Genetik/ Abi-Lernzettel

Keine Lebewesen ➡ da es keinen eigenen Stoffwechsel hat (benötigt Wirt zur Vermehrung)

Vermehrung in Bakterien ( tierisch, menschlichen und pflanzlichen Zellen)

Der lytische Zyklus:

Phage injiziert ihre DNA in die Bakterienzelle und die DNA der Phage zerstört dann das Bakteriumchromosom. Durch diese Veränderungen werden dann einzelne Bestandteile der Phage in der Bakterienzelle hergestellt. Die synthetisieten Bestandteile lagern sich dann zu neuen höchst infiziösen Phagen zusammen. Die Zellewand des Bakteriums wird aufgelöst und die Phagen können austreten. Diese Phagenfreisetzung führt zum Tod des Wirts.

1. Adsorption: Zellewand enthält spezifische Anheftungsstellen. Anheftung ist nur möglichen , wenn sich Phagenplatte und Anheftungsstellen entsprechen (Schlüssel-Schloss Prinzip)

2. Injektion: Einschleusen der DNA

3. Latenzphase: Produktion Phagenenzyme später Vermehrung der Phagen - DNA und Synthese der Hüllenproteine 

4.Reifung: Zusammensetzung der Phage 

5 Freisetzung: Angriff auf Zellen ( Lysozym) platzt diese und Phagen werden freigesetzt. 

Einbau der Phagen - DNA in das Bakteriumchromosom. Phagen bauen die virale Erbinformation nach Adsorption und Injektion vorübergehend in die  Wirts-DNA ein ( Prophage bzw.  Provirus). Bei Zellteilung werden bakterielle und virale DNA gemeinsam verdoppelt und an die Tochterzelle weitergegeben. Durch Außenfaktoren ( UV-Licht, Temperaturschock ) kann ein Wechsel in den lytischen Zyklus erfolgen. 

Griffith: 1928

Diploccus pneumonia kommen in 2 erbgleichen Varianten vor: S- Zellen ( Schleimige bildend ➡virulent) & R- Zellen ( - Zellen, die erhitzt wurden und ihre Schleimkapselbildung verloren➡nicht virulent)

Im Experiment: Mäusen wurden unterschiedliche Varianten von Di.pn. gespritzt. Die Maus mit S-Zellen starb. Beide Mäuse mit lebenden R-Zellen oder abgetöteten S- Zellen lebten und die Maus mit abgetöteten S-Zellen & lebenden R-Zellen starb. 

Ergebnis: Die S-Zellen sind tötlich, da sie die Schleimkapsel bilden können und somit nicht von Immunsystem erkannt werden. Die R-Zellen haben diese Eigenschaft verloren.! Zum.  Nehmen die lebenden R-Zellen die DNA (Eigenschaften zur Schleimkapselbildung) der abgetöteten S-Zellen auf! (Transformation) Somit werden sie auch nicht erkannt.

Kohlenhydrate, Proteine oder DNA ?

Virulente S-Zellen werden abgetöteten und aus ihnen Kohlenhydrate, Proteine und DNA extrahiert. 

Maus A wird mit R-Bakterien & KH der S-Bakterien injiziert.  Sie überlebt 

Maus B wird mit R-Bakterien & Proteine der S-Bakterien injiziert. Sie überlebt

Maus  C wird mit R-Bakterien & DNA der S-Bakterien injiziert. Sie stirbt

Ergebnis: Maus C stirbt, da die DNA der S-Bakterien die Information für die Virulent/ Schleimkapselbildung übertrug. Es entstanden wieder S-Bakterien

Transformation: R-Bakterienzellen haben die fremde S-Bakterien  in die eigene DNA eingebaut. Auf diese Weise können Sie fremde Eigenschaften ausbilden  ( Virulenz↔ Bildung einer Schleimhaut)

Transformation➡ Nackte DNA wird aus der Umgebung aufgenommen und in Bakteriumchromosom eingebaut. So können Informationen fremder DNA übertragen werden.

 Transduktion➡Ein Gen wird verpackt durch eine Bakteriophage übertragen. Sie infizieren Bakterien und bauen ihre DNA zeitweise in das Bakteriumchromosom.  Beim Verlassen können sie auch DNA mitnehmen und geben Sie bei der nächsten Infektion an andere Bakterien ab.

Konjugation➡Direkter Kontakt von 2 Bakterienzellen über eine Cytoplasmabrücke ( Sexpili),  so gelangen Plasmide von einer Zelle in die andere Zelle.

Zahlenverhältnis des Basen Adenin zu Thymin, Cytosin zu Guinea ist stets annähernd 1:1 (Chargaff'sche Regel)

Zwei gegenläufige, antiparallele Polynucleotidstränge

Zucker- Phosphat- Bänder außen; Basen innen (Strickleitermodell)

Komplementäre Basenpaarung durch Wasserstoffbrückenbildung: 2 H-Brücken= Adenin zu Thymin;3 H-Brücken= Cytosin zu Guinea

Strickleiterartige Verdrehung beider Polynucleotidstränge führt zur Doppelhaus

Basensequenz bestimmt die genetische Information

Die DNA (Desoxyribonucleinsäure) ist ein riesiges Ketteenmolekül, dessen Glieder Nukleotide bezeichnet werden.  Ein Nukleotid besteht aus Desoxyribose ( Einfachzucker mit einem Gerüst aus 5 C-Atomen ), Phophorsäure ( eine organische Säure mit der Formel H3PO4) und eine von 4 verschiedenen organischen Basen, die ringförmig gebaut sind  und neben Kohlenstoffatomen auch stickstoffatome enthält.

Die DNA ist in den Chromosomen des Zellkern senthalten. Durch Verpacken muss der DNA Faden um sein 800 fache verkürzt. Dafür werden Chromatinfasern zweimal um Histone (Chromatinproteine) gewickelt. Ein Mickelson besteht aus einem Histon und rund 200 Nukleotide. Durch Aufwind und Faltung wird das ganze noch weiter verkürzt. 

Mensch :46 Chromosome, mit jeweils einem Geschlechtschromosom XY

2 Chromosomensatz (2n=46 Chromosome) besteht aus 23 Chromosomepaar( diploid). Je ein 1- Chromatid chromosom kommt von der mütterlichen Gamete oder der väterlichen Gamete(habloid). Diese werden wieder repliziert. Es entstehen wieder zwei  2- chromatid chromosom = 2 Chromosome = 1 Chromosomepaar. Beide  Chromosome codieren für die gleichen Proteine oder Eignschaften codieren ( 2-chromatid-chromosom)/ homolog. 

Diese trennen sich bei der 1. Reifung in zwei voneinander  getrennte Chromatide (23 =1n). Entweder vervollständigen sie sich wieder ( Replikation) 46 oder sie teilen sich jetzt von ihrem Patner (1 chronischen chromatid)

Gamete= Geschlechtszellen

Mitose(Teilung der Erbinformation) folgt nach der Interphase (Replikation).Der ganze Zyklus besteht aus Interphase & Mitose. Interphase sind  G1 (Wachsen der Zelle,Vermehrung der Bestandteile aus dem Cytoplasma, Signal zur Zellteilung ),S (Verdopplung der DNA),G2 (DNA kondensiert)

Prophase:  Verdoppelte DNA(diploider Chromosomensatz) kondensiert (Entstehung von Chromosomen), Kernen löst sich auf, Spindelapparat bilden sich

Metaphase: Chromosome[diploid] sind max. verkürzt, ordnen sich in der Mitte der Zelle (durch Spindelapparat) an

Anaphase:  Beide Chromatide [haploid] werden von Spindel-Mikrotubuli zu Zellpolen  transportiert

Telohase: Chromatide haben Spindelpole erreicht,  die DNA wird entspiralisiert und es bildet sich eine neue Kernmembran

➡ 2 Tochterzellen

Bei Fehlern, wird die Apoptose aktiviert

Die Meiose findet nur bei Gamete (Geschlechtszellen wie Spermien und Eizellen) statt. Diese Garten besitzen je nur einen Chromosomensatz (habloid=n) mit 23 Chromosomen. Bei der Befruchtung der Eizelle durch das Spermien entsteht eine Zygote mit wieder 46 Chromosomen.  Das heißt 2 Chromosomensätzen/ 2n.

• Meiose 1:Vor Prophase werden Zellorganelle verdoppelt und die Replikation eingeleitet. Währenddessen Prophase werden wie bei der Mitose wird die DNA kondensiert, die Kernmembran löst sich und der Spindelapparat bildet sich. Zudem findet das Crossing-Over statt. Dort heften sich die homologen Chromosome an einander und tauschen Abschnitt ihrer DNA aus. Es wird auch Synapse genannt und erhöht genetische Vielfalt. Dann folgt die Metaphase, max. verkürzte Chromosomepaare ordnen sich nebeneinader in der Mitte der Zelle an. Spindel-Mikrotubuli transportieren in der Anaphase je ein homologen Chromosom  zu einem Zellpol. In der Telophase haben Chromosome die Spindelpole erreicht, die DNA wird entspiralisiert und es bildet sich eine neue Kernmembran. Jede Tochterzelle enthält einen haploiden Chromosomensatz
• Meiose 2: keine Interphase,  die Kondensation der DNA findet wieder statt, der Zellkern & Zellkörperchen lösen sich auf. Es bildet sich ein neuer Spindelapparat mit Centromer an den Zellpolen. In der Mitte ordnen sich die Chromosome an und werden wieder von den Spindeln an die Zellpole transportiert.  Es bilden sich Kernhülle und Kernkörperchen.  Es entsteht ein Chromosomensatz aus habloid Chromosomen mit je einem Chromatid

Identische Verdopplung des Erbinformation: 

1. Der DNA-Strang ist antiparallel angeordnet. Die unterschiedlichen Enden werden als 3' -Ende bzw.5'- Ende bezeichnet. 

2. Damit die Einzelstränge als Matrize dienen können, muss der Doppelstrang durch die Helicase Entwurfes werden. Die y-förmige Öffnung der DNA wird als Replikationsgabel bezeichnet. Die entstehenden Einzelstränge werden werden durch ssb- Proteine stabilisiert.  Die Veränderung des DNA-Strangs wird durch Topoisomerase entspannt.

3. Primasen stellen die Primer, die von der DNA-Polymerase benötigt werden, da sie nur bestehende Stränge verlängern kann.

4. Die DNA- Polymerase bindet an die Primer und beginnt, entsprechend der Vorlage des Einzelstrangs,  einen komplementären DNA-Strang herzustellen. Dazu verknüpfen sie einzelne Nukleotide miteinander,  die von der Zelle selbst hergestellt werden.

5. Ein Einzelstrang (3➡5) kann in Richtung der Replikationsgabel vervollständigt werden. Er wird als Vorwärtsstrang(leading strand) bezeichnet.  

Der andere Strang kann nur in entgegengesetzte Richtung der Replikationsgabel vervollständigt werden.  Dieser Rückwärtsstrang(legging strand) muss immer wieder mit neuen Primer versehen werden. Die DNA-Polymerase kann dann in ein kleines Stück des Elternstrangs gegen die Öffnungsrichtung der Replikationsgabel vervollständigen. Es entstehen hintereinander einzelne Doppelstrangstücke (Okazaki Fragmente), die anschließend durch die Ligase verknüpft werden.

Primärstruktur: Aneinaderreihung von Aminosäuren, durch Peptidbindungen-> Aminosäurenkette

Sekundärstruktur: Aminosäuren in bestimmter räumlicher Anordnung gefaltet ; alpha-helix Rechtsschraube,beta-Faltblatt-Ziehamonika gefaltetes Blatt (Wasserstoffbrücken)

Tertiärstruktur:Weitere Auffaltungen der Teritärstruktur,es ergeben sich Spalten und Windungen WSB und Ionenbindungen,Von der waals Kräfte und disulfidbrücken

Quaritärstruktur:Mehere Proteinmleküle lagern sich zur funktionstüchtigen Einheit zsm (z.B Hämoglobin)

1.Transkription ( Übertragen der Informationen auf die m-RNA):

1. Initiation:RNA- Polymerase erkennt spezifische DNA-Sequenz (Promoter), die vor dem Beginn des Gens liegt und bindet daran.
2. Elongation(Verlängerung): Die DNA Doppel helix wird nach und nach auf bestimmten Strecken (15-20).RNA Polymerase lagert die Nukleotoide entgegengesetzt. so wird die Basenabfolgedes codogenen Stranges  kopiert und in einer einsträngigen m-RNA gebildet (DNA: 3-5; m-RNA: 5-3)
3. Termination: Polymerase trifft auf Stopp-Sequenz (Terminator). Der Transkriptionsvorgang ist beendet; m-RNA verlässt den Zellkern

Translation (Übersetzung):

1. Initation(Start der Translation): Eine m-RNA bindet mit einer bestimmten Sequenz (Ribosomenerkennungsstelle) an die kleine Untereinheit. Untereinheit wandert dann bis sie auf den Startcodon trifft und eine Basenpaarbindung eingeht.Die t-RNAbindungsstellte entsteht. (Bei hinzutreten der großen Untereinheit-> Ribosom funktionsfähig)
2. ElongationSind beide Bindungsstellen mit t-RNA besetzt, stehen deren Aminosäuren in Kintakt ->Peptidbindung durch Peptidtransferase.Das Ribosm wandert dann ein Driplett weiter. die entladene t-Rna wird verdrängt und kann erneut beladen werden. So gleiten Ribosom und Aminosäure um drei Basen aneinander vorbei. Die erste Stelle ist wieder frei und für die nächste passende t-RNA verfügbar. DieserVorgang wiederholt sich.
3. Termination: Sobald der Stopp-codon erreicht wieder kommt es zum Abbruch der Translation. Das Ribosom zerfällt (inaktiv) und gibt Polypeptid frei

1.Transkription ( Übertragen der Informationen auf die m-RNA):

1. Initiation:RNA- Polymerase erkennt spezifische DNA-Sequenz (Promoter), die vor dem Beginn des Gens liegt und bindet daran.
2. Elongation(Verlängerung): Die DNA Doppel helix wird nach und nach auf bestimmten Strecken (15-20).RNA Polymerase lagert die Nukleotoide entgegengesetzt. so wird die Basenabfolgedes codogenen Stranges  kopiert und in einer einsträngigen m-RNA gebildet (DNA: 3-5; m-RNA: 5-3)
3. Termination: Polymerase trifft auf Stopp-Sequenz (Terminator). Der Transkriptionsvorgang ist beendet; m-RNA verlässt den Zellkern

Translation (Übersetzung):

1. Initation(Start der Translation): Eine m-RNA bindet mit einer bestimmten Sequenz (Ribosomenerkennungsstelle) an die kleine Untereinheit. Untereinheit wandert dann bis sie auf den Startcodon trifft und eine Basenpaarbindung eingeht.Die t-RNAbindungsstellte entsteht. (Bei hinzutreten der großen Untereinheit-> Ribosom funktionsfähig)
2. ElongationSind beide Bindungsstellen mit t-RNA besetzt, stehen deren Aminosäuren in Kintakt ->Peptidbindung durch Peptidtransferase.Das Ribosm wandert dann ein Driplett weiter. die entladene t-Rna wird verdrängt und kann erneut beladen werden. So gleiten Ribosom und Aminosäure um drei Basen aneinander vorbei. Die erste Stelle ist wieder frei und für die nächste passende t-RNA verfügbar. DieserVorgang wiederholt sich.
3. Termination: Sobald der Stopp-codon erreicht wieder kommt es zum Abbruch der Translation. Das Ribosom zerfällt (inaktiv) und gibt Polypeptid frei

DNA-Matrizenstrang-> prä m-RNA-> Prozessierung-> reife RNA-> Translation

• DNA der Eukaryoten besteht aus Exons(codierend) und Introns (nicht codierend)
• Prozessierung: Modifikation von prä m-RNA zu reifer m-RNA
  • Introns werden herausgeschnitten ("Lasso- struktur" Restriktionsenzyme)->Spleißen
  • Cap und Poly A Schwanz

1. Steroidhormon dringt ind die Zelle ein und verbidet sich mit dem Hormonrezeptor
2. Hormonrezeptorkomplex setzt sich an den Enhancer der abzulesenen DNA und aktiviert diesen (Aktivator)
3. Die Bindung des Aktivators an den Enhancer bewirkt die Bindung eines Komplexes aus aktivierten Enhancer und RNA- Polymerase am Promotor
4. Dazu biegt sich die DNA zwangsläufig, da der Enhancer bzw. Aktivatormit der RNA Polymerase in Kontakt treten
5. Raumstruktur der RNA-Polymerase ist nun so verändert, dass die Transkription statt finden kann

1. Denaturieren der DNA: Um einzelsträngiges Molekül zubekommen wird die zweisträngige DNA geschmolzen (90- 100)
2. Hybridisierung: Die Primer werden an die Basensequenz der DNA-Matrize gebunden
3. Polymerisation: Vom 3 Ende der Primer ausgehend wird die Matrizen- DNA durch Polymerasen synthtisiert

32 Zyklen

• Die schwere und leichte Kette wird durch Rekombination der Genabschnitte vielfältig.
• Die Gene können neu umstrukturiert werden
• Neue Reinfolgen in der Transkrition erzeugen
• über 10¹⁰ Möglichkeiten