Genetik Flashcards
Genetik HM (138 cards)
1
Q
Das 1. Und 2. Mendelsche Gesetz – MONOHYBRIDER ERBGANG
A
- Uniformitätsgesetz -> alle Individuen der F1 Generation aus der Kreuzung homozygoter Eltern, die sich in einem Merkmal unterscheiden, zeigen die gleiche Ausprägung der beobachteten Merkmale
- Spaltungsgesetz -> Kreuzung zweier gleichartig heterozygoter Eltern à F2 Generation spaltet sich im Geno- als auch im Phänotyp auf -> 1:2:1 genetisch oder 3:1 phänotypisch gesehen
2
Q
Der Monohybride Erbgang und Rückkreuzungen
A
- Monohybrider Erbgang -> es wird nur ein Merkmal betrachtet, für das beide Eltern homozygot sind und welches unabhängig vererbt wird
- Rückkreuzung -> um Genotypen der F2 zu bestimmen: Rückkreuzung mit reinerbigem Individuum
- Wenn F2 RR -> nur dominante Phänotypen
- Wenn F2 Rr -> auch rezessive -> 1:3
3
Q
Dominanz/Rezessivität/Intermediärer Erbgang/Kodominanz
A
- Dominanz -> Gen dessen Phänotyp ausgeprägt wird, setzt sich durch
- Rezessiv -> unterliegt
- Intermediärer Erbgang -> unvollständige Dominanz, nur dominante Gene
- Abstufungen der Phänotypen, z.B. Farbe -> Mischung statt Dominanz (nicht genug Gendosis)
- Kodominanz: ein Gen in mehr als 2 Allelen à multiple Allelie
- Merkmale bilden sich in F1 separat aus (zB Blutgruppen)
4
Q
Die Chromosomentheorie
A
- Gene befinden sich auf Chromosomen
- Jedes Gen ist unveränderlich einem bestimmten Chromosom zugeordnet
- Es gibt Gonosomen
5
Q
Dihybrider Erbgang
A
- Erbgang, in dem 2 unabhängige Merkmale vererbt und beobachtet werden
- Mendelsches Gesetz -> Neukombinationsgesetzt -> es kommt in der F2 zu Neukombination der parentalen Merkmale, d.h. Individuen mit je einem Merkmal der Eltern -> 9:3:3:1
6
Q
Wozu dient der Chi2-Test in der Genetik
A
- Statistische Relevanz der Ergebnisse einer Stichprobe abschätzen
- > Ablehnen/Annehemen der Nullhypothese
7
Q
Was ist Komplementation?
A
- Ist Phänotyp auf mehreren Allelen kodiert?
- > Bsp. Blaue Blütenfarbe -> verkrüppeltes Genom, weiße aussortieren -> untereinander Kreuzen
- > Kommt blau trotzdem wieder vor?
8
Q
Wie werden reine Linien hergestellt?
A
- Multiple konsekutive Selbstbefruchtung
9
Q
Welche Phänomene konnte Mendel nicht mit seinen Regeln beschreiben?
A
- X-chromosomale Vererbung, Imprinting, Haploide Organismen, Heterosis, Extranukleäre Vererbung
10
Q
Grundeinheiten der DNA -> Aufbau, Nomenklatur
A
- Base -> A/T/G/C s. Zeichnung
11
Q
adenine
A
puryne. mit T und 2 bindungen
12
Q
thymine
A
pyrimidine. it A und 2 bindungen
13
Q
cytosine
A
pyrimidine..mit G und 3 bindungen
14
Q
guanine
A
puryne. mit c und 3 bindungen
15
Q
uracil
A
pyrimidine.. mit a und 2 bindungen
16
Q
DNA ist in Grenzen flexibel
A
- Fünfringe der Desoxyribosen
- Bindung Desoxyribose-Phosphatrest
- Glycosidische Bindungen Purin- und Pyrimidinringe
Propellertwist
17
Q
Der Aufbau der Doppelhelix -> Helixtypen
A
- Antiparallele Stränge in rechtsläufiger Helix
- außen hydrophiles Zucker-Phosphat-Rückgrat
- innen hydrophobe Basen
- Helixtypen
- B-Form -> dominant
- A-Form -> ist gekippt, dichter, bei abnehmendem Wassergehalt
- Z-Typ -> bei hohem Salzgehalt, zick-zack Form und gekippt, LINKSLÄUFIG!
18
Q
Wie schmilzt DNA? Schmelzkurve und Tm kennen
A
- Schmelzkurve bedingt durch Anzahl der G-C Paare, diese mit 3 HBB verbunden und stabiler
- Kurve fast sigmoidal, sehr steil
- Tm -> halbmaximale Absorption -> Hälfte der DNA einzelsträngig/denaturiert
19
Q
Was ist supercoiling? Was ist die Linking Number? Wann tritt Supercoiling auf?
A
- Ringförmige DNA in superhelikaler Struktur durch Einfügen/Entfernen einer Windung = Twist
- Vorkommen z.B. bei Transkription/Replikation, um Aufdrehen der DNA zu kompensieren
- Linking Number LK -> Anzahl der eingefügten Windungen und somit Grad des Supercoilings
- Lk = Twist + Writh (gibt an wie oft sich DNA überkreuzt)
20
Q
Eigenschaften von DNA Topoisomerasen
A
- Enzyme, die die Topologie der DNA durch Einfügen/Entfernen einer o. mehrerer Windungen ändern
- Substrat: DNA
- Typ IA -> schneidet Einzelstrang, führt anderen durch Lücke à entspannt (-)
- Typ IB -> wirkt als Drehgelnk, mehrfaches Winden möglich à entspannt (-)/(+)
- Typ IIA -> schneidet Doppelstrang, führt (-) supercoil ein oder entspannt
- verbraucht ATP
21
Q
Einige wichtige Genomgrößen
A
- E.coli: 500.000 Basenpaare, 4.500 Gene
- Hefe: 12 Mio Basen, 6.300 Genome, 32 Chromosomen
- Mensch: 3.000 Mio Basen, 20.500 Genome, 46 Chromosomen
22
Q
Das menschliche Genom (und die meisten Eukaryotischen Genome) bestehen nur zu einem kleinen Teil aus Genen
A
- Viele repetitive Sequenzen
23
Q
Welche repetitiven Sequenzen gibt es?
A
- Minisatteliten 10-100 Basenpaare
- Microsatteliten kurze Sequenzen, bis 100 Stück im Genom -> (LINES,SINES,Retroelemente)
24
Q
Wie ist das Genom von E. coli strukturiert
A
- Größtenteils superspiralisierte Schleifen um einen zentralen Proteinkern
25
Aufbau eines Chromosoms
* 2 Schwesterchromatiden
* Telomere oben und unten
* Zentromer als Verbindung
* NOR
26
Wie liegen Chromosomen in der Interphase, im Zellzyklus vor?
* 0, G1 -\> 1-Chromatid-Chromosom, aggregiert
* S -\> Replikation, nicht aggregiert
* G2 -\> 2-Chromatid-Chromosomen, aggregiert
27
Was sind Histone?
* Oktamere Proteine, um die die DNA gewickelt wird, um sie zu aggregieren
* 2x H2A, 2x H2B, 2x H3, 2x H4
* Hoher Anteil basischer AS mit positiven Ladungen \<--\> WW mit negativ geladener DNA
-\> 2. Organisationsebene DNA
28
Wie ist ein Nukleosom aufgebaut?
* Histon um das DNA gewickelt ist -\> Histonkern, Kern-DNA, Linker-DNA
29
Verpackung von DNA im Chromosom
* Chromatinfasern, die an Scaffold befestigt sind, um diesen aggregiert
* Condensine halten Schleifen zusammen
* Cohesine halten Schwesterchromatide zusammen
* Dann in 10 und 30 nm Fasern auf Histone gewickelt
* Modifikation des Chromatinzustandes über N-Termini der Histone
30
Nukleosomen können ihre Lage verändern
* Erhöht Zugänglichkeit für DNA-bindende Proteine
* Sliding, Transfer, Drehung
31
Histone werden an N-Termini modifiziert
* PUMA
* Phosphorylierung (fester)
* Ubiquitinylierung (fester)
* Methylierung (lockert) \<--\> Demethylierung (fester)
* Acetylierung (fester)
32
Histoncode bedingt Ausbildung der Chromatinstruktur à Epigenetischer Code
-.-
33
Enzyme der Replikation
* Helicasen -\> Aufdrehen und Trennen von DNA-Doppelsträngen
* Primasen (DNA-abhängige RNA-Synthetasen)-\> setzen RNA-Primer
* DNA-Polymerase III (DNA-abhängige DNA-Synthetase) -\> fügt Nucleotide komplementär zum Matritzenstrang ein
* DNA-Polymerase II -\> Korrekturlesefunktion
* DNA-Polymerase I -\> entfernt Primer vom 5‘-Ende her und fügt komplementäre Nucleotide ein
* Ligasen -\> verbindet benachbarte Okazakifragmente
34
Wie wird die Replikation initiiert?
* Replikationsursprung + Replikationsinitiatoren
* ORI -\> Origin of Replication, A-T-reicher Bereich, leicht aufzuschmelzen
* Primasen (DNA-abhängige RNA-Polymerasen) initiieren DNA-Synthese durch RNA-Primer
35
Was sind Okazaki-Frgamente?
* Entstehen am diskontinuierlichen Strang, da hier nicht von 5‘ nach 3‘ synthetisiert werden kann, sondern immer nur stückchenweise -\> es müssen immer neue RNA-Primer gesetzt werden und es entstehen somit Abschnitte/Fragmente
36
Wie sieht die Replikationsgabel aus
* Helicase und stabilisierende Proteine vorne weg
* Kontinuierlicher Strang (am 3‘ -\> 5‘ Strang der Matritze) in einem fort von 5‘ nach 3‘ synthetisiert nachdem ein Primer gesetzt wurde
* Am diskontinuierlichen Strang Synthese in einzelnen Okazaki-Fragmenten, dahinter entfernen und Auffüllen + Verbinden der Primer
37
Replikation Eukaryoten
Die Replikationsinitiation ist zellzyklusabhängig, über cyclinabhängige Kinasen gesteuert
38
Multiple ORIs
* Werden nicht gleichzeitig genutzt -\> Regulation durch Kondensation des Chromatins
39
Wesentlich mehr Initiationsfaktoren und Polymerasen als in E. coli
.
40
Probleme entstehen an den Chromosomenenden, die nach jeder Replikation schrumpfen müssten
- \> Lösung: Telomerasen
* Telomerasen = Reverse Transkriptasen -\> fügen kurze repetitive Sequenzen an Ende an, um letztes Stück DNA an diskontinuierlichem Strang zu ergänzen
41
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie
* Unidirektionalität des Informationsflusses DNA -\> RNA -\> Proteine
* Schließen von RNA auf DNA möglich, aber fertiges Protein zurück zur DNA nicht
42
Wie sehen Promotoren aus?
* Prokaryoten
* TTG (-36), TATA-Box (-10) pribnow
* Eukaryoten
Wesentlich komplexer, auch TATA-Box, keine festen Abstände
43
Welche Polymerasen transkribieren was?
* RNA-Polymerase I -\> rRNA
* RNA-Polymerase II -\> mRNA RNA-Pol II aus 2x α-, β-, β‘- und σ-Untereinheit aufgebaut
* RNA-Polymerase III -\> tRNA
44
Transkriptionsinititation: Faktoren und Ereignisse
* Prokaryoten
* Bindung RNA-Polymerase an Promotoren (TTG)
* Aufschmelzung
* Abortive Initiation (kurze RNA-Stücke
* Entlassen d. Sigma-UE (diese dient nur zur Erkennung der TATA-Box!!)
* Elongation
* Eukaryoten
* Schlüsselprotein: TFIIH
* Erkennt Bereich und bindet an TATA
* Öffnet DNA (ATP-Verbrauch)
* Phosphoryliert C-Terminale-Domäne von Pol. II (eingeschränkt -\> Mondscheinkrank.)
* Weitere Enzyme: TBP -\> TATA-Box-Binding-Protein, PIC -\> Präinitiationskomplex,
* Enhancer -\> aktivieren auf größere Entfernungen
* Promoter kann erneut genutzt werden, bevor Transkript fertig
45
Elongation: Pausen als Regulationsstellen
* Pausen nötig, da C-Terminale Domäne zum beladen der mRNA Zeit braucht
- \> Pausen regulieren Anzahl der Faktoren
46
Transkriptionstermination in Pro-/Eukaryoten
* Prokaryoten -\> ohne Terminationsfaktoren -\> komplementäre Basen am Ende führen zu „hairpin loop“ als Sekundärstruktur, wirkt zusammen mit oligo-U als Terminator
* Eukaryoten mit Terminationsfaktoren -\> Rho-Faktoren binden an RNA-Motive
47
Verknüpfung von Transkription und RNA-Reifung in Eukaryoten über CTD der RNA-Pol. II
* CTD belädt RNA mit RNA-Prozessierungsfaktoren und DNA mit Chromatinmodulatoren
* RNA: Exportfaktoren, Splicing-Faktoren, etc.
48
Aufbau der 5‘-cap von eukaryotischen mRNAs
* 7-Methylguanylat mit 5‘ -\> 5‘ linkage aus 3 Phosphorgruppen (Polio -\> kein Capping)
49
Funktionen der Cap
* Schutz vor Abbau durch Exonucleasen
* Effizienterer Transport aus dem Zellkern
* Effizientere Translation
50
Wie werden PolyA-Schwänze an mRNAs gehängt?
* Wichtigste 3 Enzyme
* RNA-Polymerase II -\> stellt Strang her,
* Endonuclease schneidet zu
* Poly(A)-Polymerase hängt Poly-A-Schwanz an
* An Polyadenylisierungsstelle (CA) mit Signal AAUAAA + Stromabwärtssequ. UUGUUG
* Endonuclease schneidet an bestimmter Stelle
51
Funktion des PolyA-Schwanzes und Bedeutung für die Gentechnik
* Zirkuläre Formation der mRNA
* Schützt mRNA und dient als Timer für ihren Abbau
* Gentechnisch: Präparation von mRNA mittels Affinitätschromatographie
* PolyA binden an Substrat mit PolyU, RNA ohne PolyA eluiert
52
Intronsequenzelemte in Eukaryoten
* Sind konserviert
* GT-AG-Regel -\> Introns zwischen GT (GU) und AG
53
Was ist das Spleißosom/SNURP?
* Apparat zum Sleißen
* SNURPS sind die Protein-Untereinheiten dieses Apparats (snRNP U1,U2,U4,U5,U6)
* small nuclear ribonucleic particles
* snRNA small nuclear RNA pieces
54
Spleißosomale Introns stammen von autokatalytischen Introns ab -\> RNA kann katalytisch aktiv sein
* Spleißosom ist ein Ribozym
55
Wie funktioniert alternatives Spleißen?
* Spleißen unterschiedlich vieler Introns -\> mehrere Proteine von einem Gen
* Nur Exons codieren funktionale Domänen
* Regulation: Enhancer und Silencer
* Gewebespezifisch
56
Spleißen erhöht die Anzahl der Proteine, die von einer mRNA codiert werden können und erhöht das evolutionäre Potential eines Genoms
* Neue Gene durch Austausch von Exons
57
Wichtigste Typen der Edierung:
* Insertion / Deletion von U
* Desaminierung A nach I (Inosin) und C nach U (auch beim Menschen)
58
Welche Auswirkungen hat Edierung auf die Funktion von RNAs?
* Ändert Codon
* fügt alternative Spleißstellen ein
* Erweiterte Codonerkennung in tRNAs durch Inosin
59
RNA-Edierung kann die Funktion von Neurorezeptoren beeinflussen
* Veränderte AS-Sequenz -\> veränderte Funktion des Rezeptors
- \> Verlust der Edierung führt zu mentalen Störungen (Depression bis Suizid)
60
Was wird beim Kernexport in welche Richtung transportiert?
* m/t/snRNA und pre-Ribosomen, pre-miRNA raus
* Strukturproteine, Histone, Nucleulusproteine, snRNPs rein
61
Wie ist der Kernporenkomplex grob aufgebaut?
* Außerhalb des Kerns
* Cyctoplasmic filaments
* In der Membran
* Cytoplasmic ring
* Lumenal spoke ring
* Nuclear ring
* Innerhalb des Kerns
* Nuclear basket
62
Welche Bestandteile von mRNP-Partikeln sind wichtig für den Export?
* RNA-Bindeproteine (hnRNPs) und Modifikationen der Reifen RNA + passende Bindeproteine
63
Die drei Schritte des Exports
* Assemblierung -\> mRNA wird als mRNP transportiert
* 5‘-Cap-Bindeproteine, 3‘-PolyA-Bindeproteine, Spleißfaktoren, generelle RNA-Bindeproteine
* Anheftung Mex67
* Translokation
* Interaktion Nups \<--\> Mex67 und Diffusion
* Disassemblierung
* Abspaltung Mex67 ist wichtig für Direktionalität
64
rRNAs und tRNAs zeigen ausgedehnte Selbstfaltung
* Werden modifiziert, um Faltung zu stabilisieren
* geschnitten, gespleißt, verkürzt, an Basen modifiziert, AS und ACC-Ende angehängt
65
tRNA Struktur (2- und 3D)
* Kleeblatt- und L-Struktur
66
Aminoacylierung von tRNAs
* Aminoacetyl-tRNA-Synthetase: 3 Bindestellen für ATP, tRNA und entsprechende AS
* 1. Schritt -\> Adenylierung -\> Transfer AMP auf AS
* 2. Schritt -\> tRNA-Beladung, AMP wird wieder frei
67
rRNAs werden im Nukleolus transkribiert und von snoRNPs prozessiert -\> Struktur Nukleolus
* snoRNPs -\> small nucleolar RNPs, erkennen zu modifizierende Basen
* Nukleulus barrierelos unterteilt in: Fibrillar Center,
Granular Component-\> kinetische Struktur
Dense Fibrillar Components
68
Eigenschaften des genetischen Codes
* Triplettcode
* Start AUG
* Stopp: UAG, UAA, UGA
* Kommafrei, nicht überlappend
* Eindeutig
* Degeneriert
Universell
69
tRNAs erkennen tw. multiple Codons (Wobble)
* Letzte Base in Anticodon ist „wackelig“ -\> kann mehrere Basen im Codon codieren
* Beispiel: Serin-Wobbel mit I -\> 3 Anticodons decken 6 Basen ab, alle Serin
* Beispiel Alanin-Wobbel mit I -\> 1 Anticodon 3 Basen für Alanin
70
Aufbau eines Ribosoms
* Prokaryoten: 30S UE + 50S UE -\> 70S
* Eukaryoten: 40S UE + 60S UE -\> 80S
* 16S rRNA und EF-Tu -\> Verifizierung der Codon-Anticodon-Interaktion
* 23S rRNA -\> Peptidyltransferaseaktivität (verknüpft AS)
71
Inititation Translation -\> Scanning + Kozak/Shine-Dalgarno
* Prokaryoten: - rRNA der 30S UE positioniert UE an Shine-Dalgarno-Sequenz
- Bildung des Initiationskomplexes an kleiner UE
- Initiator-tRNA bindet, trägt Methionin
- \> Aminogruppe durch Formylierung geblockt -\> Wachstumsrichtung
- Initiationsfaktoren lösen sich ab
- große UE bindet
Polysom -\> mehrere Ribosomen translatieren 1 mRNA (1Ribosom/80 nt)
- \> polycistronisch
* Eukaryoten: - monocistronisch
- mRNA zirkulär (eukaryot. Initiationsfaktor interagiert mit PolyA-Bindeproteinen)
- \> Vorteil: Signal für intakte mRNA, nur dann Translation
- 40S-UE bindet an Cap und scannt unter ATP-Verbrauch bis AUG-Codon
- Kozak-Seq. hilft bei der Erkennung
- kein fMet, aber 2 tRNAs für Methionin, eine davon nur zur Initiation
72
Elongation: Wie wird die Genauigkeit der Translation gewährleistet?
* EF-Tu und EF-G
* erkennen korrekte Basenpaarung
* interagieren erst nach korrekter Bindung an A-Stelle mit Faktorbindungsstelle
73
Wie funktionieren Terminationsfaktoren?
* ähneln tRNAs
* erkennen Stop-Codon -\> Ribosom fällt von mRNA ab
74
Die meisten Proteine werden posttranslational modifiziert
* Modifikationen:
* Acylierung, Phosphorylierung, Glycosylierung, Prenylierung
75
Funktion von Ascorbat
* Ascorbat-vermittelte Oxidation von Prolin und Lysin
* Wichtig in Collagenfasern (je 3 helikale Proteine)
* Hydroxylierte Proline und Lysine bilden HBB zur Verbindung der Fasern
76
Proteine können über Endopeptidasen gereift werden
* Reifung von Insulin im Pankreas
* Endoplasmatisches Retikulum besitzt membranständige Proteasen
* Preproinsulin -\> Proinsulin -\> Insulin
77
Sekretierte Proteine werden über das raue ER und den Golgi transportiert
ER-Lokalisation erfolgt kotranslational mit Hilfe eines SRPs
* Signal-Recognition-Particle erkennt Signalpeptid
* Naszierende Peptidkette wird direkt auf Translocon gesetzt und ins ER synthetisiert
78
Im ER erfolgt Proteinmodifikation
* Proteinfaltungen, Disulfidbrücken, Glykosylierung
79
Proteinsortierung in allen Kompartimenten erfolgt über unterschiedlichste Signalsequenzen
* Jedes Kompartiment ein Signalpeptid
* ER: N-terminal 5-10 hydrophobe AS
* Peroxisomen: C-terminal …SKL-COO-
* Kernimport: internes Signal …PPKKKRKV… und 4-5 konsekutive positive Ladungen
* Mitochondrien: N-terminal, amphipatisch (alpha-Helix)
* Transportsystem: TOM und TIM = Translocators in Outer/Inner Membrane of Mitochondria
* Chloroplasten: N-terminal Serinreich
* Transportsystem: TOC und TIC
80
Welche Membranproteintypen gibt es?
* Transporter, Kanäle, Porine, Translocon, Rezeptoren
81
2 Typen Membranproteine
* Periphere Membranproteine
* Integrale Membranproteine
* Α-helicale Bündel (zB ER-Translocon)
* β-Barrels (zB Porine)
* 30% der ORFs codieren Transmembranproteine
82
Transporter
* Primäre Transporter
* Sekundäre Transporter -\> Symporter und Antiporter
83
Die Orientierung von Membrandomänen à positive-inside rule
* Bei positiver Ladungsdifferenz N-terminale-Domäne innen
84
Die unterschiedlichen Zytosen
* Endocytose = Aufnahme von Substanzen
* Phagozytose -\> Partikel
* Pinocytose -\> Flüssigkeiten
* Rezeptor vermittelte Endocytose
* Exocytose = Abgabe von Substanzen
85
Welche Faktoren werden für den Clathrin-abhängigen Transport benötigt? Wie funktionieren sie?
* pits“ initiieren „budding“ -\> Clathrin ist selbstassemblierend, erkennen des Rezeptors benötigt GTP
* Adaptine (3Typen) -\> Erkennen Frachtgut
* Dynamin (+ ATP) zum Abschnüren der Vesikel
* Eventuell HSP70 bei größerem Cargo
* (t- und v-snare -\> Fusion mit Zielmembran)
86
Welche anderen Vesikeltransportprozesse gibt es? Gemeinsamkeiten/Unterschiede zu Clathrin…
* COP I -\> am Golgi entlang Richtung ER -\> retrograd
* COP II -\> am Golgi entlang vom ER weg -\> anterograd
* Unterschied: Clathrin = Triskelionstruktur und COP II Vertex mit 4 Armen
* Gemeinsamkeit: Ausbildung einer Käfigstruktur
87
Wie wird die Membranidentität für den intrazellulären Transport hergestellt
* Phosphoinositide (PIP), Phosphorylierung als Marker für Bestimmungsort
* zB GTP-bindende Proteine (Rab-GTPasen -\> Rab5)
88
Genregulation = Limitierung der Rate der Produktion eines Proteins
Wie funktionieren aktivierende/reprimierende Transkriptionsfaktoren
* Transkriptionsfaktoren sind meist
* Modular organisiert
* Aktiv als Dimere
* Mit spezifischen DNA-Erkennungsstellen
* Negative Kontrolle: Repressor oder positive Kontrolle: Aktivator
* Proteine, regulatorische RNAs, Chromatinzustand
* Aktivatoren haben DNA-bindende und aktivierende Domäne
* Repression durch a) Konkurr Aktivator vs Repressor
b) Repressor bindet Aktivator und inhibiert diesen
c) Repressor inaktiviert Transkriptionsfaktor
89
Wie funktionieren Steroid-Hormonrezeptoren?
* 3 funktionelle Domänen: Liganden-(Hormon-)Bindedomäne
DNA-Bindedomäne
aktivierende Domäne
* Bindung des Hormons erlaubt Import des Transkriptionsfaktors in den Zellkern
* Hormonabhängige Aktivierung à Regulation der Genexpression
90
Vom Signalmolekül zum Gen
* Der Ligand ist der primäre Messenger
* Ein Membranprotein gibt das Signal über die Membran weiter an einen sek. Messenger
* Der sekundäre Messenger gibt Signal von Innenseiten der Membran weiter an cytosolische Faktoren
* Kinase-Kaskade (optional)
* Transkriptionsfaktor wandert in Zellkern
91
Rezeptortypen
* G-Protein Rezeptoren
* Tyrosinkinaserezeptoren
* Ionenkanäle
* Intrazelluläre Rezeptoren (für membranlösliche Liganden, vg. Steroidhormone)
92
Was ist ein primärer / sekundärer Messenger?
* Primärer Messsenger dringt nicht in Zelle ein, ist Ligand für membranständigen Rezeptor
* Sekundärer Messenger wird durch Liganden aktiviert und von Membranständigen Proteinen in die Zelle ausgeschüttet
93
Wie funktionieren trimere G-Proteine?
* G-Proteinrezeptoren: 2 Typen
* Heterotrimere G Proteine und kleine monomere G-Proteine
* Gemeinsames Prinzip -\> molekulare Schalter, die GTP binden können
* Heterotrimere G Proteine:
* Signalweiterleitung durch Gα oder andere Isoformen, wichtigste: Gsα
* Adenylatcyclase
* Aktivierung cAMP als second messenger
* Aktivierung Proteinkinasen
* Entfernung Repressor
* Gen aktiv
* Kleine monomere G Proteine
* Regulieren Zytoskelett und Zellwachstum
94
Wie funktionieren Tyrosinrezeptorkinasen?
* Rezeptoren die aktiviert werden müssen
* Ligandenbindung -\> Dimerisierung -\> Tyrosinphosphorylierung (auf cytosolischer Membranseite)
* Aktivatorproteine binden an phosphorylierten Rezeptor und leiten Signal weiter
* Signalabschaltung durch Endozytosen -\> Vesikel -\> Dephosphorylierung -\> Recycling
95
Signaltransduktionswege überlappen / können redundant sein
* z.B. Tyrosinrezeptorkinasen aktivieren verstärkt durch second Messenger mehrere Signaltransduktionswege gleichzeitig (G-Proteine sind spezifischer)
96
Apoptose – extrinsischer Weg (Todesrezeptoren)
* Liganden aktivieren Todesrezeptoren in Membran -\> Homotrimerisierung
* Bindung und Aktivierung von FADD
* Fromierung von DISC
* Rekrutierung der Procaspasen 8, 10
* Aktivierung der Effektorcaspasen 3,6,7
* Angriff und Zerstörung wichtiger Zellstrukturen
* Lamine, Zytoskelett, DNA-reparierende Enzyme, Inhibitor der Endonuklease CAD, …
97
Apoptose – intrinsischer Weg
* Bcl-2 Proteine sind pro-survival oder pro-apoptosis
* Hetero-Dimer aus Bcl-2 und Bax -\> Inhibiert apoptotische Aktivität
* Homo-Dimer aus Bax und Bax -\> Apoptose
* Intrinsisches Apoptosesignal -\> cytC verlässt Mitochondrien
* Kaspasekaskade -\> Apoptosom entsteht
* Aktivierung Procaspase 9
* Aktivierung der Effektorcaspasen 3,6,7
98
RNA Silencing = RNA interfence = RNAi = gezielter Abbau von RNAs, für die dsRNA Intermediate vorliegen
Maschinerie
* Dicer (Endonucleasen, RNAse III) -\> erkennt dsRNA und schneidet sie in definierte Stücke - siRNA
* RISC-Komplex enthält Helicase, Endonuklease und gebundene siRNA
* benutzt kurze siRNA-Stücke, entfernt Sense-Strang und wird dann aktiv, Antisense Strang definiert Spezifität -\> Erkennung homologer Sequenzen und Zerschneiden (Slicing)
* Funktion: Abwehr der von Viren injizierten dsRNA, Transposons, Silencing von Genen
99
miRNAs = MicroRNAs
* Unterdrücken Expression von Zielgenen
* Hemmung der Translation
* mRNA-Abbau
* Eine miRNA kann viele mRNAs regulieren
* Gewebespezifisch exprimiert
* Entstehung:
* RNA-Pol II macht pri-miRNA
* Drosha/Pasha macht daraus pre-miRNA
* Exprortin transportiert diese aus dem Zellkern
* Dicer schneidet zu miRNA
* RISC bindet miRNA und reprimiert Genxpression
100
uORFs reprimieren die Translation vieler mRNAs
* Upstream Open Reading Frame
* Nonsense/Nonstop mediated decay (NMD) = Abbauweg für defekte mRNA
* Nicht-translatierte RNAs werden in P-Körperchen abgelagert und abgebaut
101
IRES erlauben die Translation von internen (sekundären) Startkodonen unabhängig von der Cap
* IHRES = Internal Ribosome Entry Site
* RNA-Vieren nach Zelleingang auf Translation ihrer RNA angewiesen
* IRES rekrutieren Präinitiationskomplex
* IRES kommen auch in eukaryotischen mRNAs vor
* zB G2/M-Phase: p58-Kinasen von mRNA über IRES translatiert
* zB während Apoptose: CAP-abhängige Translation inhibiert, Zelltodproteine über IHRES translatiert
* Tumorzellen: Mutationen in IRES von c-Myc -\> wird stärker translatiert -\> Krebs
102
Proteinabbau kann über Ubiquitinylierung und das Proteasom reguliert sein
* Ubiquitin markiert Proteine die Abgebaut werden sollen (ATP-Verbrauch)
* Proteasom erkennt Ubiquitinylierung
103
RNA Transport nutzt Cytoskelett, Motorproteine transportieren translationsinaktive mRNA-Protein Komplexe
* Auf Mikrotubuli
* Kinesine -\> anterograd
* Dyneine -\> retrograd
* Auf Actin
* Myosin
104
mRNA Lokalisation bestimmt Proteinlokalisation
Proteingradient von Transkriptionsfaktoren bestimmt die Entwicklung von Geweben in Drosophila
* Da wo sich entsprechende Proteingradienten im Ei entwickeln, entsteht relativ gesehen auch die entsprechenden Proteine und daraus Gewebe -\> bestimmt Segmentation der Zygote
105
Homöotische Gene wirken als Schalter für die Entwicklung von Organen -\> HOX-Cluster
* Masterregulatoren: Spätere Larvalentwicklung in Drosophila -\> Imaginalscheiben entwickeln sich zu Organen des Imago -\> werden bestimmte an oder ausgeschaltet entwickeln sich z.B. aus Mundwerkzeugen Beine
* Im Menschen homöotische Mutationen z.B. sichtbar durch Syndaktylie
106
Spontane Mutationsrate bei Pro- und Eukaryoten: Basenaustausch pro Nukleotidpaar/Generation: ca. 1\*10-8
Es gibt negative, neutrale und positive Mutationen
Mutationen sind ungerichtet
Mutationstypen
* Stumme Mutation -\> Das Codon wurde zwar verändert, codiert aber noch die selbe AS
* Nonsense -\> ein Codon wird durch Punktmutation zu einem Stop-Codon
* Missense -\> eine Base wird geändert, Codon codiert eine andere/falsche Aminosäuren
* Punktmutation:
* Transition -\> Punktmutation: Pyrimidin -\> Pyrimidin, Purin -\> Purin
* Transversion -\> Punktmutation: Pyrimidin \<-\> Purin
* Rasterschubmutation -\> Deletion/Insertion eines Nucleotids verschiebt Leseraster
* alle folgenden AS sind verändert/falsch
* Reversion -\> Punktmutation wird durch weitere Mutation ausgeglichen
z.B. TTA Leu -\> TTT Phe -\> CTT Leu
107
mutationen
* Supressormuattion -\> eine Nonsense-Mutation wird durch Mutation der entsprechenden tRNA
ausgeglichen/unterdrückt
* Tautomerverschiebung
* Basen können in Isoform vorliegen (kurzzeitige Umlagerung von H+ bei selber Summenformel
* Führt zu ungewöhnlicher Basenpaarung
* Intrinsische Eigenschaft
* Desaminierung = Hydrolyse der exocyclischen Aminogruppen
* Spontan oder durch Nitrat/Nitrit/salpetrige Säure
* C wird U, ist aber unproblematisch, U wird leicht erkannt
* Depyrimidinierung
* 2-Stufenprozess:
* C wird desaminiert zu U
* Uracil-DNA-Glykosylase entfernt U
* Führt zu Verlust genetischer Information
* Depurinierung
* Guanin wird entfernt
* Verlust genetischer Information durch bevorzugten Einbau von Adenin-nukleotiden
* Bei Replikation: 1 Strang normal G-C, 1 Strang A-T
108
Chemische Mutagentien
* Oxidantien -\> Angriff von DB durch reaktive Sauerstoff-Spezies (O2-, OH-Radikale, H2O2)
* Verlust der Planarität
* Basenanaloga -\> Strukturähnliche Stoffe an Stelle der Basen eingebaut (5-Bromuracil ähnelt Thymin)
* Alkylatoren -\> Modifizierung der N- & O-Gruppen
* Änderung der Paarungseigenschaften
* Störung der helikalen Struktur
* EMS (Ethylmethansulfonat)
* NG (Nitrosoguanidin)
* Interkalatoren -\> Substanz bewirkt frame-shift-Mutationen (Änderung der Abstände zwischen Basen)
* Proflavin, Ethidiumbromid, Acridinorange
109
Strahlung
* UV-Mutagenese
* Hotspots: benachbarte Thymin-Nucleotide werden verknüpft -\> Pyrimidin-Dimere
* Helix stark verzerrt -\> keine Replikation
* Ionisierende Strahlung -\> Strangbrüche
110
Was ist der Ames-Test?
* Wie mutagen ist eine chemische Substanz?
* Salmonella-Stamm ohne DNA-Reparatur und His-
* Inkubation mit mutagener Substanz
* oder Inkubation mit Leberextrakt von Ratten, die Substanz zu sich nahmen
* Plattierung auf Medium ohne Histidin
* Zählen der Revertanten (Rückmutationen à His+)
111
Passiver Schutz gegen DNA-Schäden
* Haut/Pigmente
* Radikalfänger -\> Vitamin C
* Enzyme (Superoxid-Dismutase, Katalase)
* Redox-Puffer
* Räumliche Trennung von DNA und reaktiver Sauerstoff-Spezies
112
Aktiver Schutz -\> Reparatur
* Direkte Eliminierung
* Photoreaktivierung
* Enzym Photolyase absorbiert schädliches Licht und stellt native DNA wieder her
* Dealkylierung
* Alkalysetransferase entfernt Alkylreste zwischen Basen
Selbstmord-Enzym, wirkt stöchiometrisch
113
MMR
* MMR -\> Mismatch-Repair
* Scanning neuer DNA unmittelbar nach Replikation
* Erkennt Mismatches
* Neuer Strang über fehlende Methylierung erkannt
* Nur kurzes Zeitfenster nach der Replikation
* Methylierung machen dam-Methylasen
* Rekrutiert weitere Proteine die Reparatur vornehmen
* MutL und MutH bauen Strang tw. ab
114
excision des dna schaden BER NER
* Excision des Schadens
* BER = Basenexzisionsreparatur
* Glykosylasen scannen Genom auf Basenschäden
* Prozessierung durch Hip-Out (Herausdrehen)
* Hydrolyse der glykosidischen Bindung durch AP-Endonuklease
* Auffüllen der Lücke und Ligation durch DNA-Pol. I und Ligase
* Für Mutationen, die nicht die Helix verzerren
* NER = Nukleotid-Exzisionsreparatur
* Erkennt größere Basenveränderungen (T-T-Dimere)
* Schneidet beidseitig der Läsion kleines Stück DNA heraus
* Neu Auffüllen durch DNA-Pol. I und Ligase
* Kann an Transkription gekoppelt sein
* Für größere, die Helix verzerrende Schäden
* Bei Mutation von NER: Xeroderma pigmentosum
115
* Rekombination vs shaden dna
* Rekombination
* Doppelstrangbruchreparatur
* Bei Bruch gehen durch Abbau der Enden Nucleotide verloren
* Nonhomologous End-Joining verbindet einfach nur
* Homologous End-Joining stellt komplette Sequenz wieder her durch kopieren von zweitem Chromosom
116
Toleranz
* Expression von Rettungssystemen, die die DNA-Integrität wiederherstellen, ohne Mutation zu beseitigen
.
117
Autopolyploidie -
- \> Verdopplung des endogenen Chromosomensatzes
* Pflanzen -\> größere Früchte/Blüten
menschen tod
118
Allopolyploidie
- \> Verdopplung zweier Chromosomensätzen nach Hybridisierung
* Artbildung von Pflanzen -\> zB Kohlsorten
119
Wie kann triploidie entstehen? Vorteile der Triploidie?
* Ein Elternteil tetraploide, das andere diploid -\> Geschlechtszelle nach Meiose diploid und haploid
- \> Triploide Zygote (lebensfähig, nicht fertil)
* Nutzen: Lebensmittel -\> Kernlose Früchte
Graskarpfen zur Gewässerreinigung -\> nicht fertil, sterben im Gewässer aus
120
Wo kommt Monoploidie vor? Wie kommt sie Zustande?
* Hautflügler z.B. Bienen, Ameisen, Wespen
* Drohnen können nur männliche Nachkommen bekommen, diese entstehen aus einem unbefruchteten Ei durch Mitose
* Vorteil: Vererbung rezessiver Krankheiten nicht möglich, Männchen bilden diese immer sofort aus und pflanzen sich nicht fort
121
Wie entsteht Deletion?
* In Chromosomen -\> Hitze, Strahlung, Viren
* Terminal oder intern -\> Chromosom ist hemizygot, nur 1 Gen ist präsent
122
Was bedeutet Deletionskartierung? Was bedeutet Hemizygotie?
* Deletionskartierung -\> Ermittlung des Locus eines mutierten Gens mithilfe einer Reihe von Kreuzungen mit Individuen bei denen ein bestimmter Genort deletiert wird
- \> sind beide Genorte identisch, wird die Mutation exponiert Hemizygotie
* Hemizygotie -\> durch Deletion wird immer das einzige noch Vorhandene Gen für diesen Ort exponiert
123
Duplikation: Bedeutend für die Evolution
* Die meisten Mutationen an kritischen Orten sind letal -\> durch Duplikation mehr Möglichkeit zur Variation und trotzdem überlebende Individuen
* Duplikation erhöht die Gendosis und erzeugt phänotypische Variation
124
Syntenie = Gemeinsamkeiten in der Reihenfolge von Genen oder Gensegmenten
* zB konservierte Genabfolgen bei Mäusen und Menschen
125
Translokation: Bedeutung für die Krebsentstehung über die Aktivierung von Onkogenen
* Translokation = Abberation, bei der 1 Gensegment an einen neuen Ort verschoben wird
* Terminale Translokation
* Reziproke Translokation
* Proto-Oncogene werden an Stellen gesetzt, an denen sie viel zu oft repliziert werden -\> Krebs
* zB cMYC = Proto-Oncogen des Menschen wird von Chr. 8 in den Chromosomen 2,14,22 an eine Stelle translokiert, an der sonst Immunzellen exponiert werden, als Folge entstehen viel zu viele Mitochondrein in der Lymphdrüse (Burkitt-Lymphom)
* zB Pro-Onkogen von Chr. 9 gelangt auf Chr. 22 und wird durch Translokation aktiviert -\> Leukämie
* es kommen Genombereiche zusammen, die ein Proto-Oncogen aktivieren
126
Aneuploidien werden durch Nondisjunktionen von homologen Chromosomen während der Meiose verursacht
* Aneuploidie = Variation der Chromosomenzahl
* Nullisomie 2N-2, Monosomie 2N-1, Trisomie 2N+1 etc.
* Aneuploidien von Autosomen fast ausnahmslos schon vor der Geburt letal
(Ausnahmen: Trisomie 21,13,18 -\> aber auch hier verkürzte bis sehr geringe Lebenserwartungen)
127
Aneuploidien der Sexchromosomen mit vergleichsweise milden Defekten
* Klinefelter Syndrom XXY, XXXY, XXYY
* Männlich, steril, kleine Hoden, Brustentwicklung
* XYY
* Männlich, groß, dünn, Verhaltensauffällig
* Turner-Syndrom X0
* Weiblich, steril, keine äußeren Geschlechtsmerkmale, kurzwüchsig
* Trisomie X XXX
* Weiblich, phänotypisch unauffällig, Lernschwäche, verringerte Fertilität, aber möglich
128
Rekombinationstypen
* Homologe Rekombination („stumm“, gleiche Gene ausgetauscht)
* Illegitime Rekombination (nicht-homologe Chr.)
* Sequenzifische Rekombination
* Transposition -\> Kopie des Elementes an andere Stelle im Genom
129
Was ist linkage?
* Zwei Gene auf einem Chromosom, werden zusammen vererbt
* Linkage group = alle Gene auf einem Chromosom
130
Wie funktioniert Genkartierung
* Genkatierung beruht auf Rekombinationsfrequenz zwischen Allelen
* Rekombinationsfrequenz Rf = Zahl der Rekombinanten/Gesamtzahl\*100 in [cM] -\> relative Größe
131
Genetische Polymorphismen = Vorkommen mehrere Varianten eines Locus/Gens/Chromosoms
* Single-nucleotid polymorphism (SNP)
* Simple sequenz repeat (SSR) -\> microsattelite
* Restriction fragment length polymorphism (RFLP)
132
Synaptonemaler Komplex
* Vermittelt Paarung homologer Chr. und den koordinierten Genaustausch beim Crossing-over
133
Crossing-over -\> Maschinerie
* Spo11 (Endonuclease) – initialer Strangbruch -\> 2 UE schneiden um 2 Basen versetzt
* MRX-Komplex – Prossesierung des double-stranded break (DSB)
* DMC1 und RAD51 – Stranginvasion
* schützen Einzelstrang
* binden aber auch Stränge, hierzu Aufschmelzen des Doppelstrangs des anderen Chr.
* RuvA- und RuvB-Komplex – Material wird ausgetauscht
* Auflösung durch Stopp-Signal – Resolvase RuvC (Endonuclease)
* In seltenen Fällen ganzer Arm getauscht -\> meist Austausch relativ gering
* Polymerasen und Ligasen füllen Lücken und schließen sie wieder
134
Transposons = mobile genetische Elemente, die kopiert oder aus dem Genom herausgeschnitten und an einer anderen Stelle wieder eingefügt werden können -\> Transposition
Mechanismen der Transposition
* Über ein DNA-Intermediat -\> replikativ, nicht replikativ
* Über ein RNA-Intermediat -\> Retrotransposons, Retroposons (Lines, Sines) – mit RNA-Viren verwandt
135
Klassen von Transposons
-\> RNA-/DNA-Transpososns
136
Wie springen DNA-Transposons, wie Retrotransposons
* DNA-Transposons benötigen Transposasen zum springen
* Retrotransposons benötigen reverse Transkriptase und Integrase (Endonuclease) zum Springen
137
Das menschliche Genom besteht überwiegend aus Transposons
Die meisten Transposons sind durch direkte Repetitionen charakterisiert
.
138
Unterschie RNA und DNA ist
die deoxydierte C2 atom des zucker im DNA
Desoxyribonucleinsäure
ribonucleinsäure
