Genetik I Aufgabe 1. Bakterien als Untersuchungsgegenstand 1. Beschriften Sie die Abbildung zu den Bakterien. 2. Nennen Sie Vorteile, die Bakterien wie Escherichia coli so wertvoll für die genetische Forschung machen. 3. Beschreiben Sie die Experimente von Griffith und Avery und nennen Sie die jeweiligen Forschungsergebnisse (Abb. rechts). 4. Chloramphenicol ist ein Antibiotikum und wirkt demnach gegen Bakterien. Seine Wirkung beruht auf der Anlagerung an die 50-S-Untereinheit der 70-S-Ribosomen, wodurch die Translation blockiert wird. Begründen Sie, warum der genetische Apparat menschlicher Zellen nicht geschädigt wird, es jedoch zu Verdauungsbeschwerden kommen kann. 5. Definieren Sie die Begriffe Transformation, Transduktion und Konjugation.
Aufgabe 2. Erbsubstanz Ein Schüler, selbstredend kein OG-Schüler schrieb in einer Klausur: Die DNA erfüllt zwei wesentliche Funktionen. Die Verdopplung der genetischen Information vor jeder Zellteilung wird durch die konservative Replikation erfüllt: Eine Helicase trennt die DNA-Doppelstränge über eine Strecke von 20 Basenpaaren. An die freien Basen eines der beiden Stränge lagern sich kompensatorische Nucleotide an, die durch DNA-Ligase zu einem DNA-Strang verknüpft werden. Der neu synthetisierte DNA-Strang wird durch DNA- Replikase zu einem Doppelstrang ergänzt. 1. Zeichnen Sie die Strukturformel von Desoxyadenosinmonophosphat, nummerieren Sie die Kohlenstoffatome des Zuckerbausteins und beschriften Sie das 3 - und das 5 - Ende. 2. Beschreiben Sie jeweils kurz die Entdeckungen von Franklin und Chargaff, die Watson und Crick maßgeblich bei der Aufklärung der DNA-Struktur halfen. 3. Beschreiben Sie den Aufbau des DNA-Moleküls inkl. der vier Strukturebenen. 4. Schreiben Sie zu allen Textaussagen, die nicht zutreffen, eine Berichtigung. 5. Definieren Sie die Begriffe Primer und Okazaki-Fragment.
Lösung 1.1) 1.2) große Anzahl in kleinen Volumina kurze Generationsdauer (20 min.) einfach gebaute Zellen und viele Mutanten nur ein ringförmiges Chromosom haploid (sofortige Auswirkung von Mutationen) Gene sind zwischen Bakterien übertragbar viele Bakterien besitzen Plasmide (extrachromosomale DNA) 1.3) Griffith: Experimente mit Mäusen Injektion von kapselbildenden Pneumokokken (S-Stamm) Mäuse sterben Injektion von abgetöteten kapselbildenden P. Mäuse leben Injektion von lebenden kapsellosen (R-Stamm) + toten kapselbildenden P. einige Mäuse sterben Eigenschaft der Kapselbildung wurde auf harmlose Form übertragen Ergebnis: Transformation = Übertragung der genetischen Information Avery: Bestandteile der S-Stamm-Pneumokokken werden getrennt in Proteine, Lipide, Polysaccharide und DNA Zugabe von harmlosen R-Stamm-Pneumokokken bei DNA Transformation von R-Stamm zum S-Stamm Ergebnis: DNA ist das transformierende Prinzip
1.4) 70-S-Ribosomen bei Prokaryonten 80-S-Ribosomen bei Eukaryonten Da Chloramphenicol nur bei 50-S-Untereinheiten wirkt, ist der genetische Apparat der menschlichen Zellen nicht betroffen. Trotzdem kann es zu Verdauungsstörungen kommen, das die für die Verdauung wichtigen Darmbakterien geschädigt werden. 1.5) Transformation: Aufnahme und Einbau von DNA in Bakterien Transduktion: Einschleusen fremder DNA in Bakterien mittels Phagen Konjugation: Übertragung von DNA zwischen Bakterien durch eine Plasmabrücke 2.1) 2.2) Chargaff-Regel: A=T und C=G und A+G=T+C Franklin: Aufklärung Doppelhelix mit Röntgenbeugungsdiagrammen 2.3) schraubenförmige gewunden beide Einzelstränge sind dabei in entgegengesetzter Richtung aneinander gelagert an jedem Ende hat einer der beiden Einzelstränge sein 3'-Ende, der andere sein 5'-Ende gegenläufige Polarität 5 3 und 3 5 Stabilisierung durch Wasserstoffbrückenbindungen Paarung: A - T (2 H-Brücken) und C - G (3 H-Brücken) Basensequenz in einem Strang bestimmt die des anderen (komplementär) Durchmesser der Helix: 2 nm Strukturebenen: Primärstuktur: Basensequenz Sekundärstruktur: Doppelhelix Tertiärstuktur: Doppelhelix windet sich um Histonspulen (basische Proteine) Quartärstruktur: bestimmte Anordnung der Histonspulen
2.4) Die Replikation erfolgt semikonservativ, weil die replizierten DNA-Moleküle immer aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang bestehen. Durch die Helicase werden die beiden Stränge der DNA der gesamten Länge nach entwunden und auseinandergeschoben. An die freien Basen beider Einzelstränge lagern sich komplementäre Nucleotide an, die durch DNA-Polymerase verknüpft werden. Da dieser Vorgang an beiden Einzelsträngen gleichzeitig abläuft, wird kein weiteres Enzym für die Ergänzung zum Doppelstrang benötigt. 2.5) Primer: Oligonukleotid, besteht aus RNA-Nukleotiden, besitzt ein 3 -Ende, Startpunkt für DNA-Replizierende Moleküle Okazaki-Fragmente: ein während der DNA-Replikation entstehender kurzer Abschnitt des Folgestrangs aus DNA und RNA