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Zusammenfassung Genetik (GK) - Proteinbiosynthese - Genregulation - PCR - Gentechnik - Meiose - Mutationen - Mendel‘sche Regeln - Analyse Familienstammbäume

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Proteinbiosynthese Zellmembran Cytoplasma Kernhülle Kempore. DNA freie tRNA Zellkern Transkription mRNA Genetik be freie Aminosäuren beladene tRNA Ribosomen-Untereinheiten Transkription ₁. Ablesen" des Gens → Nucleotidabfolge auf der DNA wird in die Nucleotidsequenz eines mRNA-Moleküls umgeschrieben 1. RNA-Polymerase bindet an den Promotor (DNA-Abschnitt vor dem abzulesenden Gen) 2. RNA- Polymerase entwindet und öffnet ONA Doppelstrang 3. Ablesen des codogenen Strangs (Matritzenstrang), welcher das Gen enthält, in 3-5'- Richtung 4. Freie RNA- Nuclide lagern sich nach der Komplementaritätsregel an die Basen des Codogenen Strangs an (AT [ONAJ / U CRNAJ ; (46) → Ergebnis: prä-mRNA (bei Eukaryoten) Translation 3'- 5' Ribosom Der Weg vom Gen zum Merkmal beginnt bei der Proteinbiosynthese. Dabei werden aus den Informationen im Erbgut die zugehörigen Proteine / Enzyme synthetisiert. Diese sind dann Bestandteile einer Stoffwechselkette und damit an der Genexpression beteiligt. IMA Promotor Transkriptionsrichtung der RNA-Polymerase Promotor Protein wachsende Aminosäurekette RNA-Polymerase -MRNA Gen RNA-Nucleotid 2 Spleißen Die prä- mRNA wird dem Prozess des Spleißens unterzogen, bevor sie als reife mRNA den Zellkern verlässt. codogener Strang • ein eukaryotischer Genabschnitt enthält sowohl Exons als auch Introns → Exon - Abschnitte, in denen die Aminosäurensequenz des Polypeptids zum Ausdruck kommt → Intron = Abschnitte, die keine Informationen über die Aminosäurensequenz des Polypeptids enthalten Exon Intron Exon Intron Exon Intron Exon Cap Kern Kernhülle- Intron Intron • Kommafrei Intron → keine Leerzeichen" " Kernpore Aminosäure I -Stop-Codon ATP-P-Pe tRNA -Poly-A- • eindeutig • kollinear 3 Beladung der tRNA Schwanz Der genetische Code • bei der Proteinbiosynthese werden im letzten Schritt die Genabschnitte in eine Aminosäurenseguenz übersetzt • Kombination von jeweils 3 Basen erzeugt ein Basen- triplett (Codon) (4³=64 64 versch. Tripletts) → 61 davon codieren jeweils eine der 20 Amino- säuren, eins ist ein...

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Start -, die restlichen drei sind Stopp-Codons Eigenschaften des genetischen Codes: • Degeneriert → eine Aminosäure wird meist von mehreren Tripletts codiert → bei allen Lebewesen gleich ONA prä-mRNA Spleißen reife mRNA • keine Üblappungen → jedes Nucleotid gehört nur zu einem Triplett • universell 1. Aufsetzen der „Cap" am 5'- Ende → Schutz vor enzymatischem Abbau 2. Anhängen von Poly-A-Schwanz" 3. Heraustrennen von Introns + Verknüpfung von Exons →reife mRNA verlässt den Zellkern durch Poren in der Kernhülle -Aminoacyl-tRNA- Synthetase : • 3 Val Arg Ser Lys Ala • . U Asn Asp G A C 30 Glu G U Thr с A beladene tRNA- Codesonne Diphosphat •Beladung erfolgt mithilfe von Enzym Aminoacyl- tRNA - Synthetase • Unter Spaltung von ATP Verknüpfung von Aminosäure und tRNA C Star Gly GUCAGU A /U/G|A|C u /Me/ lle Phe 3' 3 u U Arg AMP Leu |0|u/c A A U Gin Übersetzungshilfe: Triplett → Aminosäure Ser C 6 His ●Stop • Stop A G U C A Pro Leserichtung von innen nach außen (53-Richtung) Cys • Stop Trp Leu '3' Die tRNA transportiert Aminosäuren zu der Position an der mRNA und ermöglicht so die Bildung der Polypeptidketten. Sie besitzt am 3-Ende eine Bindungsstelle für Aminosäuren und ein bestimmtes Basen triplett, welches komplementär zum zugehörigen Triplett der mRNA ist (Anticodon). Translation 1. mRNA bindet an kleine Ribosomen unter einheit 2. kleine RU wandert an der mRNA entlang bis zum Startcodon 3. große RU lagert sich an kleine an 4. tRNA mit Anti-Startcodon bindet an die P-Bindestelle des Ribosoms Ribosom nun funktionsfähig! 5. nächste tRNA mit passendem Anticodon bindet an A-Bindestelle des Ribosoms 6. Verknüpfung der Aminosäuren von P- und A-Bindestelle → Gleichzeitig die in der P-Stelle gebundene Aminosäure wird von ihrer tRNA getrennt 7. unbeladene tRNA löst sich von der P-Bindestelle 8. Ribosom wandert ein Codon weiter in 5'+3'- Richtung 9. an der A-Stelle gebundene tRNA rückt an P-Stelle; A-Bindestelle wird frei 10. gelangt das Ribosom an ein Stopp-Codon, so lagern sich keine tRNAs mehr an und das Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten meist ist die mRNA lang genug, sodass mehrere Ribosomen gleichzeitig einen mRNA-Strang entlang wandern → Effizient es können mehr Polypeptidketten synthetisiert werden bevor der mRNA-Strang durch zelleigene Enzyme abgebaut wird Start-Codon. 5'-Ende P-Bindestelle Ribosom 5'-Ende Met Met 3 lauku cu A A-Binde- stelle W с Ser 5 CUAU A A A mit Aminosäure beladene tRNA lagert sich an ACCU 6 5 CA Thr A A 7 A 7 G с 8 C Stop- codon UAA 3'-Ende Stop- codon UAA 3'-Ende Genregulation 8 Man unterscheidet bei Enzymen zwischen konstitutiven und adaptiven Enzyme. Während konstituive Enzyme ständig synthetisiert werden, unterliegen adaptive Enzyme einer Regulation bei ihrer Synthese. Außerdem bietet es einen energetischen Vorteil, Proteine/ Enzyme nur dann herzustellen, wenn Sie benötigt werden. Es gibt verschiedene Wege, wie ein Gen in seiner Expression reguliert werden kann: Ⓒ Das Operon - Modell (Prokaryoten) Substratinduktion DNA operon Regulatorgen Promotor Operator R P DNA blockiert mRNA den Operator Repressor aktiv mRNA Repressor inaktiv Effektor Anwendung P beeinflusst Strukturgene 5₁ 5₂ keine Transkription →keine Genexpression 5₁ 5₂ 53 ↓ mRNA, mRNA2 mRNA3 A 53 Enzym₁ Enzym₂ Enzyma A 88 Substrat Abbau des Substrats Endprodukte insbesondere bei Abbau - prozessen Prinzip: Abzubauende Substanz initiiert ihren eigenen Abbau → negative Rückkopplung Vorteil: Synthese erfolgt nur dann, wenn Produkte benötigt werden 2 Transkriptionsfaktoren (Eukaryoten) Enhancer: • binden Aktivatorproteine → Transkription wird angeregt Silencer • binden Repressorproteine → Transkription wird unterdrückt 8 Endprodukthemmung 3 Epigenetik Vererbbare Veränderung der Genaktivität Methylierung der Base Cytosin •Cytosin wird mit Methylgruppe versehen DNA R P mRNA Repressor inaktiv mRNA Repressor aktiv DNA R P Operon 0 28-88 Ausgangsstoffe Zwischenprodukte Endprodukt 5₁ 52 53 keine Transkription →keine Genexpression blockiert den Operator Effektor 54 5₂ 53 mRNA₁ mRNA2 mRNA3 Enzym₁ Enzymz Enzyma 38 Transkriptionsfaktoren beeinflussen die Aktivität der RNA- Polymerase indem sie die Anlagerung dieser an den Promotor erleichtern oder erschweren Transkriptionsfaktoren werden selbst von weiteren Aktivator- bzw. Repressorproteinen Anwendung insbesondere bei aufbauenden Prozessen Prinzip: Endprodukt einer Synthesekette verhindert seine weitere Produktion aus den Ausgangsstoffen Vorteil: Genprodukte werden nur so lange gebildet, wie die Zelle sie benötigt • dadurch Bindung von Proteinen "Sperrung" der nachgelagerten Strukturgenen für die RNA-Polymerase Histon Modifikation • Unterschiedlich dichte Packung der Nukleosomen durch chemische Veränderung in den Histonen und durch die Bindung kleinerer Proteine → dicht gepackte Nukleosomen: Transkriptionsfaktoren können nicht binden →locker gepackte Nukleosomen: Transkriptionsfaktoren können sich anlagern. → Dichte der Nukleosomen - Packung wird von äußeren Faktoren wie Stress beeinflusst PCR (Polymerase - Kettenreaktion) $³¹ -3' Startmolekül TTT Denaturierung (95°C) |||5' Anlagerung der Primer (55°C) Primer 5' 5' 3' 5' Polymerase ONA- III 5¹ Neusynthese der DNA mit DNA-Polymerase (72°C) Komponenten: • Pufferlösung ↳DNA-Abschnitt erneute Temperaturerhöhung (72°c) → Temperaturoptimum der Polymerase! → Synthese der neuen DNA-Stränge ↳freie DNA-Nucleotide ↳hitzestabile DNA- Polymerase + Primer Ablauf: • Erhitzung (95°C) → Denaturierung der DNA (Trennung der Einzelstränge) • Abkühlung (55°C) → Anlagerung der Primer (passende komplementäre Primer um den DNA-Bereich festzulegen, der vervielfältigt werden soll) Vorgang wird 25- bis 50-mal wiederholt (danach ist die Wahrscheinlichkeit für fehlerhafte Kopien zu hoch) Anwendungsgebiete: • Vervielfältigung von sehr wenig Ausgangs-DNA → Ermöglichung von Analyse/Weiterverarbeitung der DNA •Beispiel: Genetischer Fingerabdruck → jeder Mensch besitzt ein individuelles genetisches Profil →Identifikation von Einzelpersonen → Unterschiede insbesondere in nicht - codierenden DNA- Sequenzen Gentechnik Gentechnik beschreibt molekularbiologische Verfahren zur Untersuchung, Manipulation und zum Transfer von Erbsubstanz

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Vielen Dank, wirklich hilfreich für mich, da wir gerade genau das Thema in der Schule haben 😁

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U Asn Asp G A C 30 Glu G U Thr с A beladene tRNA- Codesonne Diphosphat •Beladung erfolgt mithilfe von Enzym Aminoacyl- tRNA - Synthetase • Unter Spaltung von ATP Verknüpfung von Aminosäure und tRNA C Star Gly GUCAGU A /U/G|A|C u /Me/ lle Phe 3' 3 u U Arg AMP Leu |0|u/c A A U Gin Übersetzungshilfe: Triplett → Aminosäure Ser C 6 His ●Stop • Stop A G U C A Pro Leserichtung von innen nach außen (53-Richtung) Cys • Stop Trp Leu '3' Die tRNA transportiert Aminosäuren zu der Position an der mRNA und ermöglicht so die Bildung der Polypeptidketten. Sie besitzt am 3-Ende eine Bindungsstelle für Aminosäuren und ein bestimmtes Basen triplett, welches komplementär zum zugehörigen Triplett der mRNA ist (Anticodon). Translation 1. mRNA bindet an kleine Ribosomen unter einheit 2. kleine RU wandert an der mRNA entlang bis zum Startcodon 3. große RU lagert sich an kleine an 4. tRNA mit Anti-Startcodon bindet an die P-Bindestelle des Ribosoms Ribosom nun funktionsfähig! 5. nächste tRNA mit passendem Anticodon bindet an A-Bindestelle des Ribosoms 6. Verknüpfung der Aminosäuren von P- und A-Bindestelle → Gleichzeitig die in der P-Stelle gebundene Aminosäure wird von ihrer tRNA getrennt 7. unbeladene tRNA löst sich von der P-Bindestelle 8. Ribosom wandert ein Codon weiter in 5'+3'- Richtung 9. an der A-Stelle gebundene tRNA rückt an P-Stelle; A-Bindestelle wird frei 10. gelangt das Ribosom an ein Stopp-Codon, so lagern sich keine tRNAs mehr an und das Ribosom zerfällt in seine Untereinheiten meist ist die mRNA lang genug, sodass mehrere Ribosomen gleichzeitig einen mRNA-Strang entlang wandern → Effizient es können mehr Polypeptidketten synthetisiert werden bevor der mRNA-Strang durch zelleigene Enzyme abgebaut wird Start-Codon. 5'-Ende P-Bindestelle Ribosom 5'-Ende Met Met 3 lauku cu A A-Binde- stelle W с Ser 5 CUAU A A A mit Aminosäure beladene tRNA lagert sich an ACCU 6 5 CA Thr A A 7 A 7 G с 8 C Stop- codon UAA 3'-Ende Stop- codon UAA 3'-Ende Genregulation 8 Man unterscheidet bei Enzymen zwischen konstitutiven und adaptiven Enzyme. Während konstituive Enzyme ständig synthetisiert werden, unterliegen adaptive Enzyme einer Regulation bei ihrer Synthese. Außerdem bietet es einen energetischen Vorteil, Proteine/ Enzyme nur dann herzustellen, wenn Sie benötigt werden. Es gibt verschiedene Wege, wie ein Gen in seiner Expression reguliert werden kann: Ⓒ Das Operon - Modell (Prokaryoten) Substratinduktion DNA operon Regulatorgen Promotor Operator R P DNA blockiert mRNA den Operator Repressor aktiv mRNA Repressor inaktiv Effektor Anwendung P beeinflusst Strukturgene 5₁ 5₂ keine Transkription →keine Genexpression 5₁ 5₂ 53 ↓ mRNA, mRNA2 mRNA3 A 53 Enzym₁ Enzym₂ Enzyma A 88 Substrat Abbau des Substrats Endprodukte insbesondere bei Abbau - prozessen Prinzip: Abzubauende Substanz initiiert ihren eigenen Abbau → negative Rückkopplung Vorteil: Synthese erfolgt nur dann, wenn Produkte benötigt werden 2 Transkriptionsfaktoren (Eukaryoten) Enhancer: • binden Aktivatorproteine → Transkription wird angeregt Silencer • binden Repressorproteine → Transkription wird unterdrückt 8 Endprodukthemmung 3 Epigenetik Vererbbare Veränderung der Genaktivität Methylierung der Base Cytosin •Cytosin wird mit Methylgruppe versehen DNA R P mRNA Repressor inaktiv mRNA Repressor aktiv DNA R P Operon 0 28-88 Ausgangsstoffe Zwischenprodukte Endprodukt 5₁ 52 53 keine Transkription →keine Genexpression blockiert den Operator Effektor 54 5₂ 53 mRNA₁ mRNA2 mRNA3 Enzym₁ Enzymz Enzyma 38 Transkriptionsfaktoren beeinflussen die Aktivität der RNA- Polymerase indem sie die Anlagerung dieser an den Promotor erleichtern oder erschweren Transkriptionsfaktoren werden selbst von weiteren Aktivator- bzw. Repressorproteinen Anwendung insbesondere bei aufbauenden Prozessen Prinzip: Endprodukt einer Synthesekette verhindert seine weitere Produktion aus den Ausgangsstoffen Vorteil: Genprodukte werden nur so lange gebildet, wie die Zelle sie benötigt • dadurch Bindung von Proteinen "Sperrung" der nachgelagerten Strukturgenen für die RNA-Polymerase Histon Modifikation • Unterschiedlich dichte Packung der Nukleosomen durch chemische Veränderung in den Histonen und durch die Bindung kleinerer Proteine → dicht gepackte Nukleosomen: Transkriptionsfaktoren können nicht binden →locker gepackte Nukleosomen: Transkriptionsfaktoren können sich anlagern. → Dichte der Nukleosomen - Packung wird von äußeren Faktoren wie Stress beeinflusst PCR (Polymerase - Kettenreaktion) $³¹ -3' Startmolekül TTT Denaturierung (95°C) |||5' Anlagerung der Primer (55°C) Primer 5' 5' 3' 5' Polymerase ONA- III 5¹ Neusynthese der DNA mit DNA-Polymerase (72°C) Komponenten: • Pufferlösung ↳DNA-Abschnitt erneute Temperaturerhöhung (72°c) → Temperaturoptimum der Polymerase! → Synthese der neuen DNA-Stränge ↳freie DNA-Nucleotide ↳hitzestabile DNA- Polymerase + Primer Ablauf: • Erhitzung (95°C) → Denaturierung der DNA (Trennung der Einzelstränge) • Abkühlung (55°C) → Anlagerung der Primer (passende komplementäre Primer um den DNA-Bereich festzulegen, der vervielfältigt werden soll) Vorgang wird 25- bis 50-mal wiederholt (danach ist die Wahrscheinlichkeit für fehlerhafte Kopien zu hoch) Anwendungsgebiete: • Vervielfältigung von sehr wenig Ausgangs-DNA → Ermöglichung von Analyse/Weiterverarbeitung der DNA •Beispiel: Genetischer Fingerabdruck → jeder Mensch besitzt ein individuelles genetisches Profil →Identifikation von Einzelpersonen → Unterschiede insbesondere in nicht - codierenden DNA- Sequenzen Gentechnik Gentechnik beschreibt molekularbiologische Verfahren zur Untersuchung, Manipulation und zum Transfer von Erbsubstanz