Biologie (Fach) / Genetik (Lektion)

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Steop 2, Genetik

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  • Was ist ein Gen?   Ein DNA- Abschnitt, welcher für die Bildung einer RNA verantwortlich ist  
  • Genom = Erbgut eines Organismus
  • Kriterien von Genen Information muss stabil gespeichert sein Information muss genau replizierbar sein (Nachkommende Zellen haben gleiche Information wie deren Eltern) Information muss veränderbar sein (Mutationen), um Adaption ...
  • Entdeckung der DNA Friedrich Miescher (Schweizer) isolierte erstmals DNA Nuklein gennant beinhaltete Kohlenstoff, Wasserstoff, Phosphor, Stickstoff
  • Experiment von Griffith S Stamm - Smooth - glatte Kolonien = pathogen R Stamm - Rough - raue Kolonien = nicht pathogen Vermischung von inaktivierten S Stämmen (nicht tödlich) mit lebendigen R Stämmen verursacht Übertragung ...
  • RNAsen Enzym zur Spaltung von RNA Molekülen
  • DNAsen Enzyme zur Spaltung von DNA Molekülen
  • Hershey and Chase Experiment verwendung von T2 Bakteriophagen (Viren die Bakterienzellen befallen) Bakteriophagen werden makiert: Aminosäuren mit Schwefel Nukleinsäuren mit Phosphor in der Tochtergeneration wird kontrolliert ...
  • Bestandteile der DNA Phosphorsäure Rest Zucker: 5 Kohlenstoffzucker (Ribose oder Desoxyribose) 4 Basen: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin
  • Purine Basen: 2- Ring - Strukturen: Adenine (Aminogruppe- NH2) Guanine (Sauerstoff)
  • Pyrimidine Basen: 1- Ring- Struktur:   Cytosine (NH2 - Aminogruppe) Thymine (Sauerstoff, Thymingruppe) Uracile (Sauerstoff, fehlende Thymingruppe; in der RNA statt Thymin)  
  • Nukleotide bestehen aus Zucker, Base, Phosphorsäurerest
  • Nukleosid besteht aus Zucker + Base
  • Polymere Sind chemische Verbindungen aus Ketten- oder verzweigten Molekülen, die wiederum aus gleichen oder gleichartigen Einheiten bestehen. (Bausteinsystem)  zB.: DNA, RNA
  • Verbindungen der DNA / RNA Bausteine Bausteine sind über Phosphodiesterbrücken verbunden (unter Abspaltung von H2O) Jede DNA und RNA hat ein 5' Phosphat und 3' OH Ende RNA hat zusätztliches 2' OH (two-prime-hydroxyl)
  • "RNA- Welt" - zwei Funktionen der RNA RNA ( Zucker, Phosphorsäurerest, Basen) kann komplexe Strukturen ausbilden, welche katalytische Wirkung erzielen können.   RNA kann genetische Information tragen RNA kann als Katalysator aktiv wirken ...
  • Entdeckung der Struktur der DNA "Chargaff Regel":   Basenzusammensetzung: in etwa gleich viele Adenosine wie Thymidine, bzw. Guanosine wie Cytosine   Rosalind Frankling und Maurice Wilkins:   Röntgenstrukturanalyse zeigten ...
  • Die Struktur der DNA   DNA besteht aus zwei sich rechtsdrehend umeinanderwickelnden Polynukleotidketten Die zwei Polynukleotidketten verlaufen antiparallel Das Zucker- Phosphat Rückgrat befindet sich auf der Außenseite ...
  • Verpackung von DNA Viren: DNA oder RNA, linear oder zirkulär Prokaryoten: zirkuläre chromosomale DNA und extrachromosomale zirkuläre DNA- Plasmide. Eukaryoten: lineare DNA Chromosomen Organellen: zirkuläre DNA Genome ...
  • Supercoiling Beispiel Gummiringerl positives Supercoiling = mehr Windungen negatives Supercoiling = weniger Windungen   Topoisomerasen - spalten DNA, winden oder entwinden und verknüpfen sie wieder. zusätzlich ...
  • Histone sind basische Protein und Bestandteile des Chromatins; dienen zur Verpackung der eukaryoten DNA,  2x:  H2A, H2B,H3, H4 = Nukleosom / Oktamer - kleinste Verpackungseinheit, DNA ist 2 mal um ein Oktamer ...
  • Euchromatin Im Euchromatin befinden sich die meisten Gene und fast die gesamte Genaktivität (codierende Gene) = weniger dicht verpackt um effizient ablesen zu können während der Interphase ist das Euchromatin ...
  • Heterochromatin = verdichtetes Chromatin im Zellkern, stark Histon gebundene Form, gut einfärbbar zB.: DNA im Centrumer ist nicht kodierend, ermöglicht aber ein Andocken des Spindelapperates
  • Chromatin Chromatin ist das Material, aus dem die Chromosomen bestehen. Es handelt sich um einen Komplex aus DNA und speziellen Proteinen, von denen wiederum etwa die Hälfte Histone sind
  • DNA Polymerisation erfordert..? Desoxynucleotidtriphosphate (Bausteine) DNA Polymerase (Enzym) ein freies 3'OH Ende (Startpunkt) Template (Vorlage zum Ablesen/ Ergänzen)   DNA Replikation verläuft IMMER von 5' nach 3'
  • Topoisomerasen = Enzyme die zur Kompaktierung der DNA (Supercoiling) notwendig sind
  • Helikasen = Enzyme die die Strukturen doppelsträngiger Nukleinsäuren (DNA / RNA) verändern. In der Regel lösen sie die Basenpaare von doppelten DNA / RNA - Strängen auf. unentbehrlich bei der Replikation, ...
  • Primase = RNA- Polymerase, synthetiesiert ein Stück RNA (Primer = freies 3' OH Ende), als Startsignal zur DNA Replikation.  
  • DNA Polymerase Aktivitäten (Möglichkeiten)   5' ---> 3' Polymerase Aktivität = Neusynthese von DNA 3' ---> 5' Exonuklease Aktivität = entfernt soeben eingebauten Nukleotide vom 3' Ende, falls diese nicht korrekt (zB falsche Baasenpaarung) ...
  • Leading strand synthese   wird kontinuierlich in Richtung 5' ---> 3' verlängert (synthetisiert) nur EIN RNA Primer wird benötigt durch DNA Polymerase III  
  • Lagging strand synthese   wird diskontinuierlich verlängert, weil gegen "Laufrichtung" benötigt viele RNA Primer = viele kurze DNA Abschnitte (Okazaki Fragmente), die später miteinander verbunden werden müssen (ligiert) ...
  • Okazaki Fragment = RNA Primer + Stückchen DNA welches entsteht bei der Lagging strand synthese
  • Sigma Faktor Sigma-Faktoren (σ-Faktoren) sind bakterielle Proteine, welche für die Initiation der Transkription notwendig sind. Kann an 2 Stellen an die DNA binden ( -35 Region und -10 Region = Promotor-Regionen) ...
  • 3 Phasen der Transkription (bei Bakterien) Initiation Elongation Termination
  • Initiation Sigma Faktor bindet an TATA-Box / Pribnow-Box (Bakterien) des Promoters und erhöht dramatisch die Bindungswahrscheinlichkeit der DNA- Polymerase an dieser Stelle. Elongation startet --> Sigma Faktor ...
  • Elongation Der Elongationskomplex (mehrere Proteine)  "wandert" die DNA ab (DNA wird entwunden/zugänglich gemacht) und schreibt die DNA Information in eine mRNA um    
  • Termination (der Transkription bei Prokaryoten) 1. Durch terminale Hairpins reguliert = "fertige" RNA bildet eine "Haarnadel" und bremmst somit die RNA- Polymerase, gleichzeitig wird die RNA/DNA Verbindung (9 Basenpaare) instabil, RNA- Polymerase fällt ...
  • GEN der Transkription (Bakterien) ein codierendes GEN besitzt eine Promotorregion, die den Startbereich kennzeichnet, einen codierenden Abschnitt und eine Terminationssequenz.    
  • Promotorregion Promotorregion (Startsignal)         besitzt häufig zahlrieche AT Basenbindungen = Pribnow -Box(weil AT nur 2 Wasserstoffbrücken = leichter zu entwinden) liegt vor dem RNA codierenden Bereich (-35 ...
  • eukaryotische Polymerasen und ihre Aufgaben Polymerase I synthetisiert die rRNA = ribosomale RNA = 90% der zellulären RNA, aus rRNA werden Ribosomen gebildet   Polymerase II synthetiesiert die mRNA = Messanger RNA --> codiert für Proteine ...
  • Promotorregion (Eukaryoten) Polymerase II benötigt Enhancer und Promotoren Promotoren können bis zu 200 bp (Basenpaare) upstream (-50 bis -200) entfernt von der codierenden Sequenz liegen (Schleifenbildung) es gibt zahlreiche ...
  • Kinase = Enzym, das Phosphatreste (zB.: von ATP)  auf andere Substrate übertragen kann zB.: Transkription bei Eukaryoten TF II H (Trancription Faktor) phosphoryliert den "Ringelschwanz" der RNA Polymerase ...
  • Teile der mRNA besteht aus: 5' untranslatierte Region (5' UTR)  Proteincodierende Sequenz 3' untranslatierte Region (3' UTR) UTR Regionen bestimmen die Stabilität und Translatierbarkeit der RNA 
  • Unterschied der Translation bei Eukaryoten / Prokaryoten ... bei Prokaryoten: wird die transkripierte RNA noch während der Transkription (kotranskriptionell) translatiert. 3' Ende noch nicht fertig transkripiert --> 5' Ende wird bereits durch Ribosomen translatiert. ...
  • mRNA Modifikationen vor Export aus dem Kern nachdem ca 20 Nukleotide der RNA synthetisiert wurden, wird ein               5' invertiertes methyl- Guanosin Cap durch ein "capping Enzym" angefügt + die zucker von Nukleotid 1 & 2 werden methyliert ...
  • prä- mRNA Spleissen eukaryotische Gene sind mit nicht codierenden Sequenzen durchzogen  (= Introns) Introns werden im Zellkern entfernt Exons können modifiziert werden bzw. umgeordnet werden Exon1 + Exon 2 +Exon 3 ...
  • wobble- basepairs ermöglichen es, dass eine tRNA mehrer Codons ablesen kann Wobble- basepair = letzte position im basen tripplet zB.: GC-AU-GC ----> wooble-pairing GC-AU-GU
  • Inosine = RNA- Base (=Adenin ohne Aminigruppe) kann mit U, A und C ein Basenpaar bilden
  • tRNA die transfer RNA nimmt durch eigene Basenpaarung ihr typische "Kleeblattform" ein sie bringen Aminosäuren zu den Ribosomen das Anticodon basenpaart mit dem Codon der mRNA jede tRNA besitzt an ihrem ...
  • Aminoacyl- tRNA Synthethase ENZYM;   belädt die tRNA unter Verbrauch von ATP für jede Aminosärue gibt es eine eigene Aminoacyl- tRNA Synthethase   Vorgang:   Aminosäure und ATP binden an das Enzym --> aus ATP wird AMP ...