Extranukleare DNA

Question 1

Variegation bei Mirabilis jalapa

Answer 1

=> Phänotyp nur abhängig vom weiblichen Elter
Blattfarbe bestimmt durch Chloroplasten
Chloroplasten nur in Eizelle, nicht in Pollen
=> Chloroplasten haben eigene DNA!
lat. variegatus = bunt, wird auch panaschiert genannt
ABBILDUNG

Question 2

Mitochondrien-gekoppelte Vererbung

Answer 2

= Saccharomyces cerevisiae
- Vererbung ist plastisch (nicht-mendelsche Vererbung)
- Vererbung mittels Mitochondrien (extrachromosomale Vererbung)
- maternale Vererbung
- mitochondriale DNA –> ringförmiger Strang aus 16,5 Kb
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Question 3

Zytoplasmatische Segregation

Answer 3

Chloroplasten werden zufällig auf die Tochterzellen verteilt

Question 4

Chloroplasten gekoppelte Vererbung

Answer 4

= Plastidenvererbung

• maternale Vererbung über Genom der Eizellen
• Ausnahme der Mendelschen Regeln

Question 5

Endosymbiontentheorie

Answer 5

= besagt, dass im Laufe der Evolution Eukaryoten aus der Symbiose von Prokaryoten entstanden sind und sich so höhere Lebewesen entwickeln konnten
- ein Archaeon als Urbakterium zunächst eine Symbiose mit einem α-Proteobakterium eingegangen ist. Anschließend folgte die Aufnahme eines Cyanobakteriums
- Entstehung neuer Zellorganellen
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Question 6

Mitochondrium

Answer 6

= von einer Doppelmembran umschlossenes Zellorganell, das eukaryotischen Zellen (d.h. Zellen, die einen Zellkern haben) zur Energiegewinnung dient
ABBILDUNG

Question 7

zelluläre Funktionen von Mitochondrien

Answer 7

• Harnstoff-Zyklus
• Aminosäure-Biosynthese
• Häm-Biosynthese
• Biosynthese von Pyrimidinen und Nukleotiden
• Biosynthese von Phospholipiden
• Ca-Homöostase
• zentrale Rolle während des programmierten
Zelltods (Apoptose)
• Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern
• Energiegewinnung:
• Zitrat-Zyklus
• oxidative Phosphorylierung
• Fettsäure-Metabolismus (beta-Oxidation)
=> Mitochondrien sind essentiell für das Überleben einer Zelle!

Question 8

Plastiden

Answer 8

= bei Embryophyten (Moose und Gefäßpflanzen)
Die verschiedenen Plastidenformen werden gewebespezifisch differenziert:
- Chromoplast
- Leukolast
- Amyloplast
- Etioplast
- Chloroplast
- Proplastid

Question 9

Vergleich Chloroplast – Mitochondrium

Answer 9

Chloroplast:

• Außenmembran
• Intermembranraum (pH 7,0)
• Innenmembranraum
• Stroma (pH 7,5, DNA, RNA, Ribosomen)
• Thylakoidmembran (zu Grana gestapelt, Träger der Elektronentransportkette)
• Thylakoidraum /-lumen (pH 4,5)

Mitochondrium:

• Außenmembran
• Intermembranraum (pH 7,0)
• Innenmembranraum (zu Cristae gefaltet, Träger der Elektronentransportkette)
• Matrix ( pH 7,5, DNA, RNA, Ribosomen)

Question 10

mtDNA

Answer 10

• in der Matrix der Mitochondrien
• in Nukleoiden organisiert, keine Histone!
• bei Vielzellern meist zirkulär, bei Einzellen meist linear
• Größe stark schwankend (ca. 10–500 kb), bei Pflanzen
i. A. größer als bei Tieren
• Anzahl stark schwankend (z.B. Wirbeltiere 5–10 Kopien pro Organell, Pflanzen 20–40 Kopien)
• Gene dicht gepackt: kaum Introns, kaum Spacer-DNA;
wenige regulatorische Sequenzen
• Verdrängungsreplikation durch kernkodierte Polymerase y

Question 11

menschliches mitochondriales Genom

Answer 11

• 16 569 bp groß
• unterschiedlicher Gen-Gehalt: H-Strang und L-Strang
• Start der Verdrängungsreplikation am D-Loop
• 37 Gene:
- 13 mRNA(Untereinheiten der Atmungskettenkomplexe)
- 22 tRNA
- 2 rRNA (12S- und 16S-RNA)

Question 12

menschliches mitochondriales Proteom

Answer 12

kodiert durch mitochondriale DNA (mtDNA): 
=> 13 Proteine
kodiert durch nukleäre DNA (nuDNA): 
=> ca. 1100 Proteine
• ca. 400 protobakterieller Ursprung 
• ca. 400 homolog zu anderen Prokayoten
• ca. 300 keine Homologie in Prokaryoten, 
"eukaryotische Innovationen"

Question 13

Eigenschaften von ctDNA höherer Pflanzen

Answer 13

• ringförmig, doppelsträngig, keine Histone
• relativ gleich groß (ca. 100 – 300 kb)
• relativ gleiche Genzahl (ca. 120): rRNAs, tRNas, mRNAs
• bis zu 300 Kopien pro Chloroplast
• wesentlich größer als mtDNA
• viele Introns, nichtkodierende Bereiche, verdoppelte Sequenzen
• Regulationssequenzen nahezu identisch mit bakteriellen Regulationssequenzen

Question 14

DNA Arten

Answer 14

mtDNA = Mitochondriale DNA
ptDNA = Plastiden DNA
ctDNA = Chloroplasten DNA

Question 15

Chloroplastenproteine

Answer 15

die meisten Chloroplasten-Proteine werden
• im Zellkern kodiert
• an 80S-Ribosomen im Zytosol translatiert
(hemmbar durch Cycloheximid)
• dann in die Chloroplasten importiert
einige wenige Chloroplasten-Proteine werden
• im Chloroplastengenom kodiert
• an 70S-Ribosomen im Stroma translatiert
(hemmbar durch Chloramphenicol)
ABBILDUNG

Question 16

Der genetische Code

Answer 16

Codesonne
- Kolinearität
- 3 Leseraster
- im Zytosol und in Chloroplasten > 30 tRNAs
in Mitochondrien 22 tRNAs ausreichend durch wobble
- CUN –> Leucin –> Threonin in einigen Mitochondrien
- CGG –> Arginin –> Tryptophan in Mitochondrien höherer Pflanzen

Question 17

Wobble-Hypothese

Answer 17

= Erklärung für die Beobachtung, dass der genetische Code ein degenerierter Code ist und nicht mehr als 41 verschiedene tRNAs in einer Zelle existieren. Die Hypothese wurde 1966 von Francis Crick formuliert

Question 18

Zusammenfassung

Answer 18

• DNA außer im Kern auch in Mitochodrien und Plastiden (Variegation, petite-Mutanten)
• nicht-mendelsche Vererbung
• mtDNA: keine Histone, zirkulär oder linear, Anzahl und Größe variabel
• ctDNA: keine Histone, zirkulär, relativ gleich groß
• Proteine der Mitochondrien & Plastiden überwiegend kernkodiert: Import erforderlich
• z.T. abweichender genetischer Code

Question 19

abweichender genetischer Code

Answer 19

im Zytosol und in Chloroplasten > 30 tRNAs
in Mitochondrien 22 tRNAs ausreichend durch wobble
CUN –> Leucin –> Threonin in einigen Mitochondrien
CGG –> Arginin –> Tryptophan in Mitochondrien höherer Pflanzen
UGA –> Stopp –> Tryptophan in allen Mitochondrien
AUA –> Isoleucin –> Start = Methionin in einigen Mitochondrien
AGC, AGU –> Serin –> Stopp in Mitochondrien von Säugern