Genetik: Grundlagen der DNA

• Genetik:

Grundlagen der DNA

• Die DNA besteht aus einem Phosphatrest, Desoxyribose (Zucker) und einer Base (Stickstoff und Kohlenstoff).
• Es gibt Purinbasen (Doppelring): Guanin, Adenin, und Pyrimidinbasen (Einring): Thymin, Cytosin, Uracil (nur in RNA).
• Der Doppelstrang ist zu einer Helix verdrillt, mit etwa zehn Basenpaaren pro Windung.
• DNA Arbeitsform ist nicht auf Histone (Proteine) fixiert, Transportform sind Chromosomen.
• Zellbiologie: Krebs ist unkontrollierte Zellteilung.
• Onkogene sind mutierte Proto-Onkogene, die zu ungehinderter Zellteilung führen und Blutgefäße verändern.
• Proto-Onkogene sind natürliche Gene, Anti-Onkogene verhindern Mutationen und steuern die Zellteilung.
• Tumorsuppressorgene hemmen die Zellteilung.
• Epigenom bestimmt, welche Zellen an- und ausgeschaltet werden.
• Stammzellen sind unbegrenzt teilungsfähig und können sich ausdifferenzieren.
• Totipotente Zellen können einen vollständigen Organismus bilden, pluripotente Zellen verschiedene Stammzellen, multipotente Zellen bestimmte Gewebe, adulte Stammzellen teilungsaktive Körperzellen.

Proteinbiosynthese

• Replikation der DNA: Entwirrung des Doppelstrangs durch Helicase.
• Synthetisierung RNA Primer durch das Enzym Primase.
• Enzym Polymerase synthetisiert Nucleotide in 5'-3' Richtung.
• Leitstrang wird kontinuierlich verknüpft, Folgestrang diskontinuierlich (Okazaki-Fragmente).
• Proteinbiosynthese beinhaltet Transkription und Translation.
• Transkription: Enzym Helicase verknüpft Enzyme. Doppelstrang wird entwindet, Adenin und Uracil lagern komplementär an.
• Gen wird in mRNA übertragen, tRNA Polymerase synthetisiert am Primer RNA-Nucleotide.
• Leserichtung ist 3'-5', bis ein Terminator (Stoppstelle) erreicht ist und sich die mRNA von der DNA löst.
• Translation: mRNA wird in eine Aminosäuresequenz übersetzt.
• Transfer-RNA (tRNA) dient als Adaptermolekül (Anticodone).
• Ribosomen wandern entlang der mRNA.
• Prä-mRNA wird zur reifen mRNA prozessiert (Intronabschnitte werden herausgeschnitten), Spleissen.
• Am 5'-Ende lagert sich enzymatisch eine Cap-Struktur an, 3'-Ende Poly-A-Schwanz.
• Initiation: Ribosom (kleine & große Untereinheit) & eine belastete tRNA (Startcodon AUG).
• Elongation: Ribosom wandert mRNA in 5'-3' Richtung: tRNA bindet komplementär an das Basentriplett des mRNA (Codon).
• Termination: Stoppcodon (z.B. UAA) wird erreicht; Polypeptidkette (Protein) wird freigesetzt.

Genregulation und Mutation

• Code Sonne beschreibt die möglichen mRNA-Tripletts für jede Aminosäure.
• Gene bestehen aus 20 Aminosäuren und 64 verschiedenen Codons.

Bau und Vermehrung von Bakterien

• Bakterien haben eine Zellwand aus Murein, Cytoplasma, Ribosomen, ringförmiges Bakterienchromosom und Plasmide (DNA).
• Vermehrung erfolgt durch Zweiteilung genetisch identische Nachkommen.
• Antibiotika hemmen das Wachstum, dabei gibt es verschiedene Varianten.
• Penicilline stören die Zellwandsynthese, Tetracycline unterbinden die Proteinbiosynthese (Translation).
• Gentransfer kann natürlich erfolgen (Aufnahme von Antibiotika-Resistenzgenen → Bildung multiresistenter Stämme).
• Konjugation: Übertragung bakterieller DNA über eine Plasmidbrücke, Transduktion: Übertragung durch Bakteriophagen, Transformation: Aufnahme freier DNA.

Regulation der Genaktivität

• Prokaryoten: Operon-Modell, Genregulation durch Substratinduktion und Endproduktrepression.
• Eukaryoten: Transkriptionsfaktoren steuern die Transkription, DNA-Methylierung und Epigenetik beeinflussen Genexpression.

Ursachen und Auswirkungen von Mutationen

• Mutationen sind ungerichtete, dauerhafte Veränderungen, Grundlage für genetische Vielfalt (Variabilität).
• Ursachen: spontan oder induziert durch Viren, Strahlung, Chemikalien.
• Arten von Mutation: Chromosomenmutation (Deletion, Translokation, Duplikation, Inversion), Genmutation (Punktmutation, Insertion, Deletion).
• Genommutation verändert Anzahl der Chromosomen (Aneuploidie, Polyploidie).

Gentechnik

• Gentechnik ist die gezielte, künstliche Veränderung genetischen Materials.
• Restriktionsenzyme schneiden doppelsträngige DNA an spezifischen Basenfolgen (Palindromen).
• Ligase verknüpft DNA-Fragmente.
• Vektoren transportieren Fremd-DNA in Wirtszelle (Plasmide).
• Es erfolgt Herstellung neu kombinierter (rekombinanter) DNA.
• Selektion der transgenen Bakterien verwendet Markerinaktivierung oder Antibiotikaresistenz.
• Gentransfer kann durch Viren, Bakterien oder Elektroporation erfolgen.

Spezielle gentechnische Verfahren

• Gensonde dient zur Identifizierung einer bestimmten Nucleotidsequenz (Gen eines Genoms).
• Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt DNA.
• Gelelektrophorese dient zur Trennung von Molekülen einer Lösung.

Humangenetik

• Erbänge: autosomal-dominanter, autosomal-rezessiver, gonosomal-rezessiver Erbgang.
• Begriffe: heterozygot, hemizygot, homozygot.

Gendiagnostik und Gentherapie

• Gendiagnostik weist genetische Veränderungen mithilfe von Gensonden, Analyse der Länge von Basensequenzen und DNA-Sequenzierung nach.
• Gentherapie (somatisch oder Keimbahn) gleicht Mutationen aus