Proteinbiosynthese: - Basensequenz der DNA wird in die Basensequenz der RNA übersetzt (Transkription) - Übersetzen der mrna in die spezifische Aminosäuresequenz (Translation) - Bei Eukaryoten sind Transkription und Translation sowohl zeitlich als auch räumlich von einander getrennt. Transkription = Zellkern; Translation = freien Ribosomen (Zellplasma) - mrna = messenger RNA (Abschrift der DNA) - trna = transport RNA (Transport der Aminosäuren zu den Ribosomen) - Unterschied der RNA: Ribose statt Desoxyribose; Uracil anstelle von Thymin - Drei Nucleotidbasen bilden ein Triplett, sprich ein Codon - 4³ mögliche Kombinationen codieren 20 Aminosäuren - Genetischer Code: Zuordnung der Basentripletts zu den entsprechenden Aminosäuren - Eigenschaften des genetischen Codes : Der Code ist Kommafrei Der Code ist redundant (verschiedenen Tripletts für eine Aminosäure) Der Code ist eindeutig Der Code ist universell Transkripion: - RNA-Polymerase erstellt eine Abschrift des codogenen-stranges, in dem sich freie Nucleotide an den codogenen Strang anlagern und miteinander verknüpft werden - Terminatorsequenz zeigt das Ende der Transkriptionseinheit an (AATAAA Eukaryoten) Translation - An den Ribosomen wird die mrna-sequenz in die Aminosäuresequenz übersetzt - Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten (kleine und große) - Kleine Untereinheit mrna-molekül bindet sich an - Große Untereinheit trna Molekül bindet sich an - trna bringt entsprechend der Codonfolge der mrna die zugehörige Aminosäure - Das Anticodon ist komplementär zu einem Codon der mrna - Synthetasen ordnen der trna die richtigen Aminosäure zu - Große Untereinheit 2 Andockstellen für trna-moleküle Aminosäuren werden über eine Peptidbindung mit einander verknüpft Unterschiede Eukaryoten Prokaryoten - Eukaryotische Gene sind gestückelt Exons ( codierend ); Introns ( Einschübe ) - Prä-mRNA wird durch Enzyme verarbeitet ( Spleißen ) Introns werden ausgeschnitten und Exons werden miteinander verknüpft Genmutation - Genommutation Anzahl der Chromosomen ändern sich - Chromosomenmutation Struktur einzelner Chromosomen verändern sich - Genmutation Basensequenz einzelner Gene verändern sich (Einfügen,Ersatz oder Verlust)
- Chromosomenaberration: Chromosomenmutation und Genommutation - Stumme Mutation Keine Auswirkung auf die Aminosäuresequenz ( Redundanz des genetischen Codes ) - Misssense Mutationen Verändertes Basentriplett codiert eine falsche Aminosäure Bei ähnlichen Eigenschaften oder an funktionell unwichtigen Bereichen eines Proteins werden keine großen Folgen hervor gerufen - Nonsense Mutation Funktionslosigkeit des Proteins Vorzeitiger Abbruch durch das Stoppcodon - Insertion o. Deletion Einfügen/Verlust eines oder mehrerer Nucleotidpaare Leserraster wird geänder ( Rasterschubmutation) Eingefügte/Entfernte Nucleotide sind kein Vielfaches von 3 Können lebensgefährlich sein - Chromosomenmutationen kommen beim Austausch nicht homologer Abschnitte beim Crossing-Over in der Meiose zustanden - Zentrische Fusion: Zwei Chromosomen verschmelzen an ihren endständigen Centromer miteinander - Fission: Auseinanderfallen von Chromosomen Besonders große Bedeutung in der Evolution der Säugetiere - Genommutation Aneuploidie (einzelne Chromosomen fehlen oder sind überzählig) Polyploidie (Chromosomensatz liegt über dem doppelten Satz vervielfacht vor) Fehler bei der Zellteilung (Keimzellen) Regulation der Genaktivität - Strukturgene Gene, die für Enzyme codieren - Promotor ist der Startplatz für die RNA-Polymerase - Operator erfüllt die Funktion eines Schalters - Operon: Promotor + Operator + Strukturgene - Repressor reguliert diese Funktionseinheit (Operon) Substratinduktion - Regulatorgen bewirkt die Herstellung eines aktiven Repressors - Dieser Repressor bindet sich an den Operator des Lac-Operon an => Verhindert dadurch die Transkription der Lac-Strukturgene - Zufuhr von Lactose: Lactosemoleküle lagern sich an den Repressor, verändern seine Raumstruktur Repressor wird inaktiv - Repressor können sich nicht mehr an den Operator anbinden - RNA-Polymerase transkribiert die Gene für die Lactoseverwertung Endproduktrerepression
- Genexpression wird durch negative Rückkopplung (Feedback-Hemmung) reguliert - Steigende Konzentration des Endprodukts bewirkt das Abschalten der Synthese - Beispiel: Synthese von Tryptophan unterliegt solch einer Feedback-Hemmung - Das Regulatorgen bewirkt die Herstellung eines inaktiven Repressors - Das Endprodukt kann sich an den Repressor anheften und seine Raumstruktur verändern Der Repressor wird aktiv und bindet nun an den Operator Klassische Genetik, Cytogenetik und Humangenetik - Ein Gen kann in unterschiedlichen Varianten vorliegen (Allele) - Alle Gene sind in jeweils zwei Allelen vorhanden Reinerbig oder homozygot Mischerbig oder heterozygot - Allele wirken unterschiedlich stark Dominante prägen sich immer aus Rezessiv prägen sich nur im homozygoten Zustand aus - Keimzellen enthalten jeweils nur ein Allel von jedem Gen - Rückkreuzung Kreuzung mit einem homozygot rezessiven Partner Chromosomen und Vererbung - Fast alle höher entwickelten Lebewesen sind diploid (2n) - Homologe Chromosomen gleichen sich in Größe, Gestalt und Aufbau - Meiose: Zwei Teilungen sind unmittelbar miteinander verkoppelt - Homologenpaarung Synapsis Tetrade, denn 2 Zwei-Chromatid-Chromosome - Spermatogenese: aus eine Urkeimzelle reifen vier Spermien - Oogenese: plasmareiche Eizelle und drei fast plasmalose Polkörperchen - Weibliches Geschlecht: Karyotyp(XX) - Männliches Geschlecht: Karyotyp(XY) - Gonosomen Geschlechtschromosomen X,Y - Autosomen Chromosomen, die bei beiden Geschlechtern identisch sind Analyse menschlicher Erbgänge - Männer (Karyotyp: XY) sind hemizygot für alle X-chromosomalen Gene Rezessiv X-Chromosomal vererbte Krankheiten treten häufiger auf - Turner-Syndrom (Karyotyp: X0) Betroffene sind weiblich, aber bilden keine Geschlechtsmerkmale aus - Klinefelter-, Triplo-X, oder YY-Syndrom meist unfruchtbar und weniger intelligent - Bei einer gesunden Frau: Inaktivierung des 2. X-Chromosoms bez.: Barr-Körperchen
- Genomische Prägung: Offenbar sind von bestimmten Genen nur entweder die mütterlichen oder die väterlichen Allele aktiv Fehlt das aktive Allel aufgrund einer Deletion, wird es durch das homologe Allel nicht ausgeglichen Grundoperationen der Gentechnik Kurzer Übersicht: Genwirkung fällt vollständig aus Grund: geschlechtspezifische(eltern) Methylierungsmuster der DNA - DNA wird aus dem Spenderorganismus isoliert (Restriktionsenzyme) - Übertragung der Spender-DNA erfolgt durch eine Vektor-DNA (Plasmid) - DNA-Ligase verknüpft beide DNA-Moleküle miteinander - Rekombinierte DNA wird in die Zellen eingeschleust - Zellen werden selektiert und vermehrt - Wichtigster Bestandteil sind Restriktionsenzyme - Restriktionsenzyme = Restriktionsendonucleasen - Restriktionsenzyme sind substrat- und wirkspezifisch, d.h. jede Enzymart spaltet die DNA an einer bestimmten Schnittstelle - Erkennungssequenz (Schnittstelle) weisen eine spezielle Symmetrie (Palindrome) - klebrige Enden sticky ends = Einzelstrangenden, die durch die Spaltung durch Restriktionsenzyme entstehen Direkte Genübertragung - Methoden: Elektroporation, Partikelbeschuss (gene-gun), Mikroinjektion (Hohlnadel,Mikrokapillare werden in die Zelle injiziert) Selektion transgener Zellen - Zwei Resistenzgene: Tetracyclin und Amplicin - Fremd-DNA wird in eines der Resistenzgene eingebaut und macht es unlesbar - Selektion: Kolonien werden auf unterschiedliche Nährboden kultiviert Nährboden mit Tetracyclin (Selektion: Alle ohne Plasmide sterben) Samtstempelabdruck (Kopie) auf Nährboden mit Amplicin Vergleich ( Zellen mit Plasmid, aber ohne Fremd-DNA überleben) Finden und Gewinnen von Genen - Drei Informationsträge: Basensequenz der DNA, Basensequnz der mrna, Aminosäuresequenz des synthetisierten Proteins - Genomische Bibliothek: Sammlung von Genom-Fragmenten Gesamte DNA wird in Fragmente gespalten Fragmente werden in Bakterien eingeschleust und kloniert
- Herstellung von copy DNA: mrna aus Zellen werden isoliert umgekehrte Transkription durch reverse Transkriptase (mrna-sequnz zu DNA-Sequenz) - cdna-bibliothek: mrna-moleküle aus einer Zelle in DNA-Sequenz übersetzt kleiner als eine genomische Bibliothek, denn sie enthält nur die DNA, die in der untersuchten Zelle exprimiert wird