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Flashcards in Genetik Basics Deck (73):
1

Beschreibe den Unterschied zwischen der B-& der Z-Form der DNA!

A-Form: rechtgängige, asymmetrische Doppelhelix, Ganghöhe von 10 bp
Z-Form: lingsgängige, symmetrische Doppelhelix mit einer Ganghöhe von 12 bp; sie kommt in Sequenzen vor, in denen Purin und Pyrimidinbasen alternierend vorkommen.

2

Wie schnell synthetisiert die DNA-Polymerase der Eukaryoten und in welche Richtung?

20 bp/sec
Die knüpft immer ein Nukleotid an ein 3'-Ende des wachsenden Stranges an und synthetisiert damit in5'-3'-Richtung.

3

Welchen Abstand haben die verschiedenen Replikons in Eukaryoten voneinander?

30.000 bis 300.000 bp

4

Was ist der Primer und wie groß ist er?

Die DNA-Polymerase braucht ein bestehendes 3'-Ende zur Synthese, deshalb wird in der Replikationsgabel durch eine DNA-abh. RNA-Polymerase (Primase) ein 4-12 pb langer Primer aus RNA gebildet, an die die DNA-Polymerase anknüpfen kann.

5

Was sind Okazaki-Fragmente und wie groß sind sie?

Da die DNA-Polymerase nur in 5'-3'-Richtung synthetisieren kann, kann die Synthese am Folgestrang (5'-3'-Stang) nur diskontinuierlich stattfinden. Die dabei entstehenden Fragmente heißen Okazaki-Fragmente.
Sie sind 100-200 bp lang.

6

Was ist das Besondere an der Endsequenz von Chromosomen?
Wie ist die Struktur und wie lautet die Sequenz?

Telomere schützen die DNA vor dem obligatorischen Basenverlust am 5'-Ende bei der Replikation und geben mechanischen Halt. Sie sind 7-125kb lang und haben die Sequenz TTAGGG.
Sie bildet einen T-Loop (3'-Ende schiebt sich in die Doppelhelix und paart mit dem Gegenstrang. Der dadurch verdrängte Einzelstrang bildet den kleineren D-Loop.

7

Wie wird Basenverlust an den Chromosomen-Enden bei Stammzellen verhindert?

Die Telomerase, eine reverse Transkriptase, mit einer RNA-Matrize und einer katalytischen Domäne, kann an die Telomere die Sequenz TTAGGG verlängern und verhindert so einen Informationsverlust.

8

Was ist ein Gen?

Wie viel Prozent des menschlichen Genoms codieren für Gene?

Gene sind eine Funktionseinheit der DNA, die exprimiert wird und deren Produkt eine bestimmte Funktion im Stoffwechsel der Zelle einnimmt. De Definition eines Genes ist aber nicht so ganz klar.

Etwa 3 % des menschlichen Genoms codieren für Gene.

9

Was ist mit den restlichen 97% des menschlichen Genoms, das nicht für Gene codiert?

Etwa 27% stehen im unmittelbaren Zusammenhang mit Genen, sind also Promotoren, Introns, Enhancer oder Silencer, haben also meist regulatorische Funktion.
die restlichen 70% haben keine erkennbare Funktion.

10

Was sind Pseudogene?

Es sind Abschnitte der DNA, die vermutlich einmal Gene waren (gleicher Aufbau), die aber durch Mutation o.Ä. nicht mehr exprimiert werden können.

11

Was für repititive Sequenzen gibt es?

Repititive Sequenzen sind sich wiederholende Motive. Gibt es von diesen Motiven bis zu 1.000 Kopien, spricht man von mittelrepititiven Sequenzen. Sind es bis zu 10^6 Kopien, von hochrepititiven Sequenzen.

12

Definiere Tandemwiederholungen!

Ein repititives Motiv ist mehrmals hintereinander und bildet einen zusammenhängenden Block.
Mikrosatelliten (Motivgröße bis wenige bp), Minisatelliten (Motivgröße bis ca. 100 bp), Satelliten-DNA (Motivgröße bis ca. 6.500bp)

13

Wie werden seltene, eingestreute Wiederholungen in der DNA genannt?

Was ist die Alu-Sequenz?

Sind die Sequenzen einige hundert bp lang, sind es Short interspread Repeats. Ein bekanntes Motiv ist die Alu-Sequenz, die etwa alle 4 kb auftritt.
Long interspread Repeats sind bis ca. 6.000 bp lang.

14

Was ist der codierende Strang, was der codogene?

Der codogene Strang (3'-5'-Strang) wird von der RNA-Polymerase abgelesen, der codierende Strang (5'-3'-Strang ist dem codogenen Strang komplementär und entsprich in der Basenfolge der entstehenden RNA (T> U)
Welcher der beiden Stränge der codierende ist und welcher nicht, kann sich je nach Gen unterscheiden.

15

Was ist ein Promotor?
Nenne charakteristische Sequenzen!

Es ist eine ca. 200bp lange DNA-Sequenz vor einem codierenden Abschnitt, an den sich Transkriptionsfaktoren anlagern können, an die sich wiederum die RNA-Polymerase für die Transkription anlagert. Es ist ein so genanntes cis-agierendes Element.
Charakteristische Motive sind z. B. die TATA-Box oder die CAAT-Box.

16

Nenne 4 typische Motive der Transkriptionsfaktoren.

Wie wirken TFs?

Leucin-Zipper
Zink-Finger-Domäne
Helix-Loop-Helix
Helix-Turn-Helix
TFs regulieren meist mehrere Gene durch Interaktion meist mit der großen Furche der DNA. Es sind so genannte trans-agierenden Faktoren, die an Promotoren binden.

17

Was ist ein Enhancer?

Es ist ein cis-agierendes Element (regulatorische DNA-Sequenz), die relativ weit vom Gen entfernt liegen kann (in 5'- und 3'-Richtung) und die Transkriptionsrate dieses Genes erhöht. Meist hat sie regulatorischen Einfluss auf mehrere Gene. Die Wirkung wird nur entfaltet, wenn trans-agierende-Faktoren binden.

18

Was für RNA-Polymerasen gibt es und welche Aufgaben haben diese?

RNA-Pol. I: rRNA (5,8S-, 18S- und 28S-rRNA)
RNA-Pol. II: mRNA (hnRNA), miRNA, snRNA, snoRNA
RNA-Pol. III: tRNA, rRNA (5S-rRNA), snRNA, snoRNA
RNA-Pol. IV: mitochondriale RNA

19

Wie wird die prä-mRNA modifiziert?

Durch Spleißen werden die Introns herausgeschnitten und die Exons zusammen gefügt.
Durch Capping wird am 5'-Ende über eine 5'-5'-Triphosphatbindung eine 7-Methylguanosin-Rest angehängt.
An das 3'-Ende werden 100-200 Adenosin-Rest zum Poly(A)-Schwanz angehängt.

20

Welche Funktion hat die Prozessierung der prä-mRNA?

Durch alternatives Spleißen kann aus einem Gen verschiedene Proteine entstehen.
Durch die Cap-Struktur und den Poly(A)-Schwanz erhält die mRNA Schutz vor enzymatischem Abbau und mechanische Stabilität. Zudem hat die 5'-Cap-Struktur regulatorische Funktion bei der Translation.

21

Beschreibe den Vorgang des Spleißens!

Der Vorgang findet im Karyoplasma statt und wird durch das Spleißosom katalysiert.
Die erste Schnittstelle ist am Spleiß-Donor am 5'-Ende (GU, Beginn des Introns), der mit einem Adenosin-Rest im Intron (Verzweigungsstelle) eine Esterbindung bildet, wodurch eine Lasso-Struktur entstehet (Lariat). Dann wird an der Spleiß-Akzeptorstelle (3'-Ende des Introns; AG) geschnitten, es kommt zu einer weiteren Umesterung und damit zur Verknüpfung der Exonenden.

22

Welche pathologische Bedeutung kann das Spleißen haben?

Der Spleißprozess wird tw. von den Exons codiert. Treten Mutationen in regulatorischen Bereichen oder in den Donor-/Akzeptorstellen auf, kommt es zu fehlerhaften Verknüpfungen/Entfernungen der Exons und Introns und damit zu falschen AS-Sequenzen.

Etwa 15% der genetischen Krankheiten sind auf Fehler beim Spleißen zurück zu führen.

23

Nenne wesentliche Eigenschaften des genetischen Codes!

1 Triplet (Codon) steht für eine AS, wobei es ein offenes Leseraster gibt (Open reading Frame).
Er ist universal und degeneriert (meist mehrere Codons für eine AS).

24

Was ist die Wobble-Theorie?

Sie besagt, dass an 3. Stelle des Codons (1. Stelle des Anticodons) auch eine unübliche Basenpaarung (evtl. durch seltene Basen) stattfinden kann. Dadurch kommt der degenerierte genetisch Code zustande.

25

Beschreibe den Aufbau eines eukaryotischen Ribosomens!

Es besteht aus einer kleinen (40S-UE) und einer großen (60S-UE) Untereinheit und ist zusammen ein 80S-Ribosom. An der kleinen UE kann die mRNA binden, auf der großen UE ist das Peptidyltransferasezentrum (Ribozym). Beide UE zusammen bilden die A-, P- und E-Bindungsstellen für die tRNAs.

26

Wie viel Porzent der gesamten RNA sind rRNA, wie viel tRNA?

75%: rRNA
15%: tRNA

27

Wo ist die rRNA codiert und wie wird die exprimiert?

rRNA ist auf ca. 200 identischen Genen auf den p-Armen der akozentrischen Chromosomen (13, 14, 15, 21, 22) codiert (Nucleolus Organisation Regions), die sich zum Nucleolus zusammenlagern und im fibrillären Zentrum von der RNA-Pol. I tanskribiert werden.
Nur die 5S-UE wird im Karyoplasma durch die RNA-Pol. III transkribiert.

28

Wie entstehen die UE der Ribosomen?

Im Nucleoulus wird die 45S-prä-rRNA prozessiert und im Pars granulosa des Nucleolus mit der 5S-UE und Proteinen, die durch die Kernporen importiert wurden, zu den fertigen rUE zusmmengelagert, die durch die Kernporen exportiert werden.

29

Wie lang ist tRNA und wie ist die räumliche Struktur?

Sie besteht aus etwa 80 bp und bildet durch partielle intramolekulare Doppelstrangbildung eine Kleeblattstruktur mit 3 Schleifen. Die wichtigste ist die Anticodonschleife. Am 3'-Ende sind immer die Basen CCA, an die die spezifische AS durch eine Esterbindung angeknüpft wird.

30

Nenne die Start- & Stoppcodons!

Startcodon: AUG > Methionin

Stoppcodons: UAA, UAG, UGA
Wobei UGA auch in die AS Selenocystein umgesetzt werden kann.

31

Was ist ein Polysom?

Der Komplex aus mehreren Ribosomen, die an einer mRNA synthetisieren.

32

Wie ist das mitochondriale Genom aufgebaut?

Es ist ca. 1,6kb groß und liegt in bis zu 10 Kopien pro Mito vor. Es ist zirkulär, doppelsträngig und nicht mit Proteinen assoziiert. Es hat einen ORI und repliziert sich eigenständig, hat aber eine höhere Mutationsrate als das menschl. Genom.

33

Was ist auf dem mitochondrialen Genom codiert?

Was ist das Besondere an dem Code?

Es codiert für 13 Polypeptide, 22 tRNAs und 2rRNAs. Deshalb werden die meisten Proteine vom Cytosol importiert, tw. sogar einzelne UE von Proteinkomplexen.

Der Code weicht vom universellen genetischen Code ab.

34

Definiere Heteroplasmie!

Was ist das Gegenteil?

Es beschreibt das gleichzeitige Vorliegen von Wildtyp- und mutierter mtDNA innerhalb einer Zelle (Mosaik).

Das Gegenteil (einheitliche mtDNA) ist Homoplasmie.

35

Was sind die Phasen des Zellzyklus?

Wie lange dauern diese jeweils?

G1-Phase: ca. 12 h
S-Phase: ca 7 h
G2-Phase: ca. 4 h
M-Phase: ca. 1 h
G0-Phase: bis Zelltod, tw. reversibel (durch Mitogene)

36

Was sind Cycline und welche Aufgabe kommt ihnen zu?

Cycline sind regulierende Proteine, die zyklusabh. auf- & abgebaut werden. Ihre regulatorische Funktion hängt mit der Interaktion mit CdKs (Cyclin dependent kinases) zusammen, die die Übergänge der Phasen des Zellzyklus katalysieren und Phosphorylierung anderer Proteine.

37

Was passiert nach der Stimulierung einer Zelle durch Mitogene?

Zunächst werden die IE-Gene (Immediate early) aktiviert und nach einigen Stunden auch die DE-Gene (delayed early) exprimiert, zu denen auch die Cycline gehören.

38

Nenne die wichtigsten Vertreter der Cycline, die mit ihnen assoziierten CdKs und in welcher Phase sie aktiv sind!

D: mit CdK 4 & 6; G1 -> S
E: mit CdK 2; G1 -> S (nach Cyclin D; Restriktionspunkt der G1-Phase)
A: mit CdK 2; Aktivität in S-Phase
B: mit CdK 1; leitet M-Phase ein

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Beschreibe die Vorgänge, die beim Übergang von der G1-Phase zur S-Phase!

CyclinD/CdK4&6 phosphorylieren das rb-Protein, welches inaktiviert wird und den TFs E2F freigibt, das die Exprimierung von Cyclin E stimuliert. CyclinE/CdK2 phosphorylieren auch das rb-Protein, wodurch es zu einer Akkumulation von Cyclin E kommt und die Zelle an den Restriktionspunkt zur S-Phase kommt, an dem der Zellzyklus nicht mehr angehalten werden kann.

40

Wie werden Cycline abgebaut?

Markierung mit Ubiquitilin (ATP-abh.) und daraufhin Abbau in Proteasomen.

41

Was sind (Anti-) Onkogene?

Onkogene sind durch Mutation aus Protoonkogenen entstandene Genabschnitte, die physiologisch eine stimulierende Wirkung auf den Zellzyklus haben, durch die Mutation jedoch dominant zu einer unkontrollierte Proliferation führen.

Antionkogene (Tumorsupressorgene) haben eine hemmende Wirkung auf die Proliferation. Mutationen wirken sich rezessiv aus.

42

Welche Arten von Chromosomen gibt es?

metazentrische: Centromer mittig
submetazentrisch: Centromer nicht leicht versetzt
akozentrisch: extrem kurzer p-Arm (13,14,15,21,22)

43

Welches Gen ist für einen männlichen Phänotyp verantwortlich?

Das SRY (Sex determining Region Y) auf dem Y-Chromosom, das für den Testis determinierenden Faktor codiert ist für einen männlichen Phänotyp verantwortlich.

44

In welche Stadien teilt sich die Prophase der Meisose I?

Wann findet das Crossing-over statt?

Leptotän > Zygotän > Pachytän > Diplotän > Diakinese

Im Pachytän (Prophase Meisose I) findet das Crossing-over statt.

45

Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit für Crossing-over?

Was ist der LOD-Score?

Alle 1.000bp gibt es eine Wahrscheinlichkeit von 1%, dass Rekombination stattfindet. Die Wahrscheinlichkeit ist bei den Enden der Chromatiden höher, als in Zentromerregionen.

Der LOD-Score (Logarithm of the Odds) drückt die Rekombinationswahrscheinlichkeit aus. 1:10.000 -> LOD=log(10.000)=4

46

Wann findet die X-Inaktivierung statt?

In der frühen Embryonalentwicklung. Jede Zelle trifft die Inaktivierung unwillkürlich und die Prägung bleibt für die Tochterzellen erhalten. Damit haben statistisch 50% der Zellen das maternale X-Chromosom inaktiviert, 50% das väterliche.

47

Wie heißen Abweichungen der gleichmäßig aufgeteilten Inaktivierung der X-Chromosomen?

Hat dies einen pathologischen Wert?

Skewed X-Inactivation

Bei X-chromosomal rezessiven Erkrankungen kann es partiell zu einer phänotypischen Ausprägung kommen. Bei X-chromosomal dominanten Erkrankungen kann es jedoch zu einer Abschwächung der Symptome kommen.

48

Beschreibe den Vorgang der X-Inaktivierung.

Werden alle Gene inaktiviert?

das xist-Gen (Xq13) codiert für eine RNA, die mit demX-Chromosom interagiert und so inaktiviert. Es handelt sich um einen epigenetischen Prozess, der von Modifikation der DNA & Histone gesteuert ist.

Etwa 20% der Gene (Pseudoautosomale Regionen) bleiben aktiv.

49

Beschreibe den Vorgang epigenetischer Methylierung.

In CG-reichen Abschnitten wird Cytosin zu 5-Methylcytosin durch eine Methyltransferase. TFs können nicht mehr binden, dafür aber inaktivierende Faktoren, die eine Histon-Deacetylase rekrutieren, die Acetylgruppen der Histone entfernt, wodurch DNA enger um die Histone gewickelt werden kann.

50

Was ist der Histon-Code?

Aufgrund des Aufbaus der Histone, können diese in epigenetischen Prozessen regulierend wirken oder selbst modifiziert werden (Methylierung, Acetylierung, Phosphorylierung), wodurch die Expression der DNA beeinflusst wird.

51

Was ist das Philadelphia-Chromosom? Mit welcher Krankheit ist es assoziiert?

46,XX/Y,t(9;22)(q34;q11)
Durch das Fusionsgen ABL-BCR gibt es eine konstitutiv aktive Tyrosinkinase, die zu unkontrollierter Proliferation führt. Dies führt zu chronisch myeloischer Leukämie.

52

Was ist das Contiguous-gene-Sydrom?

Durch Mikrodeletionen kann es zu Beschädigung mehrerer Gene kommen, die sich in multiplen pathologischen phänotypischen Ausprägungen zeigt.

53

Nenne die Mendel'schen Gesetze!

1. Uniformitätsgesetz: bei Kreuzung homozytoger (aa und AA) kommt es bei der F1-Generation zu uniformen Phänotpyen (aA)
2. Spaltungsgesetz: in der F2-Generation kommt es zu einer Aufteilung der Merkmale (25% AA, 25% aa, 50% aA)
3. Unabhängigkeitsgesetz: (eingeschränkt gültig!) versch.Merkmale werden unabh. voneinander vererbt.

54

Was versteht man unter Haploinsuffizienz?

Eine Kopie eines Gens reicht nicht aus, um den Ausfall des 2. Allels auszugleichen. Deshalb sind dominante Erbgänge dominant.

55

Was versteht man unter Penetranz?

Es ist die "Durchschlagkraft" eines Allels, also die Wahrscheinlichkeit, mit der dieses phänotypisch sichtbar wird.

56

Was versteht man unter "variabler Expressivität?"

Die gleichen Allele rufen bei verschiedenen Individuen andere Phänotypen hervor.

57

Was sind die charakteristischen Eigenschaften von autosomal-dominanten Erbgängen?

Ist ein Kind erkrankt, ist dies auch zwangsläufig mindestens eines der Elternteile. Kranke Eltern können auch gesunde Kinder bekommen. Es erkranken gleichviele Jungen wie Mädchen.

58

Was versteht man unter "Pleiotropie"?

Ein Gen ist für verschiedene phänotypische Merkmale verantwortlich (innerhalb eines Individuums).

59

Was sind die charakteristischen Eigenschaften von autosomal-rezessiven Erbgängen?

Gesunde Eltern können kranke Kinder bekommen. Sind beide Eltern krank, sind dies die Kinder auch. Ist nur ein Elternteil krank, können die Kinder gesund oder krank sein. Es sind gleich viele Jungen wie Mädchen betroffen.
Die Ausprägung ist auch bei Heterozyoten tw. durch eine diskrete Haploinsuffizienz gering da.

60

Was sind die charakteristischen Eigenschaften von X-chromosomal-rezessiven Erbgängen?

Männer sind deutlich häufiger erkrankt (da Männer hemizygot sind). Heterozygote Frauen sind nur bei ungünstiger Skewed X-Inactivation betroffen. Die Frau ist bei Heterozygotie Konduktorin.

61

Was sind die charakteristischen Eigenschaften von X-chromosomal-dominanten Erbgängen?

Frauen sind gleich oft wie Männer betroffen, jedoch können Frauen durch eine günstige Skewed X-Inactivation abgeschwächte Symptome aufweisen.

62

Was ist Phänokopie?

Es ist eine Erkrankung aufgrund exogener Noxen (Teratogene), die aber einer monogen bedingten Krankheit im Phänotyp ähnelt.

63

Wann ist der Embryo am anfälligsten für teratogene Noxen?

In der 3.-9. Entwicklungswochen (Embryo)

64

Wie viel Prozent der Krankheiten sind monogen bedingt?

ca. 15%

65

Was versteht man unter multifaktoriell bedingten Krankheiten?

Es sind Krankheiten, bei denen genetische Faktoren und Umweltfaktoren eine Rolle spielen. Dabei gibt es eine unterschiedliche Gewichtung der beiden Faktoren.

66

Nenne Beispiele für multifaktoriell bedingte Eigenschaften und Krankheiten!

Körpergröße, Gewicht, Intelligenz
Diabetes mellitus, Hypertonie, psychische Störungen

67

Was ist das Besondere bei multifaktoriell bedingten Krankheiten?
Gibt es Ausnahmen?

Die Ausprägung der Phänotypen folgt der Gauß´schen Normalverteilung.
Jedoch gibt es manchmal einen Schwellenwert. Wird dieser überschritten, ist ein pathologischer Phänotyp ausgeprägt, ansonsten nicht.

68

Nenne Beispiele für multifaktoriell bed. Krankheiten mit Schwellenpotential!

Lippen-Kiefer-Gaumenspalte
kongenitale Hüftluxation (v.a. Mädchen)
Pylorusstenose (v.a. Jungen)

69

Wie wird das Wiederholungsrisiko für multifaktoriell bed. Krankheiten berechnet?

Aufgrund der vielen Faktoren sind hier Vorhersagen eher auf empirische Werte und statistische Berechnung gestützt. Das Risiko ist jedoch deutlich geringer als bei monogen bedingten Krankheiten, so bei ca. 5-10%.

70

Was beschreibt das Hardy-Weinberg-Gesetz?

Es berechnet die Allelenverteilung in einer optimalen Population.
p+q=1
(p+q)^2 = p^2 + 2pq + q^2 = 1

71

Was sind Genommutationen, Chromosomenmutationen und Genmutationen?

Genommutationen: numerische Chromosomenanomalien
Chromosomenmutationen: strukturelle Chromosomenanomalien
Genmutationen: Veränderung eines Gens auf DNA-Ebene

72

Welche Arten von Substitutionen gibt es?

Es gibt Transitionen (Austausch einer Purin- gegen eine Purinbase oder einer Pyrimidin- gegen eine Pyrimidinbase) und
Transversionen (Austausch einer Purin- gegen eine Pyrimidinbase oder andersherum)

73

Wie hoch ist die Mutationsrate im menschlichen Genom?

Sie liegt bei ca. 10^-4 bis 10^-6 pro Gen & Generation.
Es gibt Unterschiede zwischen verschiedenen Genen. Die Ursache dafür ist noch unklar.

Im mitochondrialen Genom liegt die Mutationsrate etwas höher.