Molekularbiologie: Untersuchung von DNA und Aminosäuren - Einfach Erklärt

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249

Jula

27.11.2022

Biologie

molekularbiologische Untersuchungen der Verwandtschaftsbeziehungen

Fächer

Biologie

Genetik

Methoden alltag

Dna sequenzierung

Molekularbiologie: Untersuchung von DNA und Aminosäuren - Einfach Erklärt

Die molekularbiologischen Methoden zur Verwandtschaftsbestimmung zwischen verschiedenen Arten werden detailliert analysiert und verglichen. Der Fokus liegt auf dem Serum-Präzipitin-Test, der DNA-Hybridisierung und der Aminosäuresequenzanalyse. Diese Methoden ermöglichen eine präzise Bestimmung evolutionärer Verwandtschaftsbeziehungen.

Hauptpunkte:

Der Serum-Präzipitin-Test nutzt immunologische Reaktionen zur Verwandtschaftsbestimmung
Die DNA-Hybridisierung vergleicht genetische Ähnlichkeiten zwischen Arten
Die Aminosäuresequenzanalyse ermöglicht einen direkten Vergleich von Proteinen
DNA-Sequenzierung nach Sanger erlaubt die genaue Bestimmung der Nukleotidabfolge

27.11.2022

Evolution II
Molekularbiol. Forschung
Sek. II Arbeitsblatt 1
zu 1:
Kaninchen-
Serum
Nachdem dem Kaninchen Blutsevum entnommen
Intensität zu

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Quantitative Auswertung des Serum-Präzipitin-Tests

Die Ergebnisse des Serum-Präzipitin-Tests lassen sich quantitativ als Ausfällungsgrade darstellen:

Mensch: 100%
Schimpanse: 93%
Gorilla: 83%
Orang-Utan: 64%
Rind: 22%
Pferd: 2%
Huhn: 0%

Diese Werte zeigen die abnehmende Verwandtschaft verschiedener Arten zum Menschen.

Example: Der hohe Ausfällungsgrad von 93% beim Schimpansen deutet auf eine sehr enge Verwandtschaft zum Menschen hin.

Erwartete Ergebnisse bei Variation des Versuchs:

Bei Injektion von Menschenserum in ein Pferd statt Kaninchen: Das Ergebnis sollte ähnlich sein, da auch Pferde Antikörper gegen die menschlichen Antigene bilden würden.
Bei Test mit Eselserum: Der Niederschlag sollte ähnlich gering wie beim Pferd (ca. 2%) sein.
Bei Test mit Kreuzotterserum: Der Niederschlag sollte sehr gering sein, da Säugetiere und Reptilien genetisch relativ unähnlich sind.

Highlight: Die molekulare Verwandtschaft spiegelt sich in der Intensität der Präzipitation wider.

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Aminosäuresequenzierung - Der Edman-Abbau

Der Edman-Abbau ist eine wichtige Methode zur Analyse von Sequenzen von Aminosäuren. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

Phenylisothiocyanat (PTH) nähert sich der endständigen Aminogruppe der ersten Aminosäure des Peptids.
Das N-Atom des PTH reagiert mit dem Carboxy-C der ersten Aminosäure, was zu einem Ringschluss und zur Abspaltung der ersten Aminosäure führt.
Das H-Atom wird auf die Aminogruppe der zweiten Aminosäure übertragen.
Zwischen dem C-Atom des PTHs und dem N-Atom der Aminogruppe wird eine Bindung ausgebildet.
Da jede Aminosäure einen unterschiedlichen Rest R besitzt, bilden sich unterschiedliche Ringmoleküle, die chromatografisch aufgetrennt werden können.
Der Prozess wiederholt sich mit der nun endständigen zweiten Aminosäure.

Definition: Der Edman-Abbau ist eine Methode zur schrittweisen Bestimmung der Aminosäuresequenz eines Proteins vom N-Terminus her.

Vocabulary: PTH steht für Phenylisothiocyanat, das Reagenz, das die Abspaltung der Aminosäuren ermöglicht.

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Aminosäuresequenz-Vergleich am Beispiel von Cytochrom c

Der Vergleich von Aminosäuresequenzen, hier am Beispiel des Enzyms Cytochrom c, ist eine moderne Methode der Verwandtschaftsbestimmung in der Molekularbiologie.

Cytochrom c ist ein wichtiges Enzym der Atmungskette (Zellatmung) und eignet sich gut für Verwandtschaftsanalysen, da es bei allen Arten vorkommt.

Bei der Analyse werden die Aminosäuresequenzen verschiedener Arten (hier: Mensch, Rhesusaffe, Pferd, Rind) verglichen und Unterschiede markiert.

Example: An Position 11 hat der Mensch die Aminosäure Isoleucin (I), während das Pferd hier Valin (V) aufweist.

Die Auswertung der Unterschiede ermöglicht Rückschlüsse auf die Verwandtschaftsverhältnisse:

Rhesusaffe: Sehr ähnliche Sequenz zum Menschen
Pferd und Rind: Mehr Unterschiede, aber untereinander ähnlicher

Diese Ergebnisse stimmen mit denen des Präzipitin-Tests überein und bestätigen die Verwandtschaftsverhältnisse.

Highlight: Die Verteilung der Mutationen über die Sequenz ist nicht zufällig. Manche Positionen sind stärker konserviert als andere, was auf ihre funktionelle Bedeutung für das Enzym hindeutet.

Vocabulary: Konservierte Bereiche sind Abschnitte einer Aminosäuresequenz, die im Laufe der Evolution wenig Veränderungen erfahren haben, da sie für die Funktion des Proteins besonders wichtig sind.

TCAGCTGTACG

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Aminosäuresequenz-Vergleich am Beispiel von Cytochrom c

Die Seite behandelt den Vergleich von Aminosäuresequenzen am Beispiel des Proteins Cytochrom c.

Definition: Cytochrom c ist ein Enzym der Atmungskette, das in der Zellatmung eine wichtige Rolle spielt.

Highlight: Die Unterschiede in den Aminosäuresequenzen verschiedener Arten geben Aufschluss über deren evolutionäre Verwandtschaft.

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DNA-Hybridisierung

Diese Seite erklärt das Prinzip der DNA-Hybridisierung.

Definition: Die DNA-Hybridisierung ist eine Methode zum Vergleich der genetischen Ähnlichkeit zwischen verschiedenen Arten.

Highlight: Die Schmelztemperatur der DNA-Doppelstränge gibt Aufschluss über den Grad der Übereinstimmung.

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DNA-Sequenzierung nach Sanger

Die Seite erläutert das Ketten-Abbruch-Verfahren nach Sanger zur DNA-Sequenzierung.

Vocabulary: Abbruch-Nukleotide (ddNTPs) - Modifizierte Nukleotide, die zum Kettenabbruch führen.

Highlight: Die Methode ermöglicht die exakte Bestimmung der Nukleotidabfolge in DNA-Molekülen.

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DNA-Sequenzvergleich am Beispiel von Cytochrom c

Der Vergleich von DNA-Sequenzen wird am Beispiel des Cytochrom c-Gens demonstriert.

Highlight: Die DNA-Sequenzanalyse ermöglicht den direktesten Verwandtschaftsvergleich.

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Die Ergebnisse des Serum-Präzipitin-Tests lassen sich quantitativ als Ausfällungsgrade darstellen:

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Der Edman-Abbau ist eine wichtige Methode zur Analyse von Sequenzen von Aminosäuren. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

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Das N-Atom des PTH reagiert mit dem Carboxy-C der ersten Aminosäure, was zu einem Ringschluss und zur Abspaltung der ersten Aminosäure führt.
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Der Serum-Präzipitin-Test

Der Serum-Präzipitin-Test ist eine frühe Methode der Verwandtschaftsbestimmung in der Molekularbiologie. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

Einem Kaninchen wird menschliches Blutserum mit artspezifischen Proteinen injiziert.
Das Kaninchen bildet Antikörper (Präzipitine) gegen die Humanproteine.
Das Kaninchenserum mit den Antikörpern wird mit Serum einer anderen Art (z.B. Schimpanse) gemischt.
Es bildet sich ein Niederschlag, dessen Intensität Rückschlüsse auf die Verwandtschaft zulässt.

Highlight: Je stärker der Niederschlag, desto enger die Verwandtschaft zwischen den Arten.

Vorteile des Verfahrens:

Relativ einfacher Verwandtschaftstest
Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt

Nachteile:

Liefert nur Informationen über allgemeine Artverwandtschaft
Relativ ungenaues Verfahren
Zeitaufwändig

Vocabulary: Präzipitine sind Antikörper, die zur Ausfällung (Präzipitation) von gelösten Antigenen führen.

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