Genetik, Vererbung, Biotechnologie Abitur

Alternativer Bildtext:

Enzymhemmung: . nicht-kompetitive Enaymhemmung: (alosterische) J da die Passform wichtige Ladungs. verteilungen im EnzymimoeeCOL verändert werden. " Enaymhemmung die Oberflächenstrudatur wird verändert, dadurch kann bein Substrat aufgenommen werden, sodass diese blockiert " werden. Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. die Fizellenbildung Oogenese Chronitin die Meiase Interphase Phase höchster Stoffwechselaktivität. In der Interphase findet auch die Verdoppelung der Erbinformation satt (Chromosomen aus einem Chromatid werden zu Chromosomen aus zwei Chromatiden). Prophase Das Erbmaterial beginnt sich zu ordnen und nach und nach sind dann die Chromosomen sichtbar. (Prophase: Das Erbmaterial beginnt sich zu ordnen und nach und nach sind dann die Chromosomen sichtbar) Metaphase I Die Chromosomen liegen paarweise in der Aquatorialebene (jeweils die beiden entsprechenden, die homologen Chromosomen zusammen.) Anaphase I Die Chromosomenpaare werden getrennt. Von jedem Paar wird ein Chromosom vom Spindelfaserapparat zum einen Pol, das homologe Chromosom zum anderen Pol gezogen. Telophase I Die Chromosomen sind an den jeweiligen Polen (Jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden). →neve kemhulle bidet sich Metaphase II Die Chromosomen lagern einzeln in der Aquatorialebene an Anaphase II Jedes Chromosom wird in seine zwei Chromatiden getrennt, ein Chromatid zum einen Pol, das andere zum anderen Pol gezogen. Telophase II Die Chromatiden befinden sich an den Polen. →neve kernhüle bildet sich * LADO DO Geschlechtszellen Eine große Eizelle und 3 kleine unfruchtbare Richtungskörperchen, bzw. 4 gleichwertige Spermien * die Spermienbildung Spermatogenese die DUA wird halikalisiert Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. G1 Gap1 der Zellzyklus ISoudurNUT Mitase G₁-KP bereitung 1 bunja unas Telaphase nicht ok? Metaphase Prophase Anaphase Zeilberteilung 2 genetisch identische Zellen entstehen. M-KP Synthese der DNA- Bausteine DNA-Replikation G2-KP + vergroßerung → Apoptose S-phase Zellkontakte lösen sich M-Kontrollpunkt: Anzahi der chromosomen in beiden Hälften"? G₂-Kontralipunct: Verdopplung der DNA erfolgreich u. richtig? G₁-kontrollpunkt Mutterzele ok?, Größe der zelle wird überprüft G2 Gap2 Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann, Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. interchromosomale Rekombination 1. durch Neulcombination ganzer chromosomen im Salz Die Verteilung der Chromasamen zwei Phasen : bei der Meiase auf haploide keimzellen Die Verschmelzung der keimzellen aur diploiden zygote bei der Befrungtung. aygate befruchtete menschliche Eizellz, die das eindringen weiterer Spermen verhindert. → Die Zahl der Rekombinationsmöglichkeiten ist abhängig von der Anzahl der anramassmen. Bsp.: Aufteilung eines aus 2 hamalagen Chromosomen - paaren bestehenden Satz, in einen einfachen haploiden (la 20) 2 . beim Menschen : (2a 26) 26) anaahl der Chromosomen = 4- (2a Ab) (2b Ab) 2²3 = 8.388.608 verschiedene Möglich- keiten keimzellen zu bilden. Bei der Befruchtung verschmelzen zwei keimmzellen: 223 233 = 70 Billionen = 2* Möglichkeiten bezüglich 46 der Neubombination von Chromosomen Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Relcombination 2.) Durch Neukombination von Allelen innerhalb von Chromosamen infalge eines Crassing-over bei der 1. Reifeteilung. intrachromosomale X! - } - !! Paarung der homologen Chromosom en Crossing over chiasmata 1-11 Meiose I Trennung der homologen Chromosomen in der Meiose I Zunge rollen: a + Ohriappen : 6+ Meiase B 1-11 Frage: Wie kann es sein, dass jemand die Zunge rallen kann, aber keine Ohriäppchen besitzt, werden normalerweise gemeinsam vererbt? Tetrade: in der Prophase, der Mejose auftretende Vierergruppen zusammenliegender chromatiden, die von den Paaren sich zusammenlagernder homologen chromosomen gebildet werden. Diese Phase nennt sich augatan Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Nudeinsäuren: 1 Computermodell der DNA-Doppelhelix mit Basenstapeln DNA Desoxyribonukleinsäure Durch Verdich- messer tung 30 nm 5-Ende 3'-Ende Stabilität der ONA : DNA Wasserstoffbrücken 10 nm -7x Nucleosomen -40 x Filament 300 nm 200 x Rosette 5 Packstruktur Wasserstoffbrücken Purin Doppel-Helix (schematisch) Ein Ende des Einzelstrangs OH-Gruppe (3-Ende) iPhosphat (S'-Ende) Spirale aus 30 Rosetten 700 nm -10000 x Chromatid Auerbarat Pyrimidin Orientierungsmöglichkeit Informationsspeicherung in Reinen folge der Basen 3-Ende 5-Ende ▲ Aminogruppe Rosette aus 6 Schleifen -Schleife Basenstapelkräfte Bau der DNA: das DNA- Doppelhelixmodell Kemgerüst Verkettung von DNA-Nukleotiden ->> Adenin Nucleotid Phosphat besteht aus Zucker (Desoxyribase) Phosphat und einer der Basen: Adenin (A) - Thymin (T) - Guanin (G) - Cytosin (c) Bindung am Cs. Bindung am & Atom 1G-Atom Atom des Zuckers Verknüpfung der Nucleatide durch Bindung zwischen C3-Atom und dem Phosphat des nächsten. → Kette aus sich abwechselnden Phosphaten und Zucker • hohe Anzahl an Wasserstoffbrückenbindungen in doppelsträngiger DNA •Basenstapelkräfte zwischen übereinanderliegenden Basen →WW aw. π-Elektronen und Aminagruppen DUA Liegt bei Eukaryoten in sehr verdichteter Form vor Histone ( Gruppe von Proteinen) → „Lockenwickler", um die die DNA- Doppelhelix je zweimal gelegt ist → Nudeasam → Schleifen: Nucleasamenstrang weiter aufgewunden → andere Proteine weitere Schleifen → bei Zellteilung um ein zentrales Proteingerüst Chromatid kondensiert au Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Chromasamen: 1 Verpackungsform 20. 2 Mitosen. zu Beginn Melose → langgestreckt -> wenig spieralisiert Gen. Information ist zugänglich Replikation möglich Metaphase-c Chromatid Zentromer der DNA" Chromatid Zentromer DNA- Molekül (Doppelhelix) Chromosom in Arbeitsform Zentro- mer -Chromesem: 25302} Trennung der Chromatiden (Anaphase der Mitose bzw. während der Meiose) Verdopplung der DNA durch Repli- kation vor der Mitose bzw. der Meiose Ein-Chromatid- Chromosom Zentromer Zentromer Allel (ohrläppchen) Lokalisierung eines Gens auf dem Chromosom DNA-Molekül (Doppelhelix) Chromatid DNA-Molekül (Doppelhelix) Chromosomen des Menschen → Jede diploide Zelle hat einem Satz homologer Chromosomen (2n) Eines vom Vater und eines von der Mutter. Zentromer DNA-Molekül (Doppelhelix) Chromatid Chromosom in Transportform; je ein DNA-Molekül (Doppelhelix) bildet ein Chromatid; Metaphase- Chromosom (Zwei-Chromatid- Chromosom) Haploide Zellen sind beim Menschen typischerweise die Eizelle und das Spermium, sie enthalten nur einen einzelnen Chromosomensatz (n). während Mitose. /Meiose 22 Paare Autosomen: Jene Chromosomen, die nicht zu den Geschlechtschromosomen (Gonosomen) gehören →→→ Zwei Doppelstränge Mehrfach spiralig aufgewickelt: →→→→→Verdickt& verkürzt →DNA kann nicht abgelesen oder repliziert werden 23 Paare: 46 Chromosomen 1 Paar Gonosomen: Geschlechtschromosomen, welche das Geschlecht des Individuums bestimmen XX: Frau; XY: Mann Hemiaugotie Genom Erbgut eines Lebewesens Gesamtheit der materiellen Träger der vererbbaren Information Genotyp 2 Genetische Ausstattung eines Individuums Phänotyp: Schließlich sichtbarer ausgeprägte Merkmale Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Vorlagen: Matrix / Mutterstrang Matrize des Leitstrangs 3¹-5¹ 3' 5' 1 Primer kontinuierlich synthetisierter Leitstrang Polymerase gleiche Richtung wie Helicase Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. RNA-Primer Primase jedes Fragment benötigt eigenen 5 Primer 1 Schema einer Replikationsmaschine Gleitklammerprotein DNA-Polymerase Helicase Schleifenbildung selbe Orientierting Okazaki-Fragment mehrere Enzyme arbeiten zusammen 5' 3′ 3′ 5' chenweise synthetisiert ursprünglicher DNA-Doppelstrang Matrize des Folgestrangs 5-3¹ diskontinuierlic synthetisierter Folgestrang Polymerase nur 3¹-5 →Primase baut Primer irgendwo Mechanismus DNA- Replikation: in der Interphase wird die DNA identisch verdoppelt. DNA- Replikaations-Beschreibung. Die Replikation der DNA erfordert also ein Auftrennen der alten Doppelstränge • Dies beginnt an den Replikationsursprüngen (Origins) viele AT - Basenpaare, geringe Anzahl an Wasserstoffbrückenbindungen und schwächere Basenstapelkräfte leichteres öffnen Mehrere Enzyme arbeiten als ,,Replikationsmaschiene" eng zusammen • 2 dieser Multienzymkomplexe erkennen und binden sich an ein Origin Arbeiten in entgegengesetzte Richtungen 1. Helicase trennt die beiden 2. Einzelstrangbindungsproteine halten die Einzelstränge getrennt → 3. die beiden RNA-Polymerasen eines Multienzymkomplex nutzen jeweils den originalen Einzelstrang (Matrize) als Vorlage und freie energiereiche Nuklrotide als Bausteine, um durch komplementäre Basenpaarungen (A-T/T-A; G-C/C-G) → 2 identische Kopien des ursprünglichen Strangs herzustellen Immer von 5` in 3` Richtung: vermutlich um hohe Genauigkeit zu sichern Stränge sind aber antiparallel!! Einzelstränge-Y-förmige Replikationsgabel Nur einer der Einzelstränge kann kontinuierlich synthetisiert werden (Leitstrang) Der Folgestrang wird in kleinen Stücken (Okazaki-Fragmente) diskontinuierlich synthetisier 4. Gleitkammerproteine halten den Kontakt zwischen DNA und Polymerase aufrecht 5. Polymerasen benötigen Primer (kurze, komplementäre RNA-Stücke am 3) als Startpunkt, dieser wird durch Primase des Multienzykomplex eingebaut → Leitstrang: einer reicht; Folgestrang: jedes DNA-Fragment benötigt einen eigenen 6. RNase H entfernt Primer auf den Tochterstränger 7. Spezielle andere Polymerase füllt Lücken mit normalen DNA Nukleotiden 8. Ligase verknüpft Okazaki-Fragmente Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Ribonukleinsäure (RNS) ähnlicher Aufbau wie DNA (Zucker, Base, Phosphat) jedoch Unterschiede: -Desoxyribose ähnlich gebautes Zuckermolekül Ribose als Grundbaustein -Thymin →Uracil -i.d.R nur Einzelstrang; kürzer, geringe Lebensdauer - Funktion: Umsetzung von genetischer Information in Proteine Informationsträger:mRNA ; katalytisches Molekül bei Translation der Infos in Protein: rRNA, TRNA RNA : Proteinbiosynthese : Die Umsetzung und Realisierung der genetischen Information findet in zwei klar voneinander getrennten Teilvorgängen statt. DNA Transkription mRNA. Translation Polypeptid Transkription: • Protein wird benötigt → kopie des entsprechenden Abschnitts erzeugen • Transportmolekül für genetische Information: Ribonucleinsäure (RNA) → m - RNA : "messenger "- RNA Iniation: Bindung der RNA-Polymerase an einer spezifischen DNA-Sequenz → Promotor:Viele benachbarte AT - Basenpaare geringere BasenStapelkräfte, Wasserstoffbrückenbindung) ->>> Anlagerungen Transkriptionsfaktoren → Proteine, die RNA-Polymerase helfen, sich an zu lagern und zu starten beeinflussen damit wie oft welches Gen transkribiert wird und somit welche Proteine häufiger als andere hergestellt werden → Blasenartige Öffnung und Entwindung der DNA Elongation: →>>>> RNA-Synthese Nur der Matrizenstrang (=codogener Strang) dient als Vorlage RNA-Polymerase lagert komplementäre Nucleotide in 5'->3` an → mRNA Einzelstrang ständig länger werden der RNA-Moleküle löst sich von der DNA und der DNA -Doppelstrang schließt sich hinter der Polymerase sofort wieder. Termination : Stoppsequenz (Bestimmte Basenabfolge) (Terminator) Enzym löst sich von DNA und setzt m-RNA frei Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Benötigte Komponenten: DNA, Nucleosidtriphosphate der vie Basen, RNA- Polymerase DNA-Entwindung neu hinzukommendes RNA-Nucleotid Verlängerung der RNA Richtung der Transkription DNA-Rückwindung Qahin Promotor- region 5' DNA-Matrizenstrang RNA-Polymerase Nucleosidtriphosphate mRNA cocagener Strang لكمون لمهم للمه 000 bb nPP RNA-Nucleotide 5'-Ende RNA-Polymerase kann nur vom 5'->3' Ende aufbauen legt fest, Codogener Strang: 3'->5' Der genetische Code: In der Basensequenz der DNA verschlüsselt vorliegende Informationen zur Bildung einer Aminosäuresequenz 20 verschiedene Amionosäuren: unbegrenzte Anzahl verschiedener Aminosäuresequenzen Basensequenz m-RNA legt fest in welcher Reihenfolge die Aminosäuren zu langen Ketten verbunden werden, um ein funktionsfähiges Protein zu erhalten. - Eigenschaften des genetischen Codes: Triplet-code: jeweils 3 Basen (Codon) erhalten die Information für eine spezifische Aminosäure → redundant: Manche Aminosäuren sind mehrfach codiert 3' Val (Valin) Glu Asp Glutamin- (Asparagaure) säure) Ala (Alanin) clice colou calous A C U Ser (Serin) Lys (Lysin) Arg AG (Arginin) C U XG U Asn (Asparagim) A Gly Phe Leu (Glycin) (PhenyLeucin alaning Thr (Threonin) Ser (Serin) CAGUCHOUC C GUC GU AC POSG PICISGACUGACUG4C 60 7 C C A G U C UG A Gln Tyr (Tyrosin) Arg (Gluta- lle (Isoleucin) (Arginin) min) CAGU His (Histidin Cys (Cystein) (Trypto- Trpphan Pro (Prolin) Leu (Leucin) Start Stopp Die Code - Sonne gibt die Sequenz der mRNA an und wird von innen nach außen (in 5'->3')gelesen Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Vorsicht Falle! Rund um das DNA-Begriffswirrwarr... Ausgangssituation DNA liegt bekanntlich als antiparalleler Doppelstrang vor. Bei der Transkription, also bei dem ,,Um- schreiben" von DNA in RNA, wird von dem entsprechenden Doppelstrang lediglich einer der bei- den DNA-Einzelstränge transkribiert. Dazu existieren in der Fachliteratur verschiedene Bezeich- nungen: von „codierend", „codogen", „Sinnstrang" und „Matrizenstrang" kann man lesen. Diese Be- griffe werden in unterschiedlichen Büchern unterschiedlich, zum Teil sogar missverständlich ge- braucht. Die folgenden Definitionen sind dem Lexikon der Biochemie" (Spektrum Akademischer Verlag, 1. Aufl., 2000) entnommen. Sie richtet sich an einer internationalen Übereinkunft aus - soll- te daher verlässlich sein. Definition . Codierender Strand (= nichtcodogener Strang): nach (internationaler) Konvention der Strang einer doppelsträngigen DNA, der die gleiche Nucleotidsequenz besitzt wie das RNA-Transkript (z. B. mRNA), das von der doppelsträngigen DNA abstammt (mit T an Stelle von U). Es handelt sich hierbei nicht um den DNA-Strang, der als Matrize für das RNA-Transkript dient. Deshalb wird der codierende Strang auch "Nichtmatrizenstrang" genannt. (Alternative, aber nach Mei- nung der 1989-JCBN/NC-IUB-Newsletter weniger zu präferierende Bezeichnungen sind "Ge- gensinnstrang" und "Transcribierungsstrang".) Codogener Strang (= anticodierender Strang, Sinnstrang): der Strang einer doppelsträngi- gen DNA, der in RNA transkribiert wird, d.h. der Strang, der als Matrize für die Transkription dient (Matrizenstrang). Codon (= Codetriplett): eine lineare Sequenz von drei aufeinander folgenden Nucleotiden in einem DNA-Molekül oder der RNA, die eine bestimmte Aminosäure spezifizieren. Im Laufe der Translation wird das Codon in der mRNA mit dem Anticodon in der tRNA gepaart, die eine spe- zifische Aminosäure trägt. Beispiel DNA-Doppelstrang Gebildete RNA DNA-Teilstrang 1 DNA-Teilstrang 2 5- AGC TTG AAG TC-3 3- TCG AAC TTC AG-5 5- AGC UUG AAG UC-3' ©2005 STN 5- AGC TTG AAG TC-3 5'- GAC TTC AAG CT-3 = DNA-Teilstrang 1 = DNA-Teilstrang 2 = RNA-Transkript = Codierender Strang = Nicht-codogener Strang Nichtmatrizenstrang = Codogener Strang 3'-s' = anticodierender Strang = Sinnstrang, Matrizenstrang Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Translation der t-RNA : Bei der Translation wird die in der mRNA erhaltene Information in die Aminosäuresequenz der Proteine übersetzt. Der genetische Code gibt an, welches Basen Triplet in welche Aminosäuren übersetzt wird. t-RNA stellt Bindeglied zwischen Basen- und Aminosäurensequenz dar Aufbau der tRNA: Raumstruktur. L-förmig Jede tRNA enthält ein spezifisches Basen Triplet, das Anticodon. tRNA bindet an komplementäres Codon der mRNA. Bindung der spezifischen Aminosäure: 3`-Ende des tRNA Moleküls 5 ● langer Arm Ser MMMMMM. m-RNA Translation Die Translation erfolgt an den Ribosomen. Das Ribosom: kurzer Arm A Anticodon B Anticodon endladene t-RNA verlasst Ribasom Aminosäure- bindungsstelle Met Leu His 5'-Ende Toode Aminosäure- bindungsstelle f t-RNA dient als Adapter, um jede Aminosäure an die richtige Position in der Peptidkette zu bringen im Cytoplasma beladen→ Transport zu den Ribosomen E Ribosomen wandert auf der m-RNA und übersetzt Nukleotidensequenz in Aminosäuresequenz Auswahl der richtigen Aminosäure erfolgt durch das verknüpfte Enzym: Aminoacyl-t-RNA-Synthetase 1 MA P Erkennen das Anticodon A Jede Aminosäure: eigenes Enzym Erkennt die charakteristische Raumstruktur Schlüssel - Schloss -Prinzip In das aktive Zentrum der Synthetase passt nur die richtige Kombination aus Aminosäuren zugehöriger tRNA. Beladen diese mit der zugehörigen Aminosäure t-RNA, welche verbunden mit der wachsenden Teptidkette ist. Besteht aus Proteinen und Nukleinsäure, der r-RNA !! t-RNA Moleküle werden nur am Ribosom gebunden, wenn ihre Anticodons komplementär zu den Codons der m-RNA sind t-RNA, welche die nächste Aminosaure der kette trägt Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. A Ein Weiterverkauf ist verboten. Ablauf der Translation: Initiation (Start): → Die mit Methionin beladene Start-t-RNA mit dem Anticodon (UAC) und die kleine Ribosomenuntereinheit binden an das 5'-Ende der m-RNA Seite 37 kopieren Dieser Komplex wandert in Richtung 3'-Ende der m-RNA bis er auf ein Startcodon AUG trifft →große Ribosomenuntereinheit kommt hinzu Elongation (Verlängerung der Peptidkette): Eine Aminosäure wird an die Andere gehängt 1. Codonerkennung: → An der P-Stelle ist eine t-RNA mit wachsender Peptidkette gebunden →t-RNA mit der nächsten Aminosäure der Kette bindet an die unbesetzte A-Stelle des Ribosoms, indem ihr Anticodon Basenpaarung mit dem Codon der m-RNA eingeht, welches an der A-Stelle exponiert ist 2. Peptidbindung: →Das Ribosomen katalysiert eine Peptidbindung zwischen der wachsenden Peptidkette und der gerade angelieferten Aminosäure der t-RNA an der A-stelle Polypeptid trennt sich von t-RNA an der T-Stelle, hängt an t-RNA an der A-Stelle 3. Verschiebung: Das Ribosomen rückt darauf hin in 5′-> 3′ Richtung um genau 3 Nukleotide (Codon) auf der m-RNA weiter Entladene t-RNA wird auf E-Stelle verschoben und löst sich ab t-RNA mit wachsender Peptidkette befindet sich wieder an der P-Stelle und die A-stelle ist wieder frei Peptid wird jeweils um eine Aminosäure verlängert und zwar genau so, wie ist das Codon der m-RNA vorschreibt Termination (Ende der Translation): Erreicht die A Stelle des Ribosomens eines der Stopcodons (UAA, UAG, UGA): Bindet ein Protein (Freisetzungfaktor) an die A-Stelle Peptidkette löst sich ab und nimmt Raumstrucktur ein Komplex aus m-RNA und Ribosom zerfällt Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Start-t-RNA- 5 m-RNA Beginn der Translation a m-RNA wachsende Met Leu His Val Aminosäurekette E Startcodon E P P A Verlängerung der Aminosäurekette M.D. P A Freisetzungs- faktor Stoppcodon (UAG, UAA oder UGA) 8 Ende der Translation 2 Die drei Schritte der Translation (schematisch) MM, 3⁰ 5° kleine Ribosomen- untereinheit Mil P-Stelle b Met Leu His freies Polypeptid E Gesamtheit an Ribosomen an einem m-RNA Strang: Polysome PA MMMMMM E 000000 E P A große Ribosomen- untereinheit P A MA A Damen-Mit Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Proteinbiosynthese bei Eukaryoten: Die zentralen Abläufe der Proteinbiosynthese stimmen bei pro- und Eukaryoten überein DNA- Matrizenstrang Transkription prä-mRNA Prozessierung reife mRNA Kernhülle 5 Translation Polypeptid Exon Intron cap 5' 5' Exon Besonderheiten: Gen Intron Spleißen codierende Region Abb. 4.25: Proteinbiosynthese bei Eukaryoten Exon Lasso-Struktur Transkription im Zellkern Translation im Cytoplasma Nucleus 3' 3' Poly A Cytoplasma Ribosom 3' Wanderung des Ribosoms Mosaikartige Zusammensetzung der DNA: Die eukaryotische DNA besteht aus codierten Abschnitten (Exons) und nicht codierten Abschnitten (Introns) Beide werden als vorläufige prä-mRNA transkribiert Reifung der m-RNA (Prozessierung): Die Prä-m-RNA durchläuft im Zellkern einen mehrfachen Umbau bis hin zur reifen m-RNA →→→Die Introns werden unter Bildung von ,,Lasso-Strukturen" herausgeschnitten (Spleißen) gestückelte genetische Information liegt nun zusammenhängend vor 5-Ende hat eine besondere Sequenz (cap-Sequenz). - Erleichtert Anlagerung des Ribosoms 3'-Ende wird mit bis zu 250 Adenin-Nucleotiden versehen Poly (A)-Schwanz verhindert den schnellen Abbau der DNA TRANSLATION VERLÄUFT WIE BEI PROKARYOTEN Ribosomenaufbau: eukaryotische 80S-Ribosomen bestehen aus 60S- und 40S- Untereinheiten Prokaryotische 70S-Ribosomen bestehen aus 50S- und 30S- Untereinheiten Weiterverkauf ist verboten Nur geeignet für prich Johanna Bellmann Lemzettel erstellt durch Johanna 3.4 Vergleich der Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten Codierung der DNA Transkription Promotor RNA-Polymerase Translation Ablauf der beiden Teilschritte Bearbeitung der mRNA (,,Reifung") Existenzdauer der mRNA Anlagerung der mRNA an das Ribosom Ribosomen Geschwindigkeit der Proteinbio- synthese Prokaryoten Eukaryoten Es gibt nur codogene Bereiche. Es existieren nicht-codogene Bereiche. im Zellplasma ein Promotor für mehrere Strukturgene (Operon; siehe S.79) eine im Zytoplasma am gleichen Ort, Beginn der Translation bereits von Ab- schluss der Transkription keine kurzlebig, meist kürzer als 2 Minuten spezielle Ribosomen-Bin- dungsstelle aus wenigen Basen vor dem Start-Codon 70 S-Ribosomen (50 S- und 30 S-Untereinheit); 104-2-104 pro Zelle Faktor 1 im Zellkern ein Promotor für jedes Gen drei verschiedene im Zytoplasma räumlich getrennt, zeitlich nacheinander Anfügen von Kappe und Poly- A-Schwanz, Spleißen langlebig mRNA-Kappe vermittelt die Anlagerung an das Ribosom 80 S Ribosomen (60 S- und 40 S-Untereinheit); 105-107 pro Zelle (Zytoplasma) Faktor 10 (das heißt 10-mal schneller) Tab. 2: Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Proteinsynthese und der daran beteiligten Zellstrukturen von Prokaryoten und Eukaryoten Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Genregulation bei Prokaryoten: Gene, die ständig benötigt werden: konstitutive Gene Gene, die nach Bedarf an oder abgeschaltet werden: regulierte Gene Das Operon-Modell JACOB UND MONOD Entwickelten ein Modell zur Regulation der Genaktivität 1965 Nobelpreis Folgende Elemente: Struckturgene: sie enthalten die genetische Information zur Bildung der Enzyme Regulatorgen: dieses enthält die Information zur Bildung eines Repressor-Proteins Repressor: Protein, dass die Enzymsynthese unterbinden kann Operator: DNA - Abschnitt, an den das Repressor-Protein reversibel bindet Promotor: DNA - Abschnitt, an den die RNA-Polymerase bindet Operon: Oberbegriff für den DNA -Abschnitt aus Promotor, Operator und Strukturgen @ ohne Substrat (2) Substrat vorhanden Substrat-Induktion: Das lac-Operon Regulatorgen i m-RNA Endprodukt vorhander Repressor (aktiv) Regulatorgen m-RNA 1 Substrat Lactose (Effektor) 1 Substrat-Induktion: Das lac-Operon von E. coli m-RNA Pro- motor Anlagerung Repressor (inaktiv) m-RNA Operator Strukturgene RNA-Polymerase Art Schalter für Gene des Lactoseabbaus Repressor (inaktiv) keine Anlagerung Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. m-RNA Endprodukt-Repression: Das Tryptophan-Operon RNA-Polymerase m-RNA Enzyme für Lactose-Abbau keine Transkription der Strukturgene Anlagerung Transkription ✓ erfolgt RNA-Polymerase Endprodukt Tryptophan (Effektor) 2 Endprodukt-Repression: Das Tryptophan-Operon von E. coli Enzyme für Tryptophan-Aufbau Transkription erfolgt S keine Transkription der Strukturgene Regulatorgen codiert für ein Repressor-Protein, das an den Operator bindet und Transkription blockiert. Substrat Lactose lagert sich als Effektor an den Repressor Ändert dessen Raumstrucktur: → Löst sich von DNA, inaktiviert RNA-Polymerase hat ,,freie Bahn" → transkribiert die Gene des Lactoseabbau spalten Lactose in Glucose und Galactose-> Bakterien verwerten Nach Abbau: Repressor bindet an Operator Repressorprotein liegt in der inaktivierten Form vor → Kann nicht an seinen Operator binden →→Strukturgene für trp-Stoffwechsel werden ungehindert abgelesen Tryptophan-konzentration steigt und damit auch die Wahrscheinlichkeit, dass ein TRP sich als Effektor mit einem Repressorprotein verbindet. ->> Änderung Raumstruktur des Repressors: →→ Aktiv, lagert sich an Operator → Trp-Operon blockiert Transkription gestoppt →→→Hohe Konzentratioin des Endprodukts, Produktion wird abgeschaltet (negative Rückkoppelung) Genregulation bei Eukaryoten Bei Eukaryoten gibt es viele Schritte auf dem Weg von der DNA zum funktionsfähigen Protein, die prinzipiell alle reguliert werden können. Zelle kann Synthese ihrer Proteine auf verschiedenen Ebenen regulieren, in dem sie beeinflusst: → Zu welchem Zeitpunkt und wie oft ein Gen transkribiert wird → wie die Prä-m-RNA gespleißt wird Welche m-RNA-Moleküle an den Ribosomen translatiert werden →→Welche Proteine nach der Synthese selektiv aktiv oder inaktiviert werden Regulation auf Transkiptionebene: Promotor-Region: Erkennungsstelle für die RNA-Polymerase bewirkt den Start der Transkriptionen Häufig eine Basensequenz, die reich an Thymian und Adeinin ist (TATA-BOX) Mutation im Bereich der TATA-BOX setzen die Promoterfunktion und Transkriptionsrate herab Transkriptionsfaktoren: Regulatorproteine, die an die Promotorregion binden und der Anlagerung, sowie Aktivierung der RNA-Polymerase dienen Enhancer und Silencer: Zusätzliche Kontrollsequenzen einige Tausend Basenpaare vom Transkriptionstart entfernt Genaktivierung: Hormone können Gene auf verschiedene Arten aktivieren hydrophile Liphophile: Hormone Cytoplasma -Hormon (Testosteron) Zellkern Lipidschicht Zellmembran Schlüssel-Schlass-Prinzip Enhancer (engl. Verstärker) binden nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip Aktivatorproteine Schleifenbildung der DNA: → Kontakt mit den Transkriptionsfaktoren am Promotor ermöglicht → Transkription stimuliert Silencer (engl. Dämpfer) unterdrücken die Transkriptionsaktivität Rezeptor- protein complex ban passieren Kernmembran (bann an gent totoristy Albsonite binder DNA XXXXXXXXXXXxxxx Gen 3 Genaktivierung durch lipophile Hormone : m-RNA Plasma- membran neues Protein Ribosom Transcription bes) Gre auscelidst G-Protein phosphoryliertes O Protein Cytoplasma Protein-Kinase zelluläre Antwort Rezeptor Oberfläche der Ziel selle Signalmolekül Zellkern regulatorische DNA-Sequenz inaktiver Transkriptions- faktor Transkriptionsfaktoren Promotor 2 Transkriptionsfaktoren OO ↓ ↓ Enzym Adenylat-Cyclase Zellmembran -C-AMP eine Reihe von Proteinen alotiviert DNA XXXXXXXXXXXXXXXxx Gen 4 Genaktivierung durch hydrophile Hormone aktivieron... aktiver Transkriptions- Pfaktor (Enhancer) Mediator m-RNA Gen X RNA-Polymerase Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Epigenetilc: Sie beschäftigt sich mit der erblichen genetischen Modifikation mit Wirkung auf den Phänotyp ohne Änderung der DNA-Sequenz. Die Veränderung betrifft beispielsweise die Aktivität des Gens. →Der Aktivitätszustand des Gens kann vererbt werden Epigenetische Veränderungen können vor allem durch Umwelteinflüsse hervorgerufen werden Unterschiedliche Regulationsmechanismen legen fest, welche Gene ein-/ abgeschaltet sind. 1. mögliche Stilllegung: Methylierung der DNA Gene abgeschaltet X Acetylgruppen werden entfernt 2 Genregulation durch Komprimierung der DNA Spezielle Enzyme, die DNA-Methyltransferasen, hängen vorrangig an die Base Cytosin eine Methylgruppe (-CH3) RNA-Polymerase bindet nicht, Gen wird nicht abgelesen Veränderung der Raumstruktur Blockierung der RNA-Polymerase Transkriptionen unterbleibt und die Gene sind damit funktionell stillgelegt (Silencing) Methylierung der freien herausragenden Ende der Histone (Histonschwänze) → Diese Methylgruppen sind Signalsequenzen für weitere Proteine, die das Anheften der RNA- Polymerase und anderer Transkriptionsfaktoren verhindern Gene angeschaltet X³ MD- Me DNA-Methylierung Methylierungzustand kann durch entfernen der Methylgruppen wieder rückgängig gemacht werden → Lockere Form des Euchromatins und die Gene werden wieder angeschaltet 2. Markierungen im Genom: Chromosom im Zellkern DNA-Strang Histone- Me Acetylgruppen werden angehängt RNA-Polymerase bindet, Gen wird abgelesen • Eine mögliche Stilllegung der Gene findet durch die Komprimierung des Cromatins statt. → Heterochromatin: ca. 10% des Genoms liegen konstitutiv und dicht gepackt vor Stilllegung ->RNA-Polymerase kann wegen der entstandenen Wicklung die DNA nicht ablesen → Wirkt wie eine Veränderung im Genom →Transribtionsrate eines Gens wird gesteuert Enzymatisch funktionelle Gruppen (z.B Acetylgruppen) werden angefügt oder abgespalten (Acetylierung oder Deacetylierung) Acetylierung der Histone.→ Geringe Packungsdichte. → Hohe Transkriptionsrate Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann jo krelos - Fehler in der Informationsübertragung · : Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumor-Supressorgenen im Hinblick auf die Regulation des Zellzyklus Krebs: Sammelbezeichnung für jede Bösartige (maligne) Neubildung von Gewebe (Tumor, Wucherung oder Geschwulst), die durch unkontrolliertes Wachstum und zerstörendes Eindringen in umliegendes Gewebe gekennzeichnet ist Regulation des Zellzyklus: In gesunden Zellen: Steuerung über zwei Klassen von Genen, die normales Zellwachstum, die Zellteilung und die Zelldifferenzierung steuern. Proto-Onkogne: Genprodukte fördern Zellteilung Tumor-Suppressorgene: Genprodukte haben hemmenden Einfluss auf Zellteilung Unterliegen Regulation durch spezifische Wachstumsfaktoren aus benachbarten Zellen Wachstumsfaktoren an Rezeptoren auf Zelloberfläche gebunden: → kaskadenartige fördernde/hemmende Signalweiterleitung zum Zellkern Codieren auch Moleküle der Signalkette, an deren Ende ein Transkriptionsfaktor Aktivität von Genen fördert oder hemmt Fehlgesteuert Zellteilung: Gesunde Zellen: gegenseitige zellulärer Regulation der Zellteilung Mutationen durch karzinogene Einflüsse: auch in Abwesenheit von Wachstumsfaktoren finden Zellteilungen statt (Hyperplasie) → Funktion verändert oder verloren (Dysplasie) -Signalmolekül kontrolliert normalerweise Cytoplasma obwohl kein Signal Signalverstärkung inaktiver Transkriptions- faktor Nachbarzelle Ras Zellmembran mutiertes Ras-Protein fördert Signal- verstärkung unkontrolliert Protein fördert Zellteilung Tumorbildung aktiver Transkriptions- faktor (Enhancer) DNA XXXXXXXXXXXXX m m-RNA Zellkern Gen 2 Mutiertes Ras-Protein steigert Zellteilung unkontrolliert Bspw. bei Ras-Protein (Rat sarcoma Protein) Zentrales Glied zellteilungsfördernden Signaltransduktionswegs Ras-Onkogen aktiviert unkontrolliert die Zellteilung Es kann auch ein Gen mutiert sein, das für einen anderen Rezeptor des Wachstumsfaktor codiert gutartigen Wucherungen weitere Mutation: Krebs Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Mutiertes p53 aktiviert keine Hemmung mehr: D Cytoplasma Rezeptor wachstumhemmende Signalmoleküle -Signalmolekül . Moleküle der hemmenden Signalverstärkung mutierter inaktiver Transkriptionsfaktor p53 wird nicht aktiviert p53 DNA XXXXXXXXXXXXXXX Zellzyklus-Gen Nachbarzelle Membranproteine übertragen die Signale Zyklus-Stopp Protein fehlt →→ Tumorbildung Zellkern 1 Mutierter p53 hemmt die Tumorsuppressor-Produktion Viele Tumore entstehen durch eine Mutation des Tumorsupressorgens p53, bei Menschen auf dem kurzen Armen von Chromosomen 17 lokalisiert ist. Codierte Tumorsuppressorprotein (p53-Protein): wichtiger Transkriptionsfaktor →Faktor aktiviert Gen, dessen Genprodukt den Zellzyklus anhält, damit DNA-Schäden repariert werden. Veränderte p53-Protein kann Zellzyklus nicht mehr anhalten. → Schnelleres Zellwachstum, ohne dass DNA-Schäden behoben werden können → Tumor Two-Hit-Hypothese Während bei Proto-onkogenen die Mutation von einem der beiden Allele ausreicht, um es als Onkogen zu aktivieren, müssen bei Tumorsuppressorgenen beide Allele mutiert sein, damit das Tumorsuppressorprotein seine Wachstums hämmende Eigenschaft verliert. Etwa 10% werden mit einem mutierten Tumorsuppressorgen geboren: Prädisposition . Genetischer Defekt vererbbar • Eine weitere Mutation genügt, um in Körperzellen Krebs auszulösen Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. MUTATIONEN Ungerichtete, nicht vorhersagbare Veränderungen der Nucleotidsequenz der DIYA eines Organismus Wildtyp Genmutationen DNA m-RNA Protein →größtenteils neutral und chine Veränderung des Phonotyps • Erhöhung genotypische Vielfalt AARY A 1.Ausgangs DNA - Strang Met Lys Phe Gly : Punktmutation: Veränderung einer einzelnen Base in einem Gen Basenpaarsubstitution → unterschiedliche Auswirkungen • neve Basensequenz codiert gleiche Aminosäure Aminosaureaustausch → Proteine mit veränderter Primärstruktur → dadurch veränderte sekundar I Tertiärstruktur können die Funktion beeinträchtigen Iverändern Bildung eines Stopp-Codons → bei Translation entstehen unvoll- ständige, funktionslase Proteine Rastermutation : : Punktmutation A statt G → Leseraster des m-RNA Triplett codes verschoben Stopynthese opp Proteinbio- → Kettenabbruch T statt C ↓ Entstehung eines völlig anderen Proteins A statt T Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Met Lys Stumme Mutation AUGAAG Met AUGU Lys Phe Ser Stopp Austausch einer Aminosäure (Missense-Mutation) Met Rastermutation Stopp Phe Gly Stopp → auch genannt Frameshiftmutation •Basenpaare zusätzlich hinzugefügt: Insertion oder entfernt: Deletion Austausch einer Base, aber identische Aminosäure Kettenabbruch (Nonsense-Mutation) Mutagene außere Einflusse, die Mutationen auslösen können GCUAA And Deletion (A fehlt) AUGAAGUUG Met Lys Leu andere Aminosäuresequenz Insertion (extra A) AUGA. Met Kettenabbruch Stopp Ala ·bspw. Basen analoga. → bei Replication als Platzhalter: Substitution Biologische Synthesebetten: An der Ausbildung der Merkmal eines Lebewesens sind meist mehrere Gene beteiligt. Genwirkketten: Alle Gene, die über die von Ihnen gebildeten Enzyme eine Synthesekette steuern, bilden eine Genwirkkette. A Vorläufer- substanz Gen 1 I mRNA 1 Enzym 1 Katalyse Gen 2 I mRNA 2 Enzym 2 Katalyse Ornithin (1. Zwischen- produkt) Abbau von Nahrungs- eiweiß Citrullin (2. Zwischen- produkt) Gen 3 T mRNA 3 Enzym 3 Katalyse Erforschung von Genwirkketten war durch Untersuchung an Mangelmutanten möglich →Organismen, die durch Mutation die Fähigkeit zur Synthese einer oder mehrerer zum Wachstum benötigter Verbindung verloren haben Phenylbrenztrauben- säure (Phenylketon) → Ein Gen kann an der Ausbildung mehrerer Merkmale beteiligt sein, wenn es zu mehreren Genwirkketten gehört Phenylalanin- Stoffwechsel des Menschen : Phenylalanin nicht mehr abgebaut →reichert sich in den Zellen an → Krankheit / Behinderung Phenylalanin D Arginin (Merkmal) Gen A Enzym A Thyroxin kann nicht hergestellt werden →Geistl. Behinderungen → Zwergenwuchs Gen B Tyrosin Enzym B Enzym D Gen D Thyroxin Homogentisinsäure (Alkapton) Melanin Gen C Enzym C Pigment Melanin kann nicht gebildet werden →Albinismus Stoffwechselkette läuft nur bis Alkapton → Kann nicht abgebaut werden, →→ Mit Urin ausgeschieden → Färbt sich schwarz CO, + HyO Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Gentechnik: Biotechnologie molekulargenetische werkzeuge Restriktionsenzyme: → Spalten den DNA-Doppelstrang im Inneren (Endonucleasen) wie biochemische Scheren Hochspezifisch: schneiden nur an bestimmten Stellen Erkennungssequenz: spiegelbildlich . 3′ Basenabfolge des einen DNA-Strangs entspricht der Sequenz des komplementären Strangs in umgekehrter Richtung (Palindrom) →Glatt / versetztes Schneiden • Versetzt: kurzes Stück Einzelstrang DNA ragt heraus: sticky ends →→Tendenz sich wieder zusammen zu lagern : → Schneiden nur DNA, die nicht über Methylgruppen geschützt ist - EcoRI sticky ends 3′ 5 | ប | 5' 5' Abb. 4.45: Wirkungsweise von EcoR1 und DNA-Ligase 5' DNA-Ligase 3′ Zugabe eines DNA-Fragments EcoRI HaeIII -Erkennungssequenz 0 3' EC 5' NEED BC Abb. 4.44: Erkennungssequenz und Wirkung verschiedener Restriktionsenzyme sticky ends blunt ends →Gentechnik verfügt über eine Vielzahl verschiedener Restriktionensenzyme 5' Genau definierte Erkennungssequenzen → Ecor I: nur die Sequenz 5'GAATTC3` und erzeugt dabei sticky ends Hae III: Glatter Schnitt Blunt ends Ligasen: Die sticky ends verbinden sich über schwache Wasserstoffbrückenbindung Das Enzym verknüpft die Enden durch eine stabile Elektronenpaarbindung (Ligation) → durchgehender Strang Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Methoden des Gentransfers: Vektoren Transfer von Fremd-DNA in ein Organismus kann über Vektoren (,,Genfähren") erfolgen Häufig werden bakterielle Plasmide genutzt (ringförmige DNA-Moleküle) Plasmid und Fremd-DNA werden mit gleichem Restriktionsenym behandelt → Zufällige Kombi der sticky ends: rekombinante Plasmid Einschleusen in die Bakterien (Transformation) AmpⓇ Plasmid Fragmente alo Selektion Ligation der geschnittenen Fragmente geschlossenes Transformation Plasmid Restriktions- schnittstelle Gen (lacz) fehlende Resistenzon Schneiden mit Restriktionsenzym keine Kolonien um Bakterienstamme, die das Plasmidl und das Iclonierende Gen tragen identifizieren Agarplatte mit X-Gal und Ampicillin au 3 Konstruktion eines Expressionsvektors zu klonierende DNA neukombinierte Plasmide + ß-Galactosidase-Gen weiße Kolonien Restriktions- schnittstelle blaue Kolonien, wenn sie es tragen → blau durch Stoffwechsel- abticitat Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Chromosomenmutationen: Genommutation: Veränderungen der Anzahl der Chromosomen Euploidie: Veränderung der Anzahl der Chromosomensätze (Haploidie/ Diploidie) Aneuploidie: einzelne Chromosomen sind zusätzlich vorhanden oder fehlen Nullisomie: ein hom. Chromosomenpaar fehlt Monosomie: einzelnes Chromosom geht Polysomie: min ein hom Chromosom ist zu viel Trisomie: ein hom. Chromosom ist zu viel Nondisjunction während der 1. Reifeteilung der Meiose: Fehlende Trennung homologer Chromosomen Nondisjunction während der 2. Reifeteilung der Meiose: Bei einem Chromosom unterbleibt die Trennung der Chromatide 1. Deletion GENETIK Lor 3. Inversion → Inversion: Chromamenstück fügt sich in umgekehrter Richtung in sein Ursprungschromasam ein GENETIK numerische Chromosomenanomalien Strukturelle Chromosomenanomalien: Deletion durch einen Bruch geht ein Teil des Chromosoms verloren • Duplication: Chromasamenstücke liegen durch Anfügen eines deletierten Chromasamenalbschnitts al ein homologes chromosom doppelt →Translokation: deletierte Fragment wird auf nicht homologes Chromosom übertragen GENTIKE 2. Duplikation KITENEG Chromosomenanomalien bei Gonasamen. > bspw. Turner- Syndrom: Frau lediglich ein X-chromasom (Manasomie) unfruchtbar GENETIK Geschlechts- zellen (diploid) > bspw. Klinefelter-Syndrom: Männer besitzen überzähliges X Chromosom → unfruchubar, überdurchschnittliche Gliedmaßen 4. Translokation Geschlechts- zellen (haploid) Zygoten GENETIK BIOLOGIE Abb. 4.53: Schematische Darstellung verschiedener struktureller Chromosomenanomalien BIOTIK normal GENGENETIK GENELOGIE n23 46 Meiose 2n+1 46+A Trisomie Abb. 4.54: Entstehung von Monosomien und Trisomien Nondisjunction n+1 00 2n-1 Monosomie n-1 Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann. Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Stammbaumanalyse: Ziel: Genotypen Zuordnung bei gegebenen Phänotypen Risikoabschätzung für das Auftreten einer Krankheit Nur Merkmale, die monogen vererbt werden. Bei den Stammbaum Analyse gilt es, folgende Fragen zu beantworten: 1. Welche Wirkung zeigt das untersuchte Gen (ist es dominant oder rezessiv?) 2. Auf welchem Chromosom liegt das Gen (Autosom oder Gonosom)? Bei gonosomaler Vererbung ist zu bedenken, dass das Y-Chromosom genarm ist und fast alle relevanten Gene auf dem X-Chromosom liegen. →Daher besser: X-chromosomale Vererbung Analyse von Erbgängen: Dominanter Erbgang: die Anwesenheit eines Allels (Heterozygotie) reicht aus, um das Merkmal zur Ausprägung zu bringen → typisch: gehäuftes Auftreten des Merkmals, zumeist in jeder Generation Rezessiver Erbgang: nur im Fall der Homozygotie phänotypisch erscheinen relativ selten eine Generation übersprungen und dann wieder erscheinen 2 nicht Betroffene haben ein merkmaltragendes Kind Autosomaler Erbgang: unabhängige Vererbung vom Geschlecht Gonosomaler Erbgang: treten in Abhängigkeit vom Geschlecht auf . } Unvollständige Penetranz und variable Expressivität: Unvollständige Penetranz: → Bei einigen Krankheiten mit autosomal - dominantem Erbgang wird das dominante Allel nicht von jedem Träger phänotypisch ausgeprägt Variable Expressivität: Unterschiedlicher Ausprägungsgrad der Symptome einer Erbkrankheit bspw: Neurofibromatose (unkontrolliertes Wachstum von Nervengewebe) eindeutige Beweise Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Erblich bedingte krankheiten: Autosomal dominante Erbgänge: - Beide Geschlechter sind gleich häufig erkrankt - Krankheit tritt gehäuft über mehrere Generationen auf -Phänotyp heterozygoter Genträger (Aa) = Phänotyp homozygoter Genträger (AA) X-chromosomal dominanter Erbgang: Männer und heterozygote Frauen erkranken -merkmaltragende Allel liegt auf einem X- Chromosom - Väter vererben Krankheit auf alle ihre Töchter Nie auf ihre Söhne bekommt nicht betroffenes Y-Chramasam - Mutter erkrankt: 50% der Kinder von Krankheit betroffen Autosomal rezessivere Erbgänge: - Beide Geschlechter sind gleich häufig erkrankt Möglichkeit Generationen zu überspringen Nur homozygote Genträger (aa) erkranken - 2 Betroffene krankes Kind dominante Vererloung |Ala A AA Aa a Aalaa Phänotypisch gesunde Eltern: 25% erkrankte X-Chromosomal rezessiver Erbgang: - Heterozygote Frauen (XalXb) phänotypisch gesund, da neben dem X-chromosom mit dem mutierten Allel ein weiteres mit intaktem Allel besitzen Hemizygotie →→→→Jedoch Überträger (Konduktorinnen) Können geschädigtes X-Chromosom an Nachkommen weitervererben fast ausschließlich hemizygote Männer erkranken, die das defekte Allel auf X-Chromosom tragen →→ Allel fehlt auf dem Y-Chromosom - seltene Fälle Töchter, wenn Mutter Konduktorin und Vater erkrankt - Frauen erkranken nur bei als homozygote Genträger Vater krank: - alle Söhne gesund - alle Töchter Konduktorinnen bspw. Warum kann man anhand diesen Abschnitts erkennen, dass es sich bei Marfan-Syndrom um eine dominante vererbte Krankheit handelt beide Eltern sind Träger (AA oder Aa) -gesunde Person also nur bei aa wäre es resessio beide Ettern aa (kein A (gesund), da dieses sich durchsetzen würde) alle cinder aa alle krant Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten, Beispiel x-chramasamal-rezessiver Erbgang: 17 CUID CHILD D 10 18 19 5 D. gesund PO 3 6 CHILD 20 12 2 21 Abb. 24: Phänotyp und Genotyp eines Familienstammbaums zur Vererbung der Bluterkrankheit; Beispiel für einen X-chromosomal-rezessiven Erbgang Vater Träger 7 13 22 AID 14 15 8 TW 23 16 XX merkmalsfrei XAX X,X, heterozygot mit Merkmal XAYmerkmalsfrei X,Y O mit Merkmal → Crassing-over-Ereig- nisse beim Mensagen → bei Meiose separiert → Genkopplung durchbrochen 24 Zweifaltorenanalyse, Genkopplung, crassing-over beim Menschen: Hemiaugotie veranderungen können nicht ausgeglichen werden Bluter tragen rezes. sives Allel Es ist schwierig allen weiblichen Individuen den eindeutigen Genotyp zu zu ordnen: Bluter mit Rot-Grün-Sehschwäche OY-Chromosom Auf einem X lobalisiert →Genkopplung Kondulatorinnen Genorte auf dem X-Chromosom ... für Rotgrünblindheit für Bluterkrankheit Körperzellen (2n) Gameten (1) 9 XY Meiose ᎤᎭ Ꭴ mögliche Zygoten 18 (2n) und phänotypisch genotypisch 10 xx Melose + Bluterkrankheit und rot-grün Rot-Grün-Sehschwäche Sehschwäche treten gleichzeitig auf XX Überträger, aber phänotypisch gesund gesund X-chromosomal -rezessive Gendefekte Vererbung zweier Merkmale: Zweifaktorenanalyse Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Beispielhafte Anwendung: Ein Meerschweinchenzüchter besitzt zwei reinerbige Meerschweinchenrassen. Die Tiere der einen Rasse sind weiß und glatt haarig, die andere Rasse besteht aus Tieren, die ein schwarzes Fell mit Wirbeln besitzen. In der F1 - Generation traten einheitlich schwarze Meerschweinchen mit gewirbeltem Fell auf. Bei der Kreuzung von F1 - Individuen untereinander erhielt der Züchter 304 Individuen mit den Merkmalen ,,schwarz" und „Fell mit Wirbeln", sowie 28 Individuen mit den Merkmalen „weiß" und "glatthaarig". Außerdem traten bei insgesamt 519 Tieren der F2 -Generation noch weitere Phänotypen auf, die ebenfalls Individuen mäßig ausgezählt wurden. Kreuzungsschema: Parentalgeneration: cometen: Phänotyp: schwarz, wirbelig Gendlyp AABB mägliche F-Generation : combinations- quadrat der Keimzellen: Genotyp: mögliche Gatheten F2-Generation: Kombinations- quadrat der Keimzellen: Phänotypen: : AB (AB) AB ab Aabb AaBb X A : Allel schwarz 3 : wirbelig Allel weiß b: glatt 401 : - Aa Bb X AB Ab aB ab ABAABB AABb AaBB AaBb Ab AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb Phänotyp - alle schwarz mit gewirbeltem Fell weiß. glatthaarig aabb AB; Abi aB; ab × AB; AbiaB; ab 9 schwarz I wirbelig 3 schwarz I glatt 3 weiß I wirbelig 1 weiß I glatthaarig 9:3:3:1 ab (ab) reinerbig Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Biotechnologische Verfahren. PCR-Methode: polymerase chain reaction, PCR Methode um die Erbsubstanz in vitro (im Reagena - glas) zu vervielfältigen. Spezifische DNA-Abschnitte → kleinste Mengen vervielfältigen PCR-Zutaten: • DNA - Fragment (Template = Vorlage) •Nukleotide (chemischen Grundlbausteine der DNA) • Enzyme DNA-Polymerase (hitzestabil) • auständig für die Verdopplung Primer (augonucleotid) · Puffertäsung, die den pH-Wert stabil bätt damit die Polymerase gut arbeiten kann •Die Polymerase beristigt auch Mig²+ -ionen •Stalicistering Anlagening timer Epi Thermocycler in bestimmten Zeilabstanden erhöht, oder senict er die Temperatur Polymerase Ketten- reaktion: (1.Schritt) Denaturierung PCR-ayrlus erhitzen auf 94-96°c (20-30 Selcunden) Coppelstrang TT GACTAG AA CTG AT C TTGA AG Einzelstränge A A C T G A T C Wasserstoffbrüchenbindung zwischen den Basen gehen durch die Hitae kaputt Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. (2 Schritt) primer - annealing (Hybridisterung) Schnelles Abkühlen auf 50'-65°C (20-40 Sekunden) 2 damit die Einzelstränge keine chance haben sich passend aneinander au lagern Abicühlung damit der Primer sich anlagern kann → Temperatur (genow) ist cam Primer abhängig រី ហ 5 TT OL A & TTG GA (Amplification) (3. Schritt) Elongation erhitzen auf ca. Der Primer: •2 verschiedene, für jeden Einzelstrang einen künstliche kurze Nuicleotid betten, dienen als Start- malekille, sodass die Polemerase weiß, wo sie ansetzen muss. TTGACT ACO SIDE TGAT C kleine Stückchen doppistrangige ONA s!! T TG 3 A A C 2 TTG 3A A C CT AG 3¹ ATCS Т САТС 5' 3 ATC 3 ACTAG TOATC 5 Anzahl der Dyklin [3' A CTAG TGATC 5' je nach Polymerase 72'c (30 sek / 500 Basepaare) Daler je nach PUA-lange →→→ Polymerase setzt am doppelten Strang an und geht in s' - Richtung ↳verbindel Nucleotide miteinander um jeweils die komplementären Stränge au bilden ONA-Stränge Cordoppelte DNA • Vervielfachung Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Elektrophorese Sorgen für die Beweging Kathode : Gleichstrom- spannungsquelle Taschen Laufrichtung ➡ Bandenmuster Agarase- Gel Anode Wird angewendet, wenn es gilt, Stoffgemische, die elektrisch geladene Moleküle enthalten, voneinander zu trennen. elektrisch geladene Körper weisen je nach ihre Eigenschaften eine unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeit in einem elektrischen Feld auf. L> negativ geladene mRNA wird auf das Gel getragen, an das Spannung angelegt wird →→Gel wirkt wie engmaschiges Netz, in dem sich RNA-Moleküle in Richtung Anode bewegen Das Gel behindert kurze DNA-Stücke nur wenig → sie laufen schnell und legen daher eine größere Strecke pro Zeit im Gel zurück als lange DNA-Stücke Auftrennen der Größe nach → Leuchtendes Bandenmuster wird erkennbar → Um die Bereiche sichtbar zu machen, werden fluoreszierende Farbstoffe verwendet Die nach ihrer Länge geordneten DNA-Stücke lassen sich durch mitlaufende Kontroll - DNA - Stücke bekannter Längen identifizieren grundlegende Arbeitsschritte zur Genielenfizierung mit Gensonden: Um ein bestimmtes Gen im Genom eines Organismus ausfindig machen zu können, muss die Basensequenz des gesuchten Gens bekannt sein. 1. Herstellung kurzer DNA (oder RNA) Abschnitte, die zu den DNA-Sequnezen des gesuchten Gens komplementär sein müssen Damit sie hybridisieren können 2. Makierung mit radioaktiven oder fluoreszierenden Molekülen Gensonden 3. DNA- Stränge werden auf feste Trägermembran übertragen und durch Hitzebehandlung denaturiert 4. durch Autoradiografie oder Fluoreszenzmikroskope können die Hybridisierungsstellen und somit der gesuchten Gene sichtbar gemacht werden Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann, Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Sanger-Sequenzierung. Ziel: Sequenz der Nukleotide in einem vorgegebenen DNA-Abschnitt ermitteln Methode der Kettenabbruchsynthese: DNA-Fragmente bis 1000 Basen - Komponenten: 1. Matrizenstrang 2. die ,,normalen" Basen der DNA: dATP, dTTP, dGTP, dCTP 3. geringer Menge der Abbruchbasen: ddATP, ddTTP, ddGTP, ddCTP 4. spezifischer Primer 5. DNA- Polymerase Abbruchbasen: Desoxyribonucleotid- Triphosphate Desoxyribonucleotid-Triphosphat (dNTP) H Triphosphate O follow ~~~~~~A ·+·I·+·• Laser TO-P Didesoxyribonucleotid-Triphosphat (ddNTP) H 30 DATP dTTP dGTP dCTP ddATP ddTTP ddGTP ddCTP Elektrophorese 5' 5 -O-P 0- CH₂ -CH₂ kürzestes Fragment Wander- richtung OH Detektor Primer Markierte DNA-Stränge Base (A, T, G oder C) Base (A, T, G oder C) 5 Matrizenstrang OTUTUTA FOTOTA POTUTUTA GUSTATUTA FOUOTUTOTA FTOCGTATUTA ATTOUUTUFUF< H ACAT DNA- Polymerase 3 '5' längstes Fragment ATTGCGTC ➡Sequenz des Matrizenstrangs: 5¹TAACGCAG 3¹ keine OH-Gruppe Anlenüprungspunkt für nächstes Judlectia fehlt →Aldaruch DNA-Synthese 1. Primer- Anlagerung 2. Neusynthese des komplementären Strangs beginnt nach der Komplementaritätsregel 3. Entweder lagert dNTP oder ddNTP 4. Abbruch der Synthese-Reaktion →→Das mit einem Fluoreszensdarbstoff markierte ddNTP ist das letzte Nukleotid in der neu synthetisierten Kette 5. Trennung vom Matrizenstrang Große Menge unterschiedlich langer DNA-Einzelstränge 6. Elektrophorese -> Lineare, unterschiedlich fluoreszierendes Fragmentmuster 7. Laser- Fluoreszens-DNA-Sequenator kann dieses erkennen und die einzelnen Fluoreszenz Farben den unterschiedlichen Basen zu ordnen Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Bioethik : Medizinethil → Normen und Werte speziell im Gesundheitswesen Bioethik Naturethil Pflanzenethik Ethische Fragen, die durch Landwirtschaft, Gentechnik und Labor -versuchen mit Pflanzen entstehen Beabsichtigte Neobiota Genethik Gentechnische Veränderung von Tieren, Pflanzen und Bakterien/Viren Tierethik → Moralische Aufgaben im Umgang des Menschen mit Tieren → Massentierhaltung → Staus der Tiere? → Bei allen Tieren der selbst? Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. grundlegende Arbeitsschritte aur Genielenfizierung mit Gensanden: Um ein bestimmtes Gen im Genom eines Organismus ausfindig machen zu können, muss die Basensequenz des gesuchten Gens bekannt sein. 1. Herstellung kurzer DNA (oder RNA) Abschnitte, die zu den DNA-Sequnezen des gesuchten Gens komplementär sein müssen Damit sie hybridisieren können 2. Makierung mit radioaktiven oder fluoreszierenden Molekülen Gensonden 3. DNA- Stränge werden auf feste Trägermembran übertragen und durch Hitzebehandlung denaturiert 4. durch Autoradiografie oder Fluoreszenzmikroskope können die Hybridisierungsstellen und somit der gesuchten Gene sichtbar gemacht werden Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Begrifferklärungen Vererbung heterozygot = mischerbig Es liegen unterschiedliche Allele im Genotyp vor Aq aA homozygot reinerbig Es liegt zweimal das gleiche (identische) Allel im Genotyp vor. AA H Allele können dominant oder reaessiv sein: Aa Das elaminate Merkmal setzt sich gegen recessive durch wird ausgeprägt. Aa das Bsp: A-blaue Augen; a grüne Augen. AA - reinerbig-blave Augen. A a-mischerbig • blaue Augen. a a - reinerbig • grüne Augen. monohybrider Erbgang: Nur ein untersuchtes Merkmal bei der Ver erbung. bezogen auf ein genetisches Merkmal dihybrider Erbgang Kreuzung aweier Gene, die sich in a beobachteten Merkmalen unterschäden. Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung Ein Weiterverkauf ist verboten. 71 IG Mendel'sche Regeln (A) Uniformitätsregel kreuzt man 2 individuen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, aber jeweils reinerbig sind, dann sindi die Nachkommen alle uniform. f versuche mit Erasen (grüne & geibe samen): D alle uniform (arikh) S Parentanalgeneration (P) Elterngeneration Kreuzungsschema: S. dominant -rezessiver Erbgang: Lo GG gg mögliche Gamelen: 9:9 6:6 2. Filialgeneration (5₂) keine Pricnsie 1. Filialgenaration XGG 9 Gg Gs 9 GS GS (F1) Tochtergeneration Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. IL 7 JI intermediarer Erogang: Es setzt sich keine Farbe durch. mögliche Gameten Kreuzungsschema: X AA X Kreuzungsschema: rw ist dann eine Mischform hier rasa, da beide gleichwertig sind. kadominanter Erbgang: Allele sind ebenfalls gleichwertig, allerdings treten die Phänotypen gleichzeitig any es gibt keine Mischform. Bsp: Blutgruppen bei Menschen r rwrw uniform rw/rw die Wunderblume BB X A A BAB AB uniform B TAB ABI Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. 71 r IG (2) Spalllingsregel X → F2 heterozygot × heterozygot F₁: S Gg Xx छुट्टै S Gg og S S Gig F₂: GG Gg 99 99 kreuzt man 2 heterozygote individuen aus. der F₁ (Uniformitätsregel) gilt für F₂ = 1 ² 2 = 1 baw 1:3 Dominant -rezessiver -Erbgang: Phänotyp: dominant &;rezessiv + [3:1 Genotyp: homozygot dominant 4 homozygol recessir & heterozygot Dr Z 11 ²2:1 Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Dur L intermediärer Erbgang: X r Phänotyp/: rr & rot Genotyp ww & weiß X kodominanter Erbgang: A B AAA AB BAB BB! 2 rw & rosa ebenfalls Phänotyp/ Genotyp : AA 4 AB 1/2 BB A÷2=A 14:2 = 11 Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. IL (3) Unabhängigkeitsregel Bei der Kreuzung von 2 reinerbigen individuen, die sich in mehreren Merk- malen unterscheielen, werden diese unabhängig voneinander vererbt. Beispiel: Erbsen (P) DI GGRB mögliche Gamelen: GR, GRX grigr (FA) GORr GgRr GgBr Kreuzungsschema F₁ : X gr GR GR GgRr CoRr Rr 19r6gRr (F2) Rr Kreuzungsschema F2 : * GORr X GR gelb : grün: g rund: R rumelig: r gr dominant dominant CORr alle gleich → Unicormitäts- regel GR GR gr Gr RRGORR GORYGGRY GO RR RR GRr G Rr Lg Rr 22 Rr ggr Ggrr CGRr/gRr@gmrkerr alle möglichen Keimzeller GR,gR.gr. Gr 4x4 Möglichkeiten = 16 F₂ Möglich Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. mehr Cenotypen als Phänotypen möglicher Genotyp F₂ : GORR QgRR (2x) GG Rr (2x) GG Rr (4x) L Ggrr (2x) 99 RR gg Rr (2x) ggrr 9 verschiedene Genotypen Neu! 3 New! 3010 4 verschiedene Phänotypen Daran, dass es ganz neue Kombis gibt, sieht man, class Farbe & Form unabhängig voneinander vererbt werden! Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. 71