1. klausur

Transkription

1. Initiation

2. Elongation

3. Termination

von 3’-5’, im Zellkern

→ prä-mRNA-Strang wird katalysiert, durch Enzym RNA-Polymerase

Prozessierung

1. Spleißen (Intros raus, Exons bleiben)

2. Capping (Schutzkappe an 5’)

3. Polyadenylierung (Poly-A-Schwanz an 3’)

im Zellkern

Translation

• durch Ribosom und tRNA → Polypeptidketten (aus Aminosäuren) synthetisiert

• Ergebnis: Proteine/Polypeptide

Welche Proteine gibt es? Was ist deren Aufgabe?

STRUKTURPROTEINE

Keratin, Kollagen

Form, Dehnbarkeit

REZEPTORPROTEINE

Insulin

Lösen Signale aus

TRANSPORTPROTEINE

Hämoglobin

Transport v. Stoffen durch Binnenmembran

ENZYME

Polymerase

Biokatalysatoren

ABWEHRPROTEINE

Immunantwort

Antikörper

BEWEGLICHE PROTEINE

Aktin

Muskeln

Was macht die Genregulation? Wann?

• Ermöglicht die Spezialisierung von Zellen (Nervenzellen, Sinneszellen)

• ist theoretisch in jedem Schritt von Gen zu Protein möglich

Welche Arten der Regulation gibt es?

• prä-transkriptional: (DNA) Chromatindichte beeinflusst Transkriptionswahrscheinlichkeit eines Gens

• transkriptional: spezielle Transkriptionsfaktoren bestimmen, ob ein Gen öfter/seltener abgelesen wird

• Als mRNA: Veränderung durch unterschiedliches Speißen

• Als Genprodukt: Abbau oder strukturelle Modifizierung

Was ist Genexpression?

der Prozess, bei dem die in einem Gen gespeicherte genetische Information (DNA) in ein funktionelles Produkt wie ein Protein oder ein RNA-Molekül umgewandelt wird

Was machen Transkriptionsfaktoren?

Proteine, die sich an Silencer und enhancer binden (Aktivatorproteine, Repressorproteine)

Aktivator: bildet mit der DNA eine schleife, um aktivator in die nähe des promotors zu bringen

Repressor: blockieren die RNA-Polymerase vom andocken an den Promotor

Was ist die Epigenetik?

Reversible, chemische Änderungen am Chromatin.

Entscheidet, ob ein Genanschnitt für Transkriptionsfaktoren zugänglich sind.

Markierungen (wie DNA-Methylierung) können über Zellteilungen/Nachkommen vererbt werden.

Ist die Epigenetik direkt beeinflussbar?

Ja

1. durch lebensstil: senden biochemische signale, die die aktivität von genabschnitten verändern

2. Medizin: Demethylierung, um fälschlich stummgestaltete Schutzgene zu aktivieren

Was passiert bei der DNA-Methylierung?

• Basenfolge CG in 5’-3’: Methylgruppe kann mithilfe der DNA-Methyltransferase reversibel an Cytosin gebunden werden

• methylierbarer Bereich: CpG (v.a. In Promotorbeteich eines Gens

• Mehr Methylierungen: Seltenere Ablesungen des folgenden Gens

Was passiert bei einer Inaktivierung des X-Chromosoms?

( - Jeder Chromosomentyp wird zweifach vererbt, einmal mütterlich & einmal väterlich

Bei weiblichen Organismen muss ein X-Chromosom deaktiviert werden, in Bereichen in denen es nicht mit Y-Chromosom übereinstimmt ) → Vermeidung übermäßiger Genexpression

• Inaktivierung: spezielle nicht Codierende RNA auf X-Chromosom wird abgelesen (XIST-RNA)

• RNAs heften sich an das stillzulegende X-Chromosom → Verdichtung führt zu einer Nicht-Ablesbarkeit der Gene

! Inaktives X-Chromosom = Barr-Körperchen, Inaktivierung Zufällig während früher Embryonalentwicklung

Ein Mensch besitzt >300 Zelltypen. Zwischen welchen zwei Zellarten unterscheidet man?

• ausdifferenzierte Zellen (Muskel- Nervenzellen)

→ teilen sich nicht, wandeln sich nicht in andere Zelltypen um?

• undifferenzierte Zellen (Stammzellen)

→ zur Zellteilung fähig

→ STAMMZELLE teilt sich zu Stammzelle (tochterzelle) + Vorläuferzelle (später ausdifferenzierte Zelle)

Welche Stammzelltypen gibt es?

VORKOMMEN —————————————————DIFERRENZIERUNGSPOTENTIAL

Embryonal: Zygote bis 8-Zell-Stadium ——————- Totipotent → vollständiger Organsimus möglich

___________Blastocyste ————————————-Pluripotent→ fast alle Gewebetypen möglich

Adult: Gewebe, Organe (Knochenmark) ——————Multipotent → verwandte Zelltypen möglich

iPS: Künstlich, durch Einschleusen von ——————-pluripotent (induziert)

Transkriptionsfaktoren in Körperzellen

Wie werden Stammzellen in der Medizin eingesetzt?

• In EU: alle Stammzelltherapien mit adulten Stammzellen (Knochenmark)

→ Behandlung v. Blutkrebs, Regeneration der Hautzellen …

• iPS haben großes Potential, werfen aber ethische Fragen auf

Was ist der Unterschied zwischen DNA-Replikation und Proteinbiosynthese? (ziel, endprodukt, umfang, zeitpunkt)

Ziel:

• DNA-Replikation: Identische Dopplung der DNA für Zellteilung

• Proteinbiosynthese: Herstellung von Proteinen basierend auf genetischer information

Endprodukt:

• Replikation: Zwei identische DNA-Doppelstränge

• PBS: Kette aus Aminosäuren

Umfang:

• Replikation: gesamtes Genom wird kopiert

• PBS: Nur einzelne Abschnitte (Gene) werden kopiert

Zeitpunkt:

• Replikation: Nur in der S-Phase vom Zellzyklus (vor der Teilung)

• PBS: Findet ständig statt

Was ist der Ablauf der DNA-Replikation?

1. Helicase zerlegt DNA in Einzelstränge

   → spaltet Wasserstoffbrücken

2. Primase lagert RNA-Primer an beide Stränge

3. DNA-Polymerase synthetisiert von 3’-5’

→ Leitstrang kontinuierlich (ohne Unterbrechung, nur ein einziger Primer benötig)

→ Folgestrang diskontinuierlich (Polymerase läuft entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung der Replikationsgabel; nur kurze DNA Stränge, pro Fragment wird ein neuer Primer benötigt

4. Dort wo Primer waren, sind Lücken → Polymerase I entfernt Primer und füllt Lücke

5. Ligase verbindet Fragmente

Was ist die PCR und ihre Bedeutung?

• Polymerase-Kettenreaktion

• Spezifische DNA-Abschnitte werden künstlich vervielfältigt und ahmen dabei das Prinzip der natürlichen DNA-Replikation nach

• Für Nachweise von Infektionskrankheiten/Erbkrankheiten

• Erstellung genetischer Fingerabdrücke trotz geringen Spuren

Was sind die Schritte der Polymerasekettenreaktion?

1. Denaturierung: (95°) Durch Erhitzung trennen sich die Wasserstoffbrücken, zwei Einzelstränge entstehen

2. Primer-Hybridisierung: (50°) Temeratur wird gesenkt, sodass Primer anbinden können

3. Elongation/Polymerisarion: (72°) Taq-Polymerase (hitzebeständige DNA-Polymerase) vervollständigt Doppelstränge

→ wiederholt sich mehrfach

Was sind die Unterschiede zwischen DNA-Replikation und PCR (Ort, Art des Auftrennens, Primer, Enzyme, Verlängerung, Ziel)?

Ort:

• DNA-R: Zellkern

• PCR: Reagenzglas (“"in vitro”)

Auftrennung:

• DNA-R: Durch Helicase

• PCR: Durch hitze (Denaturierung)

Primer:

• DNA-R: aus RNA

• PCR: künstliche DNA-Primer

Enzyme:

• DNA-Polymerase, Helicase, Ligase, Primase

• PCR: Taq-Polymerase

Verlängerung:

• DNA-R: 1 Strang dis-, einer kontinuierlich

• PCR: beide kontinuierlich

Ziel:

• DNA-R: Exakte Kopie der gesamten DNA

• PCR: viele Kopien eines Abschnitts