Genetik-Lehramt

1. Biologie des Organismus sehr gut erforscht, leichte Haltung und Vermehrung im LAbor
2. Für systematische genetische Analysen geeignet (einschließlich RNAi Techniken)
3. Transgenese-Techniken etabliert (Genknockout und Transgenanalyse)
4. Gesamtsequenz des Genoms bekannt

• E. coli und seine Bakteriophagen
• Hefen: Saccharomyces cerevisiae & Schizosaccharomyces pombe
• Pilze: Neurospora crassa & Aspergillus nidulans
• Planarie: Schmidtea mediterranea
• Nematode: Caenorhabditis elegans
• Drosophila melanogaster
• Zebrafisch: Danio rerio
• Reisfisch: Oryzias latipes
• Krallenfrosch: Xenopus laevis & Xenopus tropicalis
• Mus musculus
• Ackerschmalwand: Arabidopsis thaliana
• Mais: Zea mays

Replikation (Verdoppelung der DNA):

enthaltene Information wird präzise auf Tochtermoleküle weitergegeben (?)

Kodierung genetischer Information: 

Abfolge der Basen (?)

Mutation:

Durch Basenfehlpaarung

Griffith Experiment

• Transformation von Bakterien
• Streptococcus RZellen (klein) und S Zellen (groß mit Polysaccharaid-Kapsel)
• Injizieren in Maus:
  • Lebende S Zelle → Maus tot
  • Lebende R Zelle → Maus lebt
  • Hitze getötete S Zelle → Maus lebt
  • Lebende R Zelle + Hitze getötete S Zelle → Maus stirbt (R und S Zellen Vorhanden)

Komplementäre Paarung = Thymin ↔ Adenin / Cytosin ↔ Guanin

Die Basen des Gegenüberliegenden DNA-Strangs sind dadurch eindeutig bestimmt → Leserichtung 5‘ – 3‘ ist damit gleich

XXX

bideirktionale Replikation

Origin: Replikationsstartpunkt

Reolikon: Abschnitt zwischen zwei Origins (wird an einem Stück repliziert)

Replikationsgabel: Teil nach dem Auftrennen der Basenpaare

XXX

• Mismatch ( Fehlpaarungs-) Reparatur:
  • hauptsächlich nach DNA Synthese
  • verwendet elterlichen Strang (der noch nicht methyliert wurde) als Kopie zur Korrektur von falsch eingebauten Nucleotiden
• Exzisionsreparatur:
  • Beseitigung einer defekten Region durch spezialisiertes Nuclease System und einer DNA Synthese zur Füllung der Lücke
• End-Joining:
  • Reparatur von DNA Doppelstrangbrüchen ( oder durch ein Rekombinationssystem)

Zellzyklus = Abfolge von Ereignissen, die in einer Zelle zwischen 2 Zellteilungen Stattfinden

1.     Interphase (Mehrheit Aller Zellen in dieser Phase) setzt sich zusammen aus:     

1.     G1-Phase: 

•   Zelle wächst
•   Protein- und RNA-Synthese
•   Phase dauert lange - Wachstum (►Bei Tumorzellen dauert diese Phase nur wenige Sekunden)

2.     S-Phase:

•   DANN Replikation ⇒ Verdopplung der Chromatiden
•   Dauer 8h
•   Zum Starten der Phase sind S-Aktivatoren: Cycline notwendig.

3.     G2-Phase:

•   Vorbereitung Mitose (⇒ Zellteilung)
•   Verstärkte Synthese von mitosespezifischen Proteinen und RNA-Molekülen
•   Zelle vergrößert ihr Volumen durch Flk. Einstrom
•   Zellkontakte lösen sich

4.     (G0-Phase:)

•   Keine Neubildung mehr
•   Bsp. Nervenzellen, Epithelzellen

1. Mitose
   1. Prophase:
      • Zurückbildung und Zerfall Zellorganellen
      • Verdichtung Chromosomen ⇒ Knäulbildung (Spirem)
      • Zentrosomen wandern zu entgegengesetzten Enden des Zellkerns
      • Dazwischen bildet sich der Spindelapparat
   2. Prometaphase:
      • Auflösung Kernmembran und Kernkörperchen
   3. Metaphase:
      • Anordnung der Chromosomen in Äquatorialebene ⇒Monaster
   4. Anaphase:
      • Trennung der Chromosomen in ihre Chromatiden
      • Tochterchromosomen in entgegengesetzte Zellpole gezogen
   5. Telophase:
      • Entspiralisierung der Chromatiden
      • Neubildung der Zellmembran

Mitose: Zellteilungsperiode im Zellzyklus

Meiose:  

•  ist Hauptmechanismus der genetischen Rekombination einer Art
• Zellteilungen, die zur Bildung haploider Keimzellen (Gameten) führen
• führt zur Segregation & Neukombination mütterlicher und väterlicher Chromosomen
• crossing-over führt zum Austausch und Neukombinationen zwischen homologen Chromosomenpaaren

(1) Prophase I (2) Metaphase I, (3) Anaphase I, (4) Telophase I, (5) Prophase II, (6) Metaphase II, (7) Anaphase II, (8) Telophase II

Spindelapparat: mitotische Spindeln und Zentrosomen

• mithilfe von Histonen (stark basische evolutionär hochkonservierte Proteine) stabilisiert
• Histome H2A, H2B, H3 und H4 stellen die Core-Histone dar
• je 2 Histone bauen das Nucleosom auf
• jeweils ein H3-H4 Tetramer mit zwei H2A-H2B Dimeren zu einem Histon-Oktamer (⇒Nucleosom) verbunden
• Ein Nucleosom bindet 145bp DNA
• Linker-Histon H1 verbindet je zwei Nucleosomen
  • enstehung Solenoidstruktur, 30nm dicke Faser (⇒ Universalfibrille)
• Über mehrere weitere Organisationsstufen wird im Metaphasen-Chromosom eine 10.000fache Kompaktierung der DNA erreicht

Nondisjunction: 

• Ein fehler bei der Mitose oder Meiose
• Schwesterchromatiden trennen sich sich nicht korrekt

Chromosomen-Anomalien (durch nondisjunction)

• Trisomien (Chromosom zu viel):
  • XXY - Kinefelter Syndrom
  • XXX - Phänotypische Veränderung
  • XYY – Tendenz zur aggressiven und asozialen Verhalten
• Störung der Geschlechtschromosomen führt zu Entwicklungsstörung, Beeinflussen Größe und Fertilität
• Trisomie 21, 18, 13 (das jeweilige Chromosom im Karyogramm)
  • Edwards Syndrom
  • Patau Syndrom
• Monosomie (fehlen eines Chromosoms):
  • Turner-Syndrom (Y Chromosom fehlt)

Desoxyribonucleinsäure =

• Träger der genetischen Information
• Makromolekül aus zwei antiparallelen Polynukleoidketten aufgebaut
• Zucker ist Desoxyribose

Eigenschaft einer Zelle : aus einer totipotenten Zelle kann noch alles werden.

1  Einer der beiden Chromatiden 

2  Centromer, die Stelle, an dem die beiden Chromatiden zusammenhängen. Hier setzen in der Mitose die Mikrotubuli an. 

3  Kurzer Arm (p-Arm) 

4  Langer Arm (q-Arm)

Augen:

• Wild type (rot)
• vermillion (hellrot)
• ruby (bräunlich)
• White
• Garnet (braun-rot)
• Sepia

Augenform:

• wild Type
• Bar (schmaler)
• rough (größer)
• Lobe (sehr klein)
• Glass (riesig)

Borsten:

• wild type
• singed (kurze borsten)
• forked
• javelinlike
• stubble

Flügel:

• wild type
• serrate (lang mit spitze)
• Curly (kürzer, nach oben gewölbt)
• cy Xasta
• miniature
• cut
• vestigal (mini-unnütz)
• nubbin (küpplig)
• raised

Eukaryoten: (mit Kern)

• Sind wesentlich größer - 10 bis 100 mal
• Anzahl der Gene und Genomgröße hat nichts mit der Komplexität des Lebewesens zu tun
• kompakte form des DNA Fadens
• nehmen während des Zellteiung besondere Form an
• Im CHromation ist die DNA in mehrern verschachtelten Ebenen verpackt:
  1. Primärstruktur (10nm Faden)
  2. Sekundärstruktur (30nm Faden - Solenoid)
  3. Tertiärstruktur (Schleifendomäne 200-600nm)
  4. Quartärstruktur (Chromatiden)

Prokaryoten:

• Genom recht klein,
• nur 103-105 Basenpaare
• DNA vieler Bakterien ringförmig
• liegt als Knäul vor
• Assoziiert mit Proteinen
• kompakte Struktur durch Assoziation mit Polyaminen
• Histom-ähnliche Proteine

Allgemein: DNA = Doppelstrang / RNA = Einzelstrang

Zucker: DNA → Desoxyribose / RNA → Ribose

Basen: in DNA Thymin → Uracil in RNA 

Prophase

Promethaphase

Metaphase

Anaphase

Telophase

• Genommutation
• Chromosommutation
• Genmutation

Veränderung in der Zahl der Chromosomen. Durch Fehlerhafte Trennung → nondisjunction

Strukturelle Veränderung der Chromosomen:

• Inversion: Ein Fragment wird falschherrum wieder eingebaut → änderung der Richtung
• Deletion: Verlust von Chromosom Bruchstücken
• Duplikation: Abschnitte im Chromosom doppelt vorhanden → durch Crossing over → Stückverlust an einem Chromosom dafür doppelt am Anderen
• Translokation: Nach brechen der Chromosomen heften sich sich stücke nicht wieder an dem homologen Chromosom an

Veränderung der Basensequenz der DNA

• Punktmutation: Nucleotid ist ausgetauscht
• Deletion: Nucleotide sind verloren gegangen
• Insertion: Nucleotide sind hinzugekommen

Uniformitätsregel  (und Reziprogitätsgesetz): Nach Kreuzung von reinerbigen Eltern, die sich in einem Merkmal unterscheiden, zeigen die Nachkommen einen uniformen Phänotyp und Genotyp. Es ist gleich welcher der Eltern das jeweilige Merkmal trägt.

Spaltungsgesetz:

• Kreuzung der F1 Generation
• F2 Generation ist nicht gleichförmig → Aufspaltung in festen Zahlenverhältnis:
  • Dominat-Rezessiver Erbgang: 3:1 (Phänotyp), ¾ mit dominanten Merkmal, 1/3 mit Rezessiven Merkmal
  • Intermediärer Erbgang (Mischung): 1:2:1 (Phänotyp)

Unabhängigkeitsgesetz:

• Kreuzung mit mehreren (2) Merkmalspaaren (je reinerbig)
• Ersten zwei Mendelregeln gelten
• In F2 Generation treten neue Merkmale auf
• Zahlenverhältnis 9:3:3:1
• Funktioniert nur wenn verantwortliche Gene auf unterschiedlichen Chromosomen liegen

• Erste Reifeteilung – Redunktionsteilung
  1. Prophase I
     1. Leptotän
     2. Zygotän
     3. Pachytän
     4. Diplotän
     5. Diakinese
  2. Metaphase I
  3. Anaphase I
  4. Telophase I
• Zweite Reifeteilung – Äquationsteilung
  1. Prophase II
  2. Metaphase II
  3. Anaphase II
  4. Telophase II

1. Leptotän
2. Zygotän
3. Pachytän
4. Diplotän
5. Diakinese

die Bildung eines von einem Gen kodierten Genprodukts, vor allem von Proteinen oder RNA-Molekülen. Die Genexpression besteht aus Transkription und gegebenenfalls Translation sowie deren Regulationsmechanismen

• Ist ein Triplet Code mit 64 Codons
• 3 Codons sind Stopp-Codons und codieren damit keine Aminosäure (UAA, UAG, UGA)
• Start-Codon ist Methionin (AUG)
• Ist nicht überlappend, kommafrei, degeneriert
• Mehrere Triplets kodieren für eine Aminosäure (außer Methionin und Tryptophan)
• Ist (prinzipiell) universiell
• Synonym-Codons unterscheiden sich meist nur im dritter Base

Chromatin = Nucleoproteinkomplex (DNA & Histome),

Daraus ist das Chromosom aufgebaut. → Chromatin ist die dispergierte Masse im Zellkern einer nicht Teilenden Zelle

Chromatid = Eins von zwei Teilen des Chromosoms