Gentechnik Flashcards
Telomerase – Zusammensetzung und Funktion?
Telomerase:
Die Telomerase ist ein Enzym des Zellkerns, welches aus einem Protein- (TERT) und einem langen RNA-Anteil (TR) besteht und somit ein Ribonucleoprotein ist. Dieses Enzym stellt die Endstücke der Chromosomen, die sogenannten Telomere, wieder her.
Das Enzym ist eine reverse Transkriptase (Telomerase-Reverse-Transkriptase, TERT), welche den RNA-Anteil (Telomerase-RNA, TR oder TERC) als Matrize (Vorlage) verwendet. Beim Menschen ist der RNA-Anteil (hTERC, mit h für human) beispielsweise die Sequenz 3’-CAAUCCCAAUC-5’, was bedeutet, dass das Telomer jeweils um eine Sequenz (5’-GGTTAG-3’) verlängert wird.
Bei jeder Zellteilung geht ein Stück (ca. 100 Nukleotide) der Telomere verloren (wegen Primer). Die Telomerase verhindert in bestimmten Zellen durch die Wiederherstellung der Telomere, dass die Chromosomen mit jeder Zellteilung kürzer werden und umgeht so das End-Replikationsproblem.
Telomer End-Replikationsproblem.
Bei jeder Zellteilung geht ein Stück (ca. 100 Nukleotide) der Telomere verloren (wegen Primer). Werden sie zu kurz, erreicht die Zelle das Seneszenz-Stadium und kann sich nicht mehr teilen. Die Telomerase verhindert in bestimmten Zellen durch die Wiederherstellung der Telomere, dass die Chromosomen mit jeder Zellteilung kürzer werden und umgeht so das End-Replikationsproblem.
Wie wird Telomerase zum Telomer rekrutiert?
Die Telomerase bindet über ihre interne RNA-Sequenz an den Matrizenstrang und erweitert diesen entsprechend der repetitiven Basensequenz 5’-TTAGGG-3’ (in Vertebraten). Die Telomerasen-RNA dient hier als Matrize für die wieder aufgebauten Sequenzwiederholungen des Telomers. Da sie dabei RNA in DNA umschreibt, gehört die Telomerase zu den reversen Transkriptasen. Anschließend kann ein neuer RNA-Primer am verlängerten Ende angesetzt und die Elongation des Folgestrangs durch die DNA-Polymerase fortgesetzt werden.
Was ist die Funktion des Kinetochors?
Kinetochor, das bei Kernteilungsvorgängen als Ansatzstelle für die Fasern des Spindelapparates dient:
Nachdem Mikrotubuli der Spindelfasern beider Pole an den Kinetochoren gebunden sind, beginnt ein Proteinkomplex die Bindung zwischen den Schwesterchromatiden am Zentromer eines Chromosoms zu lösen. Erst wenn die Schwesterchromatiden nicht mehr aneinander haften, können sie während der frühen Anaphase einer Mitose über die Mikrotubuli zu den entgegengesetzten Polen des Spindelapparates gezogen werden. Für den Prozess der Aufteilung des Erbguts auf Tochterkerne sind die Kinetochoren somit ein wesentliches Element
Wie ist ein Kinetochor aufgebaut?
Als Kinetochor wird nach neuerer Terminologie eine spezielle, platten- oder halbkugelförmige Struktur aus Proteinen und DNA-Abschnitten bezeichnet, die dem Zentromer seitlich aufsitzt und bei Kernteilungsvorgängen als Ansatzstelle für die Fasern des Spindelapparates dient.
genauer beantworten?
Definition/ Eigenschaften rekombinante DNA,
Rekombinante DNA:
Ein neues DNA-Molekül, das durch Kombination von zwei nicht-homologen
DNA-Fragmenten entstanden ist.
Als rekombinante DNA (rDNA) wird ein artifizielles DNA-Molekül bezeichnet, das in vitro, mittels gentechnischer Methoden (Restriktion und Ligation), neu zusammengesetzt wurde. Die DNA kann dabei aus verschiedenen Organismen stammen oder in vitro synthetisiert worden sein, entweder chemisch mittels Oligonukleotidsynthese, oder enzymatisch mittels der Polymerasekettenreaktion (PCR). Ein rekombinantes Protein entsteht aus rekombinanter DNA, jedoch codiert nicht jede rekombinante DNA automatisch für ein Protein.
Ein Beispiel für rekombinante DNA sind Plasmide, die zunächst aus Bakterienzellen isoliert werden und in die man dann ein Transgen aus fremden Organismen oder aus einer künstlichen Gensynthese einbaut. Siehe auch Vektoren in der Gentechnik.
Definition/ Eigenschaften GVO
GVO:
Gentechnisch veränderte Organismen (GVO), sind Organismen, deren Erbanlagen mittels gentechnischer Methoden (z. B. durch Transgenetik) gezielt verändert worden sind.
Organismus, der DNA-Sequenzen eines anderen Organismus enthält
und nicht durch Kreuzung hergestellt wurde.
Zur Genmodifikation zählen die gezielte Abschaltung oder Modifikation einzelner Gene sowie das gezielte Einbringen arteigener oder artfremder Gene. GVOs, in die Gene aus anderen Arten eingeschleust wurden, werden auch als transgene Organismen bezeichnet, die eingeschleusten Gene als Transgene. So werden beispielsweise Gene zwischen verschiedenen Arten übertragen, um Tieren oder Pflanzen bestimmte Eigenschaften zu vermitteln, die mit herkömmlicher Züchtung nicht oder schwerer zu erreichen wären.
Begriff definiert durch Gentechnikgesetz (GenTG)- bestimmte Richtlinien müssen eingehalten werden.
Definition/ Eigenschaften: Vektor
In der Gentechnik und der Biotechnologie versteht man unter einem Vektor ein Transportvehikel („Genfähre“) zur Übertragung einer Fremd-Nukleinsäure (oft DNA) in eine lebende Empfängerzelle durch Transfektion oder Transduktion.
Als Vektoren werden verschiedene solcher Vehikel bezeichnet:
Plasmide, die beispielsweise das Klonieren eines bestimmten DNA-Abschnittes ermöglichen,
Cosmide oder YACs, die mit Hilfe von Bakteriophagen- bzw. Hefezellstrukturen große DNA-Abschnitte transferieren können,
und modifizierte Viren (z.B. Adenoviren oder Retroviren), die auch als virale Vektoren bezeichnet werden.
Eigenschaften:
-können fremde DNA aufnehmen
-können sich in Wirtszellen autonom vermehren
-Selektion von Wirtszellen mit Vektor oft durch AntibiotikumResistenzgen
(z. Bsp. Ampicillin-Resistenzgen)
Bsp für Vektoren (Wirtszelle oft Bakterien):
-Plasmide = zirkuläre, selbst-replizierende DNA
-Bakteriophagen = Viren, die Bakterien infizieren. Teile der Phagen-DNA
können durch Fremd-DNA ersetzt werden
Definition/ Eigenschaften: Wirtszelle
In der Gentechnik werden Zellen, in die Plasmide oder allgemein Fremd-DNAs eingeschleust und dort repliziert werden bzw. auch bestimmte Proteine herstellen, ebenfalls als Wirtszellen bezeichnet. Wirtszellen werden in der Gentechnik benutzt, um genetische Vektoren wie Plasmide und Viren herzustellen und zu lagern.
Als Wirtszelle wird eine lebende Zelle bezeichnet, die von einem Virus, einem intrazellulären Bakterium oder einem intrazellulären Parasiten infiziert werden kann. Viren sind vollständig auf Wirtszellen angewiesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und jenen der Wirtszelle zur Realisierung ihres genetischen Materials und der Replikation verwenden.
Als Wirtszelle wird eine lebende Zelle bezeichnet, die von einem Virus, einem intrazellulären Bakterium oder einem intrazellulären Parasiten infiziert werden kann. Viren sind vollständig auf Wirtszellen angewiesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und jenen der Wirtszelle zur Realisierung ihres genetischen Materials und der Replikation verwenden.
Als Wirtszellen werden auch Zellen bezeichnet, die im Rahmen einer Endosymbiose eine oder mehrere andere Zellen als ‚Endosymbionten‘ in sich aufgenommen (phagocytiert) haben, ohne diese aufzulösen, so dass eine intrazelluläre Lebenspartnerschaft (Symbiose) zum beiderseitigen Vorteil entstand. z.B. Mitochrondrien, Chloroplasten
Was sind die Eigenschaften der Schnittstelle von
Restriktionsenzymen?
Restriktionsenzyme, genauer auch Restriktionsendonukleasen (REN), sind Enzyme, die DNA an bestimmten Positionen erkennen und schneiden können. Restriktionsendonukleasen treten unter anderem in Bakterien und Archaeen auf und dienen dort der Phagenabwehr.
Das Enzym EcoRI ist beispielsweise das erste Enzym, das in dem Stamm Escherichia coli R(rough) gefunden wurde.
Die Erkennungssequenzen der Restriktionsendonukleasen vom Typ II bestehen meist aus palindromischen Sequenzen von vier, sechs oder acht Basenpaaren. Der Schnitt kann gerade sein (engl. blunt ends) oder der Schnitt kann auch versetzt sein (sticky ends). Die Erkennungssequenz von EcoRI lautet: 5’-GAATTC-3’. Der Schnitt erfolgt zwischen dem G und dem A:
G/AATTC
CTTAA/G
Was bedeutet Klonierung?
Klonierung (oder Klonieren, engl. molecular cloning) ist in der Molekularbiologie der Überbegriff für Methoden zur Gewinnung und identischen Vervielfältigung von Desoxyribonukleinsäure (DNA). Im Gegensatz zum Klonen, dessen Ziel in der Herstellung genetisch identischer Organismen besteht, beschränkt sich die Klonierung auf die Herstellung identischer Moleküle der DNA.
Bei der Klonierung wird ein gewünschtes DNA-Fragment (z. B. ein Gen oder die für ein Protein codierende cDNA) in einen Vektor (z. B. ein Plasmid oder viraler Vektor) integriert. Das Ziel einer Klonierung ist, ein DNA-Fragment zu vermehren, um seine Eigenschaften zu untersuchen oder in weiteren Prozessen weiterzuverwenden. Nach einer Vervielfältigung kann durch Isolierung der Plasmid-DNA ein Vielfaches der anfangs eingesetzten DNA-Menge gewonnen werden, was im Gegensatz zu in vitro-Verfahren wie der PCR kostengünstig, präzise und in großer Zahl geschieht.
Wie wird ein DNA-Fragment in einen Vektor
kloniert? Was ist gerichtete, was ungerichtete
Klonierung?
Ziel: Einführen eines DNA-Abschnitts in ein geeignetes Vehikel
(Vektor)
Werkzeuge:
1) Restriktionsenzyme = Enzyme, die DNA an einer definierten Sequenz schneiden
2) Vektoren = Vehikel, mit dessen Hilfe DNA in Wirtszellen eingebracht und vermehrt werden kann
Vorgehen:
1) Restriktionsenzyme z.B. EcoR1 schneidet fremd DNA zwischen G/A Basen. Gewünschte Sequenz ist somit von restlicher DNA getrennt.
2) Vektor wird ebenfalls mit EcoR1 behandelt. Somit entstehen dieselben sticky ends wie bei der Fremd DNA.
3) Die fremd DNA wird jetzt mithilfe von Ligase an den komplementären Enden des Vektors verknüpft.
Gerichtete Klonierung:
Vektor und Insert werden mit zwei unterschiedlichen Restriktionsenzymen
behandelt bzw. linearisiert
Ungerichtete Klonierung:
Vektor und Insert werden mit einem Restriktionsenzym behandelt, d.h. beide
Enden des Inserts sind zu beiden Enden des Vektors kompatibel
Was ist eine Genbank? Wie wird sie hergestellt?
Sammlung von DNA-Fragmenten, die das gesamte Genom eines Organismus repräsentieren, in einem geeigneten Vektor
- genomische Genbank
- cDNA Genbank
wie wird sie hergestellt?
1) Spender DNA in zahlreiche Fragmente zerlegen
2) Isolierung aller Fragmente mit einer Länge von 15kb (kilobasenpaare=1000BP)
3) Zufällige Rekombination der Fragmente mit der isolierten DNA eines Phagen
4) Einbau der DNA in Phagenhülle und die entstehenden Phagen in Bakterien vermehren. Gesamtheit der Phagen Klone stellt Gen Bibliothek da.
Was ist cDNA? Wie wird sie hergestellt?
Die cDNA (englisch complementary DNA, deutsch komplementäre DNS) ist eine DNA, die mittels des Enzyms Reverse Transkriptase aus RNA (wie mRNA und ncRNA) synthetisiert wird.
1) Diese spezifische, RNA-abhängige DNA-Polymerase benötigt wie andere DNA-Polymerasen einen Primer zur Synthese, welcher an die RNA bindet.
2) Das Produkt ist nun ein cDNA-Strang, der mit dem ursprünglichen RNA-Strang hybridisiert ist.
3) Letzterer kann nun mit dem Enzym RNase H abgebaut werden.
4) In der weiteren Prozessierung wird nun mittels einer DNA-abhängigen DNA-Polymerase (über einen Primer) der komplementäre DNA-Strang zum schon bestehenden cDNA-Einzelstrang synthetisiert.
5) Das Ergebnis ist eine doppelsträngige cDNA. Da die ursprüngliche Matrize eine prozessierte RNA war (die u. a. das Splicing schon durchlaufen hat), finden sich auf der cDNA im Gegensatz zu natürlichen eukaryotischen DNAs keine Introns.
Wie entstehen neue Gene?
Eine phänotypische Innovation ist ein neues Merkmal oder eine neue Verhaltensweise in der evolutionären Stammesgeschichte, das sich nicht allein als Variation bestehender Merkmale der Vorfahren erklären lässt.
Gene entstehen durch:
1) Intragenetic mutations:
Als Mutation wird in der Biologie eine spontan auftretende, dauerhafte Veränderung des Erbgutes bezeichnet
2) Genduplikation:
bezeichnet in der Genetik eine Verdoppelung eines bestimmten Abschnitts eines Chromosoms, also die dauerhafte Verdoppelung (bis Vervielfachung) einzelner Gene oder Gengruppen (mit anschließender getrennter Entwicklung). Diese Art der Genmutation entsteht zum Beispiel durch ungleiches Crossing over entweder zwischen homologen Chromosomen oder zwischen Schwesterchromatiden
3) DNA segment shuffling: z.B. crossing over
4) horizontal transfer: Horizontaler Gentransfer (HGT) oder lateraler Gentransfer (LGT) bezeichnet eine Übertragung von genetischem Material nicht entlang der Abstammungslinie, also nicht von einer Generation zur darauf folgenden, sondern „horizontal“ von einem Organismus in einen bereits existierenden anderen hinein.
