Grundlagen der Molekulargenetik

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1 Mathematik und Naturwissenschaften Psychologie Differentielle- & Persönlichkeitspsychologie Grundlagen der Molekulargenetik Dresden, Charlotte Bauer

2 Gliederung 1. Speicherung genetischer Information Chromosomen 1.2. DNA 1.3. Gene 2. Proteinsynthese 3. Genetische Polymorphismen 4. Molekulargenetische Untersuchungsmethoden 5. Zusammenfassung und Fazit

3 1. Speicherung genetischer Information 1. Chromosomen Erbanlagen im Zellkern in 2 Unterschiedlichen Formen: Chromatin (entspiralisiert) Chromosomen (verdichtet, spiralisiert)

4 1. 1. Chromosomen Merkmale: Sichtbar während Zellteilung Anzahl, Größe und Form sind artspezifisch Mensch: Diploider Chromosomensatz mit homologen Chromosomen 44 Autosomen und 2 Gonosomen (XY) Aufbau: Telomere Centromer ohne genet. Info Kurzer Arm (p) und langer Arm (q)

5 1. 2. DNA DNA = Desoxyribonucleic Acid Windung der DNA um Proteine (Histone) Verkürzung, Formung des Chromatins Beinhaltet das Genom (= Gesamtheit aller Gene) des Organismus Weitergabe der Erbinformation durch Identische Replikation, Mitose und Meiose

6 1. 2. DNA Spiralig, gewundener Doppelfaden 2 Polynukleotidstränge, die durch komlementäre Basenpaarungen miteinander verknüpft sind Nukleotid = Stickstoffhaltige Base: Adenin = Thymin bzw. Guanin = Cytosin Zucker: 2`- Desoxyribose Phophorsäurerest

7 1. 2. DNA Polarität des Polynukleotidstranges

8 1. 2. Gene Gen = Abschnitt auf der DNA, der die Erbinformation zur Synthese eines Proteins trägt Allele = sind verschiedene Zustandformen eines Gens, sie liegen in homologen Chromosomen an der gleichen Stelle Phänotyp = Durch Umweltfaktoren bestimmte, besondere Ausprägung der Erbanlagen Genotyp = Gesamtheit der in den Genen verschlüsselten Erbinformation

9 1. 2. Gene Promoter: Regulator, Bindung an Transkriptionsfaktoren Start-/Stop Codons: kodieren Start und Ende der Transkription Exons: DNA die Aminosäuren kodieren Introns: keine kodierende Information

10 W1 2. Proteinsynthese Besteht aus 2 Teilprozessen : Transkription und Translation Transkription: = Umschreibung der DNA in m-rna im Zellkern 1. M-RNA-Polymerase spaltet DNA- Doppelstrang durch Bindung an den Promoter (=Erkennungssequenz) in 3 5 Richtung auf 2. Komplementäre Anlagerung von m-rna-nukleotiden (Uracil statt Thymin, Ribose statt 2 -Desoxyribose) an den codogenen DNA-Strang und Aufbau des m-rna Strangs durch Polymerase, Synthese stoppt an codiertem Endsignal 3. Entfernung der Introns durch Splicing 4. Wanderung der einsträngigen, fertigen m-rna in das Zellplasma zu den Ribosomen

11 Folie 10 W1 Hier will ich interaktiv mit einem Tafelbild arbeiten, deswegen sind keine Abbildungen dabei. WinXP;

12 2. Proteinsynthese Translation = Übersetzen der m-rna Nukleotidsequenzen in die entsprechende Aminosäuresequenz des Proteins 1. Zusammenlagerung des Ribosoms und des Startcodons der m-rna 2. Bindung einer spezifischen Aminosäure an eine t-rna 3. Anlagerung des t-rna-as-komplex an das Startcodon der m-rna an der P Bindungsstelle nach Prinzip der komplementären Basenpaarung 4. Anlagerung eines zweiten t-rna-as-komplex an die A- Bindungsstelle des Ribosoms 5. Chemische Verknüpfung der AS durch Peptidbindung 6. Weiterrücken in 5-3 -Richtung entlang der m-rna 7. Ständige Wiederholung dieses Vorgangs führt zur Synthese eines Polypeptides 8. Ablösung bei Erreichen des Stopcodons

13 2. Proteinsynthese 3 Basen -> 1 AS 64 Tripletts für 20 AS Start: Methionin

14 2. Proteinsynthese Proteine = Kettenförmige Makromoleküle aus mind. 100 Aminosäuren (Polypeptidketten) Reihenfolge der AS und Faltung bestimmen Funktion Neurotransmitter, Enzyme, Rezeptoren, Kanalproteine, Muskelkontraktion, Irreversible Denaturierung durch Temperatur, Säuren, Veränderung durch elektrische Ladungen -> Aktionspotential

15 3. Genetische Polymorphismen = Vorliegen mehrer Varianten einer DNA-Sequenz innerhalb einer Art Weniger als 1% des genetischen Codes ist individuell unterschiedlich Können sich auf die Funktion von Enzymen auswirken Genmutationen= Veränderung der Gene durch Veränderung der Basenfolge

16 3. Genetische Polymorphismen Arten von Polymorphismen Bruchstückmutationen: Deletion, Inversion, Translokation, Duplikation Beispiele: Mucoviszidose, Katzenschreijammer, Trisomie 21

17 3. Genetische Polymorphismen Variable number of tandem repeats/ VNTR Verschieden oft wiederholte Genabschnitte Häufiger Polymorphismus Beispiel: Unterschiede in Dopaminrezeptoren mit Auswirkung auf novelty seeking und Extraversion

18 3. Genetische Polymorphismen Basensubstitution: Punktmutation/ Single nucleotide polymorphism, SNP Synonyme oder nichtsynonyme Mutation Beispiele: Sichelzellanämie, Phenylketonurie

19 W2 4. Molekulargenetische Untersuchungsmethoden One-gene-one-disorder-hypothesis (OGOD) = 1 Gen ist die nötige und ausreichende Ursache einer Krankheit

20 Folie 18 W2 Ist dieser Polymorphismus wirklich auf den Austausch einer Base zurückzuführen. Hab ich das richtig verstanden? WinXP;

21 4. Molekulargenetische Untersuchungsmethoden Untersuchungsmethode: Linkage-Analyse Gene, die nahe beieinander auf dem Chromosom liegen werden zusammen vererbt Genmarker (identifizierter Ort eines bestimmten Polymorphismus) werden in einer Familie, mit einer gemeinsamen Eigenschaft untersucht Wenn Genmarker und Eigenschaft zusammen auftreten, können Schlüsse zur Lage des Gens gezogen werden

22 4. Molekulargenetische Untersuchungsmethoden Quantitative trait loci hypothesis (QTL) = viele Gene bestimmen mit unterschiedlich starker Ausprägung ein Merkmal Untersuchungsmethode: Assoziationsstudien Vergleich des gemeinsamen Auftretens von verschieden Phänotypen und dem assoziierten Allel

23 4. Molekulargenetische Untersuchungsmethoden Der Verhaltensgenetische Pfad Variation im Verhalten Unterschiede in Funktionsweise von Neurotransmittersystemen Proteinunterschiede Genetische Variation

24 4. Molekulargenetische Untersuchungsmethoden Genetische Assoziationen: genetische Variationen können Einfluss auf Unterschiede im Verhalten nehmen! Welche sind diese verhaltensrelevanten Gene (Kandidatengene) und wo sind sie? Bottom up Ansatz (reverse-genetics): Auf Basis bekannter molekulargenetischer Besonderheiten wird nach beeinflusster Verhaltensdisposition gesucht. -> VNTR Varianten der Dopamin Rezeptoren Top down Ansatz ( forward-genetics): Auf Basis bekannter Verhaltensunterschiede oder Psychischer Störungen werden daran beteiligte Gene gesucht. -> 5-HTTPR: Serotonin-Transporter-Gen

25 4. Zusammenfassung und Fazit Gen Protein Neuron System Zusammenhang nimmt ab! Persönlichkeit Gen-Gen-Interaktion Gen-Umwelt-Interaktion Neuronale Plastizität

26 Quellen Plomin, R. (1995). Molecular Genetics and Psychology. Cambridge University Press, 4, S Plomin, R. & Spinath, F.M: (2004). Genetics, Genes and Genomics. Journal of Personality and Social Psychology, 86, S Cardon, L.R. & Bell, J.I. (2001). Association Study Desings For Complex Diseases. Nature Reviews, 2, S Brocke, B., Müller,J. & Strobel, A. (2006). Verhaltensgenetik. In: K. Pawlik (Hrsg.), Handbuch der Psychologie, ( ). Berlin: Springer. (erweiterte Version) Genetics-8

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