Gentechnik und Restriktionsenzyme
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Questions and Answers

Welches der folgenden Enzyme schneidet an der Erkennungssequenz G‡AATTC?

  • Eco RI (correct)
  • Hind III
  • Bam HI
  • Bacillus

Die Erkennungssequenz von Restriktionsenzymen besteht normalerweise aus nicht-palindromischen Sequenzen.

False (B)

Nennen Sie eine Eigenschaft von Restriktionsenzymen vom Typ II.

Sie erkennen bestimmte DNA-Sequenzen und schneiden diese an einer spezifischen Stelle.

Das Enzym _________ stammt aus Escherichia coli.

<p>Eco RI</p> Signup and view all the answers

Ordnen Sie die Restriktionsenzyme den entsprechenden Erkennungssequenzen zu:

<p>Eco RI = G‡AATTC Bam HI = G‡GATCC Hind III = A‡AGCTT</p> Signup and view all the answers

Was versteht man unter Gentechnik?

<p>Bearbeitung von Erbinformationen von Organismen (D)</p> Signup and view all the answers

CRISPR/Cas9 ist eine Methode, die nur seit 2018 zur Gentechnik zählt.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Nenne eine Anwendung der Gentechnik.

<p>Herstellung von transgenen Pflanzen</p> Signup and view all the answers

CRISPR/Cas9 ermöglicht ein gezieltes ______ in eukaryotischen Zellen.

<p>Genome Editing</p> Signup and view all the answers

Ordne die folgenden Technologien ihren Eigenschaften zu:

<p>Rekombinante DNA-Technologie = Gezielte Neukombination von Erbinformationen Gendiagnostik = Analyse genetischer Informationen Somatische Gentherapie = Heilung genetischer Krankheiten CRISPR/Cas9 = Präzises Bearbeiten des Genoms</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Verfahren sind keine Gentechnik?

<p>Klassische Züchtungsverfahren (B), Zellbiologische Verfahren (D)</p> Signup and view all the answers

Wer sind zwei der Hauptentwickler von CRISPR/Cas9?

<p>Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna</p> Signup and view all the answers

Bei Gentechnik handelt es sich ausschließlich um die Bearbeitung von Tieren.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Funktion haben Ligasen in der Gentechnologie?

<p>Sie fungieren als genetische Kleber. (D)</p> Signup and view all the answers

Restriktionsenzyme benötigen immer ATP, um zu funktionieren.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Nenne einen Vorteil von Mikroorganismen in der Gentechnik.

<p>Sie vermehren sich schnell.</p> Signup and view all the answers

Typ II Restriktionsenzyme schneiden die DNA __________ der Erkennungssequenz.

<p>innerhalb</p> Signup and view all the answers

Ordne die folgenden Restriktionsenzyme nach ihren Eigenschaften zu:

<p>Typ I = Schneidet weit entfernt von der Erkennungssequenz und benötigt ATP Typ II = Schneidet innerhalb oder in der Nähe der Erkennungssequenz und benötigt kein ATP Typ III = Schneidet etwa 20 bis 25 Basenpaare entfernt von der Erkennungssequenz und benötigt ATP</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Vektor in der Gentechnologie?

<p>Eine Genfähre zur Übertragung von DNA. (B)</p> Signup and view all the answers

Klonierung ist ein Verfahren, mit dem identische Kopien von DNA-Fragmente erstellt werden.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Eigenschaften machen Mikroorganismen ideal für die Molekularbiologie?

<p>Klein, vermehren sich schnell, Genom ist manipulierbar, leicht zu kultivieren.</p> Signup and view all the answers

Welches Plasmid dient hauptsächlich zur Ligation neuer Sequenzen?

<p>Klonierungsplasmid (D)</p> Signup and view all the answers

Transformation und Transduktion sind identische Prozesse der genetischen Übertragung.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Funktion der Seletionsmarker in einem Klonierungsvektor?

<p>Er ermöglicht die Selektion von Zellen mit rekombinierter DNA.</p> Signup and view all the answers

Die __________ ermöglicht den Start der Replikation in einem Plasmid.

<p>Replikationsursprung</p> Signup and view all the answers

Ordnen Sie die Arten der genetischen Übertragung den jeweiligen Beschreibungen zu:

<p>Transformation = Aufnahme von freier DNA Konjugation = Genübertragung zwischen Bakterienzellen Transduktion = Übertragung von Genen durch Viren</p> Signup and view all the answers

Welches Element ist in einem Klonierungsplasmid nicht enthalten?

<p>RNA-Polymerase (D)</p> Signup and view all the answers

Griffiths Experimente zeigen, dass R-Zellen pathogenic sind.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn lebende R-Zellen mit toten S-Zellen kombiniert werden?

<p>Die lebenden S-Typ Zellen können isoliert werden und töten Mäuse.</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion von Primern bei der PCR?

<p>Sie dienen als Startpunkt für die DNA-Polymerase. (D)</p> Signup and view all the answers

Die Denaturierung bei der PCR findet bei 80°C statt.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Nenne eine Methode zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen.

<p>PCR (Polymerase Kettenreaktion)</p> Signup and view all the answers

Ein typischer Reaktionsansatz für die PCR benötigt Desoxynukleotide (dNTPs): dATP, dCTP, dTTP, d_____

<p>dGTP</p> Signup and view all the answers

Ordne die folgenden Bestandteile der PCR den entsprechenden Funktionen zu:

<p>DNA Polymerase = Verlängert DNA-Stränge Primer = Definiert das zu vervielfältigende DNA-Bereich dNTPs = Versorgt die Bausteine für die DNA-Synthese Pufferlösung = Optimiert die Bedingungen der Reaktion</p> Signup and view all the answers

Was geschieht während der Annealing-Phase der PCR?

<p>Die Primer binden an die Zielsequenz. (D)</p> Signup and view all the answers

Die Schmelztemperatur sollte zwischen 55°C und 65°C liegen.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Enzym wird während der PCR verwendet, um die DNA zu synthetisieren?

<p>DNA Polymerase</p> Signup and view all the answers

G-C-Basenpaarungen sind stabiler als T-A-Basenpaarungen, da sie _____ Wasserstoffbrücken bilden.

<p>drei</p> Signup and view all the answers

Wie viele Zyklen werden typischerweise in einer PCR durchgeführt?

<p>5-30 Zyklen (D)</p> Signup and view all the answers

DNA-Fragmente, die durch PCR erzeugt werden, haben eine vorher berechenbare Größe.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Nenne einen wichtigen Aspekt bei der Auswahl von Primern für die PCR.

<p>Sie sollten 18-30 Nukleotide lang sein.</p> Signup and view all the answers

Die Elektrophorese wird verwendet, um die ____ der DNA-Fragmente zu analysieren.

<p>Größe</p> Signup and view all the answers

Ordne die verschiedenen Schritte in einem PCR-Zyklus den richtigen Temperaturen zu:

<p>Denaturierung = 95°C Annealing = 54-63°C Elongierung = 72°C</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion des Lac-Operons?

<p>Abbau von Laktose (D)</p> Signup and view all the answers

Die blaue Kolonie in der Blau-Weiß-Selektion zeigt eine LacZ-Expression.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Was wird bei der Blau-Weiß-Selektion zur Identifikation der Kolonien verwendet?

<p>X-Gal</p> Signup and view all the answers

Das Lac-Operon ist ein Modell zur Regulation der __________.

<p>Genexpression</p> Signup and view all the answers

Ordnen Sie die folgenden Substanzen ihrer Funktion im Lac-Operon zu:

<p>Repressor = Hemmung der LacZ-Expression IPTG = Induktor der LacZ-Expression Lactose = Substrat für β-Galactosidase X-Gal = Farbstoff für die Analyse</p> Signup and view all the answers

Was geschieht mit dem LacZ-Gen bei der Anwesenheit von Repressor und ohne Induktor?

<p>Es wird nicht exprimiert. (D)</p> Signup and view all the answers

Die Transduktion ist der Prozess der Übertragung von bakterieller DNA durch Viren.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Nennen Sie einen Induktor, der die LacZ-Expression aktiviert.

<p>Allolactose oder IPTG</p> Signup and view all the answers

5-Brom-4-Chlor-3-Indoxyl-β-D-Galactopyranosid ist bekannt als __________.

<p>X-Gal</p> Signup and view all the answers

Welches Element ist kein Bestandteil des Lac-Operons?

<p>Ribosom (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Restriktionsenzym Typ II

Ein Enzym, das eine bestimmte DNA-Sequenz erkennt und dort genau durchtrennt.

Erkennungsstelle

Die spezifische DNA-Sequenz, die ein bestimmtes Restriktionsenzym erkennt und schneidet.

Palindromische Sequenz

Eine DNA-Sequenz, die dieselbe Sequenz auf beiden Strängen in umgekehrter Reihenfolge liest.

EcoRI

Ein Restriktionsenzym, das die Sequenz 5'-GAATTC-3' erkennt und schneidet.

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Nomenklatur von Restriktionsenzymen

Eine Systematik zur Benennung von Restriktionsenzymen, die den Ursprung des Enzyms wiederspiegelt.

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Restriktionsenzyme

Enzyme, die DNA an bestimmten Stellen schneiden.

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Vektor-DNA

Genfähren, die fremde DNA transportieren.

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Rekombiniertes Plasmid

Plasmid mit eingefügt DNA-Fragment.

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Mikroorganismen (Gentechnik)

Ideale Organismen für Molekularbiologie-Forschung: klein, schnellwachsend, manipulierbares Genom, einfach zu kultivieren.

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Klonierung

Herstellung identischer Kopien von DNA-Fragmenten.

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Ligation

Verbindung von DNA-Fragmenten mithilfe von Enzymen.

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Definition von Gentechnik

Anwendung moderner molekularbiologischer Methoden zur Veränderung genetischer Eigenschaften von Organismen.

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Spender-DNA

DNA, die in einen anderen Organismus übertragen werden soll.

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CRISPR/Cas9

Gezieltes Genome Editing in eukaryotischen Zellen, basierend auf der bakteriellen Immunität.

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DNA-Transfermethoden

Verschiedene Verfahren zur Übertragung von DNA in Organismen.

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Gentechnik Anwendungen

Herstellung von Proteinen (medizinisch/technisch), transgenen Pflanzen/Tieren, Gendiagnostik und somatische Gentherapie.

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CRISPR/Cas9 im Gentechnikgesetz

Unterliegt seit 2018 dem Gentechnikgesetz, Eingriffe in die Keimbahn sind nicht erlaubt.

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Keine Gentechnik (Beispiele)

Klassische Züchtung, IVF, Embryotransfer, Zellbiologische Verfahren wie Hybride.

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Bakterielle Immunität

Die Grundlage von CRISPR/Cas9; ein System der Erworbenen Immunität von Bakterien, das zur Erkennung und Zerstörung von fremder DNA verwendet wird.

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rekombinante DNA-Technologie

Eine Methode zur gezielten Neukombination von Erbinformationen.

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Gentechnik im Allgemeinen

Änderung der genetischen Eigenschaften von Organismen.

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Resistenzplasmide

Plasmide, die Gene für die Resistenz gegen Antibiotika oder Gifte enthalten. Sie ermöglichen es Bakterien, in Umgebungen mit Antibiotika zu überleben.

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Klonierungsplasmide

Plasmide, die hauptsächlich dazu dienen, neue DNA-Sequenzen in sich aufzunehmen und zu vermehren. Sie sind für die Klonierung von Genen geeignet.

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Expressionsplasmide

Plasmide, die für die Expression von neuen DNA-Sequenzen in einem Organismus optimiert sind. Sie ermöglichen die Produktion von Proteinen aus fremden Genen.

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Replikationsursprung (ORI)

Eine spezifische DNA-Sequenz auf einem Plasmid, die als Startpunkt für die Replikation dient. Sie ermöglicht die Vervielfältigung des Plasmids in der Zelle.

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Selektionsmarker

Ein Gen auf einem Plasmid, das die Selektion von Zellen ermöglicht, die das Plasmid aufgenommen haben. Er ermöglicht es, Bakterien zu identifizieren, die das Plasmid tragen.

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Polylinker

Eine Region auf einem Plasmid, die viele Erkennungssequenzen für Restriktionsenzyme enthält. Sie ermöglicht den gezielten Einbau von DNA-Fragmenten in das Plasmid.

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Transformation

Die Aufnahme von freier DNA durch eine Zelle. Es ist ein wichtiger Mechanismus für den horizontalen Gentransfer bei Bakterien.

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Konjugation

Die Übertragung von DNA von einer Bakterienzelle zu einer anderen durch direkten Zellkontakt und Plasmide. Es ist eine Form des horizontalen Gentransfers.

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Ampicillin Resistenz

Die Fähigkeit von Bakterien, auf einer Agarplatte mit Ampicillin zu wachsen, aufgrund eines Resistenzplasmids, welches das Gen für Ampicillin-Degradation trägt.

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Blau-Weiß Selektion

Ein Verfahren, bei dem Bakterienkolonien auf der Grundlage ihrer Fähigkeit oder Unfähigkeit, eine bestimmte DNA-Sequenz zu exprimieren, in blaue oder weiße Kolonien gefärbt werden.

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Lac-Operon

Ein genetisches System bei Bakterien, das die Expression von Genen kontrolliert, die am Abbau von Laktose beteiligt sind.

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Repressor-Protein

Ein Protein, das an eine bestimmte DNA-Sequenz bindet und die Transkription von einem Gen unterdrückt.

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Induktor

Eine Substanz, die an das Repressorprotein bindet und dessen Wirkung aufhebt, so dass die Genexpression aktiviert wird.

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β-Galactosidase

Ein Enzym, das Laktose in Galactose und Glucose spaltet.

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X-Gal

Ein synthetisches Substrat für β-Galactosidase, das bei der Spaltung einen blauen Farbstoff produziert.

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MCS (Multiple Cloning Site)

Eine kurze DNA-Sequenz in einem Plasmid, die mehrere Restriktionsschnittstellen enthält, an denen fremde DNA-Fragmente eingefügt werden können.

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Transduktion

Ein Mechanismus des horizontalen Gentransfers bei Bakterien, bei dem Bakteriophagen (Viren) DNA von einem Bakterium zu einem anderen übertragen.

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Virulenter Bakteriophage

Ein Bakteriophage, der sich aktiv in einer Bakterienzelle vervielfältigt und die Zelle schließlich zerstört.

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Linearisierte DNA

Eine DNA-Sequenz, die an beiden Enden offen ist, also keine geschlossene Ringstruktur besitzt.

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Vektor

Ein autonom replizierendes DNA-Molekül, das als Transportvehikel für fremde DNA-Sequenzen in eine Zelle dient.

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Kompatible Enden

Ein passender komplementärer Bereich an den Enden von zwei DNA-Fragmenten, die für den Zusammenfügen durch Ligation geeignet sind.

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Restriktionsschnittstelle

Die spezifische Sequenz, die von einem Restriktionsenzym erkannt und durchtrennt wird.

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PCR (Polymerase Kettenreaktion)

Eine Methode zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen in vitro.

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DNA Template

Die Ausgangs-DNA-Sequenz, die in der PCR vervielfältigt werden soll.

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Primer

Kurze DNA-Sequenzen, die als Startpunkt für die DNA-Polymerase dienen.

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Annealing

Der Schritt in der PCR, bei dem die Primer an ihre komplementären Sequenzen auf der DNA binden.

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Denaturierung

Der Schritt in der PCR, bei dem die DNA-Doppelhelix durch Hitze getrennt wird.

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Elektrophorese

Eine Methode zur Trennung von DNA-Fragmenten nach ihrer Größe.

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Schmelztemperatur

Die Temperatur, bei der 50% der DNA-Doppelhelix denaturiert.

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Study Notes

Gentechnik

  • Gentechnik ist die Anwendung moderner molekularbiologischer Methoden zur Änderung der genetischen Eigenschaften von Organismen.
  • Eine Schlüsseltechnologie ist die "rekombinante DNA-Technologie", die es erlaubt, Erbinformation gezielt zu verändern.
  • Gentechnik umfasst die Herstellung von Proteinen für medizinische und technische Anwendungen.
  • Sie ermöglicht die Herstellung von transgenen Pflanzen und Tieren.
  • Gentechnik beinhaltet auch die Gendiagnostik und somatische Gentherapie.
  • CRISPR/Cas9 ist seit 2018 ebenfalls eine Gentechnik-Methode.

CRISPR/Cas9

  • CRISPR/Cas9-Systeme sind ein weit verbreitetes Immunsystem, das Bakterien und Archaeen vor Viren und Plasmiden schützt.
  • Die Systeme verwenden kurze CRISPR-RNAs (crRNAs), um fremde DNA zu deaktivieren.
  • Die crRNAs entstehen aus Vorläufertranskripten (pre-crRNA) und werden durch die Aktivitäten der konservierten RNase III und des CRISPR-assoziierten Cas-Proteins verarbeitet.
  • Im Bakterium Streptococcus pyogenes wurde tracrRNA als ein trans-kodiertes kleines RNA-Molekül entdeckt, welches die crRNA-Reife steuert.
  • Im Streptococcus pyogenes-System sind tracrRNA, RNase III und Cas-Protein für den Schutz nötig.
  • Im Streptococcus pyogenes gibt es zwei CRISPR/Cas-Loci (CRISPR I und CRISPR II), die verschiedene Repeat- und Gen-Sätze besitzen.
  • Fast alle CRISPR-Spacer im Streptococcus pyogenes-System weisen Homologien zu chromosomalen Prophagensequenzen auf.
  • tracrRNA steuert die Verarbeitung von pre-crRNA.
  • Die crRNA-Sequenzen stammen von prophage-DNA.

Werkzeuge der Gentechnik

  • Spender-DNA: Ein Gen oder eine spezifische Nukleotidsequenz.
  • Vektor- oder Plasmid-DNA: Genfähren.
  • Restriktionsenzyme: „Genetische Scheren“
  • Ligasen: „Genetische Kleber“
  • DNA-Transfermethoden
  • Wirtsorganismen

Klonieren

  • Klonieren: Herstellung von genetisch identischen Kopien.
  •   DNA-Fragmente werden in ein Plasmid eingeschleust.
  • Dieses Verfahren beinhaltet Ligation und Selektion.
  • Die DNA wird in einen Wirtsorganismus eingeschleust (z.B. Bakterie).
  • Die Wirtszellen replizieren und teilen und produzieren so identische Kopien.

Mikroorganismen in der Gentechnik

  • Ideale Mikroorganismen sind klein.
  • Sie vermehren sich schnell.
  • Ihr Genom lässt sich manipulieren.
  • Sie sind leicht zu kultivieren.

Häufig verwendete Klonierungswirte

  • Prokaryoten: Escherichia coli, Bacillus subtilis
  • Gut entwickelte Genetik und viele Stämme; auch leicht transformierbar
  • Eukaryoten: Saccharomyces cerevisiae
  • Gut entwickelte Genetik und keine Pathogenität. Einfach zu kultivieren

Restriktionsenzyme

  • Typ I: Schneidet DNA zufällig weit von der Erkennungssequenz entfernt. Benötigt ATP.
  • Typ II: Schneidet DNA innerhalb oder in unmittelbarer Nähe der Erkennungssequenz. Benötigt kein ATP.
  • Typ III: Schneidet DNA etwa 20 bis 25 Basenpaare von der Erkennungssequenz entfernt. Benötigt ATP.
  • Typ II Enzyme erkennen spezifische palindromische Sequenzen (z.B. GAATTC/CTTAAG).
  • Restriktionsenzyme werden in der Gentechnik als „Scheren“ verwendet.

Nomenklatur der Restriktionsenzyme

  • Die Nomenklatur folgt einer bestimmten Reihenfolge: Gattungsname, Artname, Stamm-ID, und Enzymnummer.

Herkunft der Restriktionsenzyme

  • Restriktionsenzyme schützen Bakterien vor viraler DNA (Bakteriophagen).

Bakterielle DNA-Methylierung

  • Bakterien methylieren ihre eigene DNA an bestimmten Stellen.
  • Das methylierte DNA ist vor dem Abbau durch Restriktionsenzyme geschützt.

PCR (Polymerase Kettenreaktion)

  • In-vitro Methode zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen.
  • Benötigt Primer (kurze DNA-Sequenzen, die an die Zielsequenz binden), DNA-Polymerase, Desoxynukleotide, Puffer und Wasser.
  • Schritte: Denaturierung, Hybridisierung und Polymerisierung
  • Es wird eine exponentielle Vermehrung der DNA-Sequenz erzielt.

Elektrophorse

  • Verfahren zur Trennung von DNA-Fragmenten nach Größe.
  • DNA-Fragmente wandern durch ein Gel unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.
  • Schnelle Trennung und Identifizierung von DNA-Fragmenten
  • Die Größe der DNA-Fragmente kann durch Vergleich mit einer „Leiter“ (Ladder) bestimmt werden.

Primer

  • Kurze DNA-Sequenzen, die als Startpunkt für die DNA-Polymerase dienen.
  • Primer binden an die zu vervielfältigende DNA-Sequenz.
  • Die Primersequenzen werden sorgfältig ausgewählt

Plasmide

  • Kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die unabhängig vom Bakterien-Chromosom replizieren.
  • Wichtig in der Gentechnik für den Transport und die Vervielfältigung genetischer Information.
  • Im Gentechniklabor werden sie oft als Vektoren verwendet, um fremde DNA in Bakterien einzuschleusen.
  • Verschiedene Plasmidtypen sind für verschiedene Zwecke optimiert: Fruchtbarkeits- (F-Plasmide), Resistenz- (R-Plasmide), Klonierungs-, und Expressionsplasmide.
  • Charakteristisch sind die Replikationsursprung (ORI) und der Polylinker / MCS (multiple cloning site).

Genetischer Austausch bei Prokaryoten

  • Transformation: Aufnahme von freier DNA durch eine Zelle.
  • Konjugation: Genübertragung zwischen zwei Bakterienzellen durch Zellverbindungen (Pilus)
  • Transduktion: Übertragung von Genen durch einen Virus.

Transduktion, Konjugation, und Transformation

  • Alle 3 Verfahren ermöglichen den Austausch von DNA zwischen verschiedenen Organismen.
  • Diese Verfahren ermöglichen es Bakterien, neue Gene zu erhalten, so dass sich ihre Eigenschaften verändern.

Blau-Weiß Selektion

  • Verfahren zur Selektion von Bakterien, die ein bestimmtes Gen aufgenommen haben.
  • Basiert auf der Expression des LacZ-Gens.

Bildung eines rekombinanten Vektors

  •   Das Verfahren beinhaltet die Verbindung von Spender- und Vektor-DNA.
  • Die DNA Fragment wird in den Vektor eingeschleust und an bestimmten Stellen von Restriktionsenzymen verbunden wird.

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