7 Genetik Flashcards
Genom (Kerngenom)
Summe aller Erbinformationen (Gene) eines (haploiden) Chromosomensatzes
haploid (1n)
jedes Chromosom nur einfach vorhanden / gezählt
diploid (2n)
jedes Chromosom doppelt vorhanden – homologe Chromosomen
Wie viele Chromosomen besitzt der Mensch?
46 Chromosomen
Wie viele der Chromosomen sind homologe Paare?
22
Welches Paar der Chromosomen ist abweichend?
Geschlechtschromosomen
Organellem mit eigenem Genom: Mitochondrium
Beim Menschen kontrollieren 37 mitochondriale Gene die Synthese von 13 der ca. 80 Protein-Untereinheiten der Atmungskette; die Erbinformation liegt als DNAds- Plasmidring vor.
Organellem mit eigenem Genom: Chloroplast
ringförmig strukturiertes DNA-Genom und eine eigene Proteinsynthese (100 Gene), aber ca. 2000 Proteine (auch Kernkodiert!!!)
Human Genome Project
Oktober 1990 bis April 2003 Ziel: Genom des Menschen vollständig zu entschlüsseln, d. h. die Abfolge der Basenpaare der menschlichen DNA auf ihren einzelnen Chromosomen durch Sequenzieren zu identifizieren. Abfolge von 3,27 Mrd. Basenpaare entspricht ca. 20.000 bis 25.000 Genen
Allele
Einander entsprechende Gene auf homologen Chromosomen sind Allele
Allele sind Mutationszustände eines Gens. Allele können identisch – homozygot (reinerbig) verschieden – heterozygot (mischerbig) sein Unterschiede zwischen Genotyp und Phänotyp Basis für Vererbungs- lehre nach Mendel !
Allele sind Dominant, Rezessiv, Intermediär oder Co-dominant
Meiose
Sexuelle Fortpflanzung: Ausbildung von Gameten, Verschmelzung zur Zygote Beispiel Mensch: Mann/Frau diploid bilden unter Meiose haploide Gameten (Eizelle + Spermazelle) Verschmelzung von 1n Gameten zur 2n Zygote, neues Individuum
Vergleich Mitose - Meiose
Mitose: identische Weitergabe der Erbanlagen an Tochterzellen Meiose: sexuelle Rekombination erzeugt genetische Variabilität
Dominant-rezessiver Erbgang
(1) Elterngeneration mit reinerbigen Anlagen (w/w oder R/R).
(2) F1 Generation: Alle Individuen sehen gleich aus, die dominante rote Erbanlage setzt sich gegen die rezessive weiße durch.
(3) F2 Generation: Dominante (rot) und rezessive (weiße) Erscheinungsformen zeigen ein Verhältnis von 3:1.
Intermediärer Erbgang
(1) Elterngeneration mit reinerbigen Anlagen (w/w oder r/r).
(2) F1 Generation: Alle Individuen sehen gleich aus, Die „roten“ und „weißen“ Erbanlagen ergeben eine rosa Blütenfarbe.
(3) F2 Generation. Rote, rosa und weiße Blütenfarben treten mit einem 1:2:1 Verhältnis auf.
Co-dominanter Erbgang
alle Mitglieder der F1-Generation bilden beide Merkmale der Eltern separat aus Beispiel: Vererbung der Blutgruppen A und B sind dominant gegenüber 0 und verhalten sich untereinander gleichwertig d.h. co- dominant
X-chromosomal rezessiv
- Bluterkrankheit (defekte Gerinnungsfaktoren)
* Rot-Grün-Farben- Blindheit
Veränderung des Genoms
(1) Parasexuelle Vorgänge bei Prokaryonten
(2) Meiose bei Eukaryonten/ Gameten- verschmelzung
(3) Mutationen:
• Genommutation
• Chromosomenmutation
• Punktmutation
(4) Gentechnik
Transduktion
virulenter Phage befällt Bakterienzelle
Einbau in Bakterien-DNA (Prophage),
Replikation mit Bakterien-DNA, Umschalten zur Virulenz – fehlerhaftes Ausgliedern der Phagen-DNA
Infektion neuer Bakterien, Übertragung von Bakteriengen(en)
Konjugation
Ausbildung von Sex-Pilus, Übertragung von Plasmid
Mutationen
bleibende Veränderungen im Genom
• Können alle Organismen und auch Viren betreffen
- Vielzeller: Mutation in Somazelle betrifft selben Organismus,
- Mutation in Gameten betrifft Nachkommen
- Einzeller: immer betroffen
• Mutationen erfolgen spontan (Häufigkeit alle 10 -10 Nucleotide), meist Fehler bei der DNA-Replikation, Reparatur und Rekombination 5 9
oder
- Mutationen können induziert werden (Strahlung, chemische Mutagene), Häufigkeit erhöht je nach Exposition
- Mutationen sind nicht gerichtet, sondern zufällig; ev. „hot spots“ - stille Mutationen - in Genen und Promotoren – i.d. Regel negative Auswirkungen falls kritische Stellen
Arten von Mutationen
Chromosomenaberrationen (numerisch und strukturell):
- Genommutation
- Chromosomenmutation
Mutation einzelner Gene
• Genmutation/Punktmutation
Polyploidie (Euploidie)
gesamter Chromosomensatz vervielfältigt > 2n (3n Triploidie, 4n Tetraploidie,…)
Aneuploidie
einzelne Chromosomen zu viel oder zu wenig
Monosomie: 2n – 1
Trisomie: 2n + 1
Tetrasomie: 2n + 2
Polyploidie Ursachen und Vorkommen
Ursachen
- Fehler in der Meiose (unreduzierte Ei-, Spermazellen)
- Eizelle von 2 Spermazellen befruchtet: 1n + 2x 1n = 3n
- Endoreduplikation von DNA (Endomitosen): Mitose unterbleibt
Vorkommen:
Mensch: letal, 17% Spontanaborte
Pflanzen: häufig, z.T. Nutzpflanzen mit höherem Ertrag, (3n steril!)
Aneuploidie Ursachen
fehlerhafte Verteilung der Chromosomen bei der Meiose oder Mitose = Nondisjunction = „Nicht-Auseinanderweichen“
Wie nennt man Trisomie 21?
Down-Syndrom
Wie nennt man Trisomie 18?
Edwards-Syndrom
Chromosomenmutation Ursachen und Auswirkungen
Ursachen:
- Chromosomenbrüche vor und während Mitose und Meiose
- Fehler beim Crossing-over (Meiose)
- Viruserkrankungen
- energiereiche Strahlung und chemische Mutagene
Auswirkungen:
- Translokationen können Tumorauslöser sein
- Falls Geschlechtszellen betroffen, meist schwere physische und mentale Beeinträchtigung der Nachkommen, ev. Manifestation als Erbkrankheit
Rasterschub
Insertion oder Deletion von Basenpaaren
Punktmutation
Substitution eines Basenpaars
Vererbung von Punktmutationen
Multigen vererbte Krankheiten, komplex Vererbung
Tausende monogene Krankheiten (Vererbung nach Mendel)
autosomal-rezessiv (2 Allele)
• Albinismus (Fehlen von Melanin)
• Kretinismus (Fehlen von Wachstumshormon)
• cystische Fibrose (zähes Sekret der sekretorischen Drüsen, 1:2500 Geburten)
• Gehörlosigkeit (vererbliche Form)
autosomal-dominant (1 Allel)
• Vielfingrigkeit
• familiäre Hypercholesterinämie
Gentechnik
Techniken zur Untersuchung der DNA oder deren Veränderung:
- zur Analyse genetischen Materials
- zur Analyse der Genexpression
- zur gezielten Veränderung genetischen Materials
- zur Herstellung gentechnisch veränderter (= transgener) Organismen
Manipulation
Manipulation der DNA mit Hilfe von Restriktionsenzymen und Ligasen
- stammen aus Bakterien
- spezifischer Schnitt
- wichtig für Einbau von DNA- Fragmenten
DNA- bzw. Protein-Vermehrung 3 Varianten
Drei Varianten:
- bakterielle Plasmide als Klonierungsvektoren
- Viren als Klonierungsvektoren
- in vitro Klonierung durch Polymerase- Kettenreaktion (PCR)
Bakterielle Plasmide
Verwendung modifizierter Plasmide mit Selektionsgenen (Antibiotikaresistenz) und Reportergenen (Farbreaktion)
Spezifischer Schnitt mit Restriktionsenzymen bei Plasmid und Fremd-DNA
Einbau von DNA-Fragmenten mit Ligasen in Plasmide
Transformation von Bakterienzellen (Elektroporation)
Vermehrung auf Selektionsmedium mit Antibiotikum (nur Zellen mit Klonierungsvektor wachsen)
Identifikation von Zellklonen mit rekombinanten Plasmiden (keine Farbreaktion durch Beta- Galactosidase)
Viren als Vektor
- Restriktionsenzymen schneiden spezifisch Viren-DNA und Fremd-DNA
- Einbau von DNA-Fragmenten mit Ligasen in Viren-DNA
- Zielbakterien werden mit den modifizierten Viren infiziert
- Einschleusung des neuen Erbguts in das Wirtsgenom
- Produktion der gewünschten Produkte (Proteine, Stoffwechselprodukte,…)
Voraussetzung: Die Viren sollen die Wirtszelle infizieren aber nicht töten -> temperente Viren !
Nachteil: künstliches Genom darf nicht zu groß sein keine Verpackung in das Kapsid !
Polymerase-Kettenreaktion (PCR)
Vermehrung spezifischer DNA- Sequenzen
- schnell
- auch bei kleinen Mengen und Verunreinigung
Anwendung der Gentechnik Analyse von genetischem Material
Analyse von genetischem Material
- Sequenzierung (Human-Genom-Projekt) ca. 20.000-25.000 Gene (Proteinanzahl?) seit 2003 beendet
- Diagnose und Früherkennung von Krankheiten
- Medizinische Forschung (knock-out Modelle)
- Abklärung von Verwandtschaftsverhältnis
- Kriminalistisch
Anwendung der Gentechnik Biotechnologie mit transgenen Organismen
Biotechnologie mit transgenen Organismen
• transgene Bakterien, Hefen
-> zur Herstellung von gentechnisch produzierten Pharmaprodukte, z.B.
- Insulin (Peptidhormon)
- Blutgerinnungsfaktoren
- Wachstumshormone
- Impfstoffe/Antikörper
-> technische Proteine z.B. Waschmittelenzyme
-> Stoffwechselprodukte (z.B. Zitronensäure)
•„Pharming“ mit transgenen Tieren (Wirkstoffe in Milch, Ei, Urin)?
Anwendung der Gentechnik transgene Pflanzen
transgene Pflanzen
- Resistenzen gegen Schadorganismen
- Herbizidresistenz
- Inhaltsstoffe
- Vitamine
Gentherapie
Therapie zur „Reparatur“ defekter Gene
Ziel: Substitution von pathologischen Genen durch eine gesunde Version
Ansätze:
• Behandlung von adulten Stammzellen (z.B. Knochemarks- stammzellen) der erkrankten Person
• Behandlung von adulten, langlebigen Zelle z.B. Nervenzellen
