Ausbildung zum Bienenwirtschaftsmeister Mai 2012 Christian Boigenzahn

Transkript

1 Einführung in die Grundlagen der Genetik Ausbildung zum Bienenwirtschaftsmeister Mai 2012 Christian Boigenzahn

2 Molekularbiologische Grundlagen Die Zelle ist die grundlegende, strukturelle und funktionelle Einheit aller Lebewesen. Wichtige Strukturen aller Zellen: DNA: genetische Information - Bauplan der Proteine Proteine: Struktur Bau der Zelle Enzyme Stoffwechsel, Zellkommunikation Membrane: Abgrenzung Cytosol: wässrige Milieu in der Zelle Prozesse ablaufen RNA, Ribosomen: Proteinsynthese

3 1. Nukleolus. 2. Zellkern (Nukleus). 3. Ribosomen. 4. Vesikel. 5. Rauhes Endoplasmatisches Reticulum (ER). 6. Golgi-Apparat. 7. Mikrotubuli. 8. Glattes ER. 9. Mitochondrien. 10. Vakuole. 11. Zytoplasma. 12. Lysosom. 13. Zentriolen.

4 2 Grundtypen von Zellen Prokaryotische Zelle Zellen von Bakterien Kein Zellkern, DNA als Ring im Plasma Keine Zellorganellen Keine Differenzierung der Zellen Eukaryotische Zelle Pflanzliche, tierische Zellen (Einzeller, Mehrzeller) Zellkern mit DNA Neben Zellkern weitere Organellen (Mitochondrien, Plastiden, Golgi Apparat,.. Mehrzeller Differenzierung der Zellen

5 Unterschied:Tierische-pflanzliche Zelle Tierische Zelle haben keine Zellwände Pflanzliche Zelle haben Zellwände keine haben Chloroplasten und andere Plastiden Keine Zellen sind über Desmosomen und verschiedene Zelljunctions verbunden Haben Vakuolen Zellen sind teilweise über Plasmodesmen verbunden

6 Pflanzenzelle-Tierzelle

7 Genetik Beschäftigt sich mit den stofflichen Grundlagen der Vererbung. Sie untersucht die Lokalisation der Erbinformation (im Zellkern), ihre Realisation (in den Ribosomen) die Wahrscheinlichkeit der Weitergabe von Erbmerkmalen.

8 Vermehrung und Fortpflanzung Grundlage für die Kontinuität des Lebens. Die vegetative Vermehrung ist mit einer unveränderten Weitergabe der Erbinformation verbunden, die generative (geschlechtliche) Vermehrung führt zu einer Neukombination der Erbanlagen.

9 Vererbung Weitergabe von genetischer Information von einer Generation zur nächsten. Die materielle Basis der Vererbung wurde 1944 von Every entdeckt: Die beiden Nukleinsäuren DNA (Desoxyribonukleinsäure) bzw. RNA (Ribonukleinsäure)

10 Speicherung der Erbinformation DNA bildet die Grundbausteine der Chromosomen. In den Chromosomen ist die gesamte Erbinformation verschlüsselt. In jeder Zelle eines Lebewesens finden sich die Chromosomen. Somit ist in jeder Zelle die gesamte Erbinformation gespeichert.

11 Bau der DNA - Nukleotide Nukleotide sind die kleinsten Bauelemente: Ein Nukleotid besteht aus 3 Bausteinen: 1 Molekül Phosphorsäure 1 Molekül Zucker 1 organische Base

12 4 (5) organische Basen Es kombinieren: Adenin Thymin (bzw. Urazil in RNA) Guanin - Cytosin

13 Nukleotide in Ketten angeordnet DNA Doppelhelix

14 Der genetische Code Der Code, in dem die gesamte genetische Information verschlüsselt ist, enthält nur vier Zeichen die 4 Organische Basen. Alle 20 Aminosäuren (Bausteine der Proteine) können mit 3 organischen Basen eindeutig codiert werden (4 n >20). drei Nukleotide bilden ein Triplett, dessen Basenabfolge eine bestimmte Aminosäure codiert. Nur die Abfolge der organischen Basen entscheidet, welches Eiweiß erzeugt wird. Dieses biologische Alphabet hat für alle Lebewesen Gültigkeit

15 Gene, Genorte, Allele Gen: Bestimmte Abschnitte der DNA enthalten Baupläne für Proteine =zusammenhängender DNA Abschnitt eines Chromosomes Genort (Locus): Position eines Gens auf einem Chromosom Allele: Gene liegen in verschiedenen Varianten vor. Verschiedene Allele des gleichen Gens sind in der Basensequenz mehr oder weniger unterschiedlich Tierzüchterisch relevant, wenn Allele zu unterschiedlichen Ausprägung des des vom Gen gesteuerten Merkmals führt (z.b. unterschiedliche Allele eines Gens führen zu unterschiedlichen Fellfarben, ) Genotyp: Kombination der beiden Allele (Genvarianten) Homozygotie: An einem Genort zwei Kopien des gleichen Allels Heterozygotie: An einem Genort je eine Kopie von zwei verschiednen Allelen Säugetiergenom besteht nur aus bis Genen Eigentlichen Gene - nur 10% der DNA Sequenz Biologische Funktion der restlichen 90% derzeit nicht vollständig erklärbar

16 Umsetzung der genetischen Information Bildung von Aminosäuren und Eiweißen aufgrund des Bauplanes in den Chromosomen. Mithilfe der RNA: m-rna (messenger,boten RNA) t-rna (transfer, Transport RNA)

17 m-rna (messenger,-boten - RNA) Trägt die Erbinformation aus dem Zellkern zu den Ribosomen (Bildungsstätte der Proteine) Transkription: Übertragung von Erbinformation aus der DNA des Zellkerns an eine m-rna Synthese der m-rna an einem DNA-Molekül

18 Proteinsynthese/t-RNA Ribosom und m-rna gemeinsam sind die Produktionsstätte für das zu bildende Eiweiß. Notwendigen Aminosäuren werden durch die t- RNA aus dem Zellplasma herantransportiert Entsprechend der Matrize der m-rna (= Abfolge der organischen Basen) werden die Aminosäuren aneinandergekoppelt, bis das Protein fertiggestellt ist. Translation:Übertragung des gentischen Codes (Tripletts) in die entsprechende Folge von Aminosäuren als Bausteine des Proteins.

19 Der Weg von der DNA zum Protein Der Weg vom Gen zum Protein: Transkription -> Translation

20 Entstehung der Proteine am Ribosom

21 Strukturelemente eines Gens Promoter Strukturgen Terminationssignal Promoter: Erkennungs- und Bindungsstelle für die RNA- Polymerase Strukturgen: enthält die kodierende Sequenz Terminationssignal: verantwortlich für die Beendigung der Transkription

22 Arten von Zellen Somatischen Zellen (Körperzellen): sterben mit dem Tod des Organismus ab. Generative Zellen (Geschlechtszellen): werden in den primären Geschlechtsorganen gebildet.voraussetzung für die Fortpflanzung in den Zellen der Körperzellen liegen eine bestimmte Anzahl von Chromosomen kommen immer in gerader Anzahl vor Je zwei der Chromosomen sind einander formgleich (homolog): eines vom Vater, eines von der Mutter Körperzellen haben den doppelten Satz an Chromosomen - sie sind diploid.

23 Chromsomenzahl in Körperzellen: Beispiele Lebewesen n Chromosomen in diploiden Zellen Huhn/Hund 78 Pferd 64 Esel 62 Rind/Ziege 60 Schwein 40 Mensch 46 Honigbiene 32

24 Zellteilung (Mitose) Ist die Zellteilungsform der Körperzellen, gekennzeichnet durch eine Kernteilung, bei der jeder Tochterkern eine Kopie des Genoms der Mutterzelle erhält. = identische Replikation Läuft in verschiedenen Phasen ab Ergebnis: 2 Zellen mit identischer DNA

25 Mitose

26 Reifungsteilung (Meiose)1 Diploide Organismen vermehren sich mit haploiden Geschlechtszellen (Gameten: Samen-, Eizellen) Bildung Geschlechtszellen in 2 Teilungsschritten: 1. Reifungsteilung - Reduktionsteilung: Es entstehen zwei Kerne mit je einem einfachen Chromosomensatz Durchmischung und Neukombination des elterlichen Erbgutes 2. Reifungsteilung: Mitose der beiden Zellen, die aus der 1. Reifungsteilung hervorgegangen sind Es entstehen 4 haploide Samenzellen und eine haploide Eizelle

27 Meiose 2 Zentrale bedeutung für Verständnis der Vererbung: Im Zuge der Meiose erfolgt zufällige Auswahl des genetischen Materials = echter Zufallsprozess: Vorhersage des Ergebnisses unmöglich Echter genetische Zufallsprozess in der Meiose ist Grundlage der genet. Variabilität Diese steht im Mittelpunkt der züchterischen Strategien

28 Hauptunterschiede zwischen Meiose und Mitose in Bezug auf das Ergebnis Meiose Mitose Funktion Erbinformationen Chromosomensatz Bildung von Geschlechtszellen (Samen-, Eizellen) Erbungleiche Teilung; Gene werden neu kombiniert; 4 gentisch verschiedene Zellen. 4 Zellen mit einfachem (haploidem) Satz Vermehrung von Körperzellen erbgleiche Teilung; jede Tochterzelle hat die gleiche Erbinformation wie die Mutterzelle. 2 Zellen mit doppeltem (diploidem) Satz