Genetik FU
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Folgender doppelsträngiger DNA-Abschnitt soll mittels PCR vermehrt werden (wobei die Punkte angeben, dass der DNA-Abschnitt wesentlich länger ist, als hier dargestellt).
5’ AATTGGCGCTAGCTCA............ATGTGCGGACCATTCG 3’
3’ TTAACCGCGATCGAGT........
1.) 3’ TTAACCGCGATCGAGT 5’
5’ ATGTGCGGACCATTCG 3’
2.) 5’ AATTGGCGCTAGCTCA 3’
5’ ATGTGCGGACCATTCG 3’
3.) 3’ TTAACCGCGATCGAGT 5’
3’ TACACGCCTGGTAAGC 5’
4.) 5’ AATTGGCGCTAGCTCA 3’
3’ TACACGCCTGGTAAGC 5’
Aus welchen drei Schritten besteht ein Zyklus der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und was passiert bei den jeweiligen Schritten?
1. Denaturieren: Erhitzen der Template-DNA (Ausgangs-DNA) auf 94°C,dadurch Auftrennung des Doppelstranges
2. Annealing: Anlagerung von Oligonukleotiden = Primer (bindet an DNA) bei 42°C-68°C (Temperatur abhängig von A-T/G-C-Gehalt)
3. Elongation: Hinzugabe von dNTPs und Mg 2+, Elongation bei 72°C, dem Arbeitsoptimum der hinzugegebenen Taq-Polymerase (diese bindet an Primer und repliziert die Template-DNA)
Was bewirkt Colchicin? (a) Aus welchem Organismus kann man es gewinnen (b) wird es bei dem Experiment "Darstellung menschlicher Blutzellen" eingesetzt? (c) 3P
a) Colchicin ist ein Mitose-Hemmstoff, der die Ausbildung der Spindelfasern hemmt, in dem er an freie Mikrotubuli-Untereinheiten bindet und diese nicht mehr für den Spindefaseraufbau zu Verfügung stehen.
b) Man kann ihn aus dem Organismus der Herbst-Zeitlisen gewinnen.
c) Bei der Erstellung eines Karyogramms wird es eingesetzt, um die Mitose in der Metaphase zu stoppen und so Chromosomen zu gewinnen.
Augenfarbe/Flügelform bei Drosophila
geschlechtsgekoppeltes Merkmal (auf x-Chromo)
y = Yellow
bw = brown
st= scarlet
v = vermillion
vg = vestigal
w = white
cn = cinnabar
KR= Wildtyp
wco= white coral
cy = curly
Welche 3 Arten von Genaustausch gibt es bei Prokaryoten? (3P)
- Transformation: Direkte Aufnahme freier DNA
- Transduktion: Übertragung von Fremd-DNA in ein Bakterium
- Konjugation: F+-Zelle auf F-_ Zelle
Entsprechen die Ergebnisse Ihrer F1 -Fliegen von 'Erbgänge' den Mendelschen Regeln?
Für die F1 sollte die erste Mendelsche Regel gelten, die Uniformitätsregel (Reziprozitätsregel): Reziproke Kreuzungen reiner Linien ergeben stets Nachkommen mit gleichen Merkmalen.
Unsere Gruppe (Gruppe 4 Kurs F) kreuzte white und white coral Fliegen reziprok. Als Ergebnis erhielten wir bei weiblich white coral, männlich weiß:
Weibchen mit heller roten Augen als die Männchen und Männchen mit dunkler roten Augen als Weibchen. Was dem Prinzip der Dosiskompensation geschuldet ist: Das Gen für die choralfarbenen Augen liegt auf dem X chromosom, wovon das Männchen nur eins hat, um dies auszugleichen kommt es zur Hyperaktivierung des X-Chromosoms des Männchens, die Syntheseleistung ist dort nun doppelt so hoch, beim Weibchen hingegen liegt auf dem zweiten X-Chromosom das white Allel, deshalb sind die Augen deutlich heller.
Bei der Kreuzung weiblich white mit männlich white coral erhielten wir:
Weibchen mit roten Augen, Männchen mit weißen Augen.
Anhand der zweimal zwei verschiedenen Phänotypen lässt sich sagen das es sich um einen gonosomalen (X-chromosomalen) Erbgang handelt und dass das Mendelsche Gesetz nicht zutrifft (Die Nachkommen sind in keinem der beiden Fälle uniform).
Für das Uniformitätsgesetz ist eine wichtige Voraussetzung, dass reine Linien gekreuzt werden. Das Männchen besitzt aber nur das white bzw. white coral-Allel auf dem X-Chromosom, auf dem Y-Chromosom fehlen diese, das Männchen ist also hemizygot.
Welches sind die wichtigsten Unterschiede zwischen der Metaphase einer diploiden Zelle und dem Karyogramm (Beschreibung des Chromosomensatzes nach Anzahl und Morphologie) eines Speicheldrüsenkerns dritter Larven von Drosophila?
Metaphasechromosom: 6 Autosomen, 2 Heterosomen, deutlich voneinander abgegrenzt, 2n 4c
Speicheldrüsenkern: Polytänchromosomen, Riesenchromosom mit deutlich erkennbaren Banden und Interbanden, Puffs, alle Chromosomenstränge entspringen einem Chromozentrum, X-Chromosom sieht aus wie Schnuller, Y nicht erkennbar da Überwiegend aus Heterochromatin
Was ist Mirkosatteliten DNA und warum eignet sie sich besonders zur Untersuchung unterschiedl. Individuen auf genomischer Ebene?
(Anzahl Loci: bis zu 105/g; Länge der wiederholten Einheit 1-6 bp; wiederholungen pro Locus 1-100)
- unterschiedl. Anzahl repetitiver Einheiten an einer bestimmten Stelle im Genom (VNTR-Polymorphismus = variable number of tandem repeatpolymorphism)
- da die Variation so groß ist, gibt es etliche Mikro-(und Mini-) Satelliten, für die nahezu alle Individuen einer Spezies heterozygot sind. Diese hohe Variabilität erlaubt es deshalb, jedes menschliche Individuum eindeutig (durch diese Marker) zu identifizieren.
welches DNA-Bindemotiv finden sie lac-repressor? in welchen Proteinen kommt es bei Eukaryonten vor?
Helix-turn-Helix Motiv in Transkriptionsfaktoren
Wie viele DNA Fragmente erhält man theoretisch mit Hilfe der PCR nach 10 Zyklen wenn ein Gen mit zwei Kopien (4 Einzelsträngen!) aus einer einzigen Zelle amplifiziert werden soll? Wie viele Fragmente sind es nach 15 Zyklen?
Nach 10 Zyklen: 4096
Nach 15 Zyklen: 131072 (Anzahl der Einzelfragmente)
Nennen Sie die Genomgrößen von a) E.coli b) S.cerevisiae c) Drosophila d) Arabidopsis und e) Mensch
a) 4.000
b) 6.000
c) 13.600
d) 27.000
e) 36.000
Wie verhält sich das X-Chromosom in der Spermatogenese von
Schistocerca?
Während bei den Bivalenten intrachromosomale Rekombination stattfindet, findet diese beim Univalent nicht statt. (??) Männchen: Nach 1. Meiotischer Teilung eine Sek. Spermatocyte mit X-Chromosom und eine ohne, 2.meiot. Teilung X-Chromosom in 2 Chromatiden getrennt-> 2 Spermatiden mit ( werden nach Befruchtung Weibchen) u 2 ohne X-Chromatid (nach Befruchtung Männchen)
Transposons
· Allgemeiner Begriff für transponierbare Elemente
· In Pro-/Eukaryonten nachgewiesen
· A n anderer StelleHerausgeschnitten und integriert
· Insertion eines Tn kann Mutationen bewirken oder das Ausmaß der Genexpression verändern
· Werden daher auch zu Mutagenese eingesetzt
· Meist in hoher Kopienzahl im Genom verteilt
· Können illegitimes Crossover verursachen
Was ist die biologische Bedeutung von Restriktionsenzymen?
Restriktionsenzyme erkennen kurze Nukleotidsequenzen, an welchen sie die doppelsträngige DNA aufschneiden. So kann DNA in reproduzierbare Fragmente zerlegt werden und es ist möglich einzelne Gene zum Zwecke der Forschung aus der DNA zu isolieren.
Rein biologisch kommen Restriktionsenzyme in Bakterien vor. Dort dienen sie dem Abbau von Fremd-DNA (z.B. von Bekteriophagen) um diese unschädlich zu machen. (Bakterien sind vor ihren eigenen Restriktionsenzymen geschützt, da die DNA z.B. durch Methylierung an den Erkennungsstellen modifiziert ist und nicht mehr durch die Restriktionsenzyme abgelesen werden kann.) Die Restriktionsenzyme schneiden an spezifischen Erkennungsstellen, deren Sequenzen fast immer Palindrome sind, entweder gerade Enden (blunt ends) oder bei versetzten Enden überhängende Enden (sticky ends).
Was sind P-Elemente?
P-Elemente sind ca. 2,9 kb große Drosophila-Transposons (mobile genetische Elemente), deren zentraler Abschnitt von je 31 bp langen inverted repeats flankiert wird, das zentrale Gen codiert für Transposase, welche die Enden des P-Elements erkennt und das Ausschneiden oder Einfügen dieser DNA katalysieren kann. Wegen dieser Fähigkeit zur Transposition heißen die Transposons auch „springende Gene“. Mit Hilfe des P-Elements und der genannten Eigenschaften können transgene Drosophilae hergestellt werden.
Nennen Sie drei Merkmale, die dafür sprechen, dass Polytänchromosome Interphasenchromomen sind. (3P)
- Chromosomensatz diploid
- Homologen gepaart (x,2., 3., 4. Chromosom)
- Puffs (gr. gekondensierte Chromosomenber.)
- aus vielen benachbart liegenden Chromatiden
- Chromomere => Querbandenmuster
Beschreiben Sie in Stichworten, wie die DNA von Eukaryoten so stark verdichtet wird, dass sie in den Zellkern passt.
Aufrollen der DNA auf Histone, Veränderung der Konformation
Welche Aussage über die Zusammensetztung der DNA kann man aufgrund der Kinetik der Reassoziation von geschmolzener DNA bei langsamer Temperaturabsenkung treffen? (1P)
Reassoziationsgeschwindigkeit kann als Maß für die Komplexität der DNA verwendet werden
Was ist die Rolle von Histon H1?
Durch Anlagerung von Histon H1 wird die Verdichtung der DNA/Nukleosomenkette, die den 10 nm Faden bildet, zur 30 nm Faser bewirkt
Ommochromosynthese
Bei Drosophila liegt eine G-Kette bei der Bildung der Ommochrome (braune Augenfarbstoffe) während der Metamorphose vor.
- Tryptophan (Trp) --> Kynurenine (Kyn) --> 3-Hydroxykynurenine (Hya) --> Transport in Pigmentgranule
- Trp -- Tryptophandihydrogenase [v] --> N-Formylkynurenin ---> Kynurenin -- Kynureninhydrolase [cn] --> 3-Hydroxykynurenin -- [white,st]--> (Pigmentgranule) 3-Hydroxykynurenin --> Xanthommatin (bw)
Wie gelangt DNA des E.coli Chromosoms von einer Zelle zur anderen?
Durch Konjugation, bei der die Donorzelle (F+Zelle), die DNA an die Empfängerzelle (F--Zelle) abgibt. Die Bakterien müssen hierfür in direktem Kontakt stehen. Sie sind durch Sexpili verbunden.
Was versteht man unter 'Epistasie'?
Epistasie beschreibt die Wechselwirkungen mehrerer Gene bei der Ausprägung eines Merkmals, bzw. bezeichnet Epistasie die Unterdrückung der phänotypischen Wirkung eines Gens durch ein anders Gen.
Wirkung eines Gens hängt von Funktion eines anderen Gens ab, oder ein mutiertes Allel eines Gens „maskiert“ o. überdeckt Wirkung eines anderen Gens oder Wechselwirkung zw. 2 Genen: gemeinsame Wirkung weicht von Summe der Einzelwirkungen der Gene ab
Nennen Sie vier Ausnahmen von den Mendelschen Vererbungsregeln
Letalfaktoren, X-Inaktivierung, Meiotischer Drift, Hemizygotie, geschlechtsgekoppelte Vererbung, Imprinting, cytoplasmatische Vererbung
Grundlegende Unterschiede zwischen Meiose/Mitose (4P)
Meiose:
- S-Phase: Chromosomen werden verdoppelt
- lange Prophase: Unterteilung in Leptotän, Zygotän, Pachytän, Diplotän, Diakenese
- Zweischrittmechanismus (Reduktion-, Äquationsteilung)
- Entstehung von 4 haploiden Zellkernen
- Entstehung unterscheidl. Genome (neu kombiniert)
Mitose:
- keine S-Phase
- kurze Prophase
- Entstehung von 2 diploiden Zellkernen
- Hertsellung identischer Genome in Tochterzellen
Definieren Sie Suppression! Nennen Sie mechanistische Erklärungen!
Die Auswirkung einer Mutation in einem Gen wird durch eine zweite Mutation supprimiert (unterdrückt). Es findet allerdings keine Reversion also Wiederherstellung der Ausgangssituation statt
z.B. Frameshift-Verschiebung -> durch zweite Mutation ist das Leseraster wiederhergestellt.
Bei Agarose-Gelelektrophorese werden zwei Farbstoffe eingesetzt: Bromphenolblau und Thidiumbromid. Welche Funktion haben beide? 2P
Sichtbarmachen der DNA-Fragmente --> Gel in Lösung die Ethidiumbromid enthält: Molekul unterkaliert zwischen Basenpaaren der DNA --> sichtbarmachen der DNA-Banden mit hoher Konzentration
Wie viele Chromosomen hat Drosophila melanogaster und wie können diese unterschieden werden?
Drosophila hat 8 Chromosomen (2n), davon sind 6 Autosomen und 2 Heterosomen (Gonosomen) (n=4)
Wie werden die Zellen in der Spermatogenese bezeichnet, die a) in die Meiose eintreten, b) die erste/zweite meiotische Teilung abgeschlossen c) haben? (3P)
a) Spermatogonien
b) Spermatozyte
c) Spermien
Aus welchen Stoffen entstehen die Ommochrome bzw. die Pteridine?
Ommochrome: Tryptophan (-N-Formylkynurenin – Kynurenin - 3-Hydroxykynurenin - Xanthommatin)
Pteridine: Guanin ( Drosoperin)
Wie viele Bivalente sind in der Diakinese der Spermatogenese von
Schistocerca zu beobachten und welche Schlussfolgerungen können
daraus gezogen werden?
In der Diakinese von Schistocerca kann man 11 Bivalente beobachten, allerdings auch ein Univalent (= Gonosom o. Herterosom =X-Chromosom), bei Schistocerca-Männchen ist also 2n= 23, Schistocerca produzieren daher Spermien entweder mit einem X-Chromosom oder ohne Geschlechtschromosom. -> In Diakinese kann man Chromosomensatz auszählen und Geschlecht bestimmen.
Woraus besteht die 5'-Cap-Struktur eukaryotische mRNA? Was sind die Funktionen?
- Methyliertes Guanosin, Guanosin-Kappe wichtig zur Erkennung zur Translation bestimmter RNA
- Funktionen: Erhöht die Stabilität der RNA, wichtig für den Transport in das Cytoplasma und die darauf folgende Translation durch die Ribosomen
Warum haben Fliegen, die die Mutation bw/bw tragen, braune Augen?
???
Woraus besteht die 5'-Cap-Struktur eukaryotische mRNA? Was sind die Funktionen?
- Methyliertes Guanosin, Guanosin-Kappe wichtig zur Erkennung zur Translation bestimmter RNA
- Funktionen: Erhöht die Stabilität der RNA, wichtig für den Transport in das Cytoplasma und die darauf folgende Translation durch die Ribosomen
RFLP (Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus)
- ist ein molekularer Marker
- kommt nur in Eukaryoten vor
- ist codominant
Was sind Enhancer? Was Silencer?
Enhancer
- positiv wirkende genetische Elemente (cis-Elemente) zu Regulation der Transkriptionsaktivität
- Bindungsstellen für positiv wirkende trans-Faktoren
- fördern Assemblierung des Initiationskomplexes (RNA-Polymerase und Transkriptionsfaktoren)
Silencer
- negativ wirkende genetische Elemente (cis-Elemente) zur Regulation der Transkriptionsaktivität
- Bindungsstelle für negativ wirkende trans-Faktoren
- Vermindern Assemblierung des Initiationskomplexes
Was sind Imaginalanlagen (Imaginalscheiben)?
Imaginalscheiben sind scheibenförmige Anlagen (imaginale Vorläuferzellen) der Larven holometaboler Insekten. Aus ihnen entstehen während der Metamorphose die adulten Strukturen der Imagines. So gibt es in der Drosophila-Larve z.B. die Labial-, Augen-Antennen-, 1., 2., 3.Bein-, Flügel-, und Halterenimaginalscheiben, die paarig vorkommen. Ebenfalls angelegt sind Histoblasten, Gonaden und die Genitalimaginalscheibe.
Was für eine Mutation einer an der Regulation des lac-Operons beteiligte Komponente führt zur Inaktivierung des lac-Operons, die auch in Gegenwart von Laktose oder IPTG nicht aufeghoben wird?
Durch die Mutation des Repressors, durch die der Effektor IPTG nicht mehr binden kann. "lacS-Mutation"
Erklären Sie kurz die Experimente von Griffith und Avery
Griffith: experimentierte mit Pneumokokken (Streptococcus pneumoniae, Bakterien) des „S“-Stammes (Maus stirbt) und des „R“- Stammes (Maus überlebt) und entdeckte so die genetische Transformation
- Maus + „S“-Stamm = Maus tot
- Maus + „R“-Stamm = Maus lebt
- Maus + hitzeinaktivierter „S“-Stamm = Maus lebt
- Maus + hitzeinaktivierter „S“-Stamm + „R“-Stamm = Maus tot
(hitzeinaktivierter „S“-Stamm nicht pathogen; Welche Komponente des „S“-Stammes bewirkt die Transformation des „R“-Stammes?)
Avery: erkannte DNA als transformierendes Agens, durch chemische Reinigung zerstörte er erst verschiedene Inhaltsstoffe des hitzeinaktivierten „S“-Stammes und injizierte diese (mit jeweils einem anderen zerstörten Inhaltsstoff) zusammen mit dem „R“-Stamm den Mäusen
Zerstörte Komponente: keine; Lipide; Polysaccharide; RNA; Proteine
---> Maus stirbt
Zerstörte Komponente: DNA
---> Maus lebt !
Was ist ein Bivalent, wo kommt es vor und wie viele DNA-Doppenstrangmoleküle enthält es?
Zwei in der Meiose gepaarte homologe Chromosomen mit je zwei Schwesterchromatiden. Die 4 Chromatiden werden auch als Tetrade bezeichnet. Sie kommen im Diplotän der 1. meiotischen Teilung vor.
Welche Aussagen über das Spleißen von RNAs sind zutreffend?
· In einigen Genen gibt es „selbstspleißende“ Introns. Diese benötigen keine Proteine beim Spleißen, weil sich die RNA zu einer autokatalytischen 30-Struktur faltet.
