiviert Herstellung von Tryptophan geht weiter Regulatorgen Promotor Operator Strukturgene lacz lacy lacA RNA- Polymerase Lac-Operon inaktiver Repressor mRNA B-Galac- tosidase Per- mease Trans- acetylase Glucose Galactose DNA mRNA Genregulation durch Endpodukt-Repression Tryptophan trpE trpo trpC trpB mRNA Enzyme für die Tryptophan- Synthese trpA NA Genregulation bei Eukaryoten → Eukaryoten pasen sich wie Prokaryoten durch Genregulation an Umweltbedingungen an Methylierung Regulation der Chromatinstruktur Ist eine chemische Modifikation, die die Struktur des Chromatins verändert Methylgruppen werden auf DNA-Basen oder Histone übertragen O Macht die DNA für die RNA-Polymerase unzugänglich Es findet keine Transkription statt 1. Methylierung an Cytosinbasen der DNA Eine Möglichkeit, die Genaktivität zu regulaieren, ist, die DNA dicht zu verpacken O Übergang von Euchromatin zu Heterochromatin 2. Methylierung der freien Histonenschwänze Spezielle Proteine, Transkriptionsfaktoren, die die Transkription unterdrücken, haften sich an die methylierten Stellen Aktivierung der DNA (Transkription kann stattfinden): 1. Methylgruppen werden abgespalten (Demethylierung) O Übergang von Heterochromatin zu Euchromatin ● O Verdichtung der Packung von DNA und Protein 2. Acetylierung der Histonschwänze ● Ablauf Transkriptionskontrolle O Anheftung von Acetylgruppen an die Histonschwänze ● Auch wenn ein Gen im Euchromation vorliegt, unterliegt seine Expression strengen Kontrollen Transkriptionsfaktoren Proteine, die an die DNA binden So können sie Gene an- und ausschalten und regulieren so Genexpression Bindung an Enhancer beschleunigt Transkription Bindung an Silencer verlangsamt Transkription O Auflockerung des Chromatins = leichterer Zugang an zu transkribierenden Bereich Aktivierung der betroffenen Gene Kontrollsequenzen, in denen Enhancer und Silencer liegen, befinden sich einige Basenpaare von der Promotor-Region entfernt 1. Das TATA-Box-bindende Protein bindet an TATA-Box (Thymin, Adenin, Thzmin, Adenin) 2. Weitere Transkriptionsfaktoren binden in der Promotor-Region an DNA 3. An Enhancer binden Aktivatorproteine (Transkriptionsfaktoren), O An den Silencer binden Repressorproteine 4. Es kommt zur Schleifenbildung des DNA-Strangs O Aktivator bindet an das TATA-Box-bindende Protein 5. RNA-Polymerase bindet an Promotor-Region O Transkription des Gens findet statt (1) 2 Schleifenbildung RNA-Polymerase Enhancer Silencer TATA-BOX Kontrollsequena Promotor wachsende RNA Gen Aktivatorprotein TATA-Box-bindendes Protein Transkription Mutation Ursachen ● ● ● Induzierte Mutation Dauerhafte Veränderung des Erbguts Spontanmutation O Plötzlich und ohne äußere Ursachen → z.B. Replikationsfehler O Durch Chemikalien, energiereiche Strahlung oder Viren Erblichkeit von Mutation O ● Keimbahnmutationen (in Ei-, Spermien- oder Pollenzellen) Arten von Mutationen ● Genommutation Somatische Mutation Werden bei Befruchtung weitervererbt, sodass alle nachkommenden Zellen Mutation tragen Numerische Veränderung der Chromosomenzahl oder des Chromosomensatzes Zahl einzelner Chromosome kann erhöht oder vermindert sein ● Erhöhung des Chromsomensatzes → Polyploidie ● Autosomen & Gonosomen können betroffen sein Chromosomenmutation Nur an Tochterzellen (Mitose), nicht an nächste Generation O Z.B. Trisomie 21 (Down-Syndrom), Turner-Syndrom, Klniefeltersyndrom (XXY) ➡ Veränderung in der Struktur der Chromosomen Ganze Chromosomenabschnitte betroffen (nicht nur einzelne Nukleotide) Deletion: Verlust eines Chromosomenstückes Duplikation: Verdopplung eines Chromosomenstückes Inversion: Basensequenz wird verkehrherum ins Chromosom eingebaut Translokation: Umlagerung eines Chromosomenstücks auf ein anderes Chromosom Duplikation Inversion Deletion sertion COM ANTTILA Translokation Genmutation Punktmutation Substitution / Austausch ➡ Veränderung einer Base ● ● ● Information eines Gens ändert sich Basensequenz der DNA verschiebt oder ändert sich ● ● Stumme Mutation Fehlertoleranz des genetischen Codes Z.B. 3 Base - Wobble Theorie Missense Mutation O Punktmutation, die zum Austausch einer Aminosäure führt Protein mit veränderter Aktivität entsteht Rastermutation Nonsense Mutation Verändert Basentriplett/Codon, codiert jedoch zu gleicher Aminosäure keine Wirkung Punktmutation, bei der sich ein Stopp-Codon bildet Unvollständige Proteinfragmente entstehen Erfüllen keine Funktion Deletion = Verlust von Nukleotidpaaren O Triplett Takt wird verschoben Stille Mutation: Insertion = Einfügen von zusätzlichen Nukleotidpaaren O Triplett Takt wird verschoben ACCÈŤACĊĊTAC➡ACCĠ††ĊĊĊTAC Ser Val Pro Tyr Missense-Mutation: AGCGTACC Ser Val Pro Tyr Nonsense-Mutation: Ser Val Pro Tyr DNA mRNA Amino acids DNA Amino acids DNA MMM mRNA UUU mRNA Amino acids DNA mRNA JHU Phe Acetic acetectA Ser Val Pro Stop MMM Phe MMM AGA Thr Amino acids Phe Ser Val Pro Tyr ACCETAACCTAC Ser Val Thr Tyr WAN ANA Säuren -> Basenverlust UV-Strahlung -> Dimerbildung Antibiotika -> Basen nebeneinander verbinden sich mit Wasserstoffbrückenbindungen (Strang Vernetzung) Röntgenstrahlung -> Strangbruch ★AN AND Lys Glu Gly Glu Arg আবাৰ আনন Normal Substitution Insertion Deletion Beispiel: Sichelzellanämie Genetisch bedingte Krankheit Punktmutation O O Evolutionsaspekt von Mutationen ● Base Thymin wird im codogenen Strang für Bildung der B-Ketten des Hämoglobins gegen Adenin ausgetauscht Statt Glutaminsäure wird Valin ins Protein eingebaut Mutationen = wichtige Merkmale im Vorgang der Evolution So können sich Lebewesen bzw. Spezien weiterentwickeln und anpassen Spontane Mutationen immer wieder neue Veränderungen im Phänotyp ● Nutzlose Mutationen wahrscheinlicher ● Ladung, Raumstruktur und Löslichkeit des Hämoglobins ändert sich Rote Blutkörperchen des Sichelzell-Hämoglobins nehmen bei Sauerstoffmangel Sichelform an O Verminderte Transportfähigkeit ▪ Blutarmut ● Durch Evolutionsfilter setzen sich nur die hilfreichen Mutationen durch Wenn Mutation nicht hilfreich O Thrombose Gefäßverschluss O Nierenversagen → Überleben des am besten Angepassten Auswirkungen von Genmutationen auf Phänotyp ● Oftmals schädigend für betroffenes Lebewesen Erbkrankheiten oft auf Genmutation zurückzuführen Veränderte DNA → veränderte mRNA → verändertes Polypeptid → anderes/defektes Strukturprotein/ Enzym O Zugehöriger Stoffwechselvorgang kann nicht katalysiert werden oo Wesen stirbt leichter → Mutation kann nicht weitervererbt werden 0 0 Allele sind meist rezessiv O Keine phänotypische Auswirkung bei diploiden Organismen Veränderungen des Phänotyps können sich unter bestimmten Bedingungen als vorteilhaft erweisen O Neutrale Mutation: keine Auswirkungen auf Phönotyp Bestimmtes Krankheitsbild Negative Mutation: schädliche Auswirkung auf Phänotyp Positive Mutation: bringt nutzen Letale Mutation: Führt zum Tod Auswirkungen von Genmutationen auf Organismus ● ● Organismus Genotyp Keimzellen sind betroffen Schädigung des Genträgers / Gentyps liegt vor Diese wird an Nachkommen weitergegeben Auswirkungen für die Variabilität in Populationen Mutationen sorgen für Artenvielfalt und mehr Variabilität O einer der wichtigsten Evolutionsfaktoren Führt zu mehr genetischer Vielfalt Antibiotika ● ➡ Medikamente für Behandlung von bakteriellen Infektionen Nur gegen Bakterien, wenn sie keine Resistenzen haben Wirkt nicht gegen Viren Verhindert, dass Bakterien weiterwachsen, da es die Zellwand, Stoffwechsel, DNA und Ribosome der Bakterie angreift Töten Bakterien ab Antibiotikaresistenz ● Resistenz Widerstand Präadaption = Angepasstheiten durch Mutationen ● Antibiotika bringt nichts gegen resistente Bakterien Verhinderung der Aufnahme des Antibiotikums (Ze wand wird verstärkt) Antibiotikum wird nach Aufnahme wieder rausgebracht (Effixpumpe) Antibiotikum wird in Zelle verändert, damit es nicht mehr der Bakterie schadet DNA Reparatursysteme Durch spezielle Reparaturenzyme → Teil der Genmutation kann behoben werden Fotoreaktivierung O Enzym Fotolyase löst Bindungen von durch UV-Licht induzierten Thymin-Dimeren O Mithilfe von Lichtenergie ● Exzisionsreparatur Schneidet beschädigte und einige benachbarte Nukleotide aus und füllt Lücke mithilfe der DNA-Polymerase ● SOS-Reparatur Durch größere DNA-Schäden induzierter Mechanismus bei Prokaryoten, der dennoch Replikation ermöglicht Bsp.: Krankheit Xeroderma pigmentosum O Enzyme des Exisionsreparaturmechanisus sind defekt Keine Entfernung von UV-Licht-induzierten Basen-Dimeren Ausbildung von Hautkrebs ● Genetischer Fingerabdruck ● ● ● ● ● ● DNA- Spuren: Haare, Sperma, Speichelreste, Hautschuppen Bestimmte Basensequenzen im nicht codierten Teil der DNA wiederholen sich tandemartig O Z.B.: 3'... AATG AATG AATG AATG AATG AATG ATTGG...5' ● Short tandem repeats (STR) O O Anzahl der Wiederholungen variiert Haben hohe Mutationsrate Personen eindeutig identifizieren O Kombinationen mehrerer verschienden STR-Genorte Verfahren und Methoden mit denen Erbanlagen von Organismen gezielt isoliert, verändert, analysiert, neu kombiniert und auf andere Organismen übertragen werden Restriktionsenzyme (genetische Schere) Vaterschaftstests O STRS (Wiederholungen) werden vererbt O Bsp: Mutter: vererbt 7 Wiederholungen Vater: vererbt 9 Wiederholungen Kind hat zwei verschiedene Banden (7/9) Eindeutige Zuordnung ● In Bakterien → natürliches Abwehrsystem/Schutzmechanismus O Zerschneiden Phagen-DNA O Durch Methylierung der Bakterien-DNA → Verhinderung des Zerschneidens dieser Schneiden nur nicht-methylierte DNA Substrat- & wirkspezifisch O Spalten DNA spezifisch an bestimtmer Schnittstelle Erkennungssequenz → Palindrom O Meisten Enzyme schneiden versetzt O ▪ Sticky ends (überstehende Einzelstränge) Neigen dazu, sich über H-Bindungen aneinanderzulagern, da komplementär Fremde DNA-Fragmente mit gleichem Enzym geschnitten . Zusammenlagern der komplementären Einzelstränge DNA-Ligase verknüpft Rückgrat Wenige Enzyme schneiden glatt O Blunt ends O Schwieriger zu verknüpfen → keine Zusammenlagerung über H-Bindungen Plasmide leicht zu isolieren O Besitzen Replikationsursprung Replikation unabhänigg vom Bakterienchromosom Einbau eines Fremgens in Plasmide durch Restriktionsenzyme O Erkennungssequenz darf nur einmal im Plasmid vorkommen Gezielte Öffnung an einer Stelle O Isolation des Fremdgens mit gleichem Restirktionsenzym O Zusammenbringen von Fremdgens mit gleichem Restriktionsenzym Sticky ends lagern sich zusammen Verknüpfung durch DNA-Ligase PCR (Polymerase - Kettenreaktion) PCR-DNA Replikation im Reagenzglas O DNA-Abschnitte in beliebiger Menge vervielfältigen O Aus einem DNA-Doppelstrang ca. eine Million identische Kopien (20 Zyklen) O Beruht auf Teilschritten der DNA-Replikation in Zellen 1. Denaturierung -> 90°C 2. Hybridisierung -> 50-65°C O Verwendung von ca. 20 Primern Sind jeweils für die 3 - Enden der Stränge komplementär Basensequenzen der Enden müssen bekannt sein ➡ Wasserstoffbrückenbindungen bilden sich zwischen Primer und DNA-Strang O DNA-Doppelstränge in Einzelstränge trennen ➡ Wasserstoffbrückenbindungen werden bei ca. 90°C gelöst 3. Synthese-> 70°C 4. weitere Zyklen O DNA-Polymerase aus Bakterium Thermus aquaticus (hitzestabil) = Taq-Polymerase katalysiert die Synthese des komplementären DNA-Strangs passende freie Nucleotide an freie 3- Enden des Primers kontinuierlicher DNA-Strang O Temperatur erneut erhöht 3 Taq-Polymerase löst sich DNA-Stränge werden getrennt Temperatur wird gesenkt weiterer PCR-Zyklus 5' 5' Denaturierung bei 90 °C DNA-Abschnitt wird in Einzelstränge getrennt weitere Zyklen 5' 3 5' 3⁰ 5' Primer A Synthese bei 70 °C Taq-Polymerase Hybridisierung bei 50-65 °C 3' 5 3′ 5' Primer B 5 Unterschiede Gelelektrophorese ● ● DNA - Replikation - gesamtes DNA-Fragment wird repliziert Gemeinsamkeiten - Nukleotidphosphate werden verwendet -DNA-Doppelstrang durch Helicase entspiralisiert + aufgebrochen O - RNA durch Primase gesetzt/ gebildet - DNA - Polymerase O - Leitstrang und Folgestrang - am Leitstrang kontinuierlich - da Polymerase in gleiche Richtung wie Helicase arbeitet - von 3' - 5' Ende Am Folgestrang diskontinuierlich = Okazaki - Fragmente - nach Replikation findet Mitose statt - bestimmte Basenabfolge bestimmt Start und Stopppunkt der Replikation Wandergeschwindigkeit PCR - vervielfältigt immer nur bestimmtes Fragment - DNA-Doppelstrang durch Erhitzung / Denaturierung aufgespalten (Wasserstoffbrücken) - Primer wird künstlich gesetzt - Taq-Polymerase (hitze-beständig) wird nicht zerstört => künstlicher Prozess - immer kontinuierliche Replikation Zu trennende Moleküle befinden sich auf einem elektrisch aufgeladenen Gel Je nach Größe und Ladung wandern die Moleküle unterschiedlich weit O Charakteristisches Bandenmuster entsteht (durch Färbung sichtbar) - nach Replikation erfolgt neuer Zyklus 1. Denaturierung 2. Hybridisierung 3. Synthese - für beide Prozesse werden DNA -Polymerase verwendet - die nur in 3' - 5'- Richtung arbeiten - Nukleotide befinden sich in Lösung - Primersequenz legt Startpunkt fest O Kleine Moleküle wandern schneller als große O Anionen bewegen sich zur Anode O Kationen bewegen sich zur Kathode → Moleküle gleicher Größe und Ladung setzen sich in Banden zusammen Bei DNA Gel DNA ist negativ geladen -> bewegt sich in Richtung Anode Genetischer Fingerabdruck lässt sich feststellen Bsp.: zwei DNA-Proben sollen abgeglichen werden, ob sie von derselben Person kommen Beide Proben werden durch PCR vervielfältigt Dann Gelelektrophorese -> haben beide dasgleiche Bandenmuster? O Wenn ja -> gleiche Person BY OUT BY OU BY Glasplatten Gemisch von Molekülen unterschiedlicher Größe Strom- Quelle Gelelektrophorese ✪ - unsichtbar kürzere Moleküle längere Moleküle 3000 100011 gefärbtes, fertiges Gel Neukombination von Genen mit molekulargenetischen Techniken →Gentechnik = Gezielte, künstliche Veränderung genetischen Materials und dessen Transfer in Lebewesen zur Erzeugung transgener Organismen mit anderen Eigenschaften und Fähigkeiten Grundlegende Werkzeuge ● ● Restriktionsenzyme Ligasen O Dienen zur Verknüpfung von DNA-Fragmenten Vektoren O ,,Transportmittel" für die Übertragung von Fremd-DNA in Wirtszellen Schneiden doppelsträngige DNA an spezifischen punktsymmetrischen Basenfolgen Klonierung O Wichtige Vektoren sind Plasmide O Vektoren müssen Selektion Gleiche überstehende Einzelstrangenden entstehen → sticky ends (klebrige Enden) . ■ Einbringung von Fremd-DNA in Wirtszellen (Plasmide als Vektoren) O Einfach und in großen Mengen isolierbar sein Eine Anfangsstelle für Replikation enthalten Transfer von Fremd-DNA in einen Organismus kann über Vektoren geschehen O Als Vektoren werden häufig Plasmide verwendet Fremd-DNA und Plasmide werden mit dem gleichen Restriktionsenzym behandelt Zufällige Paarung zwischne sticky-ends verschiedener DNA-Fragmente Schnittstellen für verschiedene Restriktionsenzyme aufweisen Marker für Selektion enthalten Rekombiniertes Plasmid entsteht Dieses wird in die Bakterien eingefügt → Transformation Nicht jedes Plasmid enthält gewünschtes Fremd-Gen Plasmide werden zur Identifikation genutzt Diese sind resistent gegen Ampicillin und Tetracyclin Wirtsbakterium nicht resistent Bakterien auf Nährboden mit Textrocyclin O Nur Bakterienkolonien mit Plasmid wachsen Kolonienmuster mit Stempel auf Nährboden mit Ampicillin übertragen O Bakteriu mit zerstörtem Ampicillin-Gen können nicht wachsen → Vergleich der Kolonienmuster Kolonien mit rekombiniertem Plasmid werden identifiziert und vermehrt Humangenetik Stammbaumanalyse ➜ Eignet sich zur Diagnostik und Risikoabwägung bei der Vererbung von Erbkrankheiten (Gendefekten) Basiswissen ● ● ● Mensch hat 46 Chromosome O durch Befruchtung von Ei- und Samenzelle Jedes Chromosom liegt in jeder Zelle (außer Keimzelle) in 2 Varianten vor O einmal Mutter / einmal Vater Wesentliche Fragen 1-22 = homologe Chromosome (Autosome) 23 heterologe Chromosome --> xx = Frau / xy = Mann -> Genosome 2. Liegt ein dominanter oder ein rezessiver Erbgang vor? ALLEL 1. Wird das Merkmal (Erbkrankheit) über Autosomen oder Gonosomen vererbt? O Sind beide Geschlechter gleichermaßen betroffen oder nur ein Geschlecht? Grundvokabular PHÄNOTYP aus 2 haploiden (2 x 23) Chromosomensätzen von Mutter und Vater ein diploider Chromosomensatz (46) GENOTYP REZESSIVES MERKMAL O Tritt ein Merkmal in jeder Generation auf oder nicht? DOMINANTES MERKMAL Äußeres Erscheinungsbild eines Organismus (wird vom Genotyp bestimmt) Ausprägung der Krankheit Gesamte genetische Ausstattung eines Organismus (AA / Aa / aa) 2 Allele 1 Chromosom Bei defektem Allel entsteht eine Krankheit Man hat ein Allel von der Mutter / Vater Merkmal überspringt Generationen (Kleinbuchstabe) Merkmal tritt in jeder Generation auf (Großbuchstabe) HOMOZYGOT Beide Allele sind identisch (AA oder aa) Haploider und diploider Chromosomensatz haploider Chromosomensatz HETEROZYGOT Beide Allele unterscheiden sich (z.B. Aa) diploider Chromosomensatz Visualisierung Kombinationen an Erbgängen 1) Monohybrid 2) Autosomal 3) Gonosomal 4) Dominant 5) Rezessiv Beispiele von Erbgängen ● → ⇒ Kreis (mit Farbe) = Frau (mit Erbkrankheit) Viereck (mit Farbe) = Mann (mit Erbkrankheit) Kreis mit Punkt = Konduktorin (Überträgerin) ⇒1/11/III = Generationen ⇒ Meternal = Mutter vererbt → Paternal = Vater vererbt ● Autosomal dominanter Erbgang ● ● Autosomal - Rezessiver Erbgang ● Vererbung eines einzigen Merkmals Betroffenes Gen ist auf Chromosomen 1-22 lokalisiert Betroffenes Gen ist auf den Geschlechtscromosomen lokalisiert Frau = xx, Mann = xy Gehäuftes Auftreten des Merkmals in jeder Generation Merkmal tritt seltener auf (kann Generationen überspringen) ● Fast in jeder Generation finden sich Merkmalsträger Frauen wie Männer im ähnlichen Verhältnis betroffen Ist ein Kind krank, muss ein Elternteil auch krank sein X-Chromosomal - Dominanter Erbgang Nicht in jeder Generation finden sich Merkmalsträger Frauen wie Männer sind in ähnlichem Verhältnis betroffen Eltern können gesund sein, während Kinder krank sind In fast jeder Generation finden sich Merkmalsträger Frauen wie Männer sind betroffen Ist Vater Merkmalsträger, so sind es alle seine Träger ebenfalls X-Chromosomal - Rezessiver Erbgang Y-Chromosomaler Erbgang (sehr selten) Ausschließlich Männer = Merkmalsträger ● Frauen weder btroffen noch Konduktorin xY AA Aa e Biologi XY O Lo XY Aa Überwiegend Männer = Merkmalsträger Frauen als Konduktorinnen, ohne selbst betroffen zu sein Frauen nur betroffen, wenn Vater betroffen + Mutter Konduktorin (Übertragen rezessives Allel) Frauen können im Gegnsatz zu Männern krankes Gen durch gesundes ausgleichen (keine Ausprägung) 13 Aa Aa Xx + 4 XY xY XY CH XX Mendelsche Regeln 1. Uniformitätsregel → Werden zwei Individuen gekreuzt, die sich in einem Merkmal reinerbig unterscheiden, weisen die Nachkommen der F1-Generation (nächste Generation) dieses Merkmal in gleicher Ausprägung auf A A a AA A A a braun-gefleckt braun-gefleckt a 3. Unabhängigkeitsregel A a a a braun-gefleckt braun-gefleckt F1-Generation Genotyp a Keimzellen A a F2-Generation Genotyp GR GR Gr gR gr GR Gr GGRR GGRR GRR GGR GGrr GgR GgRr geRR Ggrr ggkr 2. Spaltungsregel GERR GgRr GgRr GgRr GgRr GgRr → Werden zwei Individuen der F1- → Werden reinerbige Inividuen gekreuzt, die sich in zwei Merkmalen oder mehr voneinander unterscheiden, werden diese Merkmale unabhängig voneinander vererbt. Ab der F2-Generatinon können so neue, reinerbige Kombinationen auftreten Generation gekreuzt, werden die Merkmale in der nachkommenden F2- Generation in einem bestimmten Zahlenverhältnis 3:1 gespalten - Keimzellen P Keimzellen F 9x 3 x RR gR gr (R) RR Rr Rr Verhältnis: 3 x 1 x (9:3:3:1) (GGrr.ggRR) reinerbige Neukombinationen X X Rr r Rr Ir Genetische Beratung, pränatale Diagnostik und PID Möglichkeiten der Risikoabschätzung ● ● Stammbaumanalyse ● Erlaubt Wahrscheinlichkeitsaussagen zum Auftreten genetisch bedingter Krankheiten bei Nachkommen O Bei einer autosomal-rezessiv vererbten Erkrankung Pränatale Diagnostik Kinder eines phänotypisch gesunden, heterozygoten Elternpaars Heterozygotentest O Ermöglicht bei rezessiven Erbkrankheiten die Ermittlung heterozygoter Träger von Erbanlagen z.B. Konduktorinnen der Blutkrankheit Wahrscheinlichkeit von 75% phänotypisch gesund (50% sind Konduktoren) ● Wahrscheinlichkeit von 25% erkrankt Durch genetische Beratung möchte man werdende Eltern über Risiken informieren Beratung empfohlen, wenn O O O O Eltern / Familie der Eltern von Krankheit betroffen Gesunde Eltern bereits ein krankes Kind haben Eltern ein hohes Alter haben Verwandtenehe Methoden ● Nicht invasive Methoden → Ultraschalluntersuchung, Blutabnahme O Aufschluss über Stoffwechselprodukte ● Invasive Methoden Aussagen über Stoffwechsel / chromosomenstörungen des Kindes Fruchtwasserpunktion Chorionzottenpunktion Nabelschnurpunktion Präimplantationsdiagnostik (PID) ● Molekulargenetische und biochemische Untersuchung von Zellen eines durch künstliche Befruchtung erzeugten Embryos O Um zu entscheiden, ob Embryo ausgetragen werden soll; die Zellentnahme erfolgt im Blastocytenstadium Verfahren ist ethisch umstritten Krebs → Unkontrollierte Teilung von Zellen, ohne Differenzierung → ● ● Gutartiger Tumor: örtlich begrenzt, es wandern keine Zellen aus dem Gewebe aus Bösartiger Tumor: wachsen in benachbartes gesundes Gewebe & zerstören es Kann über Blutbahn in andere Bereich eindringen Gesunder Mensch: Gleichgewicht zwischen Zellteilung und Zelltod Dafür zuständig: ● Tochtegeschwülste (Metastasen) bilden (schwer auffindbar/entfernbar) Ursache: Zelle mit defektem Erbgut ● Mutation Proto-Onkogen O Proto-Onkogen: fördert Zellteilung (Vermehrung, Wachstum) O Tumor-Supressorgen: kontrolliert Zellteilung und unterdrückt, wenn notwendig Mutation Tumor-Supressor-Gen Proto-Onkogen wird durch Mutation der DNA zu krebsauslösendem Onkogen O Onkogene fördern Zellteilung, → ungehemmte Zellvermehrung Tumor-Supressor-Gen O codieren für Proteine, die Zellen an einer unkontrollierten Vermehrung hindern O indem sie Zellteilung hemmen Gene verlieren mutationsbedingt ihre Funktion O Unterdrücken / verhindern Zellteilung nicht mehr → in beiden Fällen ist Zellteilungsrate der entstehenden Krebszelle erhöht Abwehrreaktionen 1. DNA-Peplikationsenzyme → reparieren Mutationen O Funktioniert nicht, wenn Enzyme selbst beschädigt sind Krebsvorläuferzelle genetische Veränderungen zellinterne Fehler oder äußere Einflüsse Gesunde Körperzelle 2. Apoptose (Selbstzerstörung) durch cytotoxische T-Zellen und natürliche Killerzellen O Krebsinformationsdienst, DKFZ Wenns nicht funktioniert: kein Gleichgewicht mehr. Unkontrollierte Vermehrung, Tumor 3. Tumor braucht Sauerstoff → Eindeckung in gesunde Körperzellen, um Sauerstoff abzukappen O Tumor sendet Signale an umliegende Blutbahnen Dünne Adern wachsen zum Tommor und versorgen ihn mit Sauerstoff Tumor wächst weiter Krebszelle unkontrollierte Zellteilung Bösartiger Tumor Stammzellen → Unbegrenzt Teilungsfähige Körperzellen, die sich in verschiedene Zelltypen eines Organismus differenzieren können Totipotente Stammzellen → Können einen vollständigen Organismus hervorbringen Pluripotente Stammzellen können alle Zelltypen aber keinen vollständigen Organismus hervorbringen Multipotente Stammzellen Adulte Stammzellen Multipotent Kommen in vielen teilungsaktiven Körpergeweben vor z.B. Blut, Knochenmark, Gehirn ● → können sich zu verschiedenen Zelltypen, meist eines bestimmten Gewebes, entwickeln Embryonale Stammzellen (ES) pluripotent werden im Blastocystenstadium aus Embryoblast gewonnen Gewinnung humaner ES und Zerstörung von Embryonen ist in Deutschland verboten ● ● Stammzellen totipotent pluripotent multipotent ganzer Mensch jedes Gewebe, kein ganzer Mensch -spezielles Gewebe Inhaltsverzeichnis Von der DNA zum Protein..... Aufbau + Replikation der DNA Watson - Crick - Modell DNA → Desoxyribonukleinsäure.... Funktion der DNA.... RNA Replikation (DNA-Verdopplung) DNA Replikation. Ablauf und Ort der Proteinbiosynthese... Allgemein Transkription.. Proteinbiosynthese bei Eukaryoten: Processing. Translation tRNA Codesonne.. Eigenschaften. Codesonne ...... Wobbletheorie Bau und Vermehrung von DNA-/RNA-Viren... Aufbau Allgemein.. Vermehrung von Viren allgemein Vermehrung von Bakteriophagen. Gene und Gentechnik... Bau und Vermehrung von Bakterien. Regulation der Genaktivität....... Genregulation bei Prokaryoten. Mutation...... Ursachen Arten von Mutationen Evolutionsaspekt von Mutationen Genetischer Fingerabdruck. Restriktionsenzyme (genetische Schere). PCR (Polymerase - Kettenreaktion). Gelelektrophorese.. Neukombination von Genen mit molekulargenetischen Techniken... Genregulation bei Eukaryoten Humangenetik.... Stammbaumanalyse. Beispiele von Erbgängen. Mendelsche Regeln. Genetische Beratung, pränatale Diagnostik und PID. Krebs Stammzellen.. 1 1 1 1 2 2 3 4 5 5 5 6 7 8 9 9 9 9 10 10 11 12 13 13 15 15 18 18 18 20 22 22 23 24 25 17 26 26 27 28 29 30 31