Biologie (Fach) / Genetik Theorie (Knippers) (Lektion)

Theoriewissen zur Genetikvorlesung

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• Was sind SINE-Sequenzen (short interspersed repetitve elements)? > repetitive Elemente, die über das gesamte Genom verteilt sind (interspersed) > gut untersucht: Alu-Elemente bei Mensch- oder Mausgenom (ca. 10 - 15 % des Gesamtgenoms) > genetische Bedeutung unbekannt
• Was sind LINE-Sequenzen (long interspersed repetitive elements)? > lange repetitive DNA-Elemente, die über das gesamte Genom von Säugetieren verstreut liegen > insgesamt bis zu 20 % des Gesamtgenoms > genetische Bedeutung unbekannt
• Wie viel % der DNA von Tieren und Pflanzen ist für die Kodierung von Proteinen reserviert? 5 - 10 % > Rest: repetitive Abschnitte = unbekannte genetische Funktion
• Wie liegt die DNA in eukaryotischen Chromosomen vor? linear (wie ein Faden mit zwei Enden)
• Wie liegen die Genome in prokaryotischen Zellen vor? zu Ringen geschlossen
• Wie liegt die DNA in Mitochondrien und Chloroplasten vor? ringförmig
• Wie liegt die DNA im Lambda-Phagen vor? im Viruspartikel: linear nach Infektion in der Wirtszelle: ringförmig
• Konsequenzen der Ringstruktur der DNA? Stänge der DNA-Doppelhelix können sich bei Denaturierung trennen DNA oftmals verdrillt = Superhelix oder Supercoils > Verdrillungen sind den Windungen in der Doppelhelix überlagert
• Wann entstehen negative Supercoils? > Doppelhelix wird entwunden = superhelix ist rechtsläufig > Die meisten natürlich vorkommenden DNA-Moleküle haben negative Supercoils
• wann entstehen positive Supercoils? > Überwindung der Helix (nach Rechtsdrehung) > linksläufige Superhelix
• Durchführung einer Agarose-Gel-Elektrophorese Ein Plastikgefäß, gefüllt mit geeignetem Puffer, enthält ein Agarose-Gel, es ist vollständig im Puffer eingetaucht Am "Start" enthält das Agarose-Gel einzelne Vertiefungen oder Kerben zum auftragen des zu trennenden Gemisches von DNA-Fragmenten Nach dem Anlegen des elektrischen Feldes wandert die negativ geladene DNA auf den positiven Pol zu Nach Beendigung der Elektrophorese werden die getrennten DNA-Banden mit Ethidiumbromid angefärbt. DNA läuftet im UV-Licht hell auf.
• Warum macht man Gel-Elektrophoresen? Zur Bestimmung von Größe und Form von DNA-Molekülen
• Wovon hängt die Geschwindigkeit ab, mit der sich DNA-Stücke im elektronischen Feld auf den positiven Pol einer Elektrophorese zubewegen? > Größe der DNA-Abschnitte > Stromstärke > Pufferbedingungen > Agarose-Konzentration > DNA-Struktur (ringförmige superhelikale DNA wandert schneller als ringförmig relaxierte (offene) DNA)
• Wie nennt man DNA-abbauende Enzyme? Desoxyribonucleasen = DNasen - Unterscheidung in Endonucleasen und Exonucleasen
• Was sind Endonucleasen? - Untergruppe der Desoxyribonucleasen > bauen DNA durch Spaltung "innerer" Phosphodiester-Bindungen ab
• Was sind Exonucleasen? - Untergruppe der Desoxyribonucleasen > bauen DNA von den Enden her ab
• Was versteht man unter Restriktion? > artfremde DNA wird abgebaut und zerstört > Restriktionsnucleasen sind verantwortlich für diesen Vorgang
• Was sind Restriktionsnucleasen? > Erkennen kurze Folgen von Nucleotiden, an denen oder kurz nach denen sie die DNA schneiden > arteigene DNA gegen Abbau durch biochemische Markierung (=Modifikation) geschützt
• Was versteht man unter Modifikation von DNA? biochemische Markierung von DNA-Abschnitten zum Schutz vor Abbau durch Restriktionsnucleasen > besteht aus methyliertem Adenin- oder Cytosin-Baustein
• Welche Aufgabe haben Modifikationsenzyme? schützen die arteigene DNA durch Methylierung von Nucleotiden in der Erkennungssequenz
• Welche Restriktionsnucleasen-Typen gibt es? Typ I-Restriktionsnucleasen: erkennen definieret Sequenzen, schneiden DNA aber an entfernt gelegenen zufälligen Stellen> 3 Untereinheiten: 1 bindet spezifisch an Erkennungssequenz, 1 methyliert Adenin-Reste, 1 für DNA-Spaltung Typ II-Restriktionsnucleasen: unabhängig von funktionell dazu gehörenden Methylasen> spalten an Erkennungsstelle oder in enger Nachbarschaft Typ III-Restriktionsnucleasen: bestehen aus mehreren Untereinheiten und spalten DNA in Abstand von 20-25 Basenpaaren von Erkennungsstelle
• Welcher Sinn steckt hinter dem Modifikations-Restriktionssystem? Erhalt der genetischen Eigenart eines Bakterienstammes
• Warum wird DNA zentrifugiert? Zellkerne sind am größten, daher landen sie im Niederschlag (pellet). Darüber sind Mitochondrien angesiedelt, während Ribosomen und gelöste Moleküle im Überstand verbleiben
• Was sind Proteine? Makromoleküle, die aus vielen Einzelbausteinen aufgebaut sind = Aminosäuren
• Was versteht man unter der Primärsequenz von Proteinen? Die Reihenfolge / Sequenz der Aminosäuren
• Wie nennt man Aminosäure-Sequenzen mit weniger als 20 Bausteinen? Peptide
• Wie sind Aminosäuren aufgebaut? > tragen am zentralen C-atom (α-C-Atom)- eine Säure- oder Carbox-Gruppe, - eine Amino-Gruppe und - ein H-Atom oder eine Seitenkette > Unterscheidung durch die Art der Seitenkette (Größe, Form, Ladung)
• Was versteht man unter der Peptid-Bindung in Aminosäuren? > im Protein ist die Carboxy-Gruppe einer Aminosäure mit der Amino-Gruppe der benachbarten Aminosäure durch eine kovalente Bindung verknüpft = Peptid-Bindung
• Was bewirkt die Peptid-Bindung bei Proteinen? > Links liegt immer eine freie Amino-Gruppe, rechts eine freie Carboxy-Gruppe Jedes Protein hat also ein freies Amino-Ende = N-Terminus (NH2) und ein freies Carboxy-Ende = C-Terminus (COOH) > Entspricht 3´- und 5´-Ende
• Was versteht man unter Polypeptid-Ketten? Folge von Aminosäuren ohne Berücksichtigung ihrer Lage im dreidimensionalen Raum
• Welche Arten von Anordnungen bestimmen einen wesentlichen Teil der Protein-Struktur? > α-Helix = Wasserstoffbrücke zwischen CO-Gruppe einer Aminosäure und der NH-Gruppe der viertnächsten Peptid-Bindung in der Reihe aufeinanderfolgender Aminosäuren = rechtsläufige Helix > β-Faltblatt = Wasserstoffbrücken zwischen verschiedenen Abschnitten der Polypeptid-Kette> können in zwei Richtungen verlaufen: a) parallelb) antiparallel
• Welche Formen von Proteinen gibt es? Globuläre Proteine : etwa kugelförmig oder ellipsoid> Alle Enzyme sind globuläre Proteine Faserförmige Proteine: meist Strukturproteine inner- oder außerhalb von Zellen
• Wie definiert sich die Tertiärstruktur der Proteine? - dreidimensionale Proteinstruktur>  α-Helix-Abschnitte = Zylinder/helikale Bänder> β-Faltblätter = breite Pfeile
• Wie definiert sich die Sekundärstruktur der Proteine? Polypeptiddarstellung ohne Berücksichtigung des dreidimensionalen Raumes
• Welche Proteinstrukturen gibt es? Primärstruktur Sekundärstruktur Tertiärstruktur Quartärstruktur
• Was versteht man unter einer Proteindomäne? = kleinste Protein-Einheit mit einer definierten und unabhängig gefalteten Struktur
• Wie definiert sich die Quartärstruktur von Proteinen? - mehrere Proteindomänen / Untereinheiten setzen sich spezifisch gefaltet aneinander und bilden einen funktionstüchtigen Proteinkomplex
• Was versteht man unter Dimeren (bei Proteinen)? zwei eng aneinanderliegende Untereinheiten (Quartärstruktur)
• Was versteht man unter dem Ausdruck "Self assembly"? Die Informationen zur Herstellung der Aminosäure-Folge wird in den Genen vererbt. Die dreidimensionale Struktur bildet sich daraus von selbst
• Was ist ein natives Protein? Ein funktionsfähiges Protein in seiner zusammengesetzten Quartärstruktur
• Was hilft bei der Faltung der Proteine in ihre Quartärstruktur? molekulare Chaperone = Hilfsproteine > stabilisieren ungefaltete und halbwegs gefaltete Übergangszustände von Proteinen und verhindern falsche Faltungswege durch ständiges Schließen und Lösen von Wechselwirkungen zwischen der Polypeptid-Kette und den Chaperonen > erfordert viel ATP
• Was versteht man unter Transkription? Die Nucleotid-Folgen in den Genen der DNA werden umgeschrieben - transkribiert - in die Nucleotid-Folge von RNA
• Was versteht man unter Translation? Die RNA-Sequenzen werden übersetzt - translatiert - in Aminosäure-Sequenzen von Proteinen.
• Unterschiede zwischen DNA und RNA DNA                                                    RNA - Desoxyribonucleinsäure                 - Ribonucleinsäure - Thymin                                              - Uracil - liegt i.d.R. doppelsträngig vor        - liegt i.d.R. einzelsträngig vor                                                                  (Ausnahmen)
• Welche RNA hat keine freien Enden und liegt ringförmig vor? RNA von Viroiden RNA von Viren
• Was ist ein Viroid? Erreger von Pflanzenkrankheiten sehr kleine, ringförmig geschlossene RNA als Nucleinsäue
• Was ist ein Virus? sehr kleiner, infektiöser zellulärer Parasit kein eigener Stoffwechsel Reproduktion nur durch Zellinfektion Nucleinsäure kann in RNA oder DNA vorliegen
• Beispiele für Virenerkrankungen bei Pflanzen, Tieren, Menschen Pflanzen:- Tabak-Mosaik-Virus- Blattrollkrankheit Tiere- Tollwut- Maul- und Klauenseuche Menschen- Hepatitis- HIV
• Was ist ein Prion? infektiöses Protein ohne enthaltene Nucleinsäure degeneriert das zentrale Nervensystem
• Beispiel für Prione bei Tieren und Menschen Tiere:- Scrapie (Schafe)- BSE (Rinder) Menschen- Creutzfeld-Jakob-Krankheit

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