Bio4 Backert - Biologie online lernen

Biologie (Fach) / Bio4 Backert (Lektion)

Mikrobiologie

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Definition: Gen ist ein Abschnitt der DNA, der die Information zur Synthese einer kodierenden mRNA (Herstellung eines Proteins) oder nicht-kodierende RNAs (tRNA, rRNA oder sRNAa) trägt
Definition: Operon Mehrere Strukturgene in einer Transkriptionseinheit, die gemeinsam exprimiert und reguliert werden. Bilden 1 polycistronische mRNA
Definition: Stopp-Codon auch Nonsense-Codon genannt, besitzt keine tRNA  führt zu Strangabbruch in der Translation und Beendigung der Proteinsynthese
Definition: Terminator DNA-Sequenz, die das Ende eines Gens oder Operons markiert (z.B. Stem-Loop und Poly-U-Sequenz). Sie führt zu Beendigung der Transkription.
Was ist ein Plasmid? Zählen Sie fünf typische Eigenschaften auf. Plasmide sind genetische Elemente, die unabhängig vom Chromosom existieren und replizieren. Man findet sie im Cytoplasma und nicht im Nucleotid. - Plasmide sind oft ringförmige DNA Elemente - I.d.R. doppelsträngige DNA - Größe variiert von 1.000 bis 100.000 Basenpaaren - 1 bis >100 Kopien eines bestimmten Plasmids pro Zelle - Replikation ~10% schneller als Chromosom - bieten Selektionsvorteile für ihre Wirte in bestimmten Lebensräumen - wichtige Werkzeuge in der Gentechnik/Molekularbiologie
Welche Enzyme können die Superhelikalität verändern, welche davon brauchen Energie und was ist ihr Energieträger? - Topoisomerase-I (ssDNA Brüche, überspiralisiert die DNA positiv, ATP-unabhängig) - Topoisomerase-II (=Gyrase, dsDNA Brüche, überspiralisert die DNA negativ, ATP-abhängig)
Definition: Promotor eine DNA Nukleotid-Sequenz, die die regulierte Expression eines Gens ermöglicht. Der Promotor ist essentieller Bestandteil eines Gens. Er liegt am 5‘-Ende des Gens und somit vor dem codierenden Bereich. Die wichtigste Eigenschaft eines Promotors (RNA-Pol, Sigma-Faktoren), welche den Start der Transkription induzieren. Pribnow-Box (TATA-Box), -35er Sequenz
Definition: Operator ein Abschnitt auf einem Operon in der Nähe oder innerhalb des Promotors, an den ein Ragulatorprotein (Repressor oder Aktivator) binden kann. Somit kann die Affinität des Promotors zur RNA-Pol verringert bzw. erhöht werden  Regulation der Transkription im Operon.Der Promotor liegt vor dem Operator und ist der Startplatz für die RNA-Polymerase. Bindet ein Repressor an den Operator, wird der Promotor zumindest teilweise verdeckt, so dass die RNA-Polymerase nicht mehr binden kann. Die Transkription ist gehemmt. Operatoren finden sich nur bei Prokaryoten, nicht bei Eukaryoten.
Definition: linking number und positive/negative Superhelikalität Linking number: Zahl der Kreuzungspunkte bzw. Windungen in der DNA-Doppelhelix, α0 linking number für den entspannten Zustand Linking number α> α0 positive Superhelikalität = Überwindung Linking number α< α0 negative Superhelikalität = Unterwindung
Definition: Topoisomere Beschrieben für supercoiled zirkuläre DNA, haben gleichen chemischen Aufbau unterscheiden sich nur in der Geometrie der Doppelhelix (hier durch Verdrillung)
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Geben Sie typische Eigenschaften von (1) konjugativen Plasmiden und von (2) Resistenzplasmiden an F-Plasmide: Fertilitätsplasmide - besitzen eine tra Region (Konjugationsfunktionen) - können in Chromosom integrieren: Hfr- Stämme (high frequency of recombination) - tragen Insertionssequenzen und Transposons R-Plasmide: Resistenzplasmide - besitzen eine tra Region (Komjugationsfunktionen) - vermitteln Resistenzen gegen Antibiotika und Schwermetalle
Definition: mRNA Die mRNA (engl. „messenger“, Boten-RNA) enthält alle Informationen zum Aufbau eines Proteins. Diese Information wird im Verlauf der Translation umgesetzt, um das entsprechende Protein zu synthetisieren. Es kodieren jeweils drei aufeinanderfolgende Nukleotide der mRNA (Basentripletts, Codons) eine bestimmte Aminosäure (siehe genetischer Code). Die mRNA wird in 5‘-3‘-Richtungen synthetisiert und abgelesen
Definition: Startcodon Die Translation beginnt mit einem Startcodon (i.d.R. ATG bzw. AUG, kodiert für Methionin). Es gibt auch alternative Startcodons. CUG und UUG, sowie GUG und AUU in Prokaryoten, funktionieren ebenfalls, allerdings mit wesentliche geringerer Effizienz.
Definition: Strukturgene generelle Bezeichnung für Gene, deren Genprodukte (Proteine oder RNA) keine regulatorischen Aufgaben bei der Genexpression haben. Sie kodieren stattdessen i.d.R. für Strukturproteine und Enzyme.
Definition: Mutation eine spezifische Sequenzänderung im Genom
Definition: Mutante Von einem Wildtyp durch Änderung des Genotyps abgeleitete Variante eines Organismus
Definition: Reversion Zweite Mutation an Stelle der ersten Mutation stellt Genotyp des Wildtyps wieder her. Die entstandene Mutante ist eine echte Revertante.
Definition: Supresssion (intra- und intergenisch) Zweite Mutation an anderer Stelle als die erste Mutation stellt Phänotyp des Wildtyps wieder her. intragenisch: Zweite Mutation im selben Gen, in dem die erste Mutation liegt. Kann z.B. Leseraster wiederherstellen.intergenisch: Zweite Mutation in anderem Gen als die erste Mutation.
Definition: Auxotrophie Organismen/Mutanten sind auxotroph, wenn sie bestimmte essentielle Substanzen nicht selbstständig synthetisieren können und diese dem Medium zugesetzt werden müssen.
Geben Sie die Art der Punktmutation an: Transition, Transversion, Deletion, Insertion und frame shift Transition: Austausch einer Purinbase gegen eine andere Purinbase bzw. einer Pyrimidinbase gegen eine andere Pyrimidinbase: A↔G bzw. T↔C Transversion: Austausch einer Purinbase gegen eine Pyrimidinbase oder umgekehrt: A/GzuT/C bzw. C/TzuA/G Deletion: Verlust von Basen Insertion: Einschübe von Basen Leserasterwechsel = Rasterschub = frame shift Mutationen: Verlust oder Einschub von 1 oder 2 Basen führt zu einer Verschiebung des Leserasters und damit zu einer völlig anderen Proteinsequenz
Beschreiben Sie 3 verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung von Mutationen in E.coli Bakterien 1, Basenanaloge 2, Chemikalien, die mit der DNA reagieren z.b. Alkylierende Wirkstoffe oder Interkalative Farbstoffe 3, Strahlung (nähere Beschreibungen im Skript!)
Geben Sie das Prinzip des Fluktuationstests an und was durch ihn bestimmt wird Prinzip: Entstehung von Mutationen; 10 Kulturen mit immer gleicher Zellzahl, nach Selektion mit Phagen über die Zeit: Bestimmung der Zellzahl (Bild im Skript!) Hauptaussagen des Experiments: 1. Die meisten Mutationen entstehen zufällig, spontan und ungerichtet! 2. Selektion begünstigt solche Mutanten, die unter Umweltbedingungen einen Vorteil gegenüber Nicht-Mutanten oder anderen Mutanten haben!
Welche Vorgänge werden durch Induktion des SOS-Systems eingeleitet und wodurch wird die Induktion hervorgerufen? Detaillierte Übersicht im Skript!
Schildern Sie, wie es durch UV-Bestrahlung zu Mutationen kommen kann - UV-Schäden an der DNA treten gehäuft an benachbarten Pyrimidinresten auf- 2 Beispiele: Thymidin-Dimere und Thymin-Cytosin(6-4) Produkt (Bild in Skript) - diese „verzerren“ die DNA-Helixstruktur Reparaturmechanismen bei UV-Schäden: 1. Nucleotid-Exzision 2. rekombinative Reparatur 3. Photoreaktivierung
Wie können Sie auxotrophe Mutanten anreichern? Beschreiben Sie auch das Prinzip der Anreicherung. Übersicht im Skript!
Was sind die sogenannten AP-Stellen? - Fehlenden Basen = AP-Stellen - Apurin- oder Apyrimidin-Stellen werden als AP-Stellen bezeichnet! - Erzeugt durch DNA-Glycosylase
Was verstehen wir unter der A-Regel? Bei der Replikation baut die DANN-Polymerase gegenüber AP-Stellen bevorzugt Adenin-Nucleotide ein
Geben Sie fünf verschiedene Möglichkeiten zur Reparatur von Fehlpaarungen oder DNA-Schäden an Proof reading: 3‘-5‘-Exonuclease Aktivität bei vielen DNA-Polymerasen korrigiDiestert mögliche Fehler sofort nach dem Einbau Mismatch-Reparatur: Reparaturweg über MutH, MutL, MutS, Helicase, DNA-Pol., Ligase etc. Basen-Exzisionsreparatur: Reparaturweg über Uracil DNA-Glycosylase, AP-Endonuklease, dRPase (Desoxyribophospho-Diesterase), DNA-Pol., Ligase Photo-Reaktivierung: Reparatur von Pyrimidin-Dimeren durch Photolyase Nucleotid-Exzisionsreparatur: Reparatur von Pyrimidin-Dimeren durch UvrA, UvrB, Uvr, UvrD, MfD und DNA-Pol Rekombinative Reparatur: Reparatur von Pyrimidin-Dimeren durch RecA-abhängigen Rekombinationssignalwegen SOS-Antwort: allg. Reaktion der Zelle auf DNA-Schäden (über LexA, RecA). Schnell-Reparatur durch Anschalten der DNA-Reparaturgene UvrA und UmuD
Geben Sie drei Mutationen in einem Strukturgen an, die mit großer Wahrscheinlichkeit zu einem neuen Phänotyp führen. Punktmutationen: Unterscheidung von Punkmutationen nach Art der Veränderung von Codons (1., 2. oder 3. Stelle) Segmentmutationen: Größere Deletionen, Insertionen, Inversionen und Duplikationen von längeren DNA-Sequenzen sind umfangreichere Veränderungen, bei denen in der Regel keine Rückmutation stattfindet. Spontane Leserastermutationen: DNA-Abschnitt mit Wiederholungen von GC-Folgen: Lücken, die bei der Replikation, der Rekombination oder der Reparatur auftreten können
Wie groß ist die thermodynamische Fehlergenauigkeit der Replikation und wievielfach erhöhen Bakterien diese durch welche Vorgänge? Fehlerraten bei der DNA-Synthese: - In Lösung: 10^-2, aus Thermodynamik der Basenpaarung - DNA-Polymerase: durch „proof reading“ 10^-6 - Mismatch Repair: repariert 999 von 1000 Ereignissen = 10^-3 - In vivo Messung: 10^-8 bis 10^-11
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Was verstehen wir unter vertikalem und horizontalem Gentransfer? Vertikal: Klassische Vererbung von einer Elterngeneration auf die Nachkommen, entweder mit Mendel’scher Vererbung oder mit phänotypischer Konstanz. Horizontal/Lateral: Weitergabe von genetischem Material über Artgrenzen hinweg. Keine phänotypische Konstanz, sondern sprunghafte Veränderung von Eigenschaften.
Wie kommt der unterschiedliche GC-Gehalt in diversen Bakterien zustande und welche Rolle spielt er bei der Untersuchung von DNA-Transferereignissen? Oje. Siehe Skript
Beschreiben Sie 3 bedeutende horizontale DANN-Transferereignisse von Bakterien in Eukaryonten, die für die Evolution bedeutsam sind. 1. Endosymbionten: Mitochondiren Chloroplasten 2. Agrobakterien: in höheren Pflanzen 3. Bartonellen: in Säugetierzellen
Nennen Sie zwei bedeutende horizontale DNA-Transferereignisse in der Evolution von Bakterien und Archaeen. Ich glaub irgendwas mit Mitochondrien und Chloroplasten. Siehe Skript.
Benennen Sie die drei Hauptmöglichkeiten der aktiven Übertragung von DNA in Bakterien und geben Sie den Übertragungsweg an. 1. Transformation = freie DNA 2. Transduktion = Phagen-vermittelt 3. Konjugation = „sexuell“ Plasmid-vermittelt; alle Wege genauer im Skript
Welche 3 grundlegenden Möglichkeiten haben Bakterien, ihre DNA in die extrazelluläre Umgebung freizusetzen? 1. Passive Freisetzung von DNA aus Bakterien, die abgestorben sind 2. Aktive Freisetzung von DNA aus Bakterien (Streptococcus pneumoniae), vermittelt durch sog. „Brudermord“. Kompetente Bakterien exprimieren Mureinhydrolasen, die nicht-kompetente Zellen lysieren können und damit deren DNA freisetzen, die sie dann aufnehmen 3. Aktive Freisetzung von DNA aus Bakterien, vermittelt durch ein Typ IV-Sekretionssystem (z.B. in Neisseria gonorrhoeae)
Welche Rolle spielen Typ IV-Sekretionssysteme für Gram-negative Bakterien? Benennen Sie 3 wichtige Funktionen. - Ausschleusung von DNA (z.B. Neisserien) - Konjugation von Plasmiden (z.B. F-Plasmid in E.coli oder Resistenzplasmide) - Konjugation von chromosomaler DNA (z.B. E.coli Hfr-Stämme) - Natürliche DNA-Transformationskompetenz (C.jejuni, H.pylori) - Sekretion von Proteinen (Bartonella) - Transfer von DNA in Säugetierzellen (Bartonella) - Transfer von DNA in Pflanzenzellen (Agrobacterium)
Geben Sie wenigstens 4 Eigenschaften an, die eine E.coli Donor-Zelle bei der Konjugation ausmachen - Donor-Bakterium muss ein konjugatives Plasmid besitzen (entweder extrachromosomal oder im Chromosom eingebaut, z.B. Hfr) - Bakterium muss somit z.B. F-plus sein - trägt eine sog Tra-Region (Typ-IV-Sekretionssystem) - eigener Origin für die Replikation nötig - ori T und Nicking Enzym müssen vorhanden sein - der Rezipient muss F-minus sein - enger Kontakt zum Rezipienten - Ausbildung F-Pilus muss erfolgen
Wie kommen unterschiedliche E.coli hfr Stämme zustande und welche genetischen Komponenten sind daran beteiligt? Die Integration erfolgt an Insertionselementen (IS) mit Hilfe der Rekombination. Da diese unterschiedlich sind, kann es zur Integration an verschiedenen Stellen in E.coli Chromosom kommen.
Geben Sie wenigstens fünf genetische Elemente an, die auf dem F-Plasmid kodiert sind Allgemeine Funktionen: - Replikation: Bereich des Plasmids, der die Replikation kontrolliert (Rep-Protein) und den Replikationsursprung (sog ori V) enthält - weitere Gene auf Plasmiden kontrollieren die Kopienzahl, sowie die Verteilung auf die Tochterzellen Konjugative Funktionen: - zwei ori’s: oriTàKonjugation - enthalten tra Gene zur Übertragung der Plasmids auf andere Zelle - geringe Kopienzahlen: 2-3/Zelle - F-Plasmide: können ins Chromosom - integrieren: Hfr-tämmeàbrauchen Insertionssequenzen (IS-Elemente)
- Wie kann die Konjugation zur Genkartierung von bakteriellen Chromosomen genutzt werden? Die Konjugation wird zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterbrochen und die transferierte DNA über die Zeit analysiert.