Bio KA 4 Flashcards

Grüne Gentechnik: Bt-Mais

  • Ziele:

    • Maispflanze immun gegen Maiszünsler machen.

    • DNA so verändern, dass kein Giftsprühen nötig ist.

    • Nicht schädlich oder gefährlich für den Menschen.

    • Guter Verkaufsertrag.

  • Methode:

    • Agrobacterium tumefaciens als Genfähre.

    • Pflanzlicher Promoter, gewünschtes Gen, pflanzliche Selektion (z.B. Antibiotikaresistenz) werden in ein Plasmid eingesetzt.

    • Agrobacterium-Zelle (Agrobacterium tumefaciens) wird transformiert und selektiert.

    • Ti-Plasmid des Agrobacterium tumefaciens muss geändert werden (Tumorgene raus, Wunschsachen rein).

    • Signalstoffe aus verletzter Pflanze treten aus und binden an Rezeptoren des Bakteriums.

    • Rezeptor schickt Botenstoffe zum Chromosom und aktiviert das Ti-Plasmid.

    • Ti-Plasmid exprimiert Proteine, die an die Kopie eines anderen DNA-Abschnitts binden.

    • Proteine transportieren DNA über Sex-Pilus in die Zelle und in den Zellkern.

    • Pflanzliche DNA integriert bakterielle DNA-Fragment.

    • Selektion erfolgt auf Antibiotika-Boden (Gegenspieler der Resistenz).

    • Das Bakterium fungiert als Vektor/Genfähre.

  • Ziele & Bewertung

    • Ziele:

      • Erhöhung von Ertrag

      • Resistenz gegen Schädlinge, Krankheiten & Umweltbedingungen

      • Verbesserung der Nährstoffqualität

    • Bewertung:

      • Konfliktanalyse in 6 Schritten:

        1. Beschreiben des Konflikts: Informationen beschaffen & Problematik selbst zusammenfassen.

        2. Beschreiben von Handlungsmöglichkeiten: Möglichkeiten zur Lösung des Konflikts beschreiben.

        3. Sammeln & Prüfen von Argumenten für jede Handlungsmöglichkeit

          • Unterschied zwischen Fakten & ethischen Aussagen:

            • Fakten: Ist-Zustand

            • Ethik: Soll-Zustand (Vorstellungen der Gesellschaft an Verhalten)

            • Beide Teile sollten in einem Argument vorkommen.

        4. Benennen von Werten: Wertepool erstellen (können sachlich oder ethisch sein).

        5. Gewichtung: Wertevergabe mit Punkten (z.B. 1-10).

        6. Bewerten & Fällen eines Urteils: Ein persönliches, aber begründetes Urteil wird beurteilt.

Rote Gentechnik

  • Gentherapie

    • ex vivo: Außerhalb des Körpers durchgeführt & dann eingesetzt.

    • in vivo: Innerhalb des Körpers durchgeführt.

    • Somatische Gentherapie: Nur die Körperzellen des Patienten; wird nicht an die nächste Generation weitergegeben.

    • Keimbahntherapie: Gentransfer in Geschlechtszellen; wird an die nächste Generation weitergegeben.

  • Virale Vektoren

    • Therapie mittels temperenter Viren (Retroviren)

      • Bauen sich an einer beliebigen Stelle in die DNA ein.

      • Dadurch können wichtige Gene ausgeschaltet oder Krebs ausgelöst werden.

    • Therapie mittels AAV (Adeno-assoziierte Viren)

      • Werden in den Zellkern, aber nicht in die DNA integriert.

      • Nur bei nicht weiterteilenden Zellen möglich (wird nicht repliziert).

    • Herstellung: Alle Bestandteile werden in einer Laborzelle durch Plasmide zusammengetragen (Transgen, Verpackung, Hülle).

    • Pseudoviren enthalten nur Gene des Transfer-Plasmids.

    • Zellen werden infiziert & DNA wird eingeschleust.

    • Zelle produziert rekombinante Proteine.

  • Gendiagnostik

    • Gelelektrophorese, Gensonden & genetische Beratung (Familienstammbäume), PND & PID

    • Verkürzungen der DNA können durch Gelelektrophorese entdeckt werden.

    • Fehlende DNA oder Krankheiten mit DNA-Verkürzungen können diagnostiziert werden.

    • Eine Gensonde ist ein kurzer RNA/DNA-Abschnitt.

      • Wird gebraucht, um spezifische DNA-Abschnitte zu finden.

      • Oft bei Gelelektrophorese verwendet, um DNA zuordnen zu können.

  • Familienstammbaumanalyse

    • Autosomal rezessiv:

      • Benötigt zwei betroffene Allele (aa) (beide Chromosomen sind defekt).

      • Oft bei Stoffwechselerkrankungen.

      • Über autosomale Chromosomen vererbt.

    • Autosomal dominant:

      • Nur eins der Chromosomen muss zur Ausprägung betroffen sein (Aa/AA).

      • Über autosomale Chromosomen.

    • X-chromosomal rezessiv:

      • Meist Männer betroffen, da sie nur ein X-Chromosom haben.

      • Über die Geschlechtschromosomen.

    • X-chromosomal dominant:

      • Nur ein Chromosom muss defekt sein.

      • Über Geschlechtschromosomen.

    • Beurteilung der potenziellen Vererbung (siehe Beispiel Aa x Aa).

  • Genetische Beratung:

    • Vor & nach der Untersuchung.

    • Fragen, die besprochen werden:

      • Will man es wirklich wissen? Auch wenn es schlecht ausfällt?

      • Welche Folgen hat das Ergebnis?

      • Welche Möglichkeiten hat man?

      • Gibt es Behandlungsmöglichkeiten?

      • Was ist die Krankheit und was wären die Konsequenzen?

      • Konsequenzen für einen selber und/oder Freundes-/Familienkreis?

      • Birgt die Untersuchung (z.B. PND) Risiken mit sich?

    • All das muss mit dem Patienten genau besprochen werden, damit die sich für oder gegen die Untersuchung entscheiden kann.

  • PID (Präimplantationsdiagnostik)

    • Befruchtung im Labor.

    • Untersuchung für Genommutationen.

    • Einige Erkrankungen können im Voraus (vor Einpflanzung in Gebärmutter) diagnostiziert werden.

    • Embryonen werden selektiert (bevorzugte Embryonen, falls krank).

    • Nicht alle Krankheiten können gefunden werden.

    • Embryo wird eingepflanzt (nicht alle setzen sich an, der Prozess ist sehr anstrengend).

    • Wegen Embryonengesetz in Deutschland verboten.

  • PND (Pränataldiagnostik)

    • Mit Ultraschalluntersuchungen lässt sich die Entwicklung ohne Eingriffe verfolgen.

    • Bei der Chorionzottenbiopsie werden Zellen der Plazenta entnommen.

    • Bei der Amniozentese werden Zellen des Fruchtwassers entnommen.

    • MIPT: nicht-invasiver Pränataltest, durch Blutabnahmeuntersuchungen.

    • Invasive Pränataltests können das Kind schädigen.

    • Durch Untersuchungen können Mutationen im Genom des Embryonen diagnostiziert werden.

    • Untersuchungen, obwohl der Embryo schon ausgebildet ist.

  • Bewertung

    • Vorgehen wie bei Grüner Gentechnik.

    • Umgang mit menschlicher DNA & angeborenen Beurteilungen: Ethisch vs. wissenschaftlich.

Neurobiologie

  • Nervenzelle: Bau & Funktion

    • Wahrnehmung von Reizen oder Weiterleitung Erregungen.

    • Dendriten nehmen elektrische Signale wahr & leiten es an Soma.

    • Axonhügel:

      • Sammelt Signale der Dendriten & leitet elektrische Signale (Aktionspotenzial) an Axon weiter.

      • So werden zu schwache Signale nicht weitergeleitet.

    • Axon: Leitet elektrische Signale an Nerven- oder Muskelzellen weiter.

    • Myelinscheiden sorgen für eine schnellere Weiterleitung des Aktionspotenzials (nur bei Wirbeltieren).

    • Synapse: Leitet Erregung an die nächste Nervenzelle weiter (chemisch).

  • Erregungsleitung

    • Ort der Wahrnehmung --> sensorische Nervenbahnen --> Gehirn (Auswertung) --> motorische Nerven --> ausführendes Organ (Reaktion).

    • Beispiel: Reiz (Antippen) --> Erregungsleitung --> ausführendes Organ (Muskel) --> Reaktion (Umdrehen).

  • Ruhepotenzial (Ionentheorie, Messung)

    • Kaliumionen (K+K^+) sind größtenteils im Inneren der Zelle und wollen durch die Diffusionskraft in den extrazellulären Raum.

    • Organische Anionen im Inneren der Zelle sorgen für einen Ladungsausgleich, können aber nicht aus der Zelle.

    • Außerhalb der Zelle balancieren Kalziumionen & Natriumionen sich auch aus.

    • Beim K+K^+ Ausfluss entsteht ein elektrisches Ungleichgewicht.

    • Ab einem Punkt sind Diffusionskraft & elektrische Kraft im Gleichgewicht.

    • Das Zellinnere ist negativ geladen (-70 mV).

    • Das Gleichgewichtspotenzial ist entstanden.

    • Natrium-Kalium-Pumpe transportiert Natriumionen (Na+Na^+) im Austausch gegen Kaliumionen unter ATP-Verbrauch nach außen.

    • Die Na+-K+\text{Na}^+ \text{-K}^+ Pumpe sorgt dafür, dass das Ungleichgewicht und somit die Diffusionswirkung erhalten bleibt.

    • Voltage-Clamp-Technik:

      • Elektroden = Glaskapillaren gefüllt mit einer Salzlösung & mit einem eingeführten Draht, das zu einem Verstärker führt.

      • Eine Elektrode wäre im Zellinneren (Messelektrode), während die Bezugselektrode im extrazellulären Raum ist.

      • Die Spannung zwischen der Zelle & dem Äußeren kann gemessen werden und vom Verstärker an ein Oszilloskop weitergeleitet werden.

      • Das Membranpotenzial wird als Spannung dargestellt und durch eine Kurve sichtbar.

    • Patch-Clamp-Technik:

      • Elektrode: Glaskapillare mit 1µm Spitze gefüllt mit einer Salzlösung & durch einen Silberdraht mit einem Computer verbunden.

      • Ionenkanal wird durch einen Unterdruck eingezogen.

      • Der Ausfluss von K+K^+-Ionen kann durch die Elektrode gemessen werden und somit die Öffnung & Schließung der K+K^+-Ionen-Kanäle ermittelt werden.

  • Aktionspotenzial (Ionentheorie, Messung, Erregungsleitung)

    • Ein Impuls wird weitergegeben, was den Schwellwert übersteigen muss.

    • Dadurch öffnen sich spannungsabhängige Natriumkanäle.

    • Die Zelle lädt sich positiver auf & Natrium fließt wegen der Diffusionskraft ein (Depolarisation).

    • Sobald es positiv geladen ist (ca. +40mV) öffnen sich die K+K^+-Ionen-Kanäle & Natriumkanäle schließen sich (Repolarisation).

    • K+K^+-Ionen fließen aus der Zelle, bis sie in der Hyperpolarisation ankommen.

    • Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt für den erneuten Aufbau des Ruhepotenzials.

  • Kontinuierliche Erregungsleitung:

    • Der Innenwiderstand ist abhängig von der Dicke des Axons.

      • Desto dicker, desto besser.

      • Bei breiten Axonen kann sich die Ladung besser verteilen, da sie nicht so gut von lokalen Strömchen abgelenkt wird.

    • Die Übertragung läuft schrittweise & das Aktionspotenzial wird immer wieder neu getragen.

    • Ladung wird so weit verteilt, dass im nächsten Bereich der Schwellenwert überschritten werden kann.

    • Die Weitergabe ist verhältnismäßig langsam und bei Nicht-Wirbeltieren.

    • Es kann nur in eine Richtung wegen der absoluten Refraktärzeit, da spannungsgesteuerte Natrium-Kanäle inaktiviert sind.

  • Saltatorische Erregungsleitung:

    • Die Weiterleitung funktioniert gleich.

    • Die Myelinscheide isoliert die Membran, wodurch keine Ionenströme fließen können.

    • Nur in den Ranvierschen Schnürringen sind Natriumkanäle.

    • Nur hier kann ein Aktionspotenzial entstehen.

    • Die Weiterleitung ist schneller & springend zwischen den Myelinscheiden.

    • Haben nur Wirbeltiere.

    • Dadurch können die Axone wesentlich dünner sein & nehmen weniger Platz weg.

  • Synapse: Molekulare Vorgänge EPSP+IPSP, synaptische Integration

    • Wenn das Aktionspotenzial im Endknöpfchen ankommt

      • löst es den Einstrom von Natriumionen aus.

      • Die veränderte Ladung sorgt für die Öffnung von spannungsabhängigen Calciumkanälen.

      • Das Calcium transportiert Vesikel zur Zellmembran.

      • Calcium-Pumpe sorgt für den Ausstrom, das „Aufräumen“ des Natriums.

      • Vesikel sind mit Acetylcholin befüllt, was in den synaptischen Spalt diffundiert.

    • Acetylcholin bindet an Transmitter-abhängige Natriumkanäle der Postsynapse.

    • Die Postsynapse wird depolarisiert und löst das postsynaptische Potenzial aus.

    • Acetylcholin wird durch die Acetylcholin-Esterase gespalten & Cholin gelangt durch die Membran wieder in die Zelle.

    • Neue Acetylcholin-Vesikel werden gebildet, für den nächsten Gebrauch.

    • EPSP (exzitatorisches postsynaptisches Potenzial):

      • Acetylcholin öffnet Natriumkanäle.

      • Es wird ein Aktionspotenzial weitergeleitet.

    • IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potenzial):

      • Acetylcholin öffnet Kaliumkanäle (K+K^+ strömt aus).

      • Acetylcholin öffnet Chloridkanäle (Cl−\text{Cl}^- strömt ein).

      • Zellinneres wird negativer geladen.

      • Hemmung von Aktionspotenzialen.

  • Synaptische Integration:

    • Räumliche Summation: Verschiedene Dendriten bekommen verschiedene Signale.

      • Signale werden gegengerechnet & was übrig bleibt (EPSP oder IPSP) passiert.

    • Zeitliche Summation: Nur eine Synapse - ein Dendrit wird erregt.

      • Nach mehrfacher Aktivierung kurz hintereinander entsteht ein Aktionspotenzial.