Molekulargenetik Flashcards
Definition: Gen
- Einheit der im Erbgut von Lebewesen enthaltenen Erbinformation
- dient Bildung aller zellulären & extrazellulären Proteine und RNA-Moleküle einer Zelle
- wird in veränderter oder unveränderter Form durch Reproduktion an
Tochtergenerationen weitervererbt - hier liegen kodierende und regulatorische Sequenzen für Protein, rRNA und tRNA
- alle Gene sind Bestandteil der in allen lebenden Organismen vorliegenden
Nukleinsäure - setzen sich aus einer Nukleinsäurekette zusammen, auf der die Information für alle Genprodukte in Form einer bestimmten Sequenz der 4 Nukleinbasen (A, G, C & T)
Definition: Genom
- Gesamtheit aller Gene / der genetischen Information im haploiden
Chromosomensatz - in den meisten Organismen liegt Genom als Desoxyribonukleinsäurekette (DNS)
vor, in einigen Viren als Ribonukleinsäure (RNS)
Größenordnung von Genomen:
➡ variiert bei den verschiedenen Organismen:
* Bakterien= 10⁶ – 10⁷ Basenpaare
* Pilze= 10⁷ – 10⁸ Basenpaare
* Pflanzen = 10⁸ – 10¹¹ Basenpaare
* Insekten= 10⁸ – 10¹⁰ Basenpaare
* Weichtiere= 10⁸ – 10¹⁰ Basenpaare
* Knorpelfische= 10⁹ – 10¹⁰ Basenpaare
* Knochenfische= 10⁸ – 10¹⁰ Basenpaare
* Amphibien= 10⁸ – 10¹¹ Basenpaare
* Reptilien, Vögel, Säugetiere = 10⁹ Basenpaare
* Mensch: 3 Milliarden Basenpaare
* Drosophila melanogaster (Taufliege): 200 Millionen Basenpaare
* Escherichia coli: 4,6 Millionen Basenpaare
Definition: Genlocus / Genlokus / Locus
- physische Position eines Gens im Genom -> Genort
- besteht das Genom aus mehreren Chromosomen, ist der Genlocus der Ort auf
dem Chromosom, an dem sich das Gen befindet
Definition: Allel
- durch Mutation entstandene Variante eines Gens
- verschiedene Ausprägungsformen eines Gens (normal oder mutiert), sind aber
dem gleichen Locus zugeordnet - diploide Organismen besitzen von jedem Gen zwei Kopien
-> liegen 2 gleiche Allele vor, ist der Organismus für dieses Gen homozygot
-> bei 2 verschiedenen Allelen ist der Organismus für das Gen heterozygot
Definition: Transkription
- Gesamtheit aller zu einem bestimmten Zeitpunkt transkribierten Gene in einer
Zelle oder in einem Zelltyp - quantitatives Profil aller mRNAs in einem Gewebe zu einem definierten Zeitpunkt
bzw Zustand
Definition: Proteom
- Proteingehalt einer Zelle
- quantitatives Expressionsmuster der Proteine, die in einem Gewebe in einem
definierten physiologischen Zustand vorhanden sind
Definition: Genotyp
- genetische Ausstattung eines Individuums
-> individueller Satz von Genen, der im Zellkern jeder Körperzelle liegt - beschreibt eine Allelkonstruktion an einem bestimmten oder mehreren Genorten
- Feststellung durch Genotypisierung
Definition: Phänotyp
- Gegensatz zum Genotyp
- die tatsächliche körperliche Erscheinung
Definition: Haplotyp
haploider Genotyp
* Nukleotidsequenz in einem Chromosom im Genom eines Lebewesens
* Beispiel: diploider Organismus mit Genotyp AaBb
-> Haplotyp kann ABab oder AbaB sein
Definition: haploid
- Zellen mit einfachem Chromosomensatz
- zB Keimzellen (Eizellen und Spermien)
Definition: diploid
- Zellen mit doppeltem Chromosomensatz
- physiologische Ausnahme sind haploide Keimzellen und einige aneuploide
Leberzellen sowie Erythrozyten und Thrombozyten, die kein Erbgut vorweisen - diploide Zygote entstehen aus Verschmelzung einer Eizelle mit einem Spermium
-> je den einfachen Chromosomensatz von Mutter und Vater
DNA = Desoxyribonukleinsäure
besteht aus:
Aufbau:
- hochmolekulares Polymer aus Nukleotiden
-> Nukleotid = Base + Zucker + Phosphat - ein Polymerstrang hat i.d.R. jeweils ein 5 -Phosphat-Ende & ein 3 ́ -OH-Ende ́
-> polare Struktur - langkettige Moleküle aus einzelnen Nukleotiden bezeichnet man als Polynukleotide
-> kürzer kettige (unter 20-30) als Oligonukleotide - doppelsträngige Helix
-> pro Windung 10 Basen in einem Bereich von 3,4nm - Durchmesser der rechtsgewundenen Helix: 2nm
- DNA ist voll hydratisiert und bildet große & kleine Furchen
- beide Stränge sind antiparallel angeordnet
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Basen:
Basen:
* Purin-Abkömmlinge: Adenin & Guanin
* Pyrimidin-Abkömmlinge: Thymin, Cytosin, Uracil→RNA: Uracil statt Thymin
* in ihrer Reihenfolge variabel
* bilden die DNA/RNA Sequenz
* Watson und Crick → Anzahl der Purine = Anzahl der Pyrimidine
* komplementäre Base
* Adenin und Thymin (2 H-Brückenbindungen)
* Cytosin und Guanin (3 H-Brückenbindungen)
➡ Wasserstoffbrücken sind jedoch relativ schwach, zusätzlich spielen
Van-der-Waals-Kräfte, hydrophobe und elektrostatische
Wechselwirkungen eine Rolle
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Zucker:
Zucker (Pentosen):
* Ribose (RNA)
* Desoxyribose (DNA)
* N-glykosidisch mit Base verknüpft (Nukleosid entsteht)
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Phosphat
Phosphat:
* eine freie OH-Gruppe der Zucker-Komponente in einem Nucleosid ist mit
einem Phosphat-Rest verestert sein
* Phosphat-Gruppe kann in verschiedenen Positionen (3 oder 5 ́ ) sitzen ́
* 2‘ nur bei Ribonukleosiden
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
Aufzählung aller Formen
B-Form
A-Form
Z-Form
- Protein-codierende DNA
- in Tandemwiederholungen vorliegende repetitive DNA
epetitive DNA
- nicht klassifizierte Spacer- oder Verbindungs-DNA
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
B-Form
B-Form:
* physiologische (häufigste & wichtigste) Form der DNA
* in 1 Wendung der Doppelhelix liegen 10 Basen in einem Bereich von 3,4 nm
* Durchmesser der rechtsgewundenen Helix beträgt etwa 2 nm
* die beiden Polynukleotidketten sind um eine gemeinsame Achse
umeinander gewunden
* ist voll hydratisiert und zeigt die Bildung einer großen und einer kleinen
Furche
* Stränge zeigen eine antiparallele Anordnung
* Richtung wird deutlich, wenn man von den Enden
eines Moleküls her die Zucker-Phosphat-Kette entlang wandert
* liest man in Richtung 5 - 3 ́ , so trifft man immer auf das 5 ́ C-Atom des ́
Zuckers
* liest man von 3 - 5 ́ , trifft man auf das 3 ́ C-Atom des Zuckers
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
A-Form
A-Form:
* im dehydrierten Zustand vorhanden
* kompaktere Form: tiefe große Furche und flache kleine Furche
* Basen stehen etwas geneigt zu Helixachse, nicht senkrecht
* sie könnte biologisch relevant sein, da vermutlich doppelsträngige RNA-Moleküle und DNA-RNA-Hybride A-Form einnehmen
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
Z-Form
Z-Form:
* linksgängige Doppelhelix, in der die Phosphatgruppen des Rückgrats im
Zick-Zack verlaufen
* auch über Basenpaarung gehaltene antiparallele Paarung von Einzelsträngen
* kurze Oligonucleotide mit Sequenzen aus alternierenden Pyrimidinen &
Purine nehmen die Z-Form ein
* hohe Salzkonzentrationen sind notwendig, um die elektrostatische
Abstoßungen zwischen den Phosphatgruppen des Molekülrückgrats
(kommen sich näher als in A & B-Form) zu minimieren
* dennoch hat man auch schon Proteindomänen entdeckt, die Nukleinsäure in
Z- Form spezifisch binden, die wahrscheinlich spezifische Funktion haben
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
Protein-codierende DNA:
Protein-codierende DNA:
* einzeln vorkommende Gene (single copy genes)
* vervielfachte Gene sowie abgeleitete Gene
-> funktionelle Genfamilien & nichtfunktionelle Pseudogen
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
in Tandemwiederholungen vorliegende repetitive DNA
in Tandemwiederholungen vorliegende repetitive DNA:
-> für rRNA, SS rRNA, tRNA & einige Histongene
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Konformationen:
repetitive DNA
repetitive DNA:
* DNA mit einfachen Sequenzen
* Mittelrepetitive DNA (bewegliche genetische Elementen
* kurze, verstreut liegende Elemente (nichtvirale Retroposons)
* lange, verstreut liegende Elemente (virale & nichtvirale Retroposons)
DNA = Desoxyribonukleinsäure
Entdeckung:
- 1868: Schweizer Arzt Friedrich Miescher isolierte aus Eiterzellen & Lachsspermien
das Nuclein (phosphorreiche Substanz aus Nukleinsäuren & Proteinen)
-> sein Ziel war es, die chem. Natur des Zellkerns aufzuklären - Rostocker Botaniker Albrecht Rossel (Nobelpreis 1910) identifizierte 4
Stickstoffbasen, Zucker & Phosphorsäure als die chem. Baubestandteile des
Nucleins - 1920er Jahre: Erkenntnis, dass es 2 Klassen von hochpolymeren Nukleinsäuren
gibt (Desoxyribonukleinsäure & Ribonukleinsäure) - 1928 Versuch von Griffith
- der Versuch fand an Pneumokokken statt (bakteriellen Erregern der
Lungenentzündung) - virulenter S-Stamm, welcher über eine schützende Schleimkapsel
verfügt - nonvirulenten R-Stamm (R36A), mit rauer Oberfläche
- Griffith injizierte drei Gruppen von Mäusen unterschiedliche Extrakte
- der ersten eine lebendige R-Stamm-Kultur
- der zweiten durch Hitze getöteten S-Pneumokokken
- der dritten beide Extrakte zusammen
- die erste und zweite Gruppe erkrankten nicht an Lungenentzündung
- die Mäuse der dritten Gruppe aber erkrankten und starben
- eine Kultur des Herzblutes dieser Mäuse zeigte wieder lebendige S-StammPneumokokken
- Proteine oder DNA tansformierende Eigenschaften
- 1944: Oswald Avery, Colin M. MacLeod & MacLyn McCarty zeigten dass DNA die
transformierende Substanz & damit der Träger der genetischen Information sein
muss - versetzen Proteine und DNA mit abgetöteten S-Zellen
- nur bei der DNA entstanden wieder lebende S-Zellen
- Erwin Chargaff: Zusammensetzung der DNA variiert von Spezies zu Spezies, v.a. in
der relativen Menge A, T, C & G - Anzahl A = T und Anzahl G = C bzw. Anzahl A+G = T+C
- Rosalind Franklin:
- Untersuchung der DNA mithilfe von Röntgenstrahlen
3 - konnte zeigen, dass die DNA vermutlich die Form einer Helix besitzt, die aus
2 oder 3 Ketten zusammengesetzt ist - 1952: James Watson & Francis Crick (beide Nobelpreis 1962)
- fanden heraus, dass Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin
zusammenpasst - jedes dieser beiden Basenpaare ist fast völlig flach & treppenartig
übereinander geordnet - 2 Zucker-Phosphat-Ketten winden sich um die Basen an den Außenseiten
entlang