Genetik

• Genom


  Menschliches Genom: 4 DNA Moleküle
• DNA


  Mit Proteinen verbunden als Chromatin, hat verschiedene Verpackungszustände je nach Aktivität

  
• Chromatinverpackung


  • Kompakteste Verpackung: Transportform während Zellteilung
  • DNA in zwei Windungen um Histone Protein aus acht Untereinheiten gewickelt als Nucleosome
  • 7 fache Verdichtung, 10nm, auch für Genregulation wichtig
  • Nucleosomkette als Hohlzylinder mit sechs Nucleosomen pro Schicht als Filament
  • 40 fache Verdichtung, 30nm, 6 Schleifen in Gerüst aus nicht Histon Proteinen als Rosetten
  • 200 fache Verdichtung, 300 μm als Metaphase Chromosom, von 5cm auf 50 μm Länge geschrumpft

  
• Gen


  • Entwicklung des Genbegriffs: Ein Gen, ein Enzym
  • Ein Gen, ein Polypeptid
  • Ein Gen, ein Transkriptionsprodukt
  • Gene codieren nicht nur für Polypeptidketten, sondern auch für RNA, daher Transkriptionsprodukt

  
• Zellzyklus


  1. Erneuerung und Reparatur von Geweben

  2. Zellteilungsaktivität verschiedener Gene sehr unterschiedlich

  3. Aus einer Mutterzelle werden zwei identische Tochterzellen

  4. Zellbestandteile werden gleichmäßig aufgeteilt

  5. DNA verdichtet sich zu Transportform

  6. Keine Beschädigung, genetische Information kann nicht mehr abgelesen werden

  7. Erbsubstanz muss verdoppelt werden

  8. Intensive Stoffwechselaktivität, nur in Arbeitsform der DNA möglich

  
• Interphase


  Längste Phase, G1, S & G2 Phasen: Wachstumsphasen, dazwischen S Phase: Replikation, G1 Phase: Arbeitsphase, keine Teilung
• Mitosephase


  1. Durch Kern- und Zellteilung entstehen zwei neue Zellen

  2. Prophase: Spindelapparat bildet sich, Centrosome wandern zu Polen, Chromatin verdichtet sich, Chromosomen werden erkennbar, Schwesterchromatiden unterschiedlich proportional zum DNA-Gehalt, Nucleoli und Kernhülle lösen sich auf

  3. Prometaphase: Chromosomen werden deutlicher, Centromere werden zur Zellmitte verlagert

  4. Metaphase: Chromosomen auf Äquatorialebene angeordnet, Spindelfasern verbinden sich mit Centromeren oder miteinander

  5. Anaphase: Durch Anstieg der Ca2+-Konzentration ziehen Spindelfasern Chromatiden zu Polen, Polfasern schieben Pole auseinander, Chromatiden werden zu Zellpolen gezogen

  6. Telophase: Chromatiden an Zellpolen, vollständiger Satz Chromosomen, Chromosomen gehen in Arbeitsform über, Kernhüllen und Nucleoli werden sichtbar

  
• Cytokinese


  1. Tierische Zellen werden mit Hilfe eines Rings aus kontraktilen Filamenten Aktin, Myosin abgeschnürt, zieht Zellmembran nach innen bis vollständig getrennt

  2. Bei Pflanzenzellen entsteht neue Zellwand senkrecht in Zelle

  
• Zellzykluskontrolle


  • Durch Faktoren wie vorhandene Nährstoffe, Wachstumsfaktoren, Zelldichte reguliert und kontrolliert
  • Qualitätsprüfung zwischen den Phasen an Kontrollpunkten "Schalter", inaktive Enzyme werden durch Regulatorstoffe aktiviert, die in vorheriger Phase entstanden sind
  • Nach G1: Zellvolumen, Mengenverhältnis Cytoplasma/Zellkern, wenn Schwellenwert überschritten kann Restriktionspunkt überschritten werden
  • Nach G2: Korrekte Replikation, Teilungsanzahl von Art und Alter des Organismus abhängig
  • Regulationsmechanismen bei Tumorzellen außer Kraft gesetzt

  
• Meiose


  1. Herstellung von Keimzellen (Gameten, Geschlechtszellen)

  2. Rekombination des Erbguts, Nachkommen haben anderen Genotyp und Phänotyp

  3. Halbierung der Chromosomenzahl, Keimzellen haploid

  4. Meiose 1: Trennung der homologen Chromosomen, Prophase 1: Homologe lagern sich zusammen, Crossingover, Metaphase 1: Tetraden auf Äquatorialebene, Anaphase 1: Homologe werden getrennt, Telophase 1: Cytoplasma teilt sich, zwei Zellen

  5. Meiose 2: Chromatidentrennung, Prophase 2: Zellteilung wird eingeleitet, Metaphase 2: Chromosomen auf Äquatorialebene, Anaphase 2: Chromosomen werden auseinander gezogen, Telophase 2: Zellteilung, vier Keimzellen mit haploiden Ein-Chromatid-Chromosomen

  
• Allele


  • Unterschiedliche Varianten eines Gens
  • Mischerbig (heterozygot): verschiedene Allele
  • Reinerbig (homozygot): gleiche Allele
  • Allele werden während der Meiose zufällig verteilt, Crossingover erhöht die Vielfalt zusätzlich
• DNA-Aufbau


  • Kettenförmiges, unverzweigtes Makromolekül in Doppelhelix-Struktur
  • Bestandteile: Desoxyribose, Phosphorsäure, organische Basen (Pyrimidine: Cytosin, Thymin; Purine: Guanin, Adenin)
  • Nucleotide: je ein Molekül Desoxyribose, Phosphor, eine Base
  • Nucleoside: je ein Molekül Desoxyribose, eine Base
  • Zucker-Phosphat-Kette als Rückgrat, Basen an Zucker angehängt, Kohlenstoffatome des Zuckers durchnummeriert
  • Basenzusammensetzung: Gesamtmenge Purinbasen = Gesamtmenge Pyrimidinbasen, Menge A = Menge T, Menge G = Menge C, da komplementäre Basenpaare

  
• DNA-Replikation


  1. Vervielfältigung der DNA durch komplementäre Basenpaarung, semikonsevative Replikation mit einem neuen und einem alten Strang

  2. Ablauf: Helicase trennt Wasserstoffbrücken, Topoisomerase löst Verdrillung, Primase bindet Primer, DNA-Polymerase setzt am Primer an, Elongation durch Verbinden von Nukleotiden, Okazaki-Fragmente am diskontinuierlichen Strang, DNA-Ligase verknüpft Okazaki-Fragmente

  3. Fehlerhäufigkeit 1:10.000.000, Polymerase überprüft Wasserstoffbrücken und entfernt fehlerhafte Nukleotide

  
• Proteinbiosynthese


  1. DNA enthält Bauanleitung für Proteine, Genexpression in zwei Schritten: Transkription und Translation

  2. Transkription: RNA-Polymerase synthetisiert RNA komplementär zum DNA-Strang, Initiation an TATA-Box, Elongation bis Terminator, RNA-Prozessierung mit Spleißosom, alternatives Spleißen ermöglicht Proteinvielfalt

  3. Translation: RNA gelangt ins Cytoplasma zu Ribosomen, Initiation, Elongation durch Anlagerung von Aminosäuren entsprechend des genetischen Codes, Termination durch Stoppcodons

  
• Transkription


  1. Elongation

  2. Termination

  
• prä RNA


  RNA mit Exons (benötigte Sequenzen) und Introns (unbenötigte Sequenzen)

  
• RNA Prozessierung


  1. Spleißosom spaltet Exons und Introns

  2. Exons werden wieder zusammengefügt

  3. RNA erhält Cap am 5' Ende und Poly-A-Schwanz am 3' Ende

  
• Alternatives Spleißen


  Unterschiedliche RNA aus einer prä RNA durch Verwendung unterschiedlicher Exons und Introns
• Introns


  Vermutlich einmal sinnvoll gewesen, durch Evolution Bedeutung verloren, greifen aber teilweise in Genexpression ein
• Translation


  1. Initiation

  2. Elongation

  3. Termination
• Aminoacyl-tRNA-Synthetase


  Katalysiert Beladung der Aminosäuren auf tRNAs unter ATP-Verbrauch

  
• Signalsequenz


  Am Anfang eines Polypeptids, sorgt für mögliche Anlagerung des Ribosoms ans ER

  
• Proteintargeting


  Proteinzuordnung zum Zellorganell durch Signalsequenz, die an Rezeptor im Zielorganell bindet und Kanäle öffnet
• Mutationstypen


  • Genommutation
  • Chromosomenmutation
  • Genmutation

  
• Punktmutation


  Ersatz eines Nucleotidpaars durch ein anderes
• Auswirkungen von Punktmutationen


  • Stumme Mutation
  • Missense Mutation
  • Nonsense Mutation

  
• Rasterschubmutation


  Insertion oder Deletion von Basen, die nicht ein Vielfaches von 3 sind
• Benigner Tumor


  Zellen mit defektem Erbgut, nicht zerstörbar, langsames Wachstum, durch Kapsel abgegrenzt, normalerweise durch Operation entfernbar
• Maligner Tumor


  Entsteht durch Mutagene oder benignen Tumor, nicht abgegrenzt, dringt in umliegendes Gewebe ein, kann metastasieren, Behandlung durch Operation, Chemo, Strahlentherapie
• Kontrollpunkte im Zellzyklus


  • Zwischen G1 und S Phase: DNA-Kontrolle, Hauptkontrollpunkt
  • Zwischen G2 und M Phase: Kontrolle replizierter DNA
  • Metaphase: Chromosomenverteilung, Spindelkontrollpunkt

  
• Proto-Onkogene


  Exprimieren wachstumsanregende Genprodukte

  
• Tumorsuppressorgene


  Exprimieren wachstumshemmende Genprodukte, inhibieren und arretieren Zellzyklus bei DNA-Schäden, sind in DNA-Reparatur involviert, stimulieren Apoptose
• Ras


  Proto-Onkogen, kodiert für Ras-Protein, entscheidend für Weiterleitung extrazellulärer Signale in Signalkaskade, Mutation führt zu durchgängiger Aktivierung

  
• p53


  Transkriptionsfaktor, zunächst inaktiv, bei Beschädigung Aktivierung, leitet p21-Synthese ein, verzögert DNA-Replikation, kann Apoptose steuern, Mutation führt zu fehlender Aktivierung

  
• Zytostatika


  Schädigende Wirkung auf Krebszellen, stören Prozesse in Zusammenhang mit Zellteilung, schädigen vor allem schnell vermehrende Zellen
• Strahlentherapie


  Ionisierende, hochenergetische Strahlung schädigt Erbsubstanz und Stoffwechselprozesse, direkte und indirekte Strahlenwirkung, äußere Bestrahlung (Teletherapie) und innere Bestrahlung (Brachytherapie)
• Chromosomenmutationen


  • Deletion
  • Duplikation
  • Inversion
  • Translokation
  • Fusion
  • Fission
• Aneuploidie


  Einzelne Chromosomen überzählig oder fehlend
• Polyploidie


  Gesamter Chromosomensatz vervielfacht

  
• Genom


  Menschliches Genom besteht aus 4 DNA Molekülen