Humangenetik 3. 1 Sexuelle Fortpflanzung

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1 Humangenetik 3. 1 Sexuelle Fortpflanzung Lehrplaneinheit Keimzellenbildung und Befruchtung 1 3. Genetik Hinweise Bedeutung der Meiose ohne Betrachtung der einzelnen Phasen Bedeutung der Meiose (Reduktion von 46 auf 23 Chromosomen; Neukombination des Chromosomensatzes zur Erzeugung einer größeren Vielfalt) Unterschied der Spermien (4 haploide) - bzw. Eizellenbildung (1 haploide Eizelle + 3 Polkörperchen) Entwicklung der Keimzellen die Keimzellen sind haploid Befruchtung ( => 46 Chromosomen Während der Meiose erfolgte eine zufällige Verteilung und Vermischung der homologen Chromosomen o => zufällige Paarung der Homologen in der Äquatorialebene o => zusätzliche Variationen entstehen durch Cross-Over - vor allem bei großen Chromosomen o Diese beiden Formen führen zu unterschiedlichen Variationen der Spermien und Eizellen und damit auch zu unterschiedlichen Phänotypen (Erscheinungsbildern z.b. die Kinder der Eltern sind sich zwar ähnlich, aber doch in bestimmten Ausprägungen unterschiedlich Ausnahme: eineiige Zwillinge) Störung der Verteilung der Chromosomen in der 1. oder 2. Reifeteilung (Ursache Spindelapparat, keine Trennung der Homologen bzw. Chromatiden)

2 3.2 Stammbaumanalysen Autosomale und gonosomale Erbgänge beim Menschen Stammbaumanalysen 2 Nur monogene Merkmale z.b. Bluter, Rot-Grün-Blindheit Autosomale Erbgänge => die Merkmale liegen auf den Chromosomen 1 bis 22 Autosomal-dominant => wird das Merkmal z.b. Z ( Großschreibung = Zungenroller ) vererbt, so ist es sichtbar setzt sich durch; Zz = mischerbig; ZZ = reinerbig) Varianten bei Erkrankungen bzw. Merkmalen: 1) Vater (Zz) und Mutter (Zz) mischerbig => ( Wahrscheinlichkeit: 75% krank ( ZZ oder Zz) und 25% gesund (zz) 2) Ein Elternteil ist reinerbig (ZZ), der andere mischerbig (Zz) => alle krank 3) Ein Elternteil ist reinerbig (ZZ), der andere reinerbig rezessiv (zz) => alle krank 4) Vater mischerbig (Zz) und Mutter (zz) reinerbig rezessiv => ( Wahrscheinlichkeit: 50% krank ( Zz) und 50% gesund (zz) Autosomal-rezessiv => das Merkmal ( z.b. rote Haare r ) wird erst sichtbar, wenn es reinerbig vorhanden ist (rr Kleinschreibung) => Merkmal kann eine Generation überspringen. Gonosomale Erbgänge => Merkmal liegt auf dem X-Chromosom (z.b. Bluterkrankheit, rot-grün-blindheit): da die männlichen Nachkommen nur ein X-Chromosom besitzen, sind sie von den Erkrankungen auf dem defekten X-Chromosom häufiger betroffen. Frau erkranken in der Regel nur, wenn sie reinerbig sind (X B X B ) => Vater muss erkrankt sein ( X B Y) und Mutter zumindest mischerbig ( XX B ) => X B X B Sind sie mischerbig (XX B ), so sind aufgrund der zufälligen Deaktivierung eines X-Chromosoms in den Körperzellen, 50% der Zellen und damit die Trägerin gesund. 3.3 Vom Gen zum Genprodukt Proteinbiosynthese in Procyten Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese genetischer Code Besonderheiten der Proteinbiosynthese bei Procyten und Eucyten => Exons und Introns => splicing

3 3 Genetischer Code + Codesonne => die Codesonne ist ein m-rna-code ( deshalb auch Uracil statt Thymin), wird von innen nach außen gelesen!!! Ein-Gen-ein-Polypeptid-Hypothese bei Procyten => 1 Gen ( = DNA = Triplettreihenfolge ) führt zu einer m-rna -= und diese bewirkt am Ribosom immer die gleiche AS-Reihenfolge = Polypeptid = Protein. Der genetische Coe ist degeneriert, d.h. es gibt für best. AS bis zu 4 Triplett- Varianten => deshalb gibt es auch neutrale Mutationen. 3.4 Mutationen und ihre Auswirkungen Genmutation Chromosomenmutation Genommutation Mutagene Je Mutation ein Beispiel nennen z.b. energiereiche Strahlung, Chemikalien Genmutationen: Punktmutation ( aus AAT wird z.b. AAC, Rastermutation ( aus AAC-TTG wird z.b. durch Wegfall einer Base ACT TG... Chromosomenmutation: Deletion (Verlust von DNA-Abschnitten), Insertion (Einfügen von DNA-Abschnitten), Translokation (Verlust einer DNA- Abschnittes und Neuanheftung an ein anderes Chromosom, Duplikation (Verdopplung von DNA Bereichen ) Genommutation - Ursache: Nichttrennung von Gonosomen während Meiose I oder Meiose II => die homologen Chromosomen trennen sich nicht Gentechnik 3.5 Diagnostik PCR, DNA-Fingerprinting Verwandschaftsanalysen, Forensik Herstellung eines genetischen Fingerabdrucks durch... Restriktionsenzyme (Schneideenzyme => sticky ends ) => siehe auch Plasmidtechnologie => Einbau eines Fremdgens in das Plasmid eines Bakteriums => Nachweis des Einbaus über Antibiotikaresistenzen PCR-Vervielfältigung der DNA ( Temperaturzyklen, Bedeutung der Primer) Gel-Elektrophorese ( + - Pol; Wanderung Bandenmuster - kurze DNA- Teile liegen weiter vorne ) Unterschied der Individuen beim genetischen Fingerabdruck: Jeder Mensch besitzt aufgrund von Mutationen geringe genetische Abweichungen in den nicht-codierenden (=Introns) Abschnitten der DNA => - repetitive Sequenzen - hier darf das menschliche Genom mutieren!. Diese nicht-codierenden DNA-Abschnitte werden mit Hilfe von Restriktionsenzymen in DNA-Fragmente geschnitten. Bei unterschiedlichen Menschen werden mit gleichen Restriktionsenzymen Fragmente unterschiedlicher Länge gewonnen ( RFLP = Restriktions-Fragment Längen Polymorphismus) => Vermehrung durch PCR-Methode- => Sichtbarmachung in der Gelelektrophorese, wo die kurzen DNA-Abschnitte schneller und damit weiter wandern => Entstehung eines typischen DNA- Bandenmusters)

4 3.6 Gentherapie Ansätze somatischer Gentherapie Therapeutisches Klonen Chancen, Grenzen und Risiken Somatische Gentherapie (Veränderung DNA-Reparatur - in lebenden Organismen Körperzellen - über Viren-Vektoren) 4 In-Vivo- und Ex-Vivo-Gentransfer Viren als Vehikel (Vektoren) Gewinnung von Stammzellen Bezogen auf diagnostische und therapeutische Verfahren in vivo und ex-vivo Keimbahntherapie DNA-Veränderungen im embryonalen Stadium => Vorteil: alle weiteren Körperzellen sind gesund) siehe rechte Abb. => Gewinnung von Stammzellen embryonale Stammzellen (totipotent) und adulte Stammzellen (omnipotent = nur begrenzt differenzierfähig) therapeutisches Klonen => Einbau der Patienten-DNA= Zellkern in eine entkernte Eizelle => Entwicklung von Stammzellen

5 3.7 Bakterien in der Gentechnik Bakteriengenom Wirkung von Antibiotika an einem Bsp. Antibiotikaresistenz Plasmidtechnik 5 Bakterienchromosom, Plasmid Hemmhoftest z.b. Insulinproduktion Bakterienchromosom und Plasmide => Unterschied zu den Eukaryoten erklären können Gentechnische Herstellung von Insulin => Plasmidtechnologie => auch zeichnen können! Restriktionsenzyme sticky ends Ligasen Bedeutung der beiden Antibiotika im Plasmid Versuch => Nachweis des gelungenen Plasmids- und Fremdgeneinbaus

6 6 Wirkung von Antibiotika => Hemmstoffe => bilden einen Hemmhof => Bereich, in dem die Bakterien abgetötet werden (bakterizid) bzw. nicht wachsen, sprich sich teilen können (bakteriostatische Wirkung). Hinweis: Wirkung nur gegen Prokaryoten => da Bakterien andere leichtere - Ribosomen besitzen => Wirkort im Bereich der Proteinbiosyntheseorte sowie bei der semikonservativen Replikation zur Zellteilung. Antibiotika-Resistenz => aufgrund von Mutationen können Enzyme entstehen, die die Antibiotika-Moleküle deaktivieren.

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