Genetik Abi

• DNA


  Desoxyribonukleinsäure, Erbinformation in fädiger Struktur, Doppelhelix, liegt meist als Chromatin vor
• Aufbau DNA


  • Doppelhelix 2-Stränge
  • Nucleotide: Phosphatrest, Desoxyribose, eine der vier Basen
  • Pyrimidbasen: Cytosin, Thymin
  • Purinbasen: Adenin, Guanin
  • Antiparallele Stränge
  • Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren
• Chromosomen


  Transportform der DNA
• Chromosomen


  • 2-Chromatid-Chromosomen bestehen aus zwei genetisch identischen eng aneinanderliegenden Hälften (Chromatiden)
  • Centromer teilt jede Chromatide in zwei unterschiedlich lange Arme
• Karyogramm


  Chromosomen werden nach Größe, Lage des Centromers und Form geordnet. Immer zwei Chromosomen sind homolog bis auf die Gonosomen
• Zellzyklus


  1. Interphase

  2. Teilungsphase
• Interphase


  • G1-Phase: Wachstum der Zelle auf Größe der Mutterzelle, Proteinbiosynthese, Chromosomen liegen als entspiralisiertes 1-Chromatid-Chromosomen vor
  • S-Phase: DNA Synthese, Replikation, zu 2 Chromatid-Chromosomen
  • G2-Phase: Zelle wächst weiter, letzte Vorbereitungen auf die Teilungsphase
  • G0-Phase: Zellen die ihre Teilungsfähigkeit verloren haben oder sich für einen längeren Zeitraum nicht teilen
• Teilungsphase


  1. Mitose: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase

  2. Cytokinese: Zellteilung an der Äquatorialebene, zwei unabhängige genetisch identische Tochterzellen
• Mitose


  • Ziel: Entstehung zwei genetisch identischer Zellkerne
• Replikation


  1. Konservative Verdopplung

  2. Dispersive Verdopplung

  3. Semikonservative Verdopplung
• Replikation


  • Topoisomerase entwindet den Doppelstrang
  • Enzym Helicase lagert sich am Replikationsursprung an und löst reißverschlussartig Wasserstoffbrückenbindungen, öffnet sie blasenförmig
  • Von der Replikationsgabel aus geht die Synthese in beide Richtungen
  • Primase setzt an beide Einzelstränge Primer
  • DNA Polymerase nutzt die Primer als Anheftungsstelle und ergänzt komplementäre DNA Nukleotide, synthetisiert den Tochterstrang
  • DNA Polymerase kann nur in 3' zu 5' Richtung arbeiten, am 5' zu 3' Strang (Folgestrang) muss die Primase also mehrere Primer setzen (diskontinuierliche Synthese)
  • RNA Primer werden abgebaut durch RNase und DNA Polymerase ergänzt RNA Nukleotide durch DNA Nukleotide
  • DNA Ligase verbindet kovalent die Okazaki-Fragmente miteinander zum Tochterstrang (Folgestrang)
• PCR


  Die in vitro Vervielfältigung eines DNA-Abschnitts in kurzer Zeit
• PCR


  1. Denaturierung: Hitze bricht die Wasserstoffbrückenbindungen des DNA-Doppelstrangs und die DNA wird in Einzelstränge aufgeteilt

  2. Hybridisierung: Zwei DNA Primer binden komplementär an je einen der beiden DNA Einzelstränge

  3. Polymerisierung: Taq Polymerase synthetisiert ausgehend von den beiden Primern jeweils einen neuen Strang von 5' zu 3' Richtung
• Meiose


  1. Reifeteilung (Reduktionsteilung)

  2. Prophase I: 2-Chromatid-Chromosomen kondensieren und werden lichtmikroskopisch sichtbar, die homologen zwei Chromatid Chromosomen bilden Tetraden, intrachromosomale Rekombination, es kommt zum Stückaustausch zwischen den Nicht Schwester Chromatiden der homologen zwei Chromatid Chromosomen, Kernmembran löst sich auf, Nukleoli bilden sich zurück, Bildung des Spindelapparats

  3. Metaphase I: Die Tetraden der homologen zwei Chromatid Chromosomen ordnen sich an der Äquatorialebene an, Spindelfaser bindet an die Kinetochoren der zwei Chromatid Chromosomen

  4. Anaphase I: Spindelfasern verkürzen sich und die homologen 2 Chromatid Chromosomen werden getrennt und an die entgegengesetzten Zellpole gezogen, interchromosomale Rekombination, die mütterlichen und väterlichen zwei Chromatid Chromosomen werden rein zufällig auf die zwei neu entstehenden Zellen verteilt

  5. Telophase I: Zelle wird geteilt, bei der Spermienentwicklung wird das Cytoplasma gleichmäßig ausgeteilt, 2 gleich große haploide Zellen, bei Eizellenbildung ist die Teilung ungleichmäßig, eine Zelle bekommt gesamtes Zellplasma, zwei haploide Zellen, eine Eizelle und ein Polkörperchen

  6. Prophase II: Spindelapparat bildet sich wieder neu

  7. Metaphase II: Zwei Chromatid Chromosomen ordnen sich an der Äquatorialebene an

  8. Anaphase II: Chromatiden werden durch die Verkürzung der Spindelfaser an die entgegengesetzten Zellpole gezogen
• Transkription


  Termination: Die Terminator Sequenz wird abgelesen und der Prozess stoppt, mRNA wird freigesetzt und RNA Polymerase löst sich
• Transkription bei Prokaryoten


  Findet im Zellplasma statt, da sie keinen Zellkern besitzen
• Ergebnis Transkription


  Unreifer mRNA Einzelstrang (bei Eukaryoten) und ein reifer mRNA Einzelstrang (bei Prokaryoten)
• Prozessierung


  1. Spleißen: Introns (nicht codierende Gestücke in der mRNA) werden durch Lasso-Strukturen aus der prä-mRNA herausgeschnitten, bleibende Exons werden zusammengefügt

  2. Cap-Struktur: Besonderes Nukleotid, methyliertes Guanin als Kappe am 3' Ende der prä-mRNA, schützt mRNA vor enzymatischem Abbau und erleichtert Anheftung an Ribosomen

  3. Poly-A-Schwanz: Am 3' Ende kommt eine Sequenz von bis zu 250 Adenin-Nukleotiden, erleichtert Export der mRNA ins Cytoplasma und schützt vor enzymatischem Abbau
• Translation


  Prozess, bei dem die Informationen der mRNA in Proteine umgesetzt werden
• Mutation


  Veränderung in der DNA-Sequenz
• Ergebnis der Transkription


  Unreifer mRNA Einzelstrang (bei Eukaryoten) und ein reifer mRNA Einzelstrang (bei Prokaryoten)
• Prozessierung


  1. Spleißen: Introns (nicht codierende Gestücke in der mRNA) werden durch Lasso Strukturen aus der Bra-mRNA herausgeschnitten, bleibende Exons werden zusammengefügt

  2. Cap-Struktur: Besonderes Nukleotid, methyliertes Guanin als Kappe an 3' Ende der prä-mRNA, schützt mRNA vor enzymatischem Abbau und erleichtert Anheftung an Ribosomen

  3. Poly-A-Schwanz: Sequenz von bis zu 250 Adenin Nukleotiden am 3' Ende, erleichtert Export der mRNA ins Cytoplasma und schützt vor enzymatischem Abbau
• Prozessierung: Produkt ist reife mRNA, die aus dem Zellkern transportiert und im Cytoplasma translatiert werden kann
• Genregulation (Prokaryoten): Induktion


  1. Beim Lactose-Abbau von E.coli wirken drei Enzyme, die nacheinander auf der ringförmigen Chromosomen kodiert sind

  2. Lac X-Gen: codiert für das Enzym Lactose-Permease, das Lactose durch die Bakterienmembran in die Zelle transportiert

  3. Lac Z-Gen: codiert beta-Galactosidase, die Lactose, Glucose und Galactose spaltet

  4. Lac A-Gen: codiert beta-Lactosid-Transacetylase für Entgiftungsreaktionen von E.coli

  5. Lac-Gene werden insgesamt in eine durchgängige mRNA transkribiert, man nennt sie Strukturgene, weil sie für ein Polypeptid codieren
• Regulationsmechanismus


  1. Beginnt bei Regulatorgen, das transkribiert wird, Produkt ist ein Repressorprotein in seiner aktiven Form

  2. Nicht weit entfernt sind die Strukturgene und vor ihnen ein spezifischer Promotor und Anlagerungsstelle für RNA-Polymerase

  3. Zwischen Promotor und Strukturgenen gibt es noch den Operator, im aktiven Zustand kann das Repressorprotein hier anbinden und verhindert, dass die RNA-Polymerase die Strukturgene transkribiert

  4. Bei Vorhandensein von Lactose bindet diese an das Repressorprotein und verändert seine Raumstruktur, Repressor kann nicht an Operator binden und RNA-Polymerase transkribiert die Lac-Strukturgene

  5. Enzyme werden dann translatiert und die Lactose wird abgebaut, durch Verknappung von Lactose bindet sich der Repressor wieder an den Operator und verhindert die weitere Transkription der Lac-Gene
• Lac-Operon


  Promotor, Operator, Strukturgene
• Substratinduktion


  Lactose induziert das Lac-Operon
• Endproduktrepression


  Trp-Strukturgene, inaktiver Repressor, RNA-Polymerase synthetisiert Enzyme, die Tryptophan aus Vorstufen herstellen, bei großer Menge an Tryptophan binden sie an den Repressor und verhindern die Synthese weiterer Enzyme
• DNA-Sequenzierung: Kettenabbruchmethode


  1. Basenfolge einer DNA bestimmen

  2. Nur ein Primer notwendig, der radioaktiv markiert ist, jeder Reaktionsansatz enthält in geringer Menge jeweils ein Abbruch-Nukleosid-Triphosphat

  3. In dem Reaktionsansatz mit ddATP kommt es zum Abbruch der Kettenverlängerung, wenn das Abbruch-Nukleosid mit der Base Adenin zufällig statt dem normalen Adenin-Nukleosid eingebaut wird

  4. Es entstehen Fragmentfamilien von Komplementärsträngen mit verschiedener Länge, die immer mit Adenin enden

  5. Sie werden denaturiert und durch Gelelektrophorese nach Größe getrennt, DNA-Fragmente sammeln sich im Gel in Form von Banden

  6. Fragmente werden durch Autoradiographie sichtbar gemacht, man liest die Banden nach zunehmender Länge der neusynthetisierten Stränge, Anfang bei klein und die sind im elektrischen Feld weit unten
• Gelelektrophorese


  • Trennverfahren für Gemische geladener Teilchen wie etwa von Proteinen oder Nukleinsäuren
  • Stofftrennung beruht auf unterschiedlich schneller Wanderung der Teilchen in einem gelartigen Trägermaterial, das sich zwischen den Elektroden eines Gleichspannungsfeldes befindet
  • Nukleinsäuren sind negativ geladen und wandern deshalb zur Anode
  • Gel wirkt wie ein Sieb, das die Wanderung der Teilchen im Feld behindert, kleine Teilchen wandern schneller als größere, da sie weniger stark aufgehalten werden
• Trennung nach Molekülmasse


  • Gleich große Proteinmoleküle können im elektrischen Feld unterschiedlich schnell und in unterschiedliche Richtungen wandern
  • Um ihre Masse zu bestimmen werden sie vorher mit Natrium dodecylsulfat und Hitze behandelt, SDS und Hitze zerstören die physiologische Faltung des Proteins, die Proteine werden denaturiert
  • Ladungs-Masse-Verhältnis ist gleich und somit wandern alle Proteine bei der Elektrophorese zur Anode
  • Proteine wandern mit der Geschwindigkeit ihrer Molekülmasse, konzentrieren sich auf Banden, die durch einen negativ geladenen Farbstoff wie Coomassie sichtbar gemacht werden
  • Längenstandard im Vergleich zu den Laufstrecken der Proteine, die Masse wird durch eine Eichkurve bestimmt