NK23; K23; K22; K21
Füllen Sie die unten stehende Tabelle aus. (4P)
(haploide) Genomgröße [bp]
Ca. Anzahl Gene (Protein kodierend)
S. cerevisiae
E. coli
Homo sapiens
Phage λ
12 Mbp
6200
4,6 Mbp
4400
3,2 Gbp
20.000
50.000 bp
92
K23; K22; K21
Schreiben Sie hinter die unten links stehenden Stichworte jeweils die Nummer der passenden Wissenschaftler.
Mehrfachzuordnungen sind möglich. Falsche Angaben führen zu Punktabzug. (4,5P)
DNA-Polymerase
1) Ed Southern
DNA-Sequenzierung
2) Kary Mullis
iPS
3) J. Gurdon & S. Yamanaka
RNA-Polymerase II
4) Roger Kornberg
Protein- ‚Sequenzierung‘
5) E. Charpentier & J. Doudna
Nachweis spezifischer DNA
6) Arthur Kornberg
CRISPR/Cas
7) Frederick Sanger
hitzestabile DNA-Polymerase
Nobelpreis
——————————————————————————————-
NK23
1) Christian Nüsslein-Volhard
PCR
2) E. Charpentier & J. Doudna
zwei Nobelpreise
4) W. Sutton & T. Boveri
DNS-Sequenzierung
5) Barbara McClintock
Springende Gene im Mais
6) Frederick Sanger
Chromosomentheorie der Vererbung
7) Kary Mullis
DNS-Polymerase aus Thermus aquaticus
Entwicklungsbiologie von D. melanogaster
DNA-Polymeras: 6
DNA-Sequenzierung: 7
iPS : 3
RNA-Polymerase II: 4
Protein- ‚Sequenzierung‘: 7
Nachweis spezifischer DNA: 1, 2
CRISPR/Cas: 5
Hitzestabile DNA-Polymerase: /
Nobelpreis: 2, 3, 4, 5, 6, 7
iPS: 3
PCR: 7
CRISPR/Cas: 2
zwei Nobelpreise: 3,6
DNS-Sequenzierung: 6
Springende Gene im Mais: 5
Chromosomentheorie der Vererbung: 4
DNS-Polymerase aus Thermus aquaticus: 7
Entwicklungsbiologie von D. melanogaster: 1
K23; K22; K21; K20
Wofür stehen jeweils die Kleinbuchstaben in folgenden Abkürzungen? (4P; 3P; 4,5P)
mRNA
tDNA
rRNA
snRNA
eRNA
tmRNA
miRNA
piRNA
mRNA: messenger
tDNA: transfer
rRNA: ribosomal
snRNA: small nuclear
eRNA: enhancer
tmRNA: transfer messenger
miRNA: micro
piRNA: piwi interacting
Eine E. coli-Zelle teilt sich typischerweise alle 20 min; die Replikation seines Nukleoids dauert aber 40 min. Wie ist das möglich? – Erklären Sie anhand einer einfachen Skizze. (1,5P)
Die Replikation erfolgt bidirektional, das heißt, dass eine zweite Replikation beginnt, bevor die erste abgeschlossen ist.
K23; K22
Beschreiben Sie die untenstehenden Abbildungen. Zehn Eintragungen sind gefordert. (5P)
(1,5P)
a) Wie viele genetisch verschiedene Oozyten bzw. Spermien kann ein Mensch theoretisch bilden? (aufgrund der Neuverteilung der parentalen Chromosomen ohne Beteiligung des in (c) gefragten Prozesses)
b) Wie groß ist demnach die mögliche genetische Vielfalt der Nachkommen?
c) Durch welchen Prozess wird diese Zahl der Möglichkeiten noch einmal deutlich erhöht?
a) 2^23
b) 2^46
c) Cross-over Rekombination, d.h. Armaustausch zw. homologen Chromosomen
NK23; K23; K22
Hintergrundinfo: I) Beim Turner-Syndrom fehlt den betroffenen Frauen ein X-Chromosom (X0 anstatt XX). II) Bei der Rot-Grün-Farbenblindheit handelt es sich um eine X-chromosomal gebundene, rezessive Erbkrankheit. III) Beim Klinefelter-Syndrom haben die betroffenen Männer ein X-Chromosom zu viel (XXY anstatt XY).
Aufgrund abnormaler Chromosomensegregation in der Meiose kann es dazu kommen, dass eine farbenblinde Turner-Frau normalsichtige Eltern hat. (4P)
a) Können Sie sagen, ob die Chromosomen-Fehlsegregation in den Keimbahnzellen des Vaters oder der Mutter stattgefunden hat? Begründen Sie knapp.
b) Können Sie sagen, ob die Chromosomen-Fehlsegregation in Meiose I oder Meiose II stattgefunden hat? Begründen Sie knapp.
c) Nehmen Sie nun an, dass ein farbenblinder Klinefelter-Mann normalsichtige Eltern hat, & beantworten Sie die Teilaufgaben (a) & (b) für diesen Fall erneut.
a)
krankes Chromosom kommt von Mutter -> kann Trägerin sein obwohl sie gesund ist
krankes Chromosom kann nicht von Vater kommen -> da gesund
durch Fehlsegregation von Vater hat er kein X-Chromosom weitergegeben
b) Nein, beides wäre möglich, da einzelne Chromosomen sowohl durch Fehlverteilung in Meiose I als auch in Meiose II verloren gehen können.
c)
Das kranke X kommt von der Mutter
das zweite kranke X kann nicht vom Vater kommen, weil er gesund ist
es kam zur Fehlsegretation bei der Mutter im Meiose II, sodass die Schwesterchromatiden an den selben Pol gezogen wurden
Sie haben neben einem wildtypischen (WT) bakteriellen Gen auch fünf Mutanten. Bei drei dieser Mutanten liegen im hinteren Abschnitt des offenen Leserasters jeweils eine nonsense- (NS), eine missense- (MS) bzw. eine frameshift- (FS) Mutation vor. Die vierte Mutante trägt eine inaktivierende Mutation in der Shine Dalgarno (SD) Sequenz. Bei der fünften liegt eine inaktivierende Punktmutation in der Pribnow box (PB) vor.
Ordnen Sie die Mutanten unter Verwendung der oben angegebenen Abkürzungen den Spuren 2-6 sinnvoll zu! (Die Reihenfolge der Auftragungen ist bei beiden Gelen gleich.) (3,75P; 5P)
NK23; K23; K22; K21; K20
Geben Sie an, ob die folgenden Sätze wahr (W) oder falsch (F) sind. (3P; 4,5P)
Achtung: Falsche Antworten ergeben Punkteabzug!
a) Fehler bei der Transkription sind weniger schwerwiegend als Fehler bei der Replikation.
b) Die s70-Untereinheit ist eine permanente Komponente der RNA-Polymerase von E. coli.
c) Eukaryontische mRNA Moleküle tragen 3’OH-Gruppen an ihrem 5‘- und ihrem 3‘-Ende.
d) Da Introns im Wesentlichen „genetischer Müll“ sind, müssen sie beim Spleißen nicht präzise aus dem Primärtranskript ausgeschnitten werden.
e) RNA Polymerase II erzeugt das Ende eines Primärtranskriptes, wenn sie mit der Transkription aufhört und die prä-mRNA entlässt. An dieses freie 3‘-Ende wird dann rasch der PolyA-Schwanz angehängt.
f) Da poly-cistronische mRNAs in Eukaryonten (i.d.R.) nicht vorkommen, ist die reife MRNA auch genauso lang wie der Protein-kodierende, offene Leserahmen.
a) Fehler bei der Replikation sind weniger schwerwiegend als Fehler bei der Transkription.
a) Fehler bei der Transkription sind weniger schwerwiegend als Fehler bei der Replikation. —> W
b) Die s70-Untereinheit ist eine permanente Komponente der RNA-Polymerase von E. coli. —> F
c) Eukaryontische mRNA Moleküle tragen 3’OH-Gruppen an ihrem 5‘- und ihrem 3‘-Ende. —> W
d) Da Introns im Wesentlichen „genetischer Müll“ sind, müssen sie beim Spleißen nicht präzise aus dem Primärtranskript ausgeschnitten werden. —> F
e) RNA Polymerase II erzeugt das Ende eines Primärtranskriptes, wenn sie mit der Transkription aufhört und die prä-mRNA entlässt. An dieses freie 3‘-Ende wird dann rasch der PolyA-Schwanz angehängt. —> F
f) Da poly-cistronische mRNAs in Eukaryonten (i.d.R.) nicht vorkommen, ist die reife MRNA auch genauso lang wie der Protein-kodierende, offene Leserahmen. —> F
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a) Fehler bei der Replikation sind weniger schwerwiegend als Fehler bei der Transkription. —> F
K22; K21
a) Wie viele Basensubstitutionen gibt es?
b) Wie viele davon sind Transversionen?
c) Wie heißt die andere, zweite Art der Basensubstitution?
a) 12
b) 8
c) Transition
SINE-Insertionen haben am 5‘-Ende jeweils eine PolyA-Sequenz.
Mehr als 40% des menschlichen Genoms bestehen aus Retrotransposon- und Retroposon-Sequenzen.
DNA-Transposons kommen nur in Prokaryonten vor.
Phänotypische Variegation in einem Gewebe eines Individuums, wie z.B. fleckige Pigmentierung von Maiskörnern, kann prinzipiell durch Transposonmobilisierung während der Entwicklung verursacht werden.
Bei der konservativen Transposition wird eine Kopie des Transposons an einer anderen Stelle des Genoms integriert.
Bei der Poly-A-Retrotransposition fungiert genomische DNA als primer.
SINE-Insertionen haben am 5‘-Ende jeweils eine PolyA-Sequenz. —> W
Mehr als 40% des menschlichen Genoms bestehen aus Retrotransposon- und Retroposon-Sequenzen. —> W
DNA-Transposons kommen nur in Prokaryonten vor. —> F
Phänotypische Variegation in einem Gewebe eines Individuums, wie z.B. fleckige Pigmentierung von Maiskörnern, kann prinzipiell durch Transposonmobilisierung während der Entwicklung verursacht werden. —> W
Bei der konservativen Transposition wird eine Kopie des Transposons an einer anderen Stelle des Genoms integriert. —> F
Bei der Poly-A-Retrotransposition fungiert genomische DNA als primer. —> W
Es gibt zwei grundsätzliche Mechanismen der Verlängerung von Biomassemolekülen (s. Skizze). Beim 1. wird die aktivierende Gruppe (mit X markiert) von der wachsenden Kette (rosa) freigesetzt. Beim 2. wird die aktivierende Gruppe von dem neu eingebauten Baustein (grün) freigesetzt.
Nach welchem Mechanismus erfolgt die Synthese bei:
a) der Replikation
b) der Transkription
c) der Translation? (3P)
a) der Replikation: Typ 2
b) der Transkription: Typ 2
c) der Translation: Typ 1
K22; K21; K20
Beschriften Sie. 7 Eintragungen sind gefordert. (3,5P)
Das Genom von SARS-CoV-2, dem Corona Virus, welches uns z.Z. eine Jahrhundert-Pandemie beschert, besteht aus einer einzelsträngigen RNA (+ssRNA, welche übrigens nur 30.000 Basen lang ist).
a) Sie sollen einen PCR-basierten Test zum Nachweis einer SARS-CoV-2 Infektion entwickeln und kennen die Nukleinsäuresequenz, die für das virale Spike Protein S1 kodiert. Beschreiben Sie knapp die notwendigen Arbeitsschritte ab dem Rachenabstrich beim Patienten. (3P)
b) SARS-CoV-2 ist kein Retrovirus wie z.B. HIV. Wie kann die Genomvervielfachung bei der Vermehrung von SARS-CoV-2 in seiner menschlichen Wirtszelle demnach nur ablaufen? (1P) Was an dem entsprechenden Enzym ist ungewöhnlich? (2,5P)
RNA-Isolierung
durch reverse Transkriptase die Synthese der cDNA aus Spike-RNA
Gen-reaktive PCR mit cDNA: Denaturierung, Hybridisierung, Polymerisation
-> da es sich um ein Spike handelt werden zwei spezielle Primer genutzt
cDNA wurde vervielfältigt
zur cDNA werden markierte, komplementäre Sequenzen zugefügt
b)
über eine RNAdRNA-Polarisation
keine Wirtsgenomintegration möglich
-> Vervielfältigung der RNA durch RNA-abhängige virale RNA-Polymerase
RNA wird als Matrize genutzt
die SARS-CoV-2-Polymerase besitzen eine Proofreading-Funktion; das ist für RNA Viren ungewöhnlich
Beschrifte Sie die Zeichnung und geben Sie auch die Polaritäten an! Zehn Eintragungen sind gefordert (eine kommt doppelt vor). (4,25P)
Welche beiden bakteriellen ‚Immunsysteme‘ haben Sie im Genetikmodul kennengelernt? Wovor schützen sich damit die Bakterien vor allem? (1,5P)
Restriktionsendonukleasen und CRISPR/Cas
—> Schutz vor Infektion der Bakteriophagen
(1P)
a) Wie lautet das 3. Mendelsche Gesetz?
b) In welcher Hinsicht ist es falsch?
a) Freie Kombinierbarkeit der Gene
b) Gene müssen auf unterschiedlichen Chromosomen liegen
Der Abstand zweier Drosophila Gene a+ und b+ beträgt 17 centi Morgan. Geben Sie gesondert an, welche verschiedenen Genotypen und Phänotypen bei der folgenden Kreuzung entstehen, und berechnen Sie die erwarteten Häufigkeiten mit denen diese auftreten. (5P)
a– b+/ a+ b- x a– b-/ a– b–
NK23; K23
Der Abstand zweier Drosophila Gene a+ und b+ beträgt 22 (oder 32) centi Morgan. Geben Sie gesondert an, welche verschiedenen Genotypen und Phänotypen bei der folgenden Kreuzung entstehen, und berechnen Sie die erwarteten Häufigkeiten mit denen diese auftreten. (5P)
♀ ♀a– b+ / a+ b- x ♂ ♂ a– b- / a– b–
Rekombinationsfrequenz 17%
a-b+/ a-b-: 41,5% Phänotyp: a-b+ parental typ
a+b- / a-b- : 41,5% Phänotyp: a+b- parental typ
a+b+ / a-b- : 8,5% Phänotyp: a+b+ rekombinanter typ
a-b- / a-b- : 8,5% Phänotyp: a-b- rekombinanter typ
a-b+ / a-b- : 50% - 11% = 39% Phänotyp: a-b+
a+b- / a-b- : 50% - 11% = 39% Phänotyp: a+b-
a-b- / a-b- : 22/2 =11% Phänotyp: a-b-
a+b+ / a-b- : 22/2 =11% Phänotyp: a+b+
Durch untenstehende Kreuzung haben Sie eine Mais-Hybride erzeugt, die sich durch einen besonders hohen Ertrag auszeichnet.
a) Wie heißt dieser Effekt? (0,5P)
b) Wenn Sie die F1 Generation untereinander kreuzen, wie viele der Nachkommen (in %) hätten dann wieder den gleichen Genotyp (A/a; B/b; C/c; D/d; E/e; F/F) und somit die gleichen begehrten Eigenschaften? Nennen Sie die zur Lösung der Aufgabe von Ihnen angewandte Regel. (Annahme: Alle 6 Gene liegen auf untersch. Chromosomen.) (3,5P; 2P)
a) Heterosis-Effekt
b) Zum Lösen dieser Aufgabe wird die Produktregel angewandt.
A/a x A/a —> ½ A/a
B/b x B/b —> ½ B/b
C/c x C/c —> ½ C/c
D/d x D/d —> ½ D/d
E/e x E/e —> ½ E/e
==> ½ x ½ x ½ x ½ x ½ x 1 = 0,031 = 3,1%
Phenylketonurie (PKU) ist eine Krankheit, die durch eine genetische Störung des Phenylalanin-Stoffwechsels ausgelöst wird & ohne Behandlung zu geistiger Behinderung führt. Beantworten Sie anhand des unten gezeigten Familienstammbaums folgende Fragen:
a) Wie wird die PKU vererbt? Begründen Sie auch, warum andere Erbgänge ausgeschlossen werden können. (3P)
b) Kreuzen Sie im Stammbaum die Personen an, die garantiert heterozygot für dieses Merkmal sind. (1,5P)
a) Autosomal rezessiver Vererbungsgang
X-chromosomaler Vererbungsgang kann ausgeschlossen werden, weil:
(auch) Frauen erkranken und nicht (nur) Männer
gesunder Vater (II.1) kranke Tochter (III.1) hat
dominanter Vererbungsgang kann ausgeschlossen werden, weil:
nicht jede Generation betroffen ist
gesunde Eltern kranke Kinder haben
K23
Gegeben sei folgender Abschnitt einer proteinkodierenden DNA-Sequenz mit Angabe der kodierten Aminosäuresequenz:
…AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…
…Asn Ser Gln Ala Tyr Trp Met…
Geben Sie insgesamt vier unterschiedliche Punktmutationen an (Zwei Transitionen und zwei Transversionen), die jeweils zu einem Abbruch der Proteinsynthese führen werden. Schreiben Sie die veränderte Base an der passenden Stelle über die Sequenz: (2P)
Mutation 1 (Transition): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…
Mutation 2 (Transition): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…
Mutation 3 (Transversion): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…
Mutation 4 (Transversion): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…
Stop:
UAA (TAA)
UAG (TAG)
UGA (TGA)
a) Sie haben in einem genetischen Screen drei unabhängige autosomal rezessive Mutationen in Drosophila identifiziert, die im homozygoten Zustand zu reduzierten Flügeln führen. Wie würden Sie vorgehen, um mit einem genetischen Test zu überprüfen, ob diese drei Mutationen dasselbe Gen oder unterschiedliche Gene betreffen? (1,5P)
b) In demselben Screen haben Sie zwei weitere rezessive Mutationen isoliert, die im homozygoten Zustand zu einer leicht verminderten Vitalität führen. Beim Versuch der Etablierung einer Doppelmutante stellen sie fest, dass solche Individuen im Embryonalstadium absterben. Wie nennt sich dieses Phänomen und wie können Sie es erklären? (2P)
a) Kreuzen der Mutanten untereinander, wenn nach der Kreuzung wieder normal-flüglige Individuen entstehen liegen die Mutationen in verschiedenen Genen.
b) —> synthetische Letalität / Letalfaktor
Eine Mutation führt zu schwächerer Leistung, die aber noch nicht fatal wirkt. Durch den anderen Partner, der für dasselbe wirkt, kommt es jetzt dort ebenfalls zu einer Mutation, so ist dies zu viel für den Organismus und er stirbt. —> 2 Gene kodieren für einen Mechanismus
Geben Sie an ob die folgenden Sätze wahr (W) oder falsch (F) sind. (3P)
P-Elemente sind DNA-Transposons aus Drosophila, die auch bei der Erzeugung von transgenen Fliegen Verwendung finden.
Um die genetische Stabilität zu gewährleisten, sind sämtliche Transposons bei Menschen stillgelegt.
Bei der konservativen Transposition bleibt die ursprüngliche Kopie des Transposons erhalten und eine weitere Kopie des Transposons wird an einer anderen Stelle des Genoms integriert.
P-Elemente sind DNA-Transposons aus Drosophila, die auch bei der Erzeugung von transgenen Fliegen Verwendung finden. —> W
Um die genetische Stabilität zu gewährleisten, sind sämtliche Transposons bei Menschen stillgelegt. —> F
Bei der konservativen Transposition bleibt die ursprüngliche Kopie des Transposons erhalten und eine weitere Kopie des Transposons wird an einer anderen Stelle des Genoms integriert. —> F
K21
Füllen Sie die Lücken im untenstehenden Text. (3,5P)
Bei doppelsträngiger DNA in der B-Form wickeln sich zwei ______ Einzelstränge, die zueinander ______ und miteinander ______ sind, um eine gemeinsame Achse, so dass eine ______ Doppelhelix entsteht. Hierin stehen die innen liegenden Basenpaare ______ zur Helix-Längsachse und ______ zu einander, so dass ______-Kräfte zwischen ihnen entstehen.
Bei doppelsträngiger DNA in der B-Form wickeln sich zwei Polynukleotid Einzelstränge, die zueinander antiparallel und miteinander komplementär sind, um eine gemeinsame Achse, so dass eine rechtsgängige Doppelhelix entsteht. Hierin stehen die innen liegenden Basenpaare senkrecht (orthogonal) zur Helix-Längsachse und parallel zu einander, so dass Van-der-Waals-Kräfte zwischen ihnen entstehen.
Benennen Sie die untenstehenden Verbindungen (keine Abkürzung). (2P)
Protein-kodierende Exons machen nur ca. 1% unseres Genoms aus. Welche Arten nicht-codierender Bereiche unseres Genoms kennen Sie ? Zählen Sie diese auf! (4P)
Introns
Transposons
[ —> 1/4P]
von ChatGPT:
Promotoren
Enhancer & Silencer
Telomere
Transkriptionelle Start- & Stoppsignale
Intragenische Regulatoren
Repetitive DNA-Sequenzen
CpG Motive weisen eine ca. 40-fach erhöhte Mutationsrate auf und sind für etwa 1/3 aller auf Punktmutationen beruhenden Erbkrankheiten beim Menschen verantwortlich. Warum ist das so? Erklären Sie knapp! (2,5P)
CpG-Suppression
Cytosin wird innerhalb von CpG DNA-Motiven an der C-5 Position durch eine CpG- spezifische Methylase methyliert
Methylierte Cytosine neigen dazu spontan zu desaminieren - CpG Motiv wird wird zu TpG
dadurch entsteht Häufung von TpG und CpA im Genom & CpG Motive werden unterdrückt
—> stellt Mutationsdruck dar
DNS-Doppelstrangbrüche (DSBs) sind sehr mutagen und eine Bedrohung für die Integrität des Genoms. (3 P)
a) Nennen Sie zwei Beispiele aus der Vorlesung, bei der DSBs als Teil eines genetischen Programms von der Zelle dennoch absichtlich eingeführt werden. (Die in (c) aufgeführten Enzyme sind nicht gemeint.)
b) Welcher nachgeschaltete Reparatur-Prozess wird in diesen beiden Fällen durch den gesetzten DSB initiiert?
c) DSBs, die durch Typ2-Topoisomerasen oder Ser-Rekombinasen (wie z.B. Hin-Invertase von Salmonella), eingeführt werden, sind weit weniger gefährlich. Warum?
Meiose
Class-Switch-Rekombination (CSR) bei B-Lymphozyten
Mating-Type-Switch bei Hefe
b) homologe Rekombination (HR)
c) weniger gefährlich, weil diese Enzyme normalerweise in regulierten Prozessen arbeiten und spezifische Sequenzen erkennen. Sie verursachen DSBs an bestimmten vorbestimmten Stellen im Genom und ermöglichen so gezielte genetische Umlagerungen oder Regulierungen, ohne die Integrität des Genoms als Ganzes ernsthaft zu gefährden.
Gezeigt ist eine ___-karyontische, tri-___________ mRNA (dunkelgrün). (1P)
Beschriften Sie die Zeichnung durch Eintragungen auf den roten Linien bzw. in die roten Kästchen! (4P)
Gezeigt ist eine pro-karyontische, tri-cistronische mRNA (dunkelgrün).
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