Extranukleare DNA Flashcards
Variegation bei Mirabilis jalapa
=> 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
Mitochondrien-gekoppelte Vererbung
= Saccharomyces cerevisiae
- Vererbung ist plastisch (nicht-mendelsche Vererbung)
- Vererbung mittels Mitochondrien (extrachromosomale Vererbung)
- maternale Vererbung
- mitochondriale DNA –> ringförmiger Strang aus 16,5 Kb
ABBILDUNG
Zytoplasmatische Segregation
Chloroplasten werden zufällig auf die Tochterzellen verteilt
Chloroplasten gekoppelte Vererbung
= Plastidenvererbung
- maternale Vererbung über Genom der Eizellen
- Ausnahme der Mendelschen Regeln
Endosymbiontentheorie
= 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
ABBILDUNG
Mitochondrium
= von einer Doppelmembran umschlossenes Zellorganell, das eukaryotischen Zellen (d.h. Zellen, die einen Zellkern haben) zur Energiegewinnung dient
ABBILDUNG
zelluläre Funktionen von Mitochondrien
• 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!
Plastiden
= bei Embryophyten (Moose und Gefäßpflanzen) Die verschiedenen Plastidenformen werden gewebespezifisch differenziert: - Chromoplast - Leukolast - Amyloplast - Etioplast - Chloroplast - Proplastid
Vergleich Chloroplast – Mitochondrium
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)
mtDNA
• 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
menschliches mitochondriales Genom
• 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)
menschliches mitochondriales Proteom
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"
Eigenschaften von ctDNA höherer Pflanzen
- 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
DNA Arten
mtDNA = Mitochondriale DNA ptDNA = Plastiden DNA ctDNA = Chloroplasten DNA
Chloroplastenproteine
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
Der genetische Code
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
Wobble-Hypothese
= 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
Zusammenfassung
- 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
abweichender genetischer Code
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
