GENETIK

• Desoxyribonucleinsäure (DNA)


  Die funktionelle Einheit der genetischen Information ist das Gen. Die genetische Information ist in der DNA gespeichert, einer speziellen Nucleinsäure.
• DNA


  • Molekül aus Zucker, anorganischen Basen und einem Phosphatrückgrat
  • Bildet aus zwei einzelnen Strängen eine Doppelhelix aus
  • Entsteht eine große und eine kleine Furche
• DNA-Helix

  Kann in Form einer rechtsgängigen oder einer linksgängigen Helix erfolgen
• DNA-Basen


  • Cytosin, Thymin, Guanin, Adenin
  • Stabilisieren die Doppelhelix durch Wasserstoffbrückenbindungen
• 1. DNA


  Allgemeine DNA-Form, es gibt aber auch andere DNA-Formen mit unterschiedlicher räumlicher Struktur
• DNA-Protein-Interaktionen


  • Viele Proteine können an Regionen der DNA mit umgekehrten Wiederholungssequenzen binden
  • Base Flipping ermöglicht den Zugang zu Basen ohne die Gesamtstruktur aufzubrechen, z.B. für Methylierung
• Topoisomerasen


  Enzyme, die DNA schneiden und wieder zusammenfügen können
• Topoisomerasen ermöglichen es, dass sich die DNA in hochkomplexe, stark kondensierte Strukturen formieren kann
• Das lineare Chromosom von Escherichia coli ist etwa 1 mm lang und damit etwa 700 mal länger als E.coli selbst
• Topoisomerasen Klasse I


  • Verursachen Einzelstrangbrüche, so dass sich der Einzelstrang um den anderen Strang drehen kann
• Topoisomerasen Klasse II


  • Verursachen Doppelstrangbrüche, so dass die geschnittene Doppelhelix durch die Bruchstelle geführt und wieder versiegelt werden kann
• Überspiralisierungen


  Werden von spezifischen Enzymen gebildet
• Zwei Hauptklassen von Topoisomerasen


  • Topoisomerasen der Klasse I
  • Topoisomerasen der Klasse II
• Topoisomerasen der Klasse I


  1. Einzelstrangbruch

  2. Einzelstrang der Doppelhelix dreht sich um den anderen Strang

  3. Jede Windung führt zu einer weiteren Überspiralisierung
• Topoisomerasen der Klasse II


  1. Doppelstrangbrüche

  2. Die (geschnittene) Doppelhelix wird durch die Bruchstelle geführt und anschließend wieder versiegelt

  3. Bei jedem dieser Vorgänge wird eine Überspiralisierung hinzugefügt

  4. Prozess verläuft unter Energieverbrauch (ATP-Hydolyse)
• Ribonucleinsäure (RNA)


  • Unterscheidet sich im molekularen Aufbau von der DNA
  • Enthält den Zucker Ribose (DNA: Desoxyribose)
  • Enthält die Base Uracil (DNA: Thymin)
• RNA


  • Kommt als Einzelstrang vor
  • Mit Bereichen einer intramolekularen Basenpaarung
  • Nicht wie bei der DNA mit einer intermolekularen Basenpaarung
• Prokaryoten


  • Besitzen ein Genom aus DNA
  • Zusätzlich gibt es Plasmide
• Plasmide


  • Ringförmige, autonom replizierende, doppelsträngige DNA
  • Kommen in Bacteria und Archaea vor
  • Nur wenige Beispiele für ein Vorkommen in Eukarya
• Plasmide


  • Liegen extrachromosomal vor
  • Können zahlreiche Gene enthalten, darunter Gene für Antibiotika-resistenzen
  • Wichtige Werkzeuge in der Molekularbiologie, Gentechnik und Biochemie
• Vektoren


  Werden in der Gentechnik dazu benutzt, Gene zu vervielfältigen oder zu exprimieren
• Es empfiehlt sich, die Methoden im Selbststudium vorzubereiten.
• Methoden in der Molekularbiologie


  • Nucleinsäureanalytik
  • Isolieren und Reinigen von Nucleinsäuren
  • Aufarbeiten von Nucleinsäuren
  • Hybridisierung und Nachweistechniken
  • Polymerasekettenreaktion
  • DNA-Sequenzierung
  • Analyse der epigenetischen Modifikationen
  • Protein-Nucleinsäure-Wechselwirkung
• Klonierung


  Klonierung mit Plasmid-Vektoren
• Genmanipulation zur Herstellung gewünschter Proteine


  1. Plasmide als kleine autonom replizierende DNA-Einheiten

  2. Molekulare Schneidewerkzeuge: Restriktionsendonucleasen

  3. Molekulare Kleber: Ligasen

  4. Bakterien als Vervielfältigungsmaschinerie

  5. Gene aus dem Reagenzglas: DNA-Syntheseautomaten

  6. Die erste Synthese eines menschlichen Peptids: Somatostatin
• Ribosomen


  • Die Proteinfabrik der Zelle am Beispiel der prokaryotischen Zelle
  • Die Proteinfabrik der Zelle am Beispiel der eukaryotischen Zelle
• Polymerase-Kettenreaktion (PCR)

  1. Konventionelle PCR

  2. Quantitative PCR