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Genetik Zusammenfassung Genbegriff und Genaufbau Ein Gen ist... ein Abschnitt auf der DNS eine Transkriptionseinheit mit regulatorischen Elementen, zur Herstellung der RNA alle Gene bezeichnet man als Erbanlagen oder Erbfaktoren Ein Allel ist... eine der möglichen Ausprägungen eines Gens, das ein einem bestimmten Ort auf dem

Chromosom sitzt Zustandsform eines Gens Jede Basenänderung führt zu einem neuen Allel Entdeckung der Gene: 1854 postulierte Gregor Mendel als Erster die Existenz von Faktoren, die von den Eltern

an die Nachkommen weitergegeben werden. Auf Grund seiner Kreuzungsversuche beobachtete er, dass Merkmale unabhängig

voneinander vererbt werden können (dominante und rezessive Merkmale) und entwickelte daraufhin die Hypothese, dass es homo- und heterozygote Zuständen gibt und legte damit den Grundlage für die Unterscheidung von Genotyp und Phänotyp

Zu seinen Lebzeiten wurden seine Erforschungen nicht beachtet. Sie wurden erst in den 1920er und 30er beachtet

1900 wurden seine Forschungen von Hugo de Vries, Carl Correns und Erich Tschermak unabhängig voneinander wieder entdeckt

W.S. Button und T. Boveri stellten 1902 die Chromosomentheorie der Vererbung auf 1906 benannte William Bateson die Wissenschaft der Vererbung als Genetik (griech.:

Hervorbringung) Der Nam e „Gen“ w urde 1909 von dem Dänen W ilhelm Johannsen geprägt (griech.:

Geschlecht) 1910 begann Thomas Hunt Morgan mit Kreuzungsversuchen an Drosophila Melanogaster Er konnte als Erster zeigen, dass Gene auf Chromosomen liegen und später, dass sie an

bestimmten Stellen auf den Chromosomen liegen. 1928 wies Frederick Griffith zum ersten Mal nach, dass Gene von Organismen auf andere

übertragen werden können (Griffiths Experiment) Dieser von ihm nachgewiesenen Vorgang war die Transformation 1941 zeigten Georg Wells Beadle und Edward Lawrie Tatum, dass Mutationen in Genen

für Defekte in Stoffwechselwegen verantwortlich sind, was zeigt, dass spezifische Gene spezifische Proteine kodieren

das führte zur „Ein- Gen- ein- Enzym- Hypothese“, die im Laufe der Zeit immer wieder m odifiziert w urde und jetzt „Ein- Gen- ein Polypeptid- Hypothese“ heißt

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1944 bewiesen Oswald Avery, Collin Macleod und Maclyn McCarty, dass die DNS die

genetische Information enthält 1953 wurde die Struktur der DNS von James D. Watson und Francis Crick entschlüsselt,

basierend auf den Arbeiten von Rosalind Franklin 1969 gelang Jonathan Beckwith als Erstem die Isolierung eines einzelnen Gens Aufbau eukaryotischer Genome: Auf molekularer Ebene besteht ein Gen aus zwei unterschiedlichen Bereichen: 1. einem DNS- Abschnitt, von dem durch Transkription eine einzelsträngige RNA- Kopie

hergestellt wird 2. allen zusätzlichen DNS- Abschnitten, die an der Regulation dieses Kopiervorgangs

beteiligt sind Der transkribierte Genteil (prä-mRNA) besteht aus Introns und Exons Prä- mRNA (oder auch hnRNA) ist ein Zwischenprodukt, das bei der Übersetzung der

Erbinformation in Proteine vorkommt Introns sind nicht kodierende Abschnitte der DNS innerhalb eines Gens, die benachbarte

Exons trennen. Sie sind Teile eines Gens, die im Verlauf der Stammesgeschichte funktionslos geworden sind. Sie neigen auch zu einer größeren Mutationswahrscheinlichkeit. Sie spielen aber eine wichtige Rolle beim alternativen Splicing

Exons sind die kodierenden Abschnitte eines Gens aus denen die Polypeptidkette/ Protein translatiert wird

Aus der prä- mRNA wird im Reifungsprozess die mRNA, indem die Introns entfernt werden und die Exons zusammen gespleißt werden mit Hilfe der Spleißosomen

Während des Spleißens werden die Enden des RNA- Stranges verändert Das 5´- Ende bekommt eine Kappe (cap) aufgesetzt, die aus einem modifizierten Guanin-

Nucleotid besteht. Das cap dient zum Schutz vor hydrolytischen Enzymen und im Cytoplasma als Signal für die Ribosomen zum Anheften.

Das 3´- Ende bekommt einen Poly(A)- Schwanz angeheftet, der eine Länge von 50- 250 Adenin- Nucleotiden hat. Er hat dieselbe Funktion wie das cap und erleichtert den Transport aus dem Zellkern

Die nun reife mRNA wird in das Cytoplasma transportiert, wo die Translation beginnt Genexpression: Genexpression ist das Realisieren der Information, die in einem Gen gespeichert ist (zu Zellstrukturen und Signalen). Diese liegen oft in Form von Proteinen vor. Die Expression von Genen ist ein komplexer Vorgang, der aus vielen verschieden Einzelschritten besteht. Genregulation: Die Genregulation steuert die Genexpression Sie legt die Konzentration des von dem Gen kodierten Proteins in der Zelle fest Bei Prokaryoten dient die Genregulation zu großen Teilen einer Anpassung an

wechselnde Umgebung Bei Eukaryoten dient sie fast nur zur Steuerung der Entwicklung von Organismen

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Die grundlegenden Prinzipien der Genregulation sind in allen Zellen gleich, mit Besonderheiten bei Prokaryonten (Operon) und Eukaryonten

Regulationsmechanismen: DNS ist in Euchromatin (transkriptiell aktiv) und Heterochromatin (transkriptiell inaktiv) Weiter Mechanismen befinden sich bei der Transkription, Translation und beim fertigen

Protein Initation der Transkription: 1. Entscheidung ob das Gen exprimiert wird und wieviel mRNA entstehen soll

Das wird an den regulatorischen DNS- Sequenzen entschieden Diese Sequenzen sind Promotor (liegt nah am Gen) oder Enhacer (liegt weiter weg

vom Gen), die selber nicht transkribiert werden Enhacer sind Abschnitte mit charakteristischer Basenabfolge in der DNS. Sie

beeinflussen die Anlagerung des Transkriptionskomplexes an den Promotor und verstärken somit die Transkriptionsaktivität des Gens. Entscheidend für eine Transkriptionsverstärkung ist die räumliche Orientierung zum Promotor. Entgengesetzt wirken die Silencer. Sie setzten die Transkriptionsaktivität eines Gens herab.

Promotor ist ein Abschnitt auf der DNS, an dem die Polymerase erkennt, wo der Startpunkt eines Gens liegt

An diese Sequenzen lagern sich Proteine, die die Transkription aktivieren oder hemmen. Diese Schlüsselproteine werden Transkriptionsfaktoren genannt

Aktivierende Transkriptionsfaktoren bezeichnet man als Aktivator und hemmende als Repressor

2. a) Bindung der spezifischen Transkriptionsfaktoren an den Promoter bzw. Enhacer Das führt zu einer Änderung der Konformation des Chromatins, die es basalen

Transkriptionsfaktoren ermöglicht an die DNS zu binden Die basalen Transkriptionsfaktoren rekrutieren die RNA- Polymerase und die

Transkription startet Ganz genau läuft es folgendermaßen ab:

Zuerst bindet der so genannte TFIID an die DNA, wobei TF für Transkriptionsfaktor, II für Polymerase II steht und D den Faktor selbst benennt. TFIID besteht aus zwei Komponenten: a) das TATA-Binde-Protein (TBP), welches die TATA-Box erkennt und daran bindet, sowie b) TBP-assoziierte Faktoren, viele kleine Proteine (TAFs), welche TATA-lose Promotoren erkennen. Nun bindet ein TFIIA an den Promotor, welcher TFIID stabilisiert. Es assoziiert nun der TFIIB, welcher dafür sorgt, dass die Polymerase II gebunden werden kann. Der TFIIF führt nun die Polymerase II zum Promotor. Letztendlich fehlen noch der TFIIE, der das Andocken des TFIIH ermöglicht. Der TFIIH besitzt nun eine Helikase- sowie ein Protein-Kinase-Aktivität. Erstere entwindet den DNA-Strang kurz vor und in der Polymerase. Letztere hingegen phosphoryliert die Carboxy-Terminale Domäne (CTD) der Polymerase, was ihr zum Start hilft. Nun werden wie bei den Prokaryonten Nukleotide unter Spaltung von Pyrophosphat eingebaut. Nach dem Einbau von ca. 12 Nukleotiden bewegt sich die Polymerase erst von der Stelle, wobei der Initiationskomplex zerfällt. Nachgewiesen ist, dass während der Transkription nur der TFIIF gebunden ist. 2.b) Repressor bindet an die regulatorischen DNS- Bereiche

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Dadurch wird verhindert, dass sich weitere TFs anlagern und behindert so eine Aktivierung der Gens

Termination der Treankription: Die Transkription setzt sich so lange fort, bis die RNA- Polymerase eine

Terminationsstelle auf der DNS erreicht Die Polymerase läuft aber noch weiter, 10- 35 Nucleotiden und wird dann von einem

Enzym entfernt Diese Schnittstelle ist der Ansatz für den Poly(A)- Schwanz Polyadenylierung und Capping: Ist der Vorgang wo der Poly(A)- Schwanz und das cap angehängt werden Die Stärke der Transkription hängt auch von den Effizienz des

Polyadenylierungsmechanismus´ ab. Wenn die Anheftung des Poly(A)- Schwanzes nicht richtig funktioniert, wird die mRNA nicht im Zellkern angehäuft, sondern schnell abgebaut

Spleißen: Jetzt wird aus der prä-mRNA reife RNA, weil die Introns entfernt und die Exons

zusammen gespleißt werden Hierfür werden Spleißosome benötigt, die aus RNA- und Proteineinheiten bestehen Eine besondere Form des Spleißens ist das alternative Splicing, bei dem aus ein und der

selben DNS- Sequenz und dementsprechend ein und der selben prä-mRNA mehrere verschiedene reife RNAs und durch Translation auch mehrere unterschiedliche Polypeptide gebildet werden können Erst beim Spleißvorgang entscheidet sich welche DNS-Sequenzen introns und Exons

sind Die Regulation erfolgt über Splicefaktoren

Transport in Cytoplasma: Erfolgt durch die Kernporen in der Kernhülle Nur fertig prozessierte mRNAs werden mit dem 5´-Ende voran durch die Poren

geschleust Außerdem wird die mRNA mit verschiedenen Proteinen besetzt zu einem hnRNP-

Komplex Die Effizienz dieses Vorgangs bestimmt die Geschwindigkeit und die Menge an fertigen

mRNAs Im Cytoplasma wird die mRNA sofort mit Ribosomen besetzt Initation der Translation: Zunächst wird ein Präinitationskomplex aus unterschiedlichen Proteinen gebildet, der

mit der Untereinheit des Ribosoms interagiert Dieser Komplex erkennt die Translationsstartstelle Genauer:

An dem 3´-Ende bindet ein PABP (PolyA Bindeprotein) An das 5´-Ende (mit dem cap) bindet der Komplex eIF4 (eIF steht für eukaryotische

Initationsfaktoren)

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Der Komplex eIF4 bindet das PABP, so dass die mRNA eine geschlossene runde Form hat

Entwindung der Sekundärstruktur Kleine ribosomale Untereinheit beladen mit initiater tRNA bindet an eIF4 Scanning zum Start- Codon Große Untereinheit kommt dazu Start der Translation

Kontrollmechanismen: z.B. Hemmung der gesamten Translation durch Inhibition von eIF4

Stabilität der mRNA: Halbwertszeit der mRNA hängt ab von:

Länge des Poly(A)- Schwanzes (nach jeder Translation wird ein Stück des Schwanzes entfernt und ab einer bestimmten Kürze wird die Schutzfunktion aufgehoben und die RNA abgebaut)

Sekundärstruktur Proteinverpackung

Exakte Zeit-/ Raum- Regulation durch unterschiedliche Anzahl von Translationsfaktoren Housekeeping- Gene sind Gene, die ständig exprimiert werden, weil sie keiner Regulation

unterworfen sind, da sie meist für Grundstoffwechselvorgänge benötigt werden Bei kurzlebiger RNA ist meist auch das Protein kurzlebig Stabile RNAs werden meist mehrmals translatiert RNA- Interferenz: Ist ein Mechanismus, der dieExpression von Genen post- transkriptionell hemmt Dabei werden kurze doppelsträngige RNA- Moleküle benutzt, deren anti-sense- Strang

zur Spaltung, zur Translationsblockade der Ziel-mRNA oder zum Methylieren des Gens führt

Hierfür werden siRNA und miRNA genutzt. Der Unterschied der beiden liegt darin, dass miRNA von eigenen Genen transkribiert und prozessiert wird und siRNA aus längerer dsRNA entsteht

Um miRNA und siRNA in die richtige Länge/Form zu bekommen benötigt man einen Dicer (ein Enzym)

siRNAs sind kleine einzelsträngige RNA- Stücke, die in einen Proteinkomplex (RISC) eingebaut werden und sich damit an DNS oder mRNA binden kann um diese so abzuschalten, zu spalten und die dann abgebaut wird (Bei RNA). Dies dient dem Abbau von Fremd- RNA und der zellinternen Regulation

miRNAs sind kleine einzelsträngige RNA mit ca. 22 Nucleotiden Länge, die ebenfalls in einem Proteinkomplex (RNP) eingebaut werden. Auf Grund ihrer Komplementariät können sie an die Ziel- RNA binden und so die Translation hemmen. Sie spielen eine große Rolle bei der Steuerung vieler zellulärer Prozesse eine wichtige Rolle (z.B. bei Pflanzen regulieren sie das Wachstum)

Proteinregulation: Protein hängt ab von Transkriptionsmenge, Translationsrate und seiner Stabilität Degradationssignale führen zu geregeltem Abbau von Proteinen

1. Zielprotein wird von Ubiquitin- Ligase erkannt

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2. Ubiquitinkette wird angeheftet 3. Proteasom (Proteinschredder der Zelle) erkennt das Ziel- Protein und baut es ab zu

Peptiden, dabei werden Ubiquitin und Proteasom recycelt Manche Proteine müssen noch chemische modifiziert werden, bevor sie anfangen zu

arbeiten können Phosphorylierung mittels Kinasen (wichtig bei Signalkaskaden) Acetylierung, Deacetylierung oder Glykosilierung etc. Spaltung der inaktiven Vorstufe zur aktiven Form (z.B. Proenzyme)

Targeting (zielgerichteter Versand der Proteine) Mittels Signalkaskaden

Aufbau von prokaryotischen Genomen: Ist bis auf einige Ausnahmen gleich dem eukaryotischen Genom Es gibt keine Polyadenylierung und Capping Da Prokaryoten keine Introns im Genom haben, findet auch kein Spleißen statt Der Transport ins Cytoplasma fällt weg, weil das Genom sich im Cytoplasma befindet Oftmals sind mehrere unterschiedliche RNA- bildende Genabschnitte sehr nah

hintereinander geschaltet (polycistronische Gene) und in ihrer Aktivität von einem gemeinsamen regulatorischen Element geregelt Diese Gencluster werden gemeinsam transkribiert, aber in unterschiedliche Proteine

translatiert Diese Einheit aus polycistronen Genen und Regulationselement nennt man Operon

Operon ist eine Funktionseinheit auf der DNA, bestehend aus Promotor, Operator und (Struktur-)Genen, die ein oder mehrere Proteine codieren Durch bestimmte Stoffe, die von der Zelle aufgenommen oder in der Zelle gebildet

werden, kann die Synthese einer m-RNA bei der Transkription an- oder abgeschaltet werden

Damit wird die Synthese von Polypeptiden aktiviert oder gehemmt Das Operon-Modell der Genregulation wurde 1961 von den französischen

Wissenschaftlern François Jacob und Jacques Lucien Monod entwickelt Genregulation am Beispiel des Lactose-Operons (lac-Operon):

Das Repressorprotein, welches von einem außerhalb des Lac-Operons liegenden DNA-Abschnitt codiert wird, ist an den Operator gebunden

Die RNA-Polymerase, welche am Promotor sitzt, der den Regulator und das Lactose-Operon verbindet, kann so die Gene nicht auslesen, die Synthese der m-RNA (Transkription) wird verhindert und damit auch die Synthese der Polypeptide (Translation)

Ist jedoch Lactose vorhanden, so setzt sie sich an den Repressor, welcher dadurch seine Raumstruktur reversibel ändert und nicht länger in der Lage ist, an den Operator zu binden

Dadurch kann die RNA-Polymerase den Promotor binden, der das Auslesen der Gene reguliert, und die Transkription findet statt. Nun können die Enzyme des Lactose-Abbaus synthetisiert werden.

Durch diese Regulation kann das Bakterium die für den Abbau von Lactose notwendigen Enzyme genau dann synthetisieren, wenn sie auch tatsächlich gebraucht werden

Termination der Transkription:

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Die Rho-unabhängige oder einfache Termination nutzt Terminationssequenzen am "Ende" des Gens bzw. des Transkripts, die aus einem GC-reichen Abschnitt und einer Folge von Uridinresten bestehen, die zusammen eine Haarnadelstruktur bilden. Man muss sich diese wie eine Schlaufe vorstellen, die dadurch zustande kommt, dass sich Nukleotide eines Stranges mit Nukleotiden desselben Stranges miteinander wie in der Doppelhelix verbinden und dabei eine Schleife beschreiben. Wenn die RNA-Polymerase, die diesen Nukleotidstrang ja gerade erst erzeugt hat, mit der Schleife in Wechselwirkung tritt, hält sie an und fällt vom DNA-Strang ab.

Die Rho-abhängige Termination ist relativ selten und benutzt ein weiteres Protein (den Rho-Faktor). Dieses Protein wird von dem entstehenden RNA-Stranges umschlungen und durch die Wechselwirkung mit der DNA aktiviert. Unter Verbrauch von ATP bewegt sich der Rho-Faktor an der DNA entlang, bis er auf die RNA-Polymerase trifft und das DNA-RNA-Hybrid, das die RNA-Polymerase herstellt, auftrennt. Dadurch fällt die RNA-Polymerase ab und die Transkription ist beendet. Der Rho-Faktor muss sich theoretisch also schneller an der DNA entlang bewegen als die Polymerase. Die Polymerase bewegt sich jedoch nicht kontinuierlich schnell an der DNA entlang, sondern verlangsamt sich immer wieder zwischendurch, was dem Rho-Faktor ermöglicht, aufzuholen.

Organisation von Genen: Bei allen Lebewesen codiert nur ein Teil der DNA für definierte RNAs. Die übrigen Teile

der DNA werden als Nichtkodierende DNA bezeichnet. Sie hat Funktionen in der Genregulation, beispielsweise für die Regulation des alternativen Splicings und hat Einfluss auf die Architektur der Chromosomen

Der Ort auf einem Chromosom, an dem sich das Gen befindet, wird als Genort bezeichnet

Gene sind darüber hinaus nicht gleichmäßig auf den Chromosomen verteilt, sondern kommen zum Teil in so genannten Clustern vor

Gencluster können dabei aus zufällig in räumlicher Nähe zueinander liegender Gene bestehen, oder es handelt sich um Gruppen von Genen, die für Proteine kodieren, die in einem funktionellen Zusammenhang stehen. Gene, deren Proteine ähnliche Funktion haben, können aber auch auf verschiedenen Chromosomen liegen.

Besondere Gene: Pseudogene

Pseudogene stellen Genkopien dar, die kein funktionelles Protein in voller Länge codieren. Oftmals sind diese durch Genduplikationen entstanden und/oder durch Mutationen, welche sich in der Folge ohne Selektion auch im Pseudogen akkumulieren (anhäufen), und ihre ursprüngliche Funktion verloren haben. Einige scheinen dennoch eine Rolle bei der Regulierung der Genaktivität zu spielen. Das menschliche Genom enthält etwa 20.000 Pseudogene.

Springende Gene Sie werden auch als Transposons bezeichnet und sind mobile Erbgutabschnitte, die

sich innerhalb der DNA einer Zelle frei bewegen können. Aus ihrem angestammten Ort im Erbgut schneiden sie sich selbst aus und fügen sich an einer beliebig anderen Stelle wieder ein. Biologen um Fred Gage vom Salk Institute in La Jolla (USA) haben nachgewiesen, dass diese springenden Gene nicht nur wie bislang angenommen in

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den Zellen der Keimbahn vorkommen, sondern auch in Nerven-Vorläuferzellen aktiv sind.

Man unterscheidet zwei Arten von Transposons: zum einen mit RNA in der mobilen Zwischenstufe (Retroelemente/Retrotransposons) und zum andern mit DNS als mobile Zwischenstufe (DNS- Transposons)

Transposons sind, wenn sie autonom sind, also ihre "Werkzeuge zum Springen" selbst mitbringen, oftmals von kleinen Wiederholungssequenzen (repeats) umgeben, die für die Transposition notwendig sind. Je nach Art des Transposons sind diese gleichgerichtet (direct repeat) oder gegenläufig (inverted repeat)

Entdeckt wurden die Transposons 1951 von der US-amerikanischen Botanikerin Barbara McClintock im Mais, die für diese Entdeckung 1983 mit dem Nobelpreis geehrt wurde. Seitdem wurden Transposons auch in vielen anderen Organismen nachgewiesen

Der Ursprung und die biologische Funktion von Transposons sind noch nicht vollständig geklärt. Es handelt sich vermutlich um von Retroviren abgeleitete DNA, die sich in das Wirtsgenom integrierte, und nunmehr vererbt wird

In der Genetik und Entwicklungsbiologie spielen besonders die Transposons von Drosophila melanogaster eine große Rolle, da diese gezielt in die Fliegen injiziert und stabil ins Genom integriert werden können. Durch gentechnisch veränderte Transposons können auf diese Weise relativ einfach transgene Fliegen hergestellt werden, die für die Erforschung der Genfunktionen eine wichtige Rolle spielen

Transposons können aber auch auf Plasmide oder Phagengenome übertragen werden, was zu infektiösen Mutationen führen kann. So kann die neu eingefügte genetische Information bei Bakterien Resistenz gegen Antibiotika hervorrufen.

Über 40% des menschlichen Genoms bestehen aus transposablen Elementen, die jedoch nur zu einem sehr geringem Anteil zum Springen fähig sind

RNA-Gene in Viren Obwohl bei allen zellbasierten Lebensformen Gene als DNA-Abschnitte vorliegen,

gibt es einige Viren, deren genetische Information in Form von RNA vorliegt. RNA-Viren befallen eine Zelle, die dann sofort mit der Produktion von Proteinen direkt nach Anleitung der RNA beginnt; eine Transkription von DNA nach RNA entfällt. Retroviren hingegen übersetzen ihre RNA bei der Infektion in DNA, und zwar unter Mitwirkung des Enzyms Reverse Transkriptase.

Komplexität des Genoms Komplexität des Organismus (z.B. Hefe hat ein größeres Genom als Drosophila, aber Drosophila hat den komplexeren Organismus) Weitere wichtige Begriffe: Genamplifikation = Spezifische Vermehrung von Genkopien an bestimmten Stellen der

Chromosomen. Tritt z.B. in den Chromosomen unterschiedlicher Organe bestimmter Insekten auf

Chromosom Die Chromosomen wurden 1843 von Carl Wilhelm von Nägeli entdeckt, jedoch als

„transitorische Zytoblasten“ m issgedeutet. 1910 zeigte Thomas Hunt Morgan, dass die Chromosomen die Träger der Gene, also der Erbinformation, sind.

Ein Chromosom ist die Organisationsstruktur der DNS

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Ein Chromosom ist ein langer, kontinuierlicher DNS-Doppelstrang, der um eine Vielzahl von Histonen (Kernproteinen) herumgewickelt und mehrfach zu einer kompakten Form spiralisiert werden kann

Verpackung der DNS zum Chromosom mit Oktanhistonen, um das sich die DNS dreht und durch Histon1 fixiert wird. Gerüstproteine verhelfen zur endgültigen Spirale.

Nukleosome (DNS+Histon) haben Proteinfäden, die aus dem Komplex herausschauen und zur Erhaltung der Beweglichkeit dienen

Chromosomen liegen in verschiedenen Spiralisierungszuständen vor. Während der Zellkernteilung (Mitose) werden sie so kompakt verdichtet, dass sie anfärbbar und im Lichtmikroskop bereits bei geringerer Vergrößerung erkennbar sind, zu so genannten Metaphasechromosomen.

Auch die bei Prokaryoten frei im Cytoplasma befindlichen DNS-Moleküle werden als Chromosom bezeichnet.

Jedes Chromosom der Eukaryoten besteht sowohl bei haploiden als auch bei diploiden Organismen zu Beginn einer Zellkernteilung aus zwei Chromatiden, die am Centromer miteinander verbunden sind (Zwei-Chromatiden-Chromosom). Nach erfolgter Kernteilung besteht das Chromosom nur noch aus einem Chromatid, liegt also als Ein-Chromatid-Chromosom vor, doch verdoppelt sich dieses nach einiger Zeit wieder zu einem Zwei-Chromatiden-Chromosom

Wenn keine Kernteilung stattfindet, existieren die Chromosomen in Eukaryoten im entspiralisierten Zustand als längere DNS-Fäden im Zellkern, wobei die DNS in größeren Abständen immer wieder um Pakete aus acht Histonen (Oktanhiston) gewickelt ist. In diesem Zustand werden die Chromosomen als Chromatin bezeichnet

Nur in diesem entspannten, nicht spiralisierten Zustand ist die DNA zur Transkription, Regulation und Duplikation (Replikation) fähig.

Aktive Gene sind im Nukleosom verpackt Prokaryonten besitzen keine Histone und keinen Zellkern; der Großteil ihres Erbmaterials

liegt in Form eines einzelnen, ringförmig geschlossenen DNA-Strangs vor, der sich vergleichsweise ungeordnet im Plasma der Bakterienzelle befindet.

Chromosomen sind hochgradig strukturiert So liegen Gene mit ähnlicher Funktion im Chromosom häufig nebeneinander. Das ist bei

einem linearen Chromatinfaden nicht der Fall Die Chromosomen besitzen eine primäre Einschnürungsstelle, das Centromer.

Als Centromer bzw. Zentromer bezeichnet man die primäre Einschnürungsstelle eines Chromosoms. Das Centromer teilt das Chromosom in zwei oft unterschiedlich lange Schenkel oder Arme.

Der kurze Arm eines Chromosoms kann bei Satellitenchromosomen (SAT-Chromosomen) durch einen Satelliten verlängert sein. Die DNA-Abschnitte in diesem Bereich kodieren für die ribosomale RNA In der Genetik und Cytologie bezeichnet der Begriff Satellit den Endabschnitt am

kurzen Schenkel eines Chromosoms, der durch eine sekundäre Einschnürungsstelle vom Rest des Chromosoms abgegrenzt ist. Satelliten kommen aber nur bei so genannten Satellitenchromosomen (SAT-Chromosomen) vor. Einige Satelliten kodieren für ribosomale DNA

Satelliten befinden sich am Centromer und Telomer Mini- und Makrosatelliten unterscheiden sich in Größe und Vorkommen

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Sind eingestreut in repetitive DNS, z.B. als Multigenfamilien (Globingene) oder Transposons (machen mehr als 10% des Humangenoms aus)

Satellitenchromosomen sind durch sekundäre, nicht einfärbbare Einschnürungen im Bereich der Kernkörperchenbildung gekennzeichnete Chromosomen, deren kleiner distaler (von der Körpermitte weggerichtet) Abschnitt Satellit genannt wird

Im Bereich des Centromers hängen beispielsweise auch die beiden Chromatiden eines Zwei-Chromatiden-Chromosoms zusammen

Am Centromer bildet sich ein Proteinkomplex aus, der Kinetochor. An diesen setzen bei Kernteilungsvorgängen (Mitose, Meiose) die Fasern des Spindelapparates an, die nach der Durchtrennung des Centromers die zwei Ein-Chromatid-Chromosomen zu den Zellpolen ziehen.

Der Begriff Kinetochor war früher ein Synonym für das Centromer. Nach der neueren Terminologie bezeichnet man mit diesem Begriff eine spezielle, platten- oder halbkugelförmige Proteinstruktur, die dem Centromer seitlich aufsitzt und bei Kernteilungsvorgängen als Ansatzstelle für die Fasern des Spindelapparates dient.

Die Enden des Chromosoms werden als Telomere bezeichnet Die Telomere sind die natürlichen einzelsträngigen Chromosomenenden linearer

Chromosomen Sie sind für die Stabilität von Chromosomen wesentliche Strukturelemente der DNS.

Sie besitzen einen hohen Guanin- und Thymin-Anteil, der hochrepetitiv (oft wiederholt) ist

Für den Stabilisierungseffekt ist auch die gefaltete Sekundärstruktur der Telomere wichtig. Zudem sind in einigen Organismen die Telomere ein Verankerungspunkt an die Zellkernwand.

Mit jeder Zellteilung werden die Telomere verkürzt, da die DNS-Polymerase am Folgestrang nicht mehr ansetzen kann. Unterschreitet die Telomerlänge ein kritisches Minimum von circa 4 kbp, kann sich die Zelle nicht mehr weiter teilen, oft tritt dann der Zelltod oder ein permanenter Wachstumsstop ein. Die hierdurch entstehende Begrenzung der zellulären Lebenszeit wird als Tumorsupressor-Mechanismus verstanden

Das Enzym Telomerase (ein RNS-Protein-Komplex mit einer reverse Transkriptase-Aktivität) kann die Verkürzung wieder ausgleichen. Dazu fügt sie an des 3'-OH-Ende G-reiche Wiederholungseinheiten an, deren RNS-Vorlage sich in der Telomerase selbst befindet

Zellen, in denen dieses Enzym aktiv ist, können sich sehr viel häufiger teilen als andere Körperzellen. Aktiv ist die Telomerase prinzipiell bei einzelligen Eukaryoten (Protozoen), bei höheren mehrzelligen Organismen jedoch nur in ganz bestimmten Zellen: 1. in den Zellen der Keimbahn (siehe auch Keimzellen), 2. in Zellen, die sich sehr häufig teilen müssen, wie den embryonale Stammzellen

(z.B. Knochenmarkstammzellen) oder den Immunzellen, sowie 3. in bis zu 94% aller proliferierender Krebszellen.

Schutz vor Ligation mit anderen Chromosomen Centromer und Telomer sind ARS-Elemente (autonom replizierende Sequenzen)

essentielle Bestandteile eines Chromosoms, die eine Replikation des Chromosoms in der Zelle erst ermöglichen.

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Es werden zwei Typen von Chromatin unterschieden: 1. Euchromatin, dessen DNS aktiv ist, d.h., in Protein exprimiert werden kann. Es liegt

aufgelockert vor und wird früh repliziert 2. Heterochromatin, das hauptsächlich aus inaktiver DNS besteht. Es ist dicht gepackt

und kann in zwei Untertypen unterteilt werden: Konstitutives Heterochromatin, das nie exprimiert wird. Es findet sich im Bereich

des Centromers und besteht gewöhnlich aus repetitiven DNS-Sequenzen Fakultatives Heterochromatin, das manchmal exprimiert wird und dann auch erst

spät Replikation findet an mehreren Punkten statt, Euchromatin wird aber vor

Heterochromatin repliziert Hetero- und Euchromatin sind mikroskopisch unterscheidbar Bei unüblichen Chromosomentrennungen oder beim Crossing over kann es zu

Besonderheiten mit zum Teil schwer wiegender Symptomatik führen. Diese lassen sich in zwei Klassen einteilen:

1. Chromosomenaberrationen oder teilweise Chromosomendysplasie, gewöhnlich das Resultat eines fehlerhaften Crossover.

Ein Bsp. dafür ist das Katzenschrei-Syndrom, das durch Deletion (Stückverlust) des kurzen Arms von Chromosom 5 hervorgerufen wird. Im frühen Kindesalter fallen die Kinder durch die Art und Weises ihres Schreiens auf, das an das Schreien einer Katze erinnert. Sie haben weit auseinander liegende Augen, einen kleinen Kopf und Kiefer und sind in ihrer Intelligenz gemindert.

2. Fehlende oder zusätzliche Chromosomen als Resultat einer unvollständigen chromosomalen Segregation.

Bsp. dafür sind: Das Down-Syndrom oder Trisomie 21 (dreifaches/trisomes Vorliegen von Erbmaterial

des 21. Chromosoms in allen oder einigen Körperzellen). Häufige Symptome sind u.a. Muskelschwäche, vielfach vergleichsweise leichte Intelligenzminderung, häufig Herzfehler.

Und das Turner-Syndrom (X0). Frauen mit diesem Syndrom haben unterentwickelte weibliche Geschlechtsmerkmale, eine kleine Statur, einen tiefen Haaransatz, eine ungewöhnliche Augen- und Knochenentwicklung, eine Trichterbrust und sind meist unfruchtbar. Die Intelligenz ist durchschnittlich ausgeprägt.

Karyogramm: Um die Anzahl der (diploiden) Chromosomen eines Lebewesens festzustellen, werden sie

während der Metaphase im Reagenzglas mit Colchizin, einem Spindelgift, arretiert, so dass sie nicht mehr zu den Zellpolen gezogen werden können

Danach werden die Zellen angefärbt, fotografiert und in einem Karyogramm der Größe nach angeordnet, sodass der Karyotyp bestimmt werden kann

Der Karyotyp ist eine verkürzte, durch Zahlen und Buchstaben dargestellte Auswertung eines Karyogramms, bei dem die Chromosomen nach Anzahl und Form bzw. Größe geordnet und dargestellt werden.

Chromosomenformen: Meta- zentrisch/ Satelliten (Centromer liegt in der Mitte des Chromosoms) Akro- zentrisch (Centromer liegt zwischen Mitte und Ende des Chromosoms)

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Telo- zentrisch (Centromer liegt fast ganz am Ende des Chromosoms) Weitere wichtige Begriffe: Chromatin = DNS +Proteinkomplex (ebenso besitzt die mRNA einen bestimmten

Proteinkomplex; nur die tRNA hat keine Proteinkomplexe) Autosomen = sind alle Chromosomen außer den Geschlechtschromosomen (Beim

Menschen sind das 22 Chromosomenpaare, von denen im doppelten Chromosomensatz jeweils zwei homolog sind)

Gonosomen = sind die Geschlechtschromosomen. Wie viele andere sich sexuell reproduzierende Spezies hat auch der Mensch neben den Autosomen noch zwei spezielle Geschlechtschromosomen, die unter anderem für die Geschlechtsbestimmung zuständig sind. Es gibt beim Menschen zwei verschiedene Geschlechtschromosomen: das X-Chromosom und das Y-Chromosom

cDNA (von eng. complementary DNA) ist eine DNA, die mit Hilfe der Reverse Transkriptase meist aus mRNA hergestellt wird. Eingesetzt wird cDNA in der Molekularbiologie, Genomanalyse sowie in der medizinischen Forschung und Diagnostik.

Vererbung und Mendel Mendel gelang es, durch Kreuzungsversuche mit reinrassigen Zuchtformen von Erbsen,

die sich nur in wenigen Erbanlagen (Genen) unterscheiden, die Vererbungsgesetze zu beschreiben

Die Entdeckungen Mendels beruhen auf statistischen Werten. Demzufolge werden sie häufig auch als Regeln bezeichnet, mit der Begründung, dass Gesetze – anders als Regeln – uneingeschränkt gelten würden

Mendel kannte weder den Begriff der Gene noch den der Chromosomen. Die eigentliche Natur der Erbanlagen war ihm somit nicht bekannt. Erst 1904 wurde durch Sutton und Boveri die Chromosomentheorie der Vererbung begründet. Mit Hilfe dieser Theorie können die Mendelregeln widerspruchsfrei erklärt werden.

Was durch Mendels Theorie nicht erklärt werden konnte, wurde erst durch die Chromosomentheorie der Vererbung verständlich. Die Gene für zum Beispiel die Wuchshöhe und Fruchtform der Tomaten (A/a bzw. B/b) liegen auf dem gleichen Chromosom und werden deshalb gekoppelt an die Keimzellen weitergegeben. Die Keimzellen können dann nur die Kombination AB oder ab enthalten, nicht aber Ab oder aB. Die 3. mendelsche Regel muss deshalb eingeschränkt werden: Allele sind frei kombinierbar, wenn die Gene auf verschiedenen Chromosomen liegen.

1. mendelsches Gesetz (Uniformitätsgesetz bzw. Reziprozität) Wenn zwei Individuen einer Art ("Eltern" oder Parentalgeneration P genannt) miteinander gekreuzt werden, die sich in einem Merkmal, für das sie reinerbig (homozygot) sind, unterscheiden, so sind die Nachkommen der ersten Generation ("Kinder" oder erste Filialgeneration F1 genannt) uniform, d.h. sowohl genotypisch als auch bezogen auf den Phänotyp gleich. Dabei ist es irrelevant, welches der beiden Individuen Mutter oder Vater darstellt (reziproke Kreuzung). (Ausnahme: Das Merkmal befindet sich auf einem Geschlechtschromosom (Gonosom). Dann kann es sein, dass die F1 nicht wirklich uniform ist!) 2. mendelsches Gesetz (Spaltungsgesetz)

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Wenn die F1- Generation untereinander gekreuzt wird, so sind die Individuen der zweiten Generation ("Enkel" oder zweite Filialgeneration, F2) nicht mehr uniform, sondern weisen wieder die Merkmale der Elterngeneration in bestimmten Zahlenverhältnissen auf. Handelt es sich dabei um dominant-rezessive Vererbung, so bilden drei Viertel die

dominante und ein Viertel die rezessive Variante aus (Verhältnis von 3:1). Bei intermediärer Vererbung je ein Viertel der Nachkommen eine der beiden reinerbigen

Varianten und die Hälfte der Individuen weist die Mischform der 1. Generation auf (Verhältnis von 1:2:1).

3. mendelsches Gesetz (Unabhängigkeitsgesetz / Neukombinationsgesetz) Zwei Merkmale werden getrennt voneinander vererbt, wobei ab der 2. Generation neue, reinerbige Kombinationen auftreten können. Dieses Gesetz gilt allerdings nur dann, wenn die für die Merkmale verantwortlichen Gene auf verschiedenen Chromosomen sitzen (polyhybride Erbgänge). Liegen die Gene auf den gleichen Chromosomen, werden sie in Kopplungsgruppen vererbt. Berechnung komplexer genetischer Probleme: Bsp.: Pp Yy Rr Pp yy rr (Genotyp der Parentalgeneration; reziproke Kreuzung) Wie viele der Nachkommen sind für mindestens zwei Merkmale rezessiv? Möglichkeiten: pp yy Rr ¼ (pp)*1/2 (yy)*1/2 (Rr)= 1/16 pp Yy rr ¼ (pp)*1/2 (Yy)*1/2 (r)= 1/16 Pp yy rr 1/2 (Pp)*1/2 (yy)*1/2 (Rr)= 1/8 PP yy rr ¼ (Pp)*1/2 (yy)*1/2 (rr)= 1/16 pp yy rr ¼ (pp)*1/2 (yy)*1/2 (rr)= 1/16 3/8 Die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens 2 Merkmale rezessiv sind beträgt 3/8. Genkopplung: Unter Genkopplung versteht man in der Genetik das Phänomen, dass manche durch

Gene kodierte Merkmale sich nicht oder nur selten im Laufe mehrerer Generationen voneinander trennen. Die Gene verhalten sich dabei nicht entsprechend dem dritten Mendelschen Gesetz (Unabhängigkeitsregel).

Während der Meiose I kommt es zum Austausch von genetischem Material zwischen den Chromosomen. Dabei entstehen an beiden Strängen Brüche, die über kreuz wieder verknüpft werden ("Chiasma") und rekombiniert. Diesen Vorgang nennt man auch Crossing over. Dabei können Gene eines Chromosoms auch voneinander getrennt werden (sie werden "entkoppelt"). Gene auf unterschiedlichen Chromosomen sind stets entkoppelt, was daran ersichtlich wird, dass sie nach der 3. Mendelschen Regel vererbt werden.

Je näher zwei Gene beieinander liegen, desto seltener werden sie getrennt. Durch diesen Zusammenhang kann man mit Hilfe von mindestens drei Genen eine Kartierung auf einem Chromosom vornehmen. Dies geschieht mit einer sogenannten Kopplungsanalyse

Auch der relative Abstand von Genen ist somit ermittelbar. Werden zwei Gene in einem Fall pro 100 Meiosen getrennt, so hat man definiert, besitzen sie einen Abstand von 1 centiMorgan (cM). Beim Menschen entspricht ein 1 cM durchschnittlich etwa 1 Million Basenpaaren, das kann jedoch stark variieren. RF(Rekombinationsfrequenz)= Zahl der Rekombinanten/ Zahl aller Nachkommen 1%RF= 1cM (centi Morgan)

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bei RF bis max.50% ist der Erbgang ungekoppelt Es gibt auch Häufungspunkte ('hot spots') für die Bildung von Chiasmata, sodass

bestimmte Gene häufiger gemeinsam vererbt werden, als es statistisch der Fall wäre. Bereiche, die nur selten getrennt werden, bezeichnet man auch als Kopplungsgruppe.

Genkarte

Je dichter zwei Genorte beieinander liegen, desto unwahrscheinlicher ist eine Auswirkung und die Anzahl von Crossing Overs

Kodominanz/ multiple Allelie: besagt, dass ein Merkmal wie bei jeder Vererbung von Vater und Mutter gleichermaßen

bestimmt wird, der Erbgang aber weder dominant-rezessiv noch intermediär verläuft Stattdessen verhalten sich "beide dominant". Das heißt, beide Merkmale sind voll

ausgeprägt, keines wird unterdrückt, aber es ist auch keine homogene Mischform der beiden Merkmale

Ein Beispiel für die Kodominanz ist die Vererbung der Blutgruppen (AB0-System) Pleiotropie: Man versteht darunter die Veränderung mehrerer phänotypischer Merkmale, die durch

die Veränderung eines einzelnen Gens hervorgerufen werden Die Ursache für pleiotrope Erscheinungen ist in den Transkriptions- und

Translationsprodukten zu suchen Klassisches Beispiel für das Auftreten von Pleiotropie ist das Marfan-Syndrom, bei dem

das Fibrillin-Gen auf Chromosom 15 betroffen ist. Die Folge sind Bindegewebsdefekte in den unterschiedlichsten Organen mit unterschiedlichster Expressivität. Weitere Beispiele sind die Mukoviszidose und die Phenylketonurie.

Polygenie: bedeutet die Beteiligung mehrerer Gene an der Ausbildung eines Merkmals Ein Beispiel dafür ist die Körpergröße, die durch mehrere Gene bestimmt ist Man unterscheidet komplementäre und additive Polygenie

Bei der komplementären Polygenie wirkt jedes der zusammenwirkenden Genpaare in anderer Richtung oder bestimmt ein Teilmerkmal. Ein Beispiel ist das Ringelmuster und die Färbung von einzelnen Haaren bei Mäusen

Bei der additiven Polygenie haben alle Genpaare eine gleichsinnige Wirkung, d.h. sie verstärken einander (z.B. Blutgerinnung)

Das Gegenstück zur Polygenie ist die Polyphänie, bei der ein Gen mehrere Phänotypen beeinflusst.

Unvollständige Dominanz/ Haploinsuffiziens: Ein Allel reicht nicht aus für die Normalfunktion (hier: es werden nicht genug Proteine für

roten Farbstoff gebildet) Bsp.(Blütenfarbe): RR(rot) rr(weiß) = Rr(rosa) Quantitative Genetik: befasst sich mit den erblichen Komponenten von Merkmalen, die auf einer

kontinuierlichen Skala gemessen werden, z.B. Größe oder Gewicht.

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Dazu gehört die Untersuchung von Modifikationen = phänotypische Variation aufgrund von Umwelteinflüssen gleicher Genotyp, unterschiedlicher Phänotyp

Bsp.: Die Blütenfarbe der Hortensien ist abhängig vom pH- Wert des Bodens Jedes Gen hat seine eigene Reaktionsnorm ( bezeichnet das Muster an Phänotypen, das

unter wechselnden Umweltbedingungen durch einen bestimmten Genotyp hervorgerufen wird als Reaktionsnorm)

Punktmutation: Betrifft nur wenige oder ein einzelnes Basenpaar Substitution ist der Austausch von Basen Deletion ist der Verlust einer Base Insertion ist das Zufügen einer Base Findet die Mutation innerhalb des codierenden Bereichs statt, kommt es zu einer

Änderung des Proteins Findet die Mutation außerhalb des codierenden Bereichs statt, kommt es zu einer

Änderung der Kontrollelemente Beides hat ein defektes Protein zur Folge Bei der Substitution kann die Mutation zu einem Protein führen, dass seine Aufgabe

noch voll erfüllen kann, nur noch zur Hälfte oder gar nicht mehr Das bekannteste Beispiel für Punktmutation ist die Sichelzellenanämie Genetik am Menschen: Albinismus: ist eine Sammelbezeichnung für angeborene Störungen in der Biosynthese der Melanine

und dem daraus resultierenden Mangel an Pigmenten in Haut, Haaren und Augen. Die Betroffenen nennt man Albinos oder Dondos. Es gibt grundsätzlich zwei übergeordnete Arten von Albinismus, okularen und

okulokutanen Albinismus (okular/okulo=das Auge betreffend, kutan=die Haut betreffend).

Die okulokutanen Arten werden autosomal-rezessiv vererbt, d.h., beide Eltern müssen ein betroffenes Gen weitervererben, um ein Kind mit Albinismus zu bekommen. Dabei gelten die Mendelschen Gesetze.

Okularer Albinismus wird X-chromosomal vererbt, deshalb sind hauptsächlich Männer betroffen.

Dominante Vererbung z.B. der Geheimratsecken Häufige, rezessive autosomale, lebensbedrohliche Erbkrankheiten, z.B. Muskoviszidose= cystische Fibrose (defekter Chlorid- Transport in sekretorischen Zellen Tay- Sachs, betrifft Gangliosid- Transport im Gehirn Sichelzellenanämie (Mutation im Hämoglobin A) Bsp. für dominante autosomale Erbkrankheiten: Achondroplasie = Zwergwuchs Chorea Huntington Genreiche Tests/ Genotypisierung der Eltern

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Für einige Erbleiden sind die betroffenen Gene bekannt Besonders häufig auftretende DNS- Varianten lassen sich molekular feststellen Pränatele Diagnostik (Amnioncetese, Chorionzotten- Biopsie) Postnatale Diagnostik durch Untersuchung der Neugeborenen auf Erbleiden Zusatz: Out-of-Africa-Hypothese

Analysen mitochondrialer und Y-chromosomaler DNA-Sequenzen und Fossilien führen zu dem Schluss, dass alle heutigen Menschen innerhalb der letzten 200 000 Jahren aus einer afrikanischen Vorläuferpopulation entstanden sind und die anderen archaischen Populationen verdrängt haben.

EVA-Hypothese Mitochondrien, die "Kraftwerke" der Zelle, tragen eigene Erbinformation (DNA). Da

jedoch Spermien ausgesucht klein sind und meist kein Mitochondrion mitnehmen, werden sie nur von der reichhaltiger ausgestatteten Eizelle in den Fetus eingebracht. Damit aber stammt auch die DNA der Mitochondrien nur von der Mutter - so lassen sich die heutigen mitochondrialen Erbinformationen gut zurückverfolgen (die männlichen Linien sind schlicht ausgeblendet). Forscher schlossen darum auf das Entstehungsdatum des modernen Menschen

Weitere wichtige Begriffe: Reziproke Kreuzung = ist in der klassischen Genetik ein Erbgang, bei dem das Geschlecht

der Organismen der Parentalgeneration sich weder phänotypisch noch genotypisch auf die Filialgeneration auswirkt

Rekombinanten = eine durch genetische Rekombination entstehende neue Genkombination

Lethalfaktoren = bei reinerbiger Vererbung führen sie zu Lebensunfähigkeit Epistatisch = („die Aufsicht betreffend“); Die W irkung eines Gens durch ein anderes

überdeckend Organellengenome (Mitochondrien und Chloroplasten) Entstehen nur durch Zweiteilung aus vorhanden Organellen Haben eigene ringförmige Genome extrachromosomale Vererbung ( Endosymbiontentheorie) Werden nur über die Eizelle vererbt Erstentdeckung in panaschierten Blättern: die weiße Zellen sind Chloroplasten mit

defekter Chloroplastensynthese Carl Correns wies 1909 die extrachromosomale Vererbung nach, indem er Kreuzungen

mit panaschierten Blättern der Wunderblume machte Das Ergebnis: väterlicher Phänotyp fast gänzlich egal, Phänotyp der Nachkommen

gleicht immer der Mutter maternale Vererbung Humanerkrankungen durch defekte Mitochondrien betreffen v.a. die Atmungskette

(mitochondriale Myophaty)

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Hefe kann, als einziger Organismus, auch ohne Mitochondrien leben Tumorbiologie Krebsentstehung/ Onkogenese: Ist ein mehrstufiger Prozess, der immer mit einer Veränderung der DNS verbunden ist Grund sind Tumorzellen

Haben eine unkontrollierte Zellteilung (Zellinhibition ist ausgeschaltet) Zellzykluskontrolle ist zerstört Sie sind immortalisiert (unsterblich); normalerweise verkürzen sich nach jeder

Zellteilung die Telomere und ab einer bestimmten Kürze wird der Zelltod herbeigeführt

Sie sind invasiv, d.h. sie greifen auf anderes Gewebe über (Metastasenbildung) Ursache für die Entstehung von Tumorzelle sind Mutationen durch Umweltfaktoren:

Carcinogene Chemikalien (z.B. Zigarettenrauch Lungenkrebs) Strahlung (z.B. UV- Strahlung Hautkrebs) Virusinfektionen (z.B. Hepatitis Leberkrebs

Krebsauslösende Ereignisse wirken kumulativ (anhäufend, addierend) Tumore sind somatische Mutationen Tumor- Suppressor Gen: Verhindert die Entstehung von Tumoren Wenn es normal funktioniert ist es verantwortlich für:

Negativer Regulator des Zellzyklus Zelltod- Auslöser (Apoptose) DNS- Reparaturkontrolle

Das Tumor- Suppressor Protein p53 (Zellwächter): Sorgt für Genaktivität Ist sehr instabil Wenn Schäden vorhanden sind, wird es aktiviert und stabilisiert

P53 aktiviert: Zellinhibitor 21 Zellzyklus- Arrest Reparaturmechanismen Schaden wird repariert Proapoptotische Gene Zelltod, bei zu großer Schädigung

Wenn das Tumor- Suppressor Gen oder p53 mutiert sind, löst das Tumore aus Apoptose: Ist ein „Selbstm ordprorgam m “, die Zelle führt ihren Tod selber aktiv ein Kann endogen ausgelöst werden, d.h. aufgrund von zellinternen Prozessen Oder exogen, d.h. durch ein Signal von außen (z.B. von Killerzellen) Die Zelle schrumpft und die DNS wird durch Endonukleasen abgebaut Ist ein wichtiger Vorgang während der Entwicklung(Bsp. bei der Metamorphose von der

Kaulquappe zum Frosch) und auch im adulten Stadium (Bsp. Eliminierung von entarteten Zellen oder zur Kontrolle von Zellzahl und Größen von Geweben)

Onkogene:

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Sind Teile des Erbgutes einer Zelle, die den Übergang vom normalen Wachstumsverhalten der Zelle zu ungebremsten Tumorwachstum fördern

Protoonkogene (c-onc) sind die Vorstufe zu Onkogenen Protoonkogene entstehen durch Mutationen von Gensequenzen, die für das normale

Zellwachstum, -teilung und –differenzierung eine Rolle spielen Durch schädliche Einflüsse (Radioaktivität, chemische Substanzen oder Viren) werden

sie in die krebserzeugende Form gewandelt Viele Komponenten, die das Wachstum einer Zelle beeinflussen, können als

Protoonkogene angesehen werden. Mutiert ein solches Gen, kommt es im häufigsten Fall zu einem Funktionsverlust, die Zellteilung wird nicht mehr gefördert und die Zelle kann sich nicht mehr teilen. Meist zieht das den programmierten Zelltod, die sogenannte Apoptose, nach sich, was für den Organismus kein Problem darstellt, da sich normalerweise genügend andere teilbare Zellen in der Nachbarschaft befinden

Es gibt aber auch die Möglichkeit, dass durch die Mutation des Protoonkogens die Zellteilung gefördert wird. Es kann passieren, dass durch Chromosomenumlagerungen ein Wachstumsgen unter den Einfluss eines Promotors gerät, der normalerweise stark aktivierend wirkt. So sind z.B. die Promotoren der Immunglobuline in der Lage, Protoonkogene zu Onkogenen zu aktivieren und damit zur Entstehung von Tumoren beizutragen.

Sie wurden von Rous entdeckt; er fand heraus, dass Onkogene ursprünglich aus Retroviren stammen

Diese Tumorviren hemmen p53 und aktivieren Onkogene (z.B. Hepatitis) Stufen der Krebsentwicklung am Beispiel von Dickdarmkrebs: 1. Verlust des Tumor- Suppressor Gens kleine gutartige Geschwulst (Polyp) 2. Aktivierung des ras- Onkogens 3. Verlust des Tumor- Suppressor Gens DCC größere gutartige Geschwulst (Adenom) 4. Verlust des Tumor- Suppressors p53 5. Weitere Mutation bösartiger Tumor (Karzinom) Weitere wichtige Begriffe zur Tumorbiologie: tumorverhindernd = tumorsuppressor tumorauslösend = onkogen oder carcinogen Prädisposition: Gendefekt in einer Kopie; ererbte, genetisch bedingte Anlage oder

Empfänglichkeit für bestimmte Krankheiten oder Symptome Gentechniken Klonierung: Unter dem Begriff Klonierung wird in der Molekularbiologie eine Methode bezeichnet,

bei der man eine beliebige DNA-Sequenz, z.B. das Insulin-Gen, in einen bakteriellen Vektor integriert

Diese Vektoren stammen von bakteriellen Plasmiden ab. Der Vektor mit der neu integrierten, zu untersuchenden DNA wird anschließend in einen Wirt transformiert und kann dann untersucht werden. Der typische Wirt ist ein Stamm des Bakteriums Escherichia coli.

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Ziel einer Klonierung ist, das klonierte Gen zu vermehren, um es näher zu untersuchen oder um das entsprechende Protein rekombinant in großen Mengen herzustellen. Solche Proteine spielen eine Rolle für therapeutische Zwecke (z.B. Insulin etc.) und in der Lebensmitteltechnologie (Lab-Ferment etc.)

Beim Klonieren werden immer sogenannte Vektoren verwendet. Diese dienen als Transportvehikel zur Übertragung eines bestimmten DNA-Strangs in die DNS einer Empfängerzelle. Klonierungstechniken können unterschieden werden in solche, die in vivo (in einem Lebewesen oder einer lebendigen Zelle) stattfinden, und solche die in vitro (im Reagenzglas) stattfinden

Beim Klonieren mit Hilfe von Plasmiden werden aus Bakterien Plasmide gewonnen und mit Hilfe spezieller Restriktionsenzyme geschnitten Restriktionsenzyme sind Enzyme, welche DNA schneiden können. Die Namen der Restriktionsenzyme geben ihre Herkunft an. Der erste Buchstabe

steht für die Art, der zweite und dritte für die Gattung, erweitert wird es durch Namenszusätze und die chronologische Abfolge der Entdeckung. Das Enzym EcoRI ist beispielsweise das erste Enzym, das in dem Stamm Escherichia coli R(rough) gefunden wurde

Die Erkennungssequenzen der Restriktionsenzyme bestehen meist aus vier, sechs oder acht Basenpaaren

Der Schnitt kann versetzt ("sticky ends"/"klebrige Enden", z.B. Eco RI) oder gerade sein ("blunt ends"/"stumpfe Enden", z.B. Alu I)

Sticky Ends sind leichter ligierbar Die Ziel-DNS-Sequenz, die in einer PCR-Reaktion aus chromosomaler DNS hergestellt

wurde und nun als Insert in den Vektor integriert werden soll, wird mit den gleichen Enzymen geschnitten, so dass komplementäre Enden an Vektor und Ziel-DNS entstehen

So ist es nun möglich, den Vektor und das Ziel-DNS-Stück miteinander zu verbinden. Dieser Vorgang, die Ligation, wird durch die T4-DNS-Ligase katalysiert.

Das Vektor-Insert-Konstrukt wird in spezielle E. coli-Stämme eingeführt, die chemisch- oder elektro-kompetent sind und damit zur Aufnahme der DNS in die Zelle optimiert sind

Hat ein Bakterium das Plasmid ins Zellinnere aufgenommen, so kann es mit Hilfe eines auf dem Plasmid vorhandenen Antibiotikum-Resistenzgens auf einer Agarplatte wachsen, die das Antibiotikum enthält

So werden nur diejenigen Bakterien selektiert, die das Plasmid auch wirklich enthalten Durch Vermehrung des Bakteriums entstehen Bakterienkolonien. Alle Bakterienzellen,

die keinen Vektor tragen, gehen zugrunde Impft man mit einer solchen Kolonie ein Flüssigmedium an, so vermehren sich die

Bakterien bei 37°C. Aus einem solchen Ansatz kann eine große Menge Plasmid-DNA gewonnen werden

Die DNS wird dann für weitere Klonierungen oder zur Proteinüberexpression eingesetzt. PCR: Die Polymerase-Kettenreaktion (englisch Polymerase Chain Reaction, PCR) ist eine

Methode, um die Erbsubstanz DNA zu vervielfältigen, ohne einen lebenden Organismus zu benutzen

Die PCR wird in biologischen und medizinischen Laboratorien für eine Vielzahl verschiedener Aufgaben verwendet:

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Der genetische Fingerabdruck wird in der Gerichtsmedizin zur Identifikation einer Person eingesetzt, indem seine oder ihre DNA mit einer vorhandenen Probe verglichen wird. Beispielsweise kann eine Blutprobe von einem Tatort mit dem Blut eines Verdächtigen verglichen werden. Aber auch für Vaterschaftsteste

Die Erkennung von Erbkrankheiten in einem vorliegenden Genom ist ein langwieriger und komplizierter Vorgang, der durch den Einsatz von PCR bedeutend verkürzt werden kann. Jedes Gen, das in Frage kommt, kann durch PCR mit den entsprechenden Primern amplifiziert (= vervielfältigt) und anschließend sequenziert werden, um Mutationen aufzuspüren.

Virale Erkrankungen können ebenfalls durch PCR erkannt werden, indem man die Virus-DNA vervielfältigt bzw. bei RNA-Viren diese RNA erst in DNA umschreibt und dann mittels PCR vervielfältigt. Diese Analyse kann sofort nach der Infektion erfolgen, oft Tage oder Wochen vor dem Auftreten der Symptome. Erfolgt die Diagnose so früh, erleichtert das den Medizinern die Behandlung erheblich.

Analyse alter (fossiler) DNS, da die PCR aus nur geringen DNA-Probemengen eine beliebige Menge von Material erzeugen kann, ist sie besonders für die sehr alte aDNS geeignet, die in der Natur nur noch in für Untersuchungen nicht mehr ausreichenden Mengen vorkommt. Dabei beruhen nahezu alle wissenschaftlichen Erkenntnisgewinne in Bezug auf die aDNS und somit viele seit langem ausgestorbener Arten auf der Methode der PCR

Geschlechtsbestimmung. Die PCR kann eingesetzt werden, um Material für einen Nachweis der geschlechtsspezifischen Chromosomen zu gewinnen. Das ist bei den üblichen Haussäugetieren nicht üblich, außer eventuell bei Zwittern. Bei manchen Tieren im Zoo, besonders aber bei Vögeln, Reptilien oder Fischen, ist es die schonendste und sicherste Variante. Im Heimtierbereich ist diese PCR Methode bei Papageien üblich

Anfang der 1970er Jahre kam Har Gobind Khorana auf den theoretischen Gedanken, DNA durch zwei flankierende Primer zu vervielfältigen, jedoch geriet die Idee in Vergessenheit

Die Polymerase-Kettenreaktion selber wurde 1983 von Kary Banks Mullis erneut erfunden. Seine Idee war es ein Verfahren zu entwickeln, das DNA durch wiederholte Verdoppelung in mehreren Zyklen mit Hilfe eines Enzyms namens DNS-Polymerase künstlich vervielfältigt.

DNS-Polymerase kommt in allen Lebewesen vor und verdoppelt bei ihnen die DNA vor der Zellteilung. Dazu bindet sie sich an einen einzelnen DNA-Strang und erzeugt einen dazu komplementären Strang.

Später wurde der PCR-Prozess verbessert, indem man die DNS-Polymerase von thermophilen Bakterien verwendete, die z.B. bei über 110 C in Geysiren leben

Die DNS-Polymerase dieser Lebewesen ist thermostabil und wird daher beim Erhitzen während der PCR-Zyklen nicht zerstört. Da nicht mehr ständig neue DNS-Polymerase hinzugefügt werden musste, konnte der Vervielfältigungs-Vorgang erheblich vereinfacht und automatisiert werden. Eine der ersten thermostabilen DNA-Polymerasen wurde aus Thermus aquaticus gewonnen und wird Taq-Polymerase genannt. Die Taq-Polymerase erfährt nach wie vor breite Anwendung. Ihr Nachteil liegt darin,

dass sie manchmal Fehler beim Kopieren der DNA produziert, was zu Mutationen in der DNA-Sequenz führt. Polymerasen wie Pwo und Pfu, die aus Archaea gewonnen werden, haben einen Korrektur-Mechanismus, der die Anzahl der Mutationen in der kopierten DNA erheblich senkt.

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PCR wird eingesetzt um einen kurzen, genau definierten Teil eines DNA-Strangs zu vervielfältigen

Im Gegensatz zu lebenden Organismen kann der PCR-Prozess nur kurze DNA-Abschnitte bis zu etwa 1kbp (1.000 Basenpaare) kopieren

In ihren momentanen Anwendungsgebieten benötigt PCR mehrere grundlegende Komponenten. Diese sind:

1. Die Original-DNA, die den zu vervielfältigenden Abschnitt enthält 2. Zwei Primer, um auf den beiden Einzelsträngen der DNA jeweils den Startpunkt der DNA-

Synthese festzulegen, wodurch der zu vervielfältigende Bereich von beiden Seiten begrenzt wird.

3. DNS-Polymerase, die bei hohen Temperaturen nicht zerstört wird, um den festgelegten Abschnitt zu replizieren (kopieren) (z.B. Taq-Polymerase)

4. Nukleotide, die Bausteine für den von der DNS-Polymerase synthetisierten DNA-Strang 5. Pufferlösungen, die eine für die DNS-Polymerase geeignete chemische Umgebung

sicherstellen 6. MgCl2 Lösung für die Funktion der Polymerase essentiell 7. Die Polymerase-Kettenreaktion findet in einem so genannten Thermocycler statt. Diese

Maschine erhitzt und kühlt die in ihr befindlichen Reaktionsgefäße präzise auf die Temperatur, die für den jeweiligen Schritt benötigt wird. Um Verdunstung zu verhindern, wird ein beheizbarer Deckel auf den Reaktionsgefäßen oder eine Ölschicht auf dem Reaktionsgemisch benutzt.

Ablauf:

Der PCR-Prozess besteht aus einer Anzahl von 30 bis 50 Zyklen. Jeder Zyklus besteht aus drei Schritten:

1. Denaturierung: Zunächst wird die doppelsträngige DNS auf 94-96°C erhitzt um die Stränge zu trennen. Die Wasserstoffbrückenbindungen, die die beiden DNS-Stränge zusammenhalten, werden aufgebrochen. Im ersten Zyklus wird die DNS oft für längere Zeit erhitzt um sicherzustellen, dass sich sowohl die Ausgangs-DNS als auch die Primer vollständig voneinander getrennt haben und nur noch Einzelstränge vorliegen

2. Primerhybridisierung: Nach der Trennung der Stränge wird die Temperatur gesenkt, so dass die Primer sich an die einzelnen DNS-Stränge anlagern können. Die Temperatur während dieser Phase hängt von den Primern ab und liegt normalerweise zwischen 50 und 65°C. Wird die Temperatur falsch gewählt, kann das dazu führen, dass die Primer sich nicht (Temperatur zu hoch) oder an falschen Stellen (Temperatur zu niedrig) an der Ausgangs-DNS anlagern.

3. Elongation (Polymerisation, Verlängerung): Schließlich füllt die DNS-Polymerase die fehlenden Stränge mit freien Nukleotiden auf. Sie beginnt am 3'-Ende des angelagerten Primers und folgt dann dem DNS-Strang. Der Primer wird nicht wieder abgelöst, da er den Anfang des Einzelstrangs bildet. Die Temperatur hängt nun von der verwendeten DNS-Polymerase ab (zwischen 68 und 72°C); die Zeit, die dieser Schritt benötigt, ebenfalls von der verwendeten DNS-Polymerase und der Länge des DNS-Fragments, das vervielfältigt werden soll.

Die beiden entstandenen DNA-Stränge bilden die Vorlage für den nächsten Durchlauf, die Menge an DNA verdoppelt sich also mit jedem neuen Zyklus.

Das PCR-Produkt kann durch Agarose-Gelelektrophorese anhand seiner Größe identifiziert werden.

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Die Agarose-Gelelektrophorese ist ein Verfahren, bei der DNS in ein Agarose-Gel eingebracht wird und anschließend eine Spannung angelegt wird

Dann bewegen sich die kürzeren DNS-Stränge schneller als die längeren auf den Pluspol zu

Die Menge des PCR-Produkts kann durch einen Vergleich mit DNS-Leiter, die DNS-Fragmente bekannter Größe (auch in Gel) enthält, bestimmt werden.

Southern Blot: Beim Southern Blot handelt es sich um eine 1975 von Edwin Southern entwickelte

molekularbiologische Untersuchungsmethode für DNA. Sie ermöglicht den Nachweis einer Gensequenz in einem komplexen DNS–Gemisch (z.B. dem gesamten Genom eines Organismus) innerhalb kurzer Zeit, ohne dass sämtliche Sequenzen des Gemisches entschlüsselt werden müssen

Die zu untersuchende DNS wird mit einem oder mehreren Restriktionsenzymen behandelt und anschließend durch Gelelektrophorese der Größe nach aufgetrennt. Das im Gel entstandene Trennmuster, die DNS-Fragmente werden durch Alkalien in Einzelstränge gespalten und auf eine Membran (meist Nylon oder Nitrocellulose) übertragen und dort dauerhaft fixiert

Anschließend wird die Membran mit einer chemisch oder radioaktiv markierten Gensonde behandelt. Diese Sonde besteht aus einzelsträngiger DNS, welche zur gesuchten Sequenz komplementär ist. Befindet sich diese Sequenz irgendwo auf der Membran, so bildet die Sonde Basenpaarungen aus und bindet dauerhaft in diesem Bereich.

Alle unspezifischen Bindungen werden anschließend abgewaschen. Die Detektion erfolgt durch Auflegen der Membran auf Röntgenfilm, Fotopapier oder Phospho-Imager–Platten.

Als Blotting wird der Transfer der DNS aus dem Gel auf eine Membran bezeichnet. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten: Kapillar-Blot: Die treibende Kraft ist ein Flüssigkeitsstrom, der von einem Reservoir

ausgehend von unten durch das Gel, weiter durch die Membran zu einem Stapel saugfähigen Materials läuft. Dieser Strom zieht die DNS aus dem Gel mit, die anschließend in den Maschen der Membran hängen bleibt. Das Verfahren läuft meist 10 bis 12 Stunden (über Nacht). Wichtig ist, dass sich nirgendwo im Aufbau Luftblasen befinden, da sie den Flüssigkeitsstrom unterbrechen und an dieser Stelle die DNA nicht übertragen wird

Vakuum-Blot: Er funktioniert prinzipiell wie der Kapillar-Blot. Statt des saugfähigen Materials zieht hier allerdings Vakuum die Flüssigkeit durch Gel und Membran. Der Vakuum-Blot ist schneller und sparsamer, was die Salzlösung angeht.

Elektro-Blot: Beim Elektroblot wird die negative Ladung der DNS genutzt. Das Gel liegt auf einer Kathodenplatte. Auf dem Gel liegt die Membran und darüber die Anodenplatte. Eine Salzlösung gewährleistet, dass ein elektrischer Strom fließen kann und die DNS sich in Richtung der Anode bewegt. Sie wandert aus dem Gel und bleibt auf der Membran hängen. Nach dem Blotting trocknet man die Membran. Anschließend kann durch Bestrahlung mit UV-Licht die DNA in der Membran dauerhaft fixiert werden. Will man nicht gleich mit der Analyse fortfahren, wird sie in Folie eingeschweißt und im Kühlschrank gelagert.

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Genbank ist eine der drei großen DNA-Sequenzdatenbanken, als Teil des National Institute of

Health der Vereinigten Staaten von Amerika Derzeit enthält Genbank Sequenzinformationen für mehr als 140,000 Organismen (Stand

Anfang 2004) Neben GenBank existieren auch noch die "European Molecular Biology Laboratory

(EMBL/EBI) Nucleotide Sequence Database" und die "DNA Data Bank of Japan (DDBJ)" Da die in diesen Datenbanken enthaltenen Sequenzinformationen eine wichtige

Grundlage für die Arbeit von Forschern darstellen, verlangen die meisten wissenschaftlichen Zeitschriften die Ablage von neuen Sequenzdaten in einer von diesen. Die Sequenzdaten werden dabei zwischen den Datenbanken täglich abgeglichen. Sequenzdaten können von Genbank von jedermann sowohl einzeln mittels Webinterface als auch im großen Maßstab via FTP abgerufen werden.

Weiter wichtige Begriffe: Genveränderter Organismus = GVO Genomanalyse = Genomik Proteinanalyse = Proteomik ERGÄNZUNGEN: Chromosomentheorie: Die Chromosomentheorie besagt, dass die materiellen Träger der Vererbung im Zellkern befinden. Dieses Konzept hatte August Weissman bereits 1885 unter dem Begriff der Keimbahn vorgestellt, 1904 von Sutton und Boveri als empirisch begründet eingeführt und wurde durch die Arbeiten von Thomas Hunt Morgan und seiner Schüler 1911 und 1919 praktisch bewiesen. Morgans Versuche: Von 1908 an unternahm Morgan zwei Jahre lang Kreuzungsversuche mit Taufliegen, ohne Ergebnisse zu erzielen. 1910 entdeckte er unter den normalerweise rotäugigen Fliegen einen männlichen weißäugigen Mutanten. Bei Kreuzungen dieser Fliege mit einem rotäugigen Weibchen waren die Nachkommen der ersten Generation sämtlich rotäugig, was darauf schließen ließ, dass die Erbanlage für dieses Merkmal rezessiv vererbt wurde. Bei Kreuzungen der Nachkommen untereinander hatte die Hälfte der so erzeugten männlichen Fliegen weiße Augen. Morgan schloss daraus, dass die Anlage für die Augenfarbe auf dem X-Chromosom liegt und mit diesem vererbt wird. Dieser erste Erfolg war der Anlass, mit seinen Studenten die Vererbungscharakteristiken tausender Generationen von Fruchtfliegen zu untersuchten, um daraus zu schließen, wie die Gene auf den Chromosomen angeordnet sind. Griffiths Experiment: Im Jahre 1928 wies Griffith indirekt das transformierende Prinzip der Desoxyribonukleinsäure nach. Er experimentierte dabei mit dem Bakterium Diplococcus pneumoniae, das bei Mäusen Lungenentzündungen hervorruft. Dieses Bakterium kommt in zwei Varianten vor: als "S-Zellen", die Schleimkapseln bilden können und die im Lichtmikroskop glatt erscheinen sowie krankheitserregend sind. Die "R-Form" dagegen hat die Fähigkeit zur Kapselbildung verloren, erscheint rau und ist selbst lebend nicht krankheitserregend.

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Das Griffith-Experiment besteht nun aus folgenden drei Schritten: 1. Die Pneumokokken der S-Form werden durch Hitze abgetötet und einer Maus injiziert.

Dies hat keine negativen Folgen für die Maus, sie überlebt. 2. Eine Maus, die mit der lebenden R-Form infiziert wurde, überlebt ebenfalls. 3. Wird jedoch einer Maus die abgetötete S-Form zusammen mit der lebenden R-Form

injiziert, hat dies tödliche Folgen für die Maus. Da im Blut der Maus lebende Zellen der S-Form nachgewiesen wurden, war nun bewiesen, dass eine Transformation stattgefunden hatte. Das bedeutet, dass die Fähigkeit der Schleimkapselbildung von den toten S-Zellen auf die lebenden R-Zellen übertragen worden war. Im Jahre 1944 bauten Oswald Theodore Avery und seine Mitarbeiter auf diesen Versuchsergebnissen auf und bewiesen vollständig, dass die Desoxyribonukleinsäure Träger der Erbsubstanz ist. Avery Versuch: Avery arbeitete mit zwei Stämmen von Pneumokokken, dem R-Stamm, welcher keine schützende Schleimkapsel besitzt und dem S-Stamm, welcher über eine solche verfügt. Die Idee war, dass R-Stamm-Pneumokokken durch Zugabe von S-Stamm-Erbinformation anfangen würden derartige Schutzhüllen aufzubauen. Es wurden jeweils DNS, RNA, Polysaccharide und Proteine, aus den Bakterien des S-Stammes gewonnen und je einer Bakterienkultur des R-Stammes zugefügt. Nur bei Zugabe von DNA entwickelten sich sowohl S- als auch R-Zellen, bei den anderen Versuchsteilen entwickelten sich nur R-Zellen. Obwohl diese Ergebnisse die DNA eindeutig als Träger der Erbinformation zu identifizieren schienen machte Avery ein weiteres Experiment. Im 2.Teil fügte Avery jeweils noch ein DNS-zersetzendes-Enzym (eine so genannte DNAse) hinzu. Nun bildeten sich auch bei Zugabe der DNA keine S-Pneumokokken aus. Dieser Versuch beweist, dass die genetische Information auf der DNA liegen muss, da die R-Zellen eine Information von den S-Zellen brauchten, damit sie eine Schleimkapsel ausbilden, sprich zu S-Zellen werden können. Und nur die DNA schaffte es, R- zu S-Zellen zu transformieren. Beim Gegenbeispiel mit einem Enzym wurde noch deutlicher, dass die genetische Information in der DNA liegen muss, da sich bei Zugabe einer DNAse nur R-Zellen entwickeln, da die DNA durch das Enzym abgebaut wurde. Kurze schematische Darstellung: Transkription: DNS prä- mRNA mRNA Translation: mRNA tRNA Polypeptid