Vorlesungsinhalte

Art aus Individuen mit ähnlichen Erscheinungsbild

• phänotypische Variabilität

• verschiedene Stadien (Polymorphismus)

• Sexualdimorphismus

• Bakterien

Individuen, die sich kreuzen können (und fortplnzungsfähige Naachkommen bilden)

• geograpisch getrennte Populationen

• ungeschlechtliche Fortpflanzung

• Paläntologie

=Art als die Gemeinschaft von Individuen derselben Abstammung, die sich aus mehreren Populationen zusammensetzt

Betrachtung der Aufspaltung und Weiterentwicklung über eien lange Zeit

—> Endergebnis nicht immer klar und verändert sich

Artenkonstanz / keine Neubildung von Arten möglich / Artenwechsel nur durch Verdrängung einer Art zB. bei Katastrophen

Artwandel durch Änderung am Phänotyp / Gebrauch führt zu Änderung des Phänotyps was vererbt wird

Artwandel durch Änderung am Genotyp / Mutation / natürliche Selektion -> vererbbare Variabilität + natürliche Selektion = Evolution

Unterschiedliches Aussehen und Funktion, aber Verwandtschaft durch gemeinsamen Vorfahren

Ähnliches Aussehen durch konvergente Evolution, aber keine Verwandschaft

1. Uniformitätsregel -> homozygote Eltern RR und rr ergeben heterozygote Nachkommen Rr / 2. Spaltungsregel -> diese heterozygoten Nachkommen Rr ergeben zu 25% RR bzw. rr und zu

Gesamtheit aller Allele/Genotypen in einer Population

Artbildung ohne räumliche Trennung der Subpopulationen; durch ein disreuptives Ereignis entsteht in der Ursprungsart eine abgespaltene Population, die aufgrund ihrer genetiscen Variabilität reproduktiv isoliert ist

durch physische Barrieren (oder Gründereffekt) wird Ursprungsart aufgetrennt und geographisch isoliert; getrennte Genpoole entwickeln sich unabhängig weiter

durch unterschiedliche Umwelteinflüsse in großem Verbeitungsgebiet gibt es verschiedene Selektionsdrücke auf eine Ursprungsart, was zur graduellen Entwicklung von Unterarten führt, bei denen meist noch Hybridiesierung möglich ist

gleichgeschlechtliche Individuen einer Population konkurrieren miteinander um den Befruchtungserfolg

adresseirte Individuen wählen Fortpflanzungspartner anhand bestimmter Mermale aus

=Prozesse, durch die der Genpool veräbdert wird (Ursache für evolutionäre Veränderungen)

• Mutation

• Rekombination

• Selektion

• Gendrift

• Genfluss

• Migration

• Hybridisierung

• Gentransfer

• Isolation

Constraints / = Faktoren, die die vererbbare Variabilität beschränken / intrinsisch: Umweltbedingungen (physikalische Grenzen, Katastrophe), Ökologie (kein Selektionsdruck), Zeit / extrinsisch: Struktur (kein Neubau, sondern Veränderung des Körpers), Entwicklung (konservative ontogenetische Prozesse), Phylogenie (evolutionäres Erbe)

ein Gen beeinflusst den Phänotyp vielfach

zwei oder mehr Gene wirken zusammen um Phänotyp hervorzubringen

ein Gen verdeckt die Phänotypische Ausprägung eines anderen Gens

• Leptonema (Chromosomen mit Endstrukturen mit nuklearer Membran befestigt)

• Zyonema (Paarung homologer Chromosomen)

• Pachynema (synaptonemaler Komplex: Proteinstruktur zwischen homologen Chromosomen)

• Diplonema (Crossing Over)

• Diakinesis (Auflösung des Synaptonemalen Komplexes)

Gene in Haplo-Blocks (zwischen Crossing-Over Stellen) werden fast immer zusammen verebt, sodass sie in Population fast identisch sind

z.B. Laktosetoleranz

bei Crossing Over innerhalb eines Gens entsthet ein mismatch zwischen Schwetserchromatiden, der repariert werden muss, indem ein Allel in ein anderes umgewandelt wird

Balance wichtig, da sonst zu viel Genexpression (im 100 Zellstadium zufällig, welches X-Chromosom deaktiviert wird)

posttranskriptionelle Ebene: siRNA, miRNA, lncRNA -> Feedback-Loop, Intronerhaltung etc.

• Histon-Acetylierung von Lysin —> öfnnun gder Chromatin Struktur duch neutralisierung der positiven Ladung)

• Histon-Methylierung von Lysin/Arginin (ann Transkription erhöhen/vermindern)

• Histon-Phosphorylierung von Aminosäuren Hydroxy-Gruppe: Serin, Theornin, Tyrosin)

• H3K4me2/3 in Promoter aktiven Genen

• H3K27me3 in runterregulierten Genen

• H3K9me3 in Heterochromatin

  • K: Poisiton von Lysin

  • me: Anzahl Methylierungen

• miRNA (micro):

• siRNA (short interfering) stammt aus Viren

• lncRNA (lange, nicht-codierende)

  • wirken als Transriptionsfaktoren: post-transkriptionales Genausschaalten

    • bilden in der Transkription Feedback-Loop, sodass das Spleißen der Introns verhindert wird und ein Protein exprimiert werden kann

  • Binden an RNA und lösen Reaktion aus z.b Zerstörung oder Blockierung der Translation

  • Antisense-Transkriptionen

1-3 Transmembranproteine

1) single pass (einlauf)

2) multipass (Mehrlauf)

3) beta barrel (beta-Fass)

1-4 Integrale membranproteine

4) Monotopisches Membranprotein: mit einer hydrophoben Helix in der Membran verankert

5-6 lipid-verankerte Membranproteine

5) mit kovalentem Lipid angeheftet

6) GPI Anker (Glycosol-Phosphatidylinsostol)

7-8 periphere Mebranproteine: durch nicht kovalente Wechselwirkungen

Vesikel mit sauren Enzymen (Optimum zwischen 4,5 und 5), die Proteine, Organellen und Membranlipide abbauen (durch Phagocytose)

Gesamtheit aller Proteine (mehr als Gene!)

Kommunikation, Strukturfunktion, Signalübertragung, Transport, DNA-Bindung, Stoffwechsel, Signalerkennung, weitere Funktionen

Primärstruktur: Aminosäurekette / Sekundärstruktur: Alpha-Helix, Beta-Strang bzw. Faltblatt, loops / Tertiärstruktur: dreidimensionale Faltung / Quartiärstruktur: Proteine mit mehreren Untereinheiten, die ein aktives Molekül ergeben

Membranproteine, Aktinfilamente, Kollagen, Elastin

Ionenkanal, Protonenpumpen, Cotransporter, G-protein gekoppelter Rezeptor: secondary messenger

Veränderungen des Proteins nach der Translation, bevor es zum "reifen" Protein wird (Anhängen von chemischen Gruppen) -> anorganische Gruppen: Phosphorylierung, Nitrierung / organische Gruppen: Methylierung, Acetylierung

schnelle, frühe Antwort / begrenzte Spezifität / kein Gedächtnis

langsame, spätere Antwort / sehr hohe Spezifität / Gedächtnis

Makrophagen, Neutrophile Granulocyten, dendritische Zellen

Pathogen Associated Molecular Patterns (wie ds-RNA, Flagellin, Mannan, Lipoteichonsäuren, Peptidoglycan, Lipopolysaccharide)

Pathogen associated molecular patterns /Microbe / Damage

Pattern Recognition receptors

• bewirken die aktivierung von Makrophagen

Toll-Like Rezeptors erkken pathogenassozierte molekulare Muster

• T-Lymphozyten: bilden in Thymusdrüse MHC-Rezeptoren (Haupthistokompabilitätskomplex), mit denen sie durch Antikörper Körperzellen erkennen

• T-Helferzellen erkennen Fremdkörper

• T-Killerzellen veranlassen Auflösung von virus-infizeirten Körperzellen (Lysieren: durch Proteinausschüttung oder Bindung an fas-Rezeptor)

• Zwischenwirt: ungeschlechtliche oder pathogenetische Vermehrung

• Endwirt: Erreichung der Geschlechtsreife + Ende des Zyklus

• Fehlwirt: Parasit geht zu grunde und kann Zyklus nicht weiterführen

Plasmodium falciparum (Protist,Einzeller)

Stamm: Apicomplexa

• Mückenstich: Plasmodien als Sporozoiten in Blutkreislauf —> einnisten in Leber

• 10.000 Merozoiten entstehen aus 1 Sporozoiten: verdauen Hämoglobin (dank parasitophosen Vakuolenmembran während entgiftung geschützt) nach eindringen in Erythrozyten

• bildung von Gametocyten —> durch Mücke wieder aufgenommen

• Weiterentwicklung zu Gameten, die sich befruchten und Zygote bilden —>entwicklung eines beweglichen Stadiums (Ookinet)

• Ookinet wandert zu Basalmembran —> Oocyste klebt daran

• aus Oocyste kommen Sporozoiten, die zur Speicheldrüse wandern

weibliche Anopheles gambiae Mücken

Evolution auf Populationsebene innerhalb von Arten

Erforschung der genetischen Struktur und Dynamik von Populationen

Hautfarbe + Klima: Arten, die in Gebieten mit mehr Sonneneinstrahlung leben, haben eine dunklere Pigmentierung der Haut als Artverwandte in Gebieten mit weniger Sonneneinstrahlung (= glogersche Regel) / Laktoseintoleranz

• additiv: Wirkungen mehrerer Gene addieren sich; wenn ein Gen fehlt, ist die Merkmalsausprägung schwächer (z.b. Hautfarbe)

• komplementär: Wirkungen der Gene ergänzen sich; wenn 1 Gen fehlt, dann keine Merkmalsausprägung (zB. Blutgerinnungsfaktoren)

Ein Gen determiniert mehrere phänotypische Merkmale

Zu einem Gen gibt es zwei oder mehr Allele

= prozentuale Wahrscheinlichkeit, mit der ein bestimmter Genotyp zur Ausprägung des zugehörigen Phänotyps führt

vollständig (100%) oder unvollständig (weniger 100%, BRCA1-Genabhängiger Blutkrebs bei Frauen 8,5%)

Epistase: Geninteraktionen beeinflussen Phänotyp

Peristase: Umwelteinflüsse beeinflussen Phänotyp

Phänotyp kommt durch Wechselwirkung zwischen genetischen Faktoren + Umwelt-Faktoren zustande, folgt keinem Mendel-Erbgang

• Schildrüse (T3,T4)

• Nebennierenrinde

• Keimdrüsen (Ovarien, Testes,..)

• Nebennierenmark

• Langerhanssche Insel im Pankreas (Insulin, Glukagon)

• Nebenschilddrüsen

Releasing-Hormon: TRH (Thyreotropin)

Adenohypophyse

Glandotropes Hormon: TSH (Thyreoidea-stimulierendes)

Endokrine Drüse: Schilddrüse

Effektorisches Hormon: T3,T4

Alpha: Glukagon-Synthese (gegenspieler von Insulin) —> Anstieg Blutzuckerspiege, förger Glykogen-Abbau in der Leber + Zucker Neubildung

Beta: Insulin-Produktion —> Senkung des Blutzuckerspiegels (schnelle Glucose-Aufnahme in Muskel und Fettzellen)

Steroid-Hormon, in Nebennierenrinde synthetisiert, Funktionen wie Energiestoffwechsel, Immunsystem und Stressreaktion, durch Hypothalamus-Hypophyse gesteuert, wirkt über Glucocorticoid-Rezeptor (GR) gibt Alpha und Beta

Glucocorticoide werden in der Zona fasciculata in der Nebennierenrinde synthetisiert

• Leber: Stimulierung der zellulären Glucoseproduktion (Gluconeogenese) - wirkt der Insulinwirkung entgegen

• Fettgewebe: Stimulierung zellulärer Fettmobilierisierung (lipolyse) - fördert Adrenalin und Noradrenalin wirkung

• Pankreas: Stimulierung Glucagon-Sekretion und Hemmung der Insulin-Sekretion

ELISA (Enzym-linked immunosorbent assay) —> Enzym-Immunoassay

-

Mangelversorgung der Gewebe mit Sauerstoff durch den im Hochland verringerten Sauerstoffpartialdruck in der Luft

Individuelle physiologische Anpassung eines Organismus innerhalb seiner genetischen Vorgaben an sich verändernde Umweltfaktoren, wobei diese Anpassung selbst reversibel (umkehrbar) ist

zu Beginn ist die Atemfrequenz und das Herzminutenvolumen erhöht, am Ende hat man eine vertiefte Ruheatmung, erhöhte Erythrozyten-Anzahl bzw. Hämoglobin-Konzentration

Gen EGLN1 codiert für Transkriptionsfaktor HIF-1α, der bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck aktiviert wird und eine Genantwort auslöst

Endoplasmatisches Retikulum = Netwerk aus verbundenen Membranen, die im gesamten Zytoplasma verzweigt sind

-> glattes ER: Modifikation von Proteinen und Synthesefunktionen

-> raues ER: Modifikation für Proteine, Markierung der Proteine für Transport und Abtransport mit Vesikeln

Golgi-Apparat = Zur Modifizierung, Konzentrierung und Sortierung der Proteine, die im rauen ER synthetisiert wurden und für den Transport innerhalb der Zelle

Einteilung der AS in vier Gruppen:

1. AS mit hydrophober Seitenkette (R=unpolar) zB. Alanin

2. AS mit hydrophiler Seitenkette (R=polar) zB. Serin

3. Saure AS (R= negativ geladen) zB. Glutamin

4. Basische AS (R=positiv geladen) zB. Lysin

Segelklappen (zwischen Vorhof und Kammer): Triskuspidalklappe (rechts) und Mitralklappe (links)

Taschenklappen (an den Ausstromorten der Kammern): Pulmonalklappe (rechts) und Aortenklappe (links)

CRH = Corticotropin-Releasing-Hormon

ACTH = Adenocorticotropes Hormon

TRH = Thyreotropin-Releasing-Hormon

TSH = Thyreoidea-stimulierendes Hormon

T3 = Trijodthyronin

T4 = Thyroxin

Anpassung Niere an Höhe: Transkription des Erythropoetin-Gens steigt (mehr Blutbildung)

Anpassung Leber an Höhe: Ferroportin steigt, Hepcidin sinkt (höhere Eisenverfügbarkeit)

Transport von Cortisol im Blut

• 3% ungebunden (biologisch aktiv)

• 7% gebunden an Albumin (inaktiv)

• 90% gebunden an CBG (= Cortisol bindendes Globulin) (inaktiv)

Beispiele für

A) autosomal-dominanten Erbgang -> Sichelzellenanämie

B) autosomal-rezessiven Erbgang -> Albinismus

C) x-chromosomal-dominanten Erbgang -> Rett-Syndrom

D) x-chromosomal-rezessiven Erbgang -> Rot-Grün-Blindheit

mit

Cortison = Cortisols inaktive Form; bindet nicht an Rezeptoren

1. Transaktivierung (direkter Mechanismus): Aktivierung von Zielgenen

2. Transrepression (indirekter Mechanismus): Hemmung von Zielgenen

• Immunfunktionen:

  • Suppression von Lymphozyten (T-Zellen)

  • Suppression von natürlichen Killerzellen

• Rezeptoren:

  • reduzierte mRNA-Werte für Glucocorticoid-Rezeptoren

Flüssigkeitseinlagerung im Gehirn unter Hypocie

Mechanismus: infolge Hypocie veränderte Blut-Hirn-Schranke

• Kapillarisation

• Hämoglobin-Honzentration

• Sauerstoffsättigung des Hämoglobins

• Ruheatemvolumen

• Tiberter haben eine höhere Atemfrequent + größeres Atemvolumen + mehr No im Blut

• Andenbewohner haben höhere Hb-Konzentration + höhere O2-Sättigung des Hämoglobins

• alveolare Proliferation

• größerer Thoras

• größere Lungen mit größerer gasaustauschfläche

individuell unterschiedlich starke Ausprägung eines phänotypischen Merkmals bei identischem Genotyp

A anfälliger für Pocken

O anfälliger für Pest

Männliche Drosopila melanogaster

Meoise findet ohne Rekombination und Synaptonemalen komplex statt, somit ohne Crossing Over

relevant für Kreuzungsexperimente: nur homozygot rezessive Männchen genutzt