Genetik

-sehr stabil (Wasserstoffbrückenbindung)

-relativ kleines Molekül (Doppelhelix)

-hohe Variabilität (lange Abfolge)

-einfacher Aufbau (umso komplizierter desto fehleranfälliger)

-Komplementarität der 2 Stränge (wenn einer defekt trotzdem durch anderen korrigierbar)

-5’-3’ Polarität —> eindeutige Leserichtung

-Nukleotide billig herstellbar für die zelle

-Desoxyribose als Zucker (blau)

-Phosphatgruppe (gelb)

-Stickstoffhaltigen Basen (Adenin, Cytosin, Thymin, Guanin)

-A&T paaren über 2 Wasserstoffbrücken

-C&G Paaren über 3 Wasserstoffbrücken

(Syngular Ring)

(plural ring)

C und G bzw A und T kommen in gleicher Menge vor

(Von innen nach außen)

1. DNA-Doppelhelix (2nm)

2. Perlenkette/10 nm-Faser (10 nm)

   —> mit Nucleosomen (Heterooctamer aus Histonmolekülen)

3. Solenoidstruktur/30nm-Faser (30 nm)

4. Schlaufendomänen (300 nm)

5. Chromatid (700 nm)

   —> Chromosom (1400 nm)

Die Nukleosome bilden zusammen mit ihrer Linker-DNA die 30 nm Fiber, genauer gesagt die Solenoid Struktur.

—>spiralförmige Verdichtung der DNA mit einer hohen Anzahl von Kontakten zu Nukleosomen

1. H1-Linker Histon kommt an

2. Unspezifische Bindung an Linker DNA

3. Globuläre Domäne besetzt Nukleosom

4. Strukturelle Veränderungen am Chromatin

Die Nukleosomen legen sich spiralförmig aneinander und es bildet sich ein langer Strang, der sogenannte Chromatinfaden. Du kannst dir das wie eine Perlenkette (Perle = Nukleosom) vorstellen, die sich wie eine Spirale windet.

Die DNA ist jetzt schon extrem komprimiert, doch es geht noch kleiner. Denn dieser Chromatinfaden legt sich nun in Schlaufen übereinander. Die entstehende Faser kannst du auch als Schlaufendomäne bezeichnen

“Kabeltrommel” aus 8 (Oktamer) Histonmolekülen und zweifach aufgewickelter DNA

Die transkriptionsaktiven, genreichen Anteile des Chromatins

Weniger stark anfärbbar und weniger dicht konzentriert

Liegen stets kondensiert im Zellkern vor und enthalten genarme Bereiche

Die spezifische Basenpaarung

Semikonservativ (halberhaltend), das heißt, dass bei der Replikation der Eltern-Doppelstrang aufgespalten und zu jedem Einzelstrang ein komplementärer Tochterstrang synthetisiert wird. Es wird also die Hälfte erhalten und die andere Hälfte neu hergestellt

1. Prokaryoten haben nur 1 Replikationsursprung pro Chromosom (Replikationsgabel)

2. Eukaryoten haben mehrere pro Chromosom

   —> hohe Geschwindigkeit der Replikation

Die DNA wird von 5’ nach 3’ repliziert, sonst kann die Energie aus den abspaltbaren Phosphatgruppen nicht genutzt werden

verhindern ein vorzeitiges Re-Annealing der getrennten DNA-Stränge während der Replikation und schützen sie vor dem Abbau durch Nukleasen

—> Stabilisierung der entwundenen Einzelstränge

Sie ist für die Elongation der Nukleotidkette zuständig

Neu-Synthetisierung von Primern

Sie trennt die DNA-Helix in ihre Einzelstränge

Ansatzpunkt zur Elongation der Nukleotidkette am Folgestrang

Verknüpfen von Okazaki-Fragmenten

Verringert Torsionsspannung beim Entwinden der Stränge durch Schnitte, um Brechen des Stranges zu verhindern

(Topoisomerase I schneidet einen Strang, Topoisomerase II zwei Stränge)

Spezielle RNA-Polymerase, die Primer abbaut

Synthese der DNA-Bausteine (Nucleotide), d.h. Neubildung des Stranges aus ATP, GTP, CTP, TTP

I —> Primer abbauen, DNA synthetisieren (3’-5’ + 5’-3’ -Exonuclease-Aktivität)

II —> Fehlerkorrektur und Reparatur (3’-5’ -Exonuclease-Aktivität)

III —> Synthese des Strangs (3’-5’ -Exonuclease-Aktivität)

1. alpha: Primase

2. beta: Reparatur

3. gamma: Reparatur der mitochondrialen DNA

4. delta: Synthese des Folgestrangs (3’-5’ -Exonuclease-Aktivität)

5. epsilon: Synthese des Leitstrangs (3’-5’ -Exonuclease-Aktivität)

Die DNA-Replikation erfolgt am Leitstrang kontinuierlich und am Folgestrang diskontinuierlich

Am Folgestrang

Bidirektional

Auf dem Folge- und auf dem Leitstrang

Endreplikationsproblem

—> Das Ende des Folgestrangs kann nicht bis zum Ende synthetisiert werden wenn der endständige Primer entfernt wird, dadurch steht der DNA-Ploymerase kein freies 3’-Ende zur Kettenverlängerung zur Verfügung

Folge:

-immer kürzer werdende “Tochter”moleküle

-Verlust wichtiger Erbinformation

Telomere: nicht codierende, repetitive Sequenzen an Chromosomenenden

Funktion von Telomeren:

-Versiegelung der Chromosomen-Enden

-Verhindern des Verlusts wichtiger Erbinformation, da Verkürzung keine wichtigen Sequenzen betrifft

Keimzellen und wenige andere Zellen mit hoher Teilungsrate (Krebszellen)

Eine DNA-Polymerase mit endogener RNA-Matrize (=benötigt keinen exogenen RNA-Primer)

—>Ribonucleoprotein

Ablauf von Ereignissen, die die Zellteilung regulieren

Funktion: Ersetzen alter/kaputter Zellen, Wachstum (Mehrzeller), Vermehrung (Einzeller)

Dauer: -Prokaryoten 20 Minuten

-Eukaryoten mehrere Stunden

(Mensch: 24 h)

Vom Zellzyklus abhängig (Neuronen teilen sich nicht mehr)

Die Zelle kann wählen ob sie in die G0-Phase (Ruhephase) oder direkt in die G1-Phase (Zellwachstum, Stoffwechsel) geht

Ruhephase, kein Zellwachstum, geringe Proteinsynthese (ca. 20%)

Gründe für die Existenz einer Ruhephase:

1. Mangel an Wachstumsfaktoren

2. Abwesenheit oder Veränderung stimulatorischer Signale

3. terminale Differenzierung

4. zelluläre Seneszenz (Wachstumsblockade)

Zellwachstum bis zur Größe der Mutterzelle (Kontinuierliche Protein- und RNA-Synthese)

—> Zellwachstum, Stoffwechsel

Zellwachstum und Verdoppelung der gesamten Kern-DNA

—> DNA-Replikation

Zellwachstum und Vorbereitung auf Zellteilung (Verdoppelung der Zellorganellen)

Zelle teilt sich in 2 identische Tochterzellen

1. Mitose: Kernteilung (sehr kurze Zeit)

2. Cytokinese: Teilung des Cytoplasmas

—>Wiederholung des Zellzyklus (Interphase)

Kernteilung mit anschließender Zellteilung, bei der aus der Mutterzelle zwei identische Tochterzellen entstehen

1. Prophase

2. Prometaphase

3. Metaphase

4. Anaphase

5. Telophase

Ausbildung des Spindelapparats

Kondensation des Chromatins

—>Chromosomen werden sichtbar und liegen in Transportform vor

Auflösen der Kernhülle

weitere Kondensation des Chromatins

Anordnung der Chromosomenenden an der Metaphasenplatte (Ebene genau in der Mitte der beiden Spindelpole)

Trennung der beiden Schwesterchromatiden

werden zu den entgegengesetzten Enden der Zelle transportiert

(Anna & Elsa wurden getrennt bei Eiskönigin)

Ausbildung der neuen Kernhülle

1. Kernteilung mit anschließender Zellteilung, bei der aus der Mutterzelle 4 unterschiedliche Tochterzellen entstehen

2. Reduktionsteilung: Die Anzahl der Chromosomen wird halbiert (diploid—>haploid)

1. Meiose 1: Trennung der homologen Chromosomen

2. Meiose 2: Trennung der Schwesterchromatiden

1. Unabhängige Verteilung der homologen Chromosomen

2. Crossing-over (homologe Rekombination)

Bei Überlappung homologer Chromosomen können diese am Chiasma (Bruchstellen) brechen und Chromosomenteile ausgetauscht werden (während der Prophase 1)

Nein, nur bei der Meiose

Ja

Nein, Geschlechtszellen teilen sich durch Meiose

Entwicklung vielzelliger Organismen

Wachstum

Regeneration

z.T. Vermehrung

Produktion von Gameten für geschlechtliche Fortpflanzung

—> genetische Variabilität

Ein Proteinkomplex zur Anheftung der Mikrotubuli an den Chromosomen

Haarnadeln und Telomerbindeproteine

(Haarnadeln = 3D-Struktur der Chromosomen)

lässt RNA zurück in DNA umschreiben

Telomerase hat diese Fähigkeit und Viren wie HIV auch

Gesamtheit aller Erbanlagen des Organismus

Kombination aus 2 Erbanlagen, die ein Gen ergibt

Gesamtheit aller ausgeprägten Merkmale eines Organismus

Erbanlage, die für Merkmalsausprägung verantwortlich ist

Alternative Formen eines Gens mit demselben Genort (Locus) auf den homologen Chromosomen

Bestimmter Genort auf bestimmten Chromosomen

Reinerbig, identische Allele an sich entsprechenden Loci auf den homologen Chromosomen

Mischerbig, verschiedene Allele an sich entsprechenden Loci auf den homologen Chromosomen

Genetische Konstitution der Geschlechtschromosomen im heterogametischen Geschlecht (XY beim Mensch), die weder als homo-, noch als heterozygot bezeichnet werden können

2 Allele prägen ihr jeweiliges Merkmal im Phänotyp nebeneinander aus

Merkmalsausprägung ist in Heterozygoten nicht erkennbar, tritt nur auf wenn rezessives Allel homozygot vorliegt

-Genetische Merkmale werden von Erbfaktoren bestimmt, die bei individuellen Organismen paarweise auftreten

-Kreuzung von 2 homozygoten Individuen (P-Generation) bringt phäno- und genotypisch zueinander identische F1-Generation hervor

-F1-Generation ist heterozygot

-Genotyp der Nachkommen kann mit Punett-Quadrat dargestellt werden

-Kreuzung von 2 heterozygoten Individuen aus der F1-Generation

-Sorgt für phäno- und genotypische Variabilität in der F2-Generation

-Verhältnis 1:3 für Phänotyp

-Verhältnis 1:2:1 für Genotyp

-Genotyp der Nachkommen kann mit Punett-Quadrat dargestellt werden

-Merkmale verteilen sich unabhängig voneinander und von den Merkmalen anderer Gene auf die Nachkommen

-Punett-Quadrat:

Chromosomen sind Träger der Mendelschen “Erbfaktoren” und stellen die strukturelle Grundlage der Mendelschen Vererbung dar

-Berechnung von Heterozygoten-Häufigkeiten

-Wahrscheinlichkeit für Merkmalsausprägung bei autosomal-rezessiven Erbgang (Allel muss homologe Entsprechung haben)

-Annahmen: ideale Population

—> p + q = 1

—> p^2 + 2•p•q + q^2

Veränderung der Erbsubstanz, d.h. der genetischen Information

-Spontan: Fehler bei Replikation durch DNA-Polymerase bei Replikation, Transkription, Translation, Mitose oder Meiose

-oder durch äußere Einflüsse, z.B. durch Mutagen —> erhöhen Fehlerrate bei Replikation, Transkription, Translation

1. Genmutation/Punktmutation: betrifft nur einzelnes Gen

2. Chromosomenmutation: Veränderung der Anzahl von Chromosomen

3. Genommutation: Veränderung der Struktur eines Chromosoms

1. Substitution: Austausch einer Base (—> Sinnänderung/-verlust, z.B. Sichelzellenanämie)

2. Deletion: Verlust einer Base (—> Sinnänderung/-verlust, z.B. Mucoviszidose)

3. Repeat: Wiederholung 1 oder mehrerer Basen (—> Chorea Huntington)

1. Stumme Mutation

2. Missense Mutation

3. Nonsense Mutation

4. Rasterschubmutation

In Introns und beim 3. Basenpaar

Mutation hat keine Auswirkung auf Genprodukt

Aufgrund des Spleißens bzw. des generierten Codes

-Austausch eines Basenpaares an 1. oder 2. Stelle

-Führt i.d.R. zu anderen Aminosäuren

-Hat Aminosäuren ähnliche Eigenschaften:

—> eingeschränkte Funktion des Proteins

-Hat andere Eigenschaften als Aminosäure:

—>Protein funktionslos oder hat eine andere/fehlerhafte Funktion

-Austausch eines Basenpaares führt zu Aminosäure, die ein “Stopp” Codon codiert

-Translation verfrüht abgebrochen

-Verkürztes, funktionsloses Protein (kann mit Glück noch funktionieren, wenn fehlenden Aminosäuren nicht für Faltung wichtig sind)

-Leseraster des Basentriplets wird verschoben durch Insertion oder Deletion einer Base

-Führt zu Missense oder Nonsense Mutation

-Wenn 3 Aminosäuren (=Codon) zusätzlich/weniger —> 1 Aminosäure mehr/weniger, ggf. eingeschränkte Funktion des Proteins

1. Translokation: Veränderung der Lage von einem Chromosom zu einem anderen

2. Inversion: Genom ist danach andersherum im Chromosom

3. Deletion und Duplikation: Veränderung der Menge an Erbmaterial

1. Euplodie: Abweichung um gesamte Chromosomensätze (z.B. triploid statt diploid)

2. Aneuplodie: Abweichung um einzelne Chromosomen (z.B. Trisomie 21)

DNA—>RNA—>Protein

1. Alle Schritte in 1 Kompartiment (Cytoplasma)

2. Polycystronisch (mehrere Gene gleichzeitig abgelesen)

3. Kontinuierliche Transkription und Translation

1. Zeitliche & räumliche Trennung

   —> Transkription im Zellkern, Translation im Cytoplasma

2. Monocystronisch (1 Gen)

3. Prozessierung (Spleißen) und Modifizierung (posttranskriptionale Modifikation der transkribierten mRNA)

4. Proteinsynthese am ER

1. DNA: Doppelstrang —>stabiler , Desoxyribose, Adenin-Thymin & Cytosin-Guanin

2. RNA: v.a. Einzelstrang—>leichter ablesbar, instabiler, Ribose, Adenin-Uracil & Cytosin-Guanin

1. Initiation: Aufspalten der Stränge, Ansetzen der RNA-Polymerase

2. Elongation: RNA-Synthese

3. Termination: nach Ablesen der Terminationsfrequenz oder des Terminationsfaktors (p) löst sich die RNA-Polymerase und die mRNA wird frei

1. 5’-Cap-Struktur (“Capping”)

2. Polyadenylierung

3. Spleißen

Guaninnucleotid bindet während der Transkription ans 5’-Ende der Prä-mRNA

—> schützt vor Abbau durch Enzyme, fördert Transport aus Zellkern, für die Initiation bei der Translation zuständig

am 3’-Ende der Prä-mRNA wird von der Poly-A-Polymerase ein Poly-A-Schwanz (Adeninnucleotide=ATP) angefügt, der die Lebensdauer erhöht

Heraustrennen von Introns (enthalten z.B. Informationen, die das Ablesen regulieren)

Zusammensetzung der Exons (alternatives Spleißen) oder Auslassungen (größere Proteinvielfalt) möglich

Von Spleißosomen katalysiert

—>Spleißosom: Ribozym und besteht neben Proteinen auch aus snRNA (single nucleotid)

1. Poly-A-Schwanz

2. 5’-Cap

Während der Reifung

Erst später im Cytoplasma nach dem Spleißen

Keine Proteine sondern m-RNA wird gespleißt

Richtig

Beim Splicing

Ein vielfältiges Proteom, da sich aus 1 Gen variierende Proteine ergeben können

3 Basen codieren für 1 Aminosäure

Mehrere Tripletts codieren 1 Aminosäure

—>Ausnahme Methionin

1. Eindeutig

   —>1 Codon codiert genau 1 Aminosäure in jedem Organismus

2. Degeneriert

   —>1 Aminosäure kann von mehreren Codons codiert werden

3. Universell (von Viren, Bakterien, Eukaryoten genutzt)

4. Fortlaufend

5. Nicht überlappend

Translation: mRNA—>Protein

Polypeptidkette wächst vom N- zum C-Terminus, da Stickstoff am Kohlenstoff besser angreifen kann

Grundstruktur einer Aminosäure und Verknüpfung über Peptidbindung

RNA-Molekül mit katalytischer Aktivität

z.B. snRNA im Spleißosom & RNA im Ribosom

-Enzym, das die Aminosäure an die tRNA bindet

—>belädt tRNA

-Hoch energetische Aminosäure-tRNA-Bindung

—>Energie dient später der Verknüpfung der Polypeptidkette

-Je nach Aminosäure gibt es eine spezifische Aminoacyl-Synthetase

—>20 verschiedene Aminoacyl-Synthetasen

Ein Codon, das an komplementäre Basensequenz bindet

z.B. Anticodon der tRNA bindet an mRNA im Ribosom

1. Initiator-tRNA (mit Formylmethionin beladen) garantiert richtiges Leseraster

2. Shine-Dalgarro-Sequenz

   —>Erkennung der mRNA

   —>Translation aller Gene der polycystronischen mRNA

1. Initiator-tRNA (mit Methionin beladen) garantiert richtiges Leseraster

2. 5’-Kappe

   —>Erkennung der mRNA

   —>Startcodon AUG (Kozuk-Sequenz)

   —>monocystronische mRNA

3. Manche Krankheiten verursachen falsches Leseraster, d.h. falsches Protein

Eine Aminosäure nach der anderen werden an Start-Aminosäure angehängt

Dafür werden viele Elongationsfaktoren benötigt

—>Aminosäuren durch Peptidyltransferase verbunden

-Abbruch sobald Stoppcodon auf der Aminoacylbindungsstelle (UAG, UAA, UGA)

-Freisetzungsfaktor (ein Protein) katalysiert Hydrolyse-Bindung zwischen Peptidrest und Peptidyl-tRNA

-Freisetzung der Polypeptidkette an Peptidyl-tRNA-Bindungsstelle durch Austrittsstelle in großer ribosomaler Untereinheit

Regulatorisches Element

-Initiation der Transkription und Anbringen der Transkriptionsmaschinerie

-Liegt nahe des Transkriptionsstarts

Regulatorisches Element

-Regulation der Transkription

-Können auch weit aufwärts oder abwärts vom Transkriptionsstarts und innerhalb von Introns liegen

1. Transkriptionsinitiation

2. Transkriptionstermination

3. Regulation der Chromatindichte

   —>Auflockerung durch Acetylierung

   —>Verdichtung durch Methylierung/Phosphorylierung

4. Enhancer

5. Promotor

6. Transkriptionsfaktoren

7. Spezifische TF: Enhanceosomen

1. Capping (nur bei Eukaryoten)

2. Polyadenylierung (nur bei Eukaryoten)

3. Spleißen (nur bei Eukaryoten)

4. Transport ins Cytoplasma (nur bei Eukaryoten)

5. Stabilität der mRNA im Cytoplasma

6. Initiation der Translation

7. Posttranslationale Modifikationen an synthetisierten Proteinen

Funktionelle Einheit der genetischen Regulation in Bakterien, die aus einer Gruppe zusammenhängender Gene besteht und durch eine einzelne benachbarte regulatorische Region (Operator z.B. Tryptophan& Lactose) positiv oder negativ reguliert wird

Nein, die eukaryotische mRNA hat erst nach dem Spleißen ein offenes Leseraster

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—>3 davon codieren nur für Stopp

Sie kann durch Aktivatoren an bestimmte DNA-Abschnitte dirigiert werden

—>sorgt für eine Erhöhung der Chromatindichte & damit verringerte Genaktivität in dem entsprechenden Abschnitt

Nein, Telomerasen benötigen keinen exogenen RNA-Primer, da sie selbst eine endogene RNA-Matrize mitbringen, die komplementär zu der repetitiven Sequenz der Telomere ist

Sie besagt dass gleiche Mengen an Adenin & Thymin, bzw Guanin & Cytosin vorkommen

—>Gleiche Mengen an Purinbasen & Pyrimidinbasen in der DNA

Eine stabil in Wirtsgenom integrierte Virus-DNA

Nein, da p+q=1 —> p=0,5

Heterozygote (Aa): 2•p•q = 0,5

Homozygote (aa): q^2 = 0,25

miRNA= kurze, nicht codierende mRNA

Regulieren Genexpression durch Interaktion mit mRNA

Nein, bei ZW-System ist heterogametisches Geschlecht weiblich

Sie führen zwischen komplementären Basenpaaren zu doppelsträngigen Anschnitten und ermöglichen somit der RNA 3-dimensionale Strukturen wie z.B. Stammschleifen einzunehmen

Stammschleifen = Haarnadelschleife

—>charakteristisches Terminationssignal der Transkription

Deletion führt zu einem Rasterschub & somit gezwungenermaßen zu einer Missense Mutation

dass die Gene weiter auseinanderliegen

Durch die Aminoacyl-tRNA-Synthetase, die eine hochenergetische Konvaleszenz Bindung zwischen tRNA & Aminosäure herstellt

(Aminoacyl-tRNA-Synthetase ist spezifisch für jede Aminosäure)

Falsch, bei Folgestrang benötigt jedes Okazaki-Fragment einen Primer

—>Leitstrang wird kontinuierlich synthetisiert

Ja, sie verändern die Fähigkeit der Nukleotide komplementär Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden. Dadurch kann es zu Nukleotidfehlpaarungen kommen & somit Punktmutationen

Beides möglich

—>DNA-Viren: Doppel- oder Einzelstrang DNA (dsDNA oder ssDNA)

—>RNA-Viren; Doppel- oder Einzelstrang RNA (dsRNA oder ssRNA)

an 3’-Ende

Nur maternal (mütterlich)

Dabei existiert kein Sortiermechanismus & Verteilung zwischen den Tochterzellen erfolgt zugällig

Im Nukleus

Nein, bei der Meiose

Mensch: 8 h

E.coli: 20 min

Ja

Ja

24 Chromatiden

Fehlerhafte Anzahl an Chromosomen z.B. Down-Syndrom

bei fehlerhafter Trennung der homologen Chromosomen während der Meiose I, II, oder Mitose

Während der S-Phase

Nein, können auch durch crossing-over kombiniert werden

Die Bildung von 5’-3’-Phosphodiesterbindungen zwischen Rivonucleotiden

Ja, Chromosomentheorie von Boveri

Am rauen ER

Ja, polycistronische mRNA (mehrere codierte Proteine auf mRNA)

Jaaa

Aktivatorproteine sind wichtiger Bestandteil der spezifischen Transkriptionsfaktoren

bestehen aus minimal einer DNA- & einer Proteinbindedomäne

in Form einzelsträngiger DNA/RNA oder doppelsträngiger RNA/DNA

Die reverse Transkriptase besitzt DNA-Polymerase-Aktivität

Lockert Chromatin —>zugänglich für Transkription

(HistonDeacetyltransferase verDichtet)

RNA-Moleküle mit katalytischer Aktivität

u.B. snRNA im Spleißosom