Studienbegleitende Prüfung zum Modul Allgemeine Genetik

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1 Studienbegleitende Prüfung zum Modul Allgemeine Genetik Name: Vorname: Matrikelnr. erzielte Punktzahl: Note: Überprüfung (Prüfer 2) Max.: 85 (Vorl./Übg.) + 55 (Prakt.) = 140 Punkte 1) Erklären Sie knapp die folgenden Begriffe: (15 P) Intron cdna Telomerase SNP-Analyse Klinefelter-Syndrom Nukleosom Nukleolus Präformationslehre Hypochromie Enhancer lytischer Infektionszyklus konditionelle Mutation footprinting Gametophyt SSLP

2 2a) Geben Sie die Genomgrößen in Basenpaaren für untenstehende Modellorganismen an. (2,5 P) D. rerio E. coli A. thaliana S. cerevisiae λ-phage b) Wieviele Gene haben die folgenden drei Modellorganismen? (1,5 P) E. coli S. cerevisiae λ-phage 3a) Ordnen Sie chronologisch und verbinden Sie die Forscher mit der jeweils passenden Entdeckung. Wirkzeit von früh (= 1) nach spät (= 9): Forscher: Entdeckung: (9 P) Sutton und Boveri Polymerasekettenreaktion A. van Leeuwenhoek Kopplungsgruppen K.B. Mullis T.H. Morgan Maxam, Gilbert & Sanger Bakterien DNA-Struktur Entschlüsselung d. genet. Codes G. Mendel DNA als Träger der Erbanlagen Watson & Crick Nirenberg & Khorana Avery, MacLeod & McCarty DNA-Sequenziermethoden Vererbungsgesetze Chromos.theorie der Vererbung b) Welche von diesen Personen ist auch bekannt dafür... (2,5 P)...schon früher für seine Arbeiten an Insulin den Nobelpreis gewonnen zu haben? Name:...ein Animalkulist gewesen zu sein? Name:...das Zentrosom entdeckt zu haben? Name:...Drosophila melanogaster als Modellorganismus etabliert zu haben? Name:...mehrfach durch die Lehramtsprüfung gerasselt zu sein? Name:

3 4) Machen Sie für doppelsträngige DNA (in der B-Form) folgende Angaben: (1,5 P) Durchmesser Höhe pro Helixwindung Basenpaare pro Helixwindung 5) Beschreiben Sie stichwortartig alle Prozesse, mit denen ein Primärtranskript, wie im Falle der meisten Protein-kodierenden Gene in Eukaryonten beobachtet, in eine reife mrna umgewandelt wird. Benennen Sie für jeden Prozess die dabei wichtigen funktionellen Bereiche des Primärtranskriptes und die Ihnen bekannten, beteiligten Faktoren. (6 P) 6) Der Abstand zweier Drosophila Gene a + und b + beträgt 17 centi Morgan. Geben Sie gesondert an, welche verschiedenen Genotypen und Phänotypen bei der folgenden Kreuzung entstehen, und berechnen Sie die erwarteten Häufigkeiten mit denen diese auftreten. (6 P) a b + a + b a b a b

4 7) Transposons a) Benennen Sie die unten gezeigten Transposons und ergänzen Sie die fehlenden Beschriftungen (7 Eintragungen gefordert). (4,5P) b) Transponierbare Elemente in Eukaryonten: Nennen Sie je ein Beispiel für ein... (1,5 P) - Retrotransposon: - Retroposon: - DNA-Transposon: c) Beantworten Sie kanpp die folgenden Fragen (2 P) - Wer hat mobile genetische Elemente erstmalig entdeckt? - Welchen %-Anteil in unserem Genom machen Retroposons in etwa aus? - Was deutet das "Retro" in Retrotransposon bzw. Retroposon an und wie heisst das in diesem Zusammenhang relevante Enzym?

5 8) Durch untenstehende Kreuzung haben Sie eine Mais-Hybride erzeugt, die sich durch einen besonders hohen Ertrag auszeichnet. Wenn Sie die F1 Generation untereinander kreuzen, wie viele der Nachkommen (in %) hätten dann wieder den gleichen Genotyp (A/a; B/b; C/c; D/d; E/e; F/F) und somit die gleichen begehrten Eigenschaften? Annahme: Alle 6 Gene liegen auf unterschiedl. Chromosomen. Nennen Sie die zur Lösung der Aufgabe von Ihnen angewandte Regel. (Rechenweg muss erkennbar sein!) (5 P) 9) Beschreiben Sie stichpunktartig die Arbeitsschritte im Labor, die für therapeutisches Klonen nötig wären. (4 P)

6 10) Die seltene Erbkrankheit Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) zeigt einen rezessiven, X- chromosomal-gekoppelten Erbgang und führt schon vor der Geschlechtsreife zum Tod. a) Was ist die Wahrscheinlichkeit, dass die erste Tochter einer Frau diese Krankheit entwickelt, wenn der Bruder dieser Frau die Krankheit auch hat? Kurze Begründung! (1,5 P) b) Was ist die Wahrscheinlichkeit, dass der erste Sohn einer Frau diese Krankheit entwickelt, wenn der Bruder dieser Frau die Krankheit auch hat? Kurze Begründung bzw. Rechenweg! (2,5 P) c) Was ist die Wahrscheinlichkeit, dass der zweite Sohn einer Frau diese Krankheit entwickelt, wenn der Bruder und der erste Sohn dieser Frau die Krankheit ebenfalls haben? Kurze Begründung! (1,5 P) 11) Welche der folgenden Aussagen zum Themengebiet "Translation" sind wahr (W) und welche sind falsch (F)? Achtung: Falsche Antworten führen zu Punktabzug! (6 P) - Ribosomen bestehen (bezogen auf ihre Masse) hauptsächlich aus RNA. - Das bakterielle 80 S Ribosom setzt sich aus der großen 50 S Untereinheit und der kleinen 30 S Untereinheit zusammen. - Die erste Aminosäure, die bei der bakteriellen Translation in das entstehende Protein eingebaut wird, ist meist N-Formylmethionin. - Wobbel-Basenpaarung findet zwischen der 3. Position im Codon und der 1. Position im Anticodon statt. - In eukaryontischen mrnas wird das Startcodon durch seine relative Position zur Pribnow- Box definiert. - An UGA-Codons findet immer Translationstermination statt.

7 12) Füllen Sie untenstehende Tabelle aus! (+ = trifft zu; = trifft nicht zu) (4 P) 13a) Eine Krebs-Patientin wird auf den Zustand eines X-chromosomalen Tumorsuppressorgens untersucht. Dabei wird festgestellt, dass eine Kopie eine wildtypische DNA-Sequenz aufweist, während bei der anderen Kopie eine Insertion von einer Base (T) vorliegt. Erklären Sie knapp, wie es sein kann, dass das entsprechende Tumorsuppressor-Protein bei der Patientin nicht nachweisbar ist. (3 P) b) Es werden folgende Proben sequenziert: 1) genomische DNA der oben erwähnten Krebspatientin 2) genomische DNA von einem gesunden Menschen 3) mrna der oben erwähnten Krebspatientin. Ordnen Sie diese Proben den unten gezeigten Sequenzierchromatogrammen richtig zu. > Sequenzier-Richtung > (1,5 P)

8 c) Keines der in b) gezeigten Sequenzierchromatogramme weist für RNA charakteristische Us auf. Dies liegt daran, dass RNA nicht direkt sequenziert wird und DNA-Polymerasen für die Sequenzierreaktion zum Einsatz kommen. Listen Sie die Arbeitsschritte auf, die notwendig sind, um ausgehend von einer Tumorbiopsie die Sequenz einer spezifischen (reifen) mrna zu bestimmen. (4 P) ENDE des VORLESUNGS- bzw. BEGINN des PRAKTIKUMSTEILS 14) Sie haben einen ursprünglich prototrophen Bakterienstamm mutagenisiert, das Mutationsgemisch auf Vollmedium ausplattiert, das Koloniemuster auf eine Minimal- und Vollmedium-Platte überstempelt und die Platten inkubiert. Nun wollen Sie auxotrophe Mutanten zur weiteren Untersuchung abimpfen. Umkreisen Sie die Kolonien, die Sie hierzu wählen könnten. (1 P) Minimalmedium Vollmedium 15) Welche der folgenden Enzyme haben im Rahmen des Klonierungsversuches, den Sie im Praktikum durchgeführt haben, eine Rolle gespielt? (2 P) A) Taq-Polymerase B) DNA-Ligase C) Restriktionsendonukleasen D) ß-Galaktosidase E) Metapyrocatechase Kreuzen Sie bitte die Ihres Erachtens richtige Antwortkombination an: Nur B ist richtig. Nur A und C sind richtig. Nur B, C und E sind richtig. Nur A, C, D und E sind richtig. Nur A, B, C und D sind richtig.

9 16) Sie haben auf Ihrem Arbeitsplatz ein kleines Brillantfeuerwerk entzündet, dem leider Ihr Styropor- Eisbehälter zum Opfer gefallen ist. Sie bekommen Bedenken, dass die zusammen-geschmolzenen Reste, die noch an der Tischplatte kleben, mutagen wirken könnten. Mit welchem der unten aufgeführten, im Praktikum angewendeten Verfahren könnten Sie dies am ehesten testen? (1 P) UV-Mutagenese Transposon-Mutagenese Plasmid-Curing AMES-Test PCR 17) Eine Testsubstanz wird in Gegenwart von M9-Leberextrakt im AMES-Test getestet. Bei einem Salmonella typhimurium-stamm A kommt es zur Bildung klare Höfe um die mit der Substanz getränkten Filterplättchen, bei Stamm B bilden sich klare Höfe und darum ein Ring von Bakterienkolonien. Welche der folgenden Schlüsse aus diesem Ergebnis sind wahr (W), welche falsch (F)? Achtung: Falsche Antworten führen zu Punktabzug! (5 P) - Die Testsubstanz wirkt nur auf Stamm A zytotoxisch. - Die Testsubstanz löst nur in Stamm B Mutationen aus. - Die Testsubstanz ist zwar giftig aber nicht krebserregend. - Die Testsubstanz erzeugt nur in Stamm B die erforderlichen Rückmutationen, um Prototrophie wiederherzustellen. - Die Testsubstanz muss ein Prä-Karzinogen sein. 18) Berechnen Sie die ungefähre Schmelztemperatur für die dsdna aus den folgenden Oligonukleotiden und ihren komplementären Sequenzen (2 P) - GACGCACCACCGGCT ; Tm = - AAATTCTATATAGTT ; Tm =

10 19a) Zeichnen Sie das Lac-Operon inklusive der Proteine, die in Glukose- und Laktose-freiem Medium gebunden wären. Deuten Sie die Position an, an der die Transkription beginnt. (6 P) b) Zeichnen Sie unter die DNA die entsprechende mrna. Beschriften Sie deren Enden und deuten Sie die Positionen folgender Elemente an (mehrfach Eintragungen können erforderlich sein): (7 P) RBS (Was heisst das? Welchen anderen Namen kennen Sie hierfür?) UTR (Was heisst das?) Start- und Stop-Codon c) Welche Effekte würden jeweils resultieren, wenn die folgenden DNA-Regionen deletiert würden? (3 P) - Lac I Gen - Lac O - CAP Gen

11 20) In einem Auxanographieversuch plattieren Sie zwei mutante, auxotrophe E. coli Stämme auf Minimalmedium mittels der Weichagartechnik aus und legen nach Erstarren des Weichagars 6 Filterplättchen getränkt mit verschiedenen Supplement-Testlösungen auf. Nach Inkubation bei 37 C können sie Wachstumshöfe um folgende Filterplättchen feststellen: E. coli Mutante 1: 1, 3, 5, 6 E. coli Mutante 2: 3, 5 Sie haben folgende Supplementkombinationen verwendet: Welche Auxotrophien weisen die mutanten Stämme auf? Ist das Ergebnis eindeutig oder gibt es mehrere Möglichkeiten? (4,5 P) E. coli Mutante 1: E. coli Mutante 2 21) Sie haben neben einem wildtypischen (WT) bakteriellen Gen auch fünf Mutanten. Bei drei dieser Mutanten liegen im hinteren Abschnitt des offenen Leserasters jeweils eine nonsense- (NS), eine missense- (MS), bzw. eine frameshift- (FS) Mutation vor. Die vierte Mutante trägt eine inaktivierende Mutation in der Shine Dalgarno (SD) Sequenz. Bei der fünften liegt eine inaktivierende Punktmutation in der Pribnow box (PB) vor. Ordnen Sie die Mutanten unter Verwendung der oben angegebenen Abbkürzungen den Spuren 2-6 zu! (5 P)

12 22) Sie erhalten eine Kollektion von sechs rii-mutanten des Bakteriophagen T4. Alle Mutationen sind einfache Deletionen unterschiedlicher Größe, wobei die Lage der Deletionen 1 und 2 bekannt ist (s. untenstehende Zeichnung). Sie kartieren die Lage der restlichen Deletionen durch Komplementationstests, wozu Sie Kombinationen von den Phagenmutanten auf eine Agarplatte mit E. coli K12 als Indikatorbakterium im Top-Agar auftropfen. Sie erhalten folgende Ergebnisse: (P = Plaques; L = Lyse) a) Tragen Sie die Lage der unbekannten Deletionen so in das Diagramm ein, dass sich keine Widersprüche ergeben. (4 P) b) Wie könnten Sie experimentell ganz einfach überprüfen, ob die bei einer Doppelinfektion auftretenden Plaques tatsächlich durch (ergänzen Sie!) entstehen oder vielleicht doch durch Reversion einzelner Mutationen? (2,5 P)

13 23) Im Praktikum haben Sie versucht durch Plasmid Curing ein F lac + -Plasmid aus Bakterien des Genotyps lac - Chr (F lac + ) zu entfernen. a) Wie wurde der Verlust des F lac + -Plasmids herbeigeführt? (1 P) b) Welche beiden unterschiedlichen Ansätze haben Sie verfolgt, um den Verlust des Plamids aus den Bakterien nachzuweisen und welche Plasmid-vermittelte Fähigkeit/Eigenschaft wurde dabei jeweils ausgenutzt? (3 P) 24) Bewerten Sie die folgenden Aussagen mit wahr (W) oder falsch (F). Achtung: Falsche Antworten führen zu Punktabzug! (5 P) - Kleine DNA-Fragmente ( bp) trennt man am besten in SDS-Polyacrylamidgelen elektrophoretisch auf. - Native Agarosegelelektrophorese erlaubt auch für RNAs eine exakte Größenbestimmung. - DNA wird mit Ethidiumbromid versetzt, um ihr eine konstante Ladungsdichte zu verleihen. - Ethidiumbromid bindet mit steigender Affinität an folgende DNAs: ssdna < lineare dsdna < negativ superspiralisierte dsdna - DNA-Probenpuffer wird i.d.r. Bromphenmolblau, Xylencyanol und/oder Orange G zugesetzt, um den Verlauf der Elektrophorese (auch ohne UV-Licht) verfolgen zu können.

14 25) Sie wollen ein BamH1- und Kpn1-geschnittenes 1 kb Insert in einen 4 kb Vektor klonieren, der zur Vorbereitung in seiner MCS mit den gleichen Restriktionsendonukleasen geschnitten wurde. Nach Ligation und Transformation isolieren Sie aus mehreren Bakterienkolonien das jeweilige Plasmid. Mittels Restriktionsanalyse wollen Sie nun zwischen re-ligiertem (d.h. leerem) Ausgangsvektor und dem richtigen (d.h. Insert tragendem) Zielplasmid unterscheiden. Zeichnen sie unten stehend möglichst genau ein, wo Sie für folgende Fälle Banden im Agarosegel erwarten würden: (3 P) A: BamH1- und Kpn1-geschnittener Leervektor B: BamH1- und Kpn1-geschnittenes Zielplasmid C: BamH1-geschnittener Leervektor D: BamH1-geschnittenes Zielplasmid E: ungeschnittener Leervektor in seiner ccc-form F: ungeschnittenes Zielplasmid in seiner ccc-form