Genetik

-Genom=Erbgut

-Reguliert und steuert die Vorgänge in jeder Zelle wie es in der DNA festgelegt ist

-Zerstörung des Zellkerns -> Tot der Zelle

-Zellkern=Eukaryot

-kein Zellkern=Prokaryot

-DNA-Moleküle sind Polymere aus 2 Nucleotiden, 1 Base (innen), 1 Zucker (außen), 1 Phosphatrest (außen)

-komplementäre Basen (Adenin,Thymin und Guanin,Cytosin)

-Doppelhelix

-3’ und 5’ Ende

(-OH-Gruppe bzw. Phosphatgruppe am 3’ oder 5’ C-Atom)

-Arbeitsform: Chromatinfäden, DNA windet sich um Histone (Proteine) ->Nucleosome

-Transportform: Chromatinfäden werden zu Chromosomen verdichtet

-Chromosome bestehen aus 2 identische Stränge (2-Chromatid-Chromosom) am Centromer verbunden

-Menschen besitzen 23 unt. Chromosome x2 (homologe Chromosome, eins von der Mutter und das andere vom Vater)

-Karyotyp=46 Chromosome

-2n (n=Chromosomenanzahl)=Chromosomensatz in jeder Körperzelle

-Chromatiden eines Chromosoms ist gen. identisch

-homologe Chromosome sehen gleich aus sind abergen. unterschiedlich

-Männer: x- und y-Chromosom

-Frauen: x- und x-Chromosom

-Zellen mit homologen Chromosomen -> diploid

-Zellen mit einzelnen Chromosomen -> haploid

-Karyogramm:

-Chromosome werden nach Bandenmuster, Größe und länge sortiert

-Diagnostik von Erbkrankheiten

-Ziel: gen. identisch Tochterzellen

Interphase: Verdopplung

-In der Zelle ist ein Zellkern von von der Kernmembran umschlossen

-Im Nucleous (Kernkörperchen) liegt die DNA als dünne Fäden vor (Ein-Chromatid-Chromosom)

-nicht spiralisiert

-Replikation -> Zwei-Chromatin-Chromosome

Prophase:

-Nucleous löst sich auf und die DNA verdichtet sich (Spiralisierung um Histone (Proteine)) - Transportform ->Kondensation

-Verkürzung der Chromosome

-Chromosome sind leicht zu erkennen (2 Chromatide durch Verdopplung)

-Ausbildung des Spindelapparats (Spindelfasern)

Metaphase:

-Anordung der Chromosome in der Äquatorialebene -> Spindelapparat

-Spindelfasern sind an Chromosomen angedockt und verlaufen strahlenförmig von den Zellpolen zur Äquatorialebene

-Chromosome sind gut zu erkennen

Anaphase:

-Chromatiden werden am Centrometer getrennt

-Verkürzung Spindelphasern

-wandern durch den Spindelapparat zu den beiden Zellpolen

Telophase:

-Spindelapparat löst sich auf

-Chromosome entspiralisieren sich

-Kernmembran und Nucleous bilden sich wieder

Cytokinese:

-Durch Einschnürrung in der Äquatorialebene bilden sich zei Zellen

-Jede Zelle besitzt einen diploiden Satz aus Ein-Chromatid-Chromosomen

-Pflanzen: Durch eine Zellplatte sich zwei Zellen

->semikonservativ - Doppelstränge betehen nun aus einem elterlichen und aus einem neuen Strang

Initation:

-DNA Topoisomerase ordnet die DNA

-DNA Helicase(Replikationsgabel) trennt die DNA-Stränge (trennt die Wasserstoffbrücken zwischen den Basen)

-SSB-Proteine stabilisieren die DNA-Stränge

-DNA-Primase sythetisieren RNA-Primer

-RNA-Primer knüpft das erste Nuclotid an die Matrizstange

Elongation:

-Einzelstränge verlaufen antiparallel

-kontinuierliche Synthese

-Codogener Strang/Leitstrang: DNA-Polymerase bindet am Primer das erste Nucleotid (am 3’ Ende (Funktionelle Gruppe befindet sich am 3. C-Atom) bindet es kontinuierlich die Nuc. an ) - (Adenin, Guanin, Cytosin,Thymin, OH-Gruppe)

-Komplementärer Strang/Folgestrang: DNA-Polymerase bindet am Primer das erste Nucleotid (sucht mittendrin ein 3’-Stelle, da der kompl. Strang ein 5’Ende (Funktionelle Gruppe befindet sich am 5. C-Atom) - bindet diskontinuierlich und entgegengestzt von der R.Gabel weg) ->Okazaki-Fragmente (Teilstücke) werden durch ligase verknüpft

Termination:

-ganze DNA wird gespalten -> Es entsteht ein Doppelstrang

-nur ein bestimmter Teil der DNA wird kopiert, um die Informationen an die Ribosome weiterzuleiten (Einzelstrang)

Eu/Prokaryoten: Zellkern,Cytplasma

Initation:

-RNA-Polymerase bindet an den Promoter (Adenin und Thymin) und entspiralisiert die DNA

Elongation:

-RNA-Polymerase bildet die mRNA, indem an dem codogenen Strang (Matrizen-Strang)

-Polymerase bindet komplementäre Nucleotide an 3´ Ende an (5´-> 3´ Richtung)

-fertige mRNA verlässt die Matritze wobei die Polymerase weiter transkripiert

Termination:

-Trifft RNA-Polymerase auf Terminator(bestimmte Nucleotide), so verlässt die mRNA den codogenen Strang

Eukaryoten

-Die ganzen DNA mit allen Introns wird transkribiert (längere als nötig) -> es entsteht die prä-mRNA

-Prozessierung:

-Am 5’Ende werden besondere Nucleotide angebaut ->Die sogenannten Kappen (methyliertes Guanin)

-Am 3’Ende werden 100-200 Adenin-Nucleotide angeheftet->Der Poly-A-Schwanz

->Länge des Schwanzes beinflusst die Lebensdauer der mRNA

-Spleißen:RNA-Moleküle lagern sich mit Proteinen zu Spleißosomen zusammen

->Intzrons werden herausgeschnitten (Enzymkomplex wurde durch die Evolution funktionslos geworden - Restmüll mitgeschleppt) junk

->In der mRNA sind nur noch Exons

-mRNA wird in Aminosäureabfolge im Polypeptid übersetzt

-Ribosom besteht aus 2 (große und kleine) Untereinheiten -> Vor Beginn der Plos.liegen sie getrennt im Cytoplasma vor (inaktiviertes Ribosom)

-tRNA (Art der RNA) wird mit der passenden Aminosäuren am 3’Ende an der A.Säure-Anheftstelle unter Verbrauch von ATP beladen durch Aminoacyl-t-RNA-Synthetase-> Es ist aktiv ->Bindemitglied von Base und Aminosäuren

Initiation:

-Untereinheit verbindet sich (aktiviertes Ribosom-bestehend aus Protein und mRNA)

-aktive tRNA bindet mit dem Anticodon an das Startcodon (Initiationskomplex) A Stelle

-3 Bindestellen für tRNA: E,P,A Wechselwirkung zwischen mRNA und tRNA findet nur an der Pund A Stelle statt

-Ribosom rutscht ein Basentripplett weiter

Elongation:

-neue tRNA bindet an die A Stelle

-Aminosäuren werden durch die Peptidyltransferase -> Aktivität verknüpft an tRNA an P Stelle

-Ribosom bewegt sich um ein Codon weiter, tRNA verlagert sich von der P zur E Stellung und A zu P Stellung

-entladenen tRNA an der E Stelle verlässt die tRNA

-Vorgang wiederholt sich…Polypeptid bildet sich

Termination:

-Relasefaktor bindet sich an den Komplex wenn, Stoppcodon an die A Stelle gelangt

-tRNA wird von P Stelle freigesetzt und Polypeptid löst sich von tRNA

-mRNA und Ribosom Untereinheiten trennen sich

Prokaryoten:

-Translation kann von mehreren Ribosomen gleichzeitig abgelesen werden

-mRNA wird sofort abgebaut und Nucleotide wiederverwendet

Eukaryoten:

-Translation:kann nur von einem Ribosom abgelesen werden

-Poly-A-Schwanz lässt mRNA einige Zeit weiterleben

! räumliche Trennung von Transkription und Translation !

-Veränderung eines Gens (Basensequenz):

-Folgen: Strukturveränderung des Proteins -> Funktion kann nicht mehr erfüllt werden ->Lebewesen stirbt oder neue Funktion entsteht -> passt sich an die Umwelt an -> Evolution

Leserastermutation: Insertion, Deletion, Inversion (Hinzufügen Enfernen Umdrehen einer Base)

-Missense-Mutation: andere Aminosäure,nachfolgende Basensequenzen auch anders

-Nonsense-M.: Stoppcodon,Abbruch der Translation

-Folgt auf eine Insertion eine Deletion wird es kompensiert

Punktmutation: Substitution (Basen werden ersetzt)

-stumme-M.: gleiche Aminosäure codiert (Code ist redundant)

-Missense-M.: andere Aminosäure codiert

-Nonsense-M.: Stoppcodon codiert, Abbruch der Genexpression

-Strukturgene:Sie enthalten die genetische Information zur Bildung der Enzyme

-Regulatorgen: Dieses enthält die Information zur Bildung eines Repressor-Proteins.

-Repressor: Protein, das 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 Strukturgenen.

Abwesenheit des Indukros:

-Regulatorgen schickt aktiven Repressor(Protein), der sich an den Operator bindet und die RNA-Polymerase blockiert - Veränderung der Strukturkeine Bindung an der DNA-keine Genexpression

-inaktivier Repressor->Genexpression

Substratinduktion:

-Enzymbildung funktioniert nur wenn Induktor (bestimmtes Substrat) vorhanden ist

-Substrat bindet an Repressor(Schlüssel-Schloss-Prinzip) -Veränderung der Struktur,Repressor kann sich nicht mehr an Operator und die RNA-Polymerase nicht mehr blockieren

-Operon kann von der RNA-Polymerase abgelesen werden und Enzyme für deb Substratabbau hergestellt werden

Endprodukthemmung/-repression:

-Endprodukt verhindert die Enzymbildung

-Repressor ist inaktiv - Enzyme wersen gebildet

-wenn eine bestimmte Menge vorhanden ist, bindet sich das Endprodukt an den Repressor und aktiviert ihn, bindet sich an den Operator und die Transkription wird wieder gestoppt

-Endprodukt wird verarbeitet und Repressor wird wieder inaktiv->Genexpression

-bösartige Neubildung von Gewebe (Tumor,Wucherung, etc.)

-zerstörendes Eindringen in das Gewebe

-mögliche Unsterblichkeit

-unkontrolliertes Wachstum - Verlust der Zellteilungskontrolle (stetige Vermehrung) -> beniggne Tumore, gutartig

-> Verlust der Positionskontrolle (nicht ortsbebunden) -> maligne Tumore (bösartig), Ausbreitung über lymph- und Blutbahnen in andere Gewebe/Organe, Bildung von Metastasen (Tochtergeschwülste)

-Entwicklung von Multi-Drug-Resistance (Arztneimittelresistenz)

-Proton-Onkogene (Vorläufer des Krebsgen): fördert Zellteilung

-Tumorsupressorgen: hemmende Zellteilung

-> beide unterliegen spezifische

->unterliegen der Regulation spezifischer Wachstumsfaktoren

->codieren auch für Transkriptionsfaktoren

-Bei einer Mutation wird das Proto-Onkogen zu einem Onkogen

->Ohne Wachstumssignale verursacht es eine übermäßige Zellteilung ->Tumorbildung

-karziogene Einflüsse (krebserregend)

Reduktionsteilung - Trennung von homologen Chromosomen 2n->1n

Rekombination:

Interphase:

-DNA-Replikation

-es liegt eine diploide Urkeimzelle vor

Prophase:

-Chromosome spiralisieren

-homologe Chromosome bilden Tetraden

-Intrachromosomale Rekombination: Crossingover - Überlagerung der Chromosome, sie tauschen Chromosomenstücke aus ->höhere genetische Variabilität

-Kernhülle löst sich auf

Metaphase:

-Tetraden orden sich auf der Äquatorialplatte an

-Spindelaperat bildet sich

Anaphase:

-Spindelfasern trennen homologe Chromosome ohne Centromere zu trennen

-Interchromosomale Rekombination: Je 23 Chromosome werden auf neue Geschlechtszellen verteilt

Telophase:

-An jedem Pol liegen spiralisierte 2-Chromatid-Chromosome vor

-Cytoplasma teilt sich in zwei Zellkörper auf (Mann zwei gleich große, Frau eine Eizelle groß und ein Polkörperchen klein)

-wie die Mitose

Äquationsteilung - Trennung der Chromatide

Prophase:

-die weitere Zellteilung wird eingeleitet

Metaphase:

-Chromosome ordnen sich auf der Äquatorialebene an

-Intrachromosomale Rekombination: crossing-over möglich: Kreuzpunkte werden als Chiasmata bezeichnet

-Bildung des Spindelapparats

Anaphase:

-Spindelphasern ziehen die Chromatide am Centromer auseinander

-Interchromosomale Rekombination: Je 23 Chromosome werden zufällug auf neue Geschelchtszellen verteilt

Telophase:

-an jedem Pol liegen n Chromosome aus 1 Chromatid (1 Doppelhelix) vor

-Cytoplasma teilt sich in zwei Zellkörper auf

-am Ende entstehen 4 haploide Keimzellen mit je 1 Chromosomensatz

-1 Chromatid

->Chromosme sind neu kombiniert

-Mann: es entsteht 4 Spermienzellen mit jeweils dem halben Chromosomensatzt (1/2 n)

-Frau: es entsteht eine Eizelle (n) + 3 Pollkörperchen, die allerdings zugrunde gehen

Monohybrider dominant-rezessiver Erbgang:

1. Uniformaitätsregel

1. Kreuzt man Indiviuen einer Art, die sich in einem Merkmal unterscheiden, für das sie reinerbig sind, dann sind die Nachkommen in diesem Merkmal alle gleich (gleicher Genotyp). ->reinerbig bedeutet, dass für ein Gen nur ein Allel vorliegt

2. Spaltungsregel

   Die Nachkommen spalten sich sowohl im Genotyp al sauch im Phänotyp auf. Die Nachkommen sind also nicht mehr gleich. Die unterschiedlichen Merkmalsformen spalten sich dabei immer in einem bestimmten Zahlenverhältnis auf (3:1)

Dihybrider doinant-rezessiver Erbgang:

1. Unabhängigkeitsregel (Neukombinationsregel)

   Allele verschiedener Gene können unabhängig vererbt werden. Bei einer Kreuzung der F1-Individuen entstehen dann neue Kombinationen von Merkmalsausprägungen, die weder in der F1- noch in der F2-Generation zu beobachten waren (9:3:3:1)

Autosom: alle Chromosome außer die Geschlechtschromosome

Gonosom: Geschlechtschromosome

Allel: Erbanlagen, die für die Merkmalsausprägung zuständig sind

Phänotyp: die sichtbaren Eigenschaften eines Organismus. Es stellt smoit das Erscheinungsbild eines Merkmals dar. Es wird von der Umwelt und von dem Genotyp bestimmt

Genotyp: Ist die genetische Zusammmensetzung eines Organismus bzw. die kombination von Erbanlagen

Homozygot: beide Erbanlagen für ein Merkmal stimmen überein (reinerbig)

Heterozygot: beide Erbanlagen für ein Merkmal sind verschieden

rezessiv: ein Allel setzt sich bei heterozygoten Lebewesen gegen ein anderes im Phänotyp nicht durch

dominant: ein Allel setzt sich bei heterozygoten Lebewesen gegen ein anderes im Phänotyp durch

P-Generation: Elterngeneration

F1-Generation

F2-Generation

-Deletion nach Doppelbruch:

Ein Stück fällt aus der Mitte raus (zwei Bruchstellen)

-Deletion nach Einzelbruch:

Ein Stück fällt am Endstück weg (eine Bruchstelle)

-reziproke Translokation/Insertion:

Stücke von zwei Chromosomen werden ausgetauscht

-Inversion:

Ein Stück wird umgedreht

-Duplikation:

Ein Stück wird verdoppelt

-Bei der Polyploidisierung verändert sich die Anzahl der Chromosomen

-Aneuploidie: zwei Chromosomensätze

-Polyploidie: Art die mehr als zwei Chromosomensätze haben -> größer (Stoffwechselrate und Proteinsynthese höher) - triploid 3n, teraploid 4n, pentaploid 5n

-Autopolyploidie: mehr als zwei arteigene Chromosomensätze zb. AAA

-Allopolyploidie: zwei verschiedene Arten

-Hybride-> Kreuzung aus zwei unterschiedliche Arten

-Fortpflanzungsfähig sind nur polyploide Hybride mit geradem Chromosomensatzt

-ungerader Chromosomensatzt entsteht aufgrund einer Störung während der Meiose - Doppelbefruchtung

-die meisten sind deswegen steril, deshalb kommt es oft zu einer asexuellen Vermehrung - Non-Disjunction zB. Trisomie 21 (In der Telophase I oder II der Meiose werden die homologen 2-Chromatid-Chromosome 21 nicht getrennt - Das 21 Chromosom liegt in jeder Zelle 3 mal vor)

-im Laufe der Evolution verbessern Tiere durch Mutationen ihrer Angepasstheiten an ihre Umwelt

-dominant: homozygot oder heterozygot

-rezessiv: nur bei homozygot

-meisten Gene auf den 22 Auosomen lokalisiert -> daher autosomale Vererbung

-Multiple Allelie:

-Wenn mehr als zwei Allele des gleichen Gens vorkommen

-Genomische Prägung:

-Unterschied ob mutierte Chromosom von Mutter oder Vater stammt

-bei meist nur einem Geschlecht

dominant:

-Hinweis: In jeder Generation

-Beleg: kranke Eltern, gesundes Kind

rezessiv:

-H: nicht in jeder Generation

-B: gesunde Elrtern krankes Kind

autosomal:

-H: Männer und Frauen sind gleich betroffen

-H dominant: heterozygote Eltern können gesunde Kinder bekommen

-H rezessiv: nicht in jeder Generation

-B dominant: kranker Vater, gesunde Tochter

-B rezessiv: gesunder Vater, kranke Tochter

gonosomal:

-H: mehr Männer

-H dominant: Frauen betroffen

-B: Tochter krank, Vater krank

-B dominant: Vater krank Mutter gesund, Söhne gesund

-ist die Vererbung x-chromosomal, bildet sich das Merkmal bei Männern immer aus, weil sie nur ein X Chromosom besitzen -> das nennt man hemizygot

Interphase:

-Zellkern ist von der Kernmembran umschlossen

-darin befindet sich ein Kernkörperchen (Nucleous)

-keine Chromosomen erkennbar

-DNA ist nicht spiralisiert - liegt in Form von dünnen Fäden vor

-DNA Replikation, damit zu gleichen Teilen die DNA auf die Tochterzellen aufgeteilt werden kann

Prophase:

-Kernkörperchen und Kernmembran lösen sich auf

-das Chromatin verdichtet sich -> die DNA wickelt sich um Proteine

->Spiralisierung / Kondensation der DNA

-nun liegt die Transportform der DNA vor und Chromosome werden sichtbar

-durch die Replikation besitzen die Chromosome zwei Chromatide, aber noch unsortiert

-Spindelapparat bildet sich

Metaphase:

-der Spindelapparat (vollausgebildet- bestehend aus Spindelphasern aus Eiweißmolekülen und verläuft strahlenförmig von den Zellpolen zur Äquatorialebene) ordenen die Chromosome nebeneinander in der Äquatorialebene an

-Chromosome sind maximal spiralisiert und gut erkennbar

Anaphase:

-die beiden Chromatiden eines Chromosoms werden am Centromer getrennt

-Sie wandern durch den Spindelapparat zu den entgegengesetzten Zellpolen

Telophase:

-Chromosome entspiralisieren sich wieder

-Spindelapparat hat seine Funktion erfüllt und löst sich auf

-Nucleous und Kernmembran bilden sich wieder

-bei Tieren entstehen jetzt durch Einschnürungen zwei Zellen

-bei Pflanzen wird in der Prophase/Metaphase eine Zellplatte ausgebildet, wodurch ebenfalls zwei Zellen entstehen

-Einbau von DNA anderer Organismen

-zB. Mäuse (Labor)

-Gene-Pharming: Tiere produzieren Wirkstoff

-Zellen, die sich in unterschiedliche Zelltypen ausdifferenzieren können

-totipotente (ganz), Gegenteil: omnipotent : können komplette Organismen ausbilden

-pluripotente Stammzellen: differenzieren sich in allen Zelltypen aus

-multipotente Stammzellen: Ausdifferenzierung ist nur noch innerhalb des Gewebes möglich

-Erbgut wird künstlich verändert - neue Kombination

-möglich weil der code universell ist

CRISPR/CAS-Methode: Gene punktgenau einfügen entfernen und ausschalten

-DNA wird durch CAS-Proteine enzymatisch zerstört

-neue DNA abschnitte werden in das Genom eingebaut -> CRISP

-entstehung sgRNA (single guide RNA)

-sgRNA wird künztlich hergestellt und bindet als Sonde an die DNA

-künztlichhergestellte CAS-Proteine schneiden dann genau an der stelle -> Gen ist ausgeschaltet oder neue DNA eingefügt werden

Pro:

-neue Entwicklungen - Fortschritt

-keine Abfälle

-Anbau wird schneller und effektiver

-erleichterter Ablauf

-mehr Vielfahlt

-Gen aus natürlichen Organsimen-natürliche Kreuzung

Con:

-resistenzbildung

-Schädigung anderer Pflanzen

-Reduktion der Wildpflanzenvielfalt

-Ethische Bedenken

-Allergien

-unkontrollierbare Ausbreitung

-Eingriff in das ökologische Gleichgewicht

-mögliche Neobiota

Eukaryoten:

-DNA

-prä-mRNA: die ganze DNA mit allen Introns wird transkribiert (länger als nötig)

-Prozessierung:

-Spleißen: RNA-Moleküle lagern sich mit Proteinen zu Spleißosomen zusammen

->Introns werden durch das Enzym Spleißosom herausgeschnitten (wurden evolutionär funktionslos wird aber als junk mitgeschleppt)

->mRNA besteht nur noch aus Exons

->unter. mRNA, Vielfahlt an Proteine

-Am 5’ Ende werden besondere Nucleotide angebaut (methyliertes Guanin) ->Kappe, erleichtert die Bindung an die Chromosome

-Am 3’ Ende werden 100-200 Adenin-Nucleotide angeheftet (Poly-A-Schwanz) -> je lämger der Schwanz, desto länger existiert die mRNA

-Ribosomaufbau: grose Einheit 80s kleine 60s

-Wanderung geladener und radioaktiv makierten Teilchen durch ein Gel in einem elektrischen Feld

-im Gel befindet sich ein engmaschiges Netz, das die Moleküle bei ihrer Wanderung unterschiedlich stark behindert -> molekulares Sieb

-je nach Molekülgröße und Ladung wandern sie unterschiedlich weit

-gleiche Teilchen befinden sich dann in der gleichen Bande (Zone)

-Zum Schluss wird das Gel einer Autoradiographie unterzogen, um die radioaktiven Banden sichtbar zu machen

-Bsp.: Vaterschaftstest: DNA wird mit einem Restriktionsenzym nach der Restriktionsfragment-Längenpolymorphismen Analyse (RFLP) behandelt, welches die DNA sequenzspezifisch spaltet -> unterschiedlich lange Fragmente, die sich dann nach der Größe in dem Gel anordnen

-Ermittlung der Basensequenz

-Kettenabbruchmethode:

-Desoxyribonucleosid-Triphosphat (dNTP) - normale Nucleotide

-Didesoxyribonucleosid-Triphosphat (ddNTP) - Kettenabruch Nucleotide

-ddATP (Adenin), ddTTP (Tymin), ddCTP (Cytosin), ddGTP (Guanin)

-4 Reagenzgläser mit jeweils einem Abbruch Molekül

-DNA-Polymerase sythetisiert am 3’ Ende des Einzelstrangs des Primers eine einen komplementären Strang aus den vorhandenen dNTP-Molekülen

-wird zufällig eines der vier ddNTP in die DNA-Sequenz eingebaut wird die Synthese gestoppt (mann weiß, das bei Versuch A am Ende des Fragments ein ddATp sitzt)

-unterschiedlich lange Fragmente entstehen

-die Fragmente aus jedem der vier Reagenzgläser werden mithilfe der Gelelektrophorese gleich radioaktiv makiert und ausgewertet

-Übersetzung in die DNA-Sequenz

-um eine möglich präzise Bestimmmung des Karyotyps eines Chromosoms zu bestimmten nutz man die Fluoreszenz in-situ Hybridisierung (FISH)

-DNA-Sonden: künstlich hergestellte einzelsträngige DNA-Abschnitte die mit einem Fluoreszenzfarbstoff makiert sind

-Durch Hitze wird die DNA der zu untersuchenden Metaphasechromosome in Einzelstränge denaturiert und bei anschließender Erkülung binden die DNA-Sonden an die komplementären DNA-Sequenzen der Chromosome -> Hybridisierung

-die Chromosome fluoreszieren in einem Farbton

-fehlt nach einer Deletion zB. ein Abschnitt ist an der Stelle keine Makierung zu erkennen

-zB. DNA-Chip-Technik, NextGenerationSequencing (NGS)

-hochgradig, automatisierte und zeitgleiche Sequenzen sehr vieler DNA-Abschnitte schnell und effizient sind und zudem relativ kostengünstig

-aber riesiege Datenmengen fallen an

-man sucht nach individuellen Einzelbasenvarianten (SNP), die Bedeutungen für Krankheiten haben -> mit den Informationen kann eine bessere Dosierung der Medikamente erfolgen

-Menschen besitzen eine hoche Variabilität ihrer Genome - Menschen besitzen über drei Millionen SNP’s, die keine Auswirkungen auf den Phänotyp haben -> Dies erschert die Foschung bzw. eine Erstellung einer Standard-DNA-Sequenz

-Lebewesen dienen zur Erforschung von Krankheiten und biologischen Fragestellung

-sollte sich gut im Labor halten und vermehren lassen, nicht viel Platzt einnehmen, r-Stratege, gut genetisch verändern und untersuchen lassen

-ähnliche Gene wie beim Menschen

-wenn kein Allel von beiden dominant ist

-Umsetzung und Realisierung der genetischen Informationen

-Transkription: Informationen der DNA zur Bildung eines Proteins werden in die Basensequenz einer mRNA (messenger RNA) - Kopie DNAstücke in Form eines Einzelstranges -Eykaryoten: im Zellkern Prokaryoten: im Cytoplasma

-Translation: Informationen werden durch Ribosome mit rRna und tRNA(transfer RNA aus Nucleotiden) in die entsprechende Aminosäurensequenz umgesetzt-Eukaryoten und Prokaryoten: im Cytoplasam

-Basensequenz

-Triplett/Codon = 3 Basenpaare

-redundant -> eine Aminosäure können von mehreren Codons codiert werden

-kommafrei -> Codons schließen lückenlos aneinander

-ist nicht überlappend -> Eine Base gehört nur zu einem Codon

-universell -> fast alle Lebewesen nutzen den selben Code

-Sequenz der mRNA

-differenzierte Regulation möglich

-räumlich und zeitliche Trennung von Transkription uns Translation

Transkription:

-Promotor-Region: Durch Basensequenzen reich an Thymin und Adenin (TATA-Box) wird die Promoterfunktion herabgesetzt ->Polymerase kann nur schlecht die DNA ablesen

-Transkriptionsfaktoren: Regulatorproteine die an den Promoter binden, sodass die Polymerase besser binden kann

-Enhancer und Silencer:

Verstärker:Sie befinden sich weit weg vom Start also von den Transkriptionsfaktoren. Sie binden an Aktivatorproteine und bilden Schleifen, sodass sie engen Kontakt mit den T.Faktoren haben -> Transkription wird stimuliert

alternatives Spleißen:

-Introns und Exons werden herausgeschnitten

->unterschiedliche mRNAs -> Vielfahlt der Proteine, die ein einzelnes Gen codieren kann

Epigenetik: erbliche Veränderung in der Genomregulation, die nicht auf Veränderung der DNA-Sequenzen (Genmutation) zurückzuführen sind und reversibel ist (nur bei Eukaryoten)

-Methylierung:

-Cytosin wird durch Anhängen einer Methylgruppe zu Methylcitosin modifiziert -> durch das Enzym DNA-Methyltransferase

->die Raumstruktur der DNA wird verändert - die Gene sind abgeschaltet, die RNA-Polymerase kann die DNA nicht mehr ablesen und es erfolgt keine Transkription -> Gen ist abgeschalten

-Sequenzen bleiben aber gleich

-der Methylierungszustand ist reversibel, durch die Demethylase werden die Methylgruppen entfernt- die Gene sidn wieder eingeschaltet

-Methylierungszustand kann mitotisch (Mitose betreffend) in die nächste Generation übertragen werden, dabei werden die Methylierungsmuster bei der DNA-Replikation enzymatisch übernommen

-Histonacetylierung:

-Modifikation der Histone und der daraus resultierende Kondensationsgrad des Chromatins

-Histone sind positiv geladene Proteine(weil basische Aminosäuren ein Proton anlagern), die die DNA (negativ geladen, aufgrund der Phosphatgruppen) im Zellkern verpacken -> ziehen sich gegenseitig an

-Heterochrmatin (Inaktive Gene): enge Umwicklung - Gene sind nicht lesbar, die RNA-Polymerase kommt durch die enge Umwicklung nicht an die DNA heran -> keine Transkription

-Euchromatin (Aktive Gene): dekondensierter Zustand (weite Umwicklung) - Gene können transkribiert werden

-Acetylgruppen werden enzymatisch an Aminosäuren (oft am flexiblen Ende mit hoher Konzentration von Lysin) der Histone angefügt -> Verändert die Wechselwirkung der Histone untereinander und der DNA

-Bei der Acetylierung (bessere Lernfähigkeit) gibt Lysin sein Proton ab und verliert sine pos. Ladung -> Wechselwirkung schwächt ab -> geringerer Umwicklung -> Erhöhung der Transkriptionsrate

-Deacethylierung bedingt eine enge Umwicklung der DNA um die Nucleosomen

RNA-Interferenz:

-kurze RNA Stücke = miRNA

-diese faltet sich zu Doppelstrngen zusammen

-sie wird von RISC-Proteinkomlexen in Einzelsränge zerlegt

-miRNA bindet an mRNA und blokiert die Translation

-RISC-Komplex baut die mRNA schließlich ab -> bestimmte Proteine werden nicht codiert

-Polymerasekettenreaktion

-kleine DNA-Proben vervielfälltigen

-Nach Prinzip der Replikation:

1) Denaturierung: Erwärmung führt zur trennung der Doppelhelix-> Einzelstrang

2) Hybridiesierung: Anlagerung zwei synthetische Primer

3)Polymerisation: Taq-Polymerase synthetisiert die DNA bei optimaler Temperatur 70 Grad

4) Erwärmung: Syntheseabbruch, Proteine/Polymerase wird zerstört

zykluswiederholt sich…

-bestimmte Basensequenzen wiederholen sich

-je nach Individuum gibt es unterschiedlich viele Wiederholungen -> Wiederholungseinheiten short tandem repeats (STR)

-Gelelektrophorese

Vaterschaftstest:

-Wiederholungen werden vererbt

-zb. besitzt das Kind ein Chromosom mit 6 Wiederholungen von der Mutter und das homologe besitz 9 vom Vater