Molekulargenetik Schwerpunkt-1 PDF

 Molekulargenetik In jeder Aufgabe sind unterschiedlich viele zutreffende und nicht zutreffende Aussagen aufgelistet. Kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. 20nili ns (Für jede richtig angekreuzte Aussage...

 Molekulargenetik In jeder Aufgabe sind unterschiedlich viele zutreffende und nicht zutreffende Aussagen aufgelistet. Kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. 20nili ns (Für jede richtig angekreuzte Aussage gibt es einen Punkt. Für jede angekreuzte Aussage, die nicht zutrifft, wird ein Punkt abgezogen.) l s an Zu den Bausteinen der DNA gehören 7 Die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese besagt, dass Phosphorsäure,e ein Gen ein bestimmtes Enzym n dbu ananl nel Ribose, ein Enzym das Ablesen eines bestimmen Gens Glucose, bewirkt. tasii Adenin, ein Enzym ein bestimmtes Gen reguliert. Serin, iorgnR ein Gen die Herstellung eines Guanin. esiete Enzyms bewirkt. 2 Die Kettenglieder der DNA werden bezeichnet 8 Bei Polygenie oisl beeinflusst ein Gen mehrere Merkmale. (1 oznntawn) Aminosäuren. beeinflussen mehrere Gene mehrere Monosaccharide.hati motiehn n Merkmale. cus,sianeiP seiseno bite onddhA beeinflusst ein Gen ein Merkmal.n0) beeinflussen mehrere Gene ein Merkmal. e c nabnlsVan 3 Die Regeln des Biochemikers CHARGAFF 9 Die Proteinbiosynthese besteht aus den Phasen besagen 3puaiuibMA0 Transkription, A+ Transduktion, C= G, Transfektion, A+ G =C+ X Translation. A = C. 10 Bei der Translation wird 4 Nach dem Modell von WATSON und CRICK die mRNA in DNA umgeschrieben. besteht die DNA aus einer Doppelhelix. der codogene Strang der DNA in eine verlaufen die beiden Stränge der DNA parallel. Aminosäuresequenz übersetzt. ist Adenin immer mit Guanin gepaart. die mRNA in eine Aminosäuresequenz. werden Adenin und Thymin als übersetzt. bezeichnet. der codogene Strang der DNA in mRNA gibt es zwischen Adenin und Thymin umgeschrieben. Wasserstoffbrücken. Der genetische Code ist X ist die genetische Information in der die Basensequenz der Basensequenz codiert. die Zuordnung der Basentripletts der DNA zu 5 Die Replikation der DNA Aminosäuren. erfolgt ▇emi Ekommafrei. wird von Enzymen gesteuert, nicht eindeutig. erfolgt an beiden Strängen gleichartig. X die Zuordnung der Basentripletts der mRNA verläuft fehlerfrei. zu Aminosäuren ee weiie teie DmMs le kn 2 Bei Mutationen unterscheidet man zwischen Genmutationen, 6 Bakterien übertragen DNA durch Proteinmutationen, Konjugation. Chromatinmutationen, Insemination. Gnsil che▇ ▇ Genommutationen, Translation. Codemutationen, Chromosomenmutationen Diagnoseaufgabe 13 Bei einer Missense-Mutation codiert dasange16 Bei Eukaryoten erfolgt die Regulation der Genaktivität durch veränderte Triplett für dieselbe Aminosäure. a Transkriptionsfaktoren. itu für keine Aminosäure (Stoppcodon). Enzyme. i tai für eine falsche Aminosäure für mehrere Aminosäuren. tsn X Histonmodifikationen. luiau it 14 Eine Rasterschub-Mutation hat keine oder kaum 17 Beim alternativen Spleißen werden aus der Auswirkungen auf das Protein, wenn Prä-mRNA sich die Mutation sehr nahe am Ende eines statt der Introns alle Exons entfernt. Gens befindet. Xaußer den Introns auch einige Exons entfernt. nur ein oder zwei Nucleotide eingefügt oder zu den vorhanden Introns weitere hinzugefügt. verloren Wurden. nicht alle Introns inh die Zahl der eingefügten oder verlorenen 18 Epigenetik ist Nucleotide 3 oder ein Vielfaches von 3 beträgt. Nonsense-Tripletts entstehen. die Möglichkeit, seine Gene gezielt zu beeinflussen. sEpl 15 Ein Operon besteht aus iii die Regulation der Genaktivität durch. X Promotor, s an iad Umweltfaktoren. Regulatorgen, die Regulation der Genaktivität durch Operator, e Ei körpereigene Signale (z. B. Hormone). eine vererbbare Veränderung der Genaktivität RNA-Polymerase,idar ▇ Strukturgenen. ohne Veränderungen der DNA-Sequenz. s e die Regulation der Genaktivität durche DNA-Methvlierung. 1. Grundlagen, Anwendung u. Perspektiven der Genetik 1.1 Konstanz und Variabilität der Organismen Konstanz beruht auf im Wesentlichen gleichen Erbanlagen Übertragung der Erbanlagen bei der Fortpflanzung Ungeschlechtliche Fortpflanzung keine Veränderung der Erbanlagen Formen: Zellteilung Abtrennung von Teilen des Organismus geschlechtliche Fortpflanzung Beruht auf der Verschmelzung der Erbanlagen von Ei- und Samenzellen Sorg für Konstanz bei der Erhaltung arttypischer Merkmale und gleichzeitig für Variabilität der einzelnen Organismen einer Art Variabilität erfolgt durch Mutifikation, Mutation, Rekombination 1. Modifikationen 2. Mutation und Rekombination nicht erblich erblich Nur phänotypische Veränderungen genotypische Veränderung Modifikation: durch Umweltfaktoren verursachte Mutation: spontan erfolgende oder durch bestimmte Veränderung des phänotyps ohne Beeinflussung Umweltfaktoren induzierte Veränderungen des Genotyps des Genotyps Z.B. Größe von Pantoffeltierchen, Farbwechsel Z.B. Trisomie 21, Über- oder Unterfunktion der Keimdrüsen, beim Russenkaninchen, Hautfärbung und Gewicht 4 Blätter eines Kleeblatts des Menschen Rekombination: Veränderung der Erbinformation durch Neu- und Umverteilung der Erbanlagen Intrachromosomale Interchromosomale Rekombination Rekombination —> crossing over in —> zufällige Verteilung der Prophase I der mütterlicher und Meiose väterlicher Chromosomen in der Anaphase I der Meiose; Neukombination der Chromosomen Vergleich: Geschlechtliche und ungeschlechtliche Vermehrung Geschlechtliche Vermehrung Ungeschlechtliche Vermehrung Erklärung Dle geschlechtliche oder sexuelle Unter ungeschlechtlicher Vermehrung Fortpflanzung ist eine Variante der versteht man eine Reproduktion von Fortpflanzung von Eukaryoten Lebewesen mit Erhöhung der M (Lebewesen mit Zellkern), bei der im Individuenzahl, bei der die Wechsel Zellkerne miteinander Nachkommen ausschließlich die Gene schmelzen, wobei sich die Anzahl der |allein eines Vorfahrens enthalten und Chromosomen im Kern verdoppelt, und dies – abgesehen von Mutationen – in bei einer besonderen Form der identischer Kopie. Kernteilung, der Meiose oder Reduktionsteilung, die Chromosomenzahl wieder halbiert wird. Dieser Wechsel zwischen einer haploiden und einer diploiden Phase wird als Kernphasenwechsel bezeichnet. Zellen, aus denen die aus einer haploiden Eizelle und aus einer diploiden Körperzelle lachkommen einer haploiden Spermienzelle entstehen -Quer- oder Längsteilung bei Einzellern Kernteilungsvorgänge (Bakterien, einzellige Algen) Meiose bei der Vermehrung -Mitose das Genom besteht aus gleichen Genom und Genotyp das Genom besteht aus Genotypen unterschiedlichen Genotypen wirkung der Meiose: Neukombination von Kernteilungsvorgänge Mitose: kaum Neukombination Genen Genom Variabilität im Gen der Population große Variabilität im Genom geringe Variabilität im Genom Beispiele für Vermehrung bei Samenbildung bei Absenker, Brutknospen, Pflanzen, Tieren, Pflanzen; Nachkommen Spross- und Wurzelknollen, Menschen bei Tieren und Menschen Stecklinge Arten von Mutationen Genmutation —> verändern die Basensequenz einzelner Gene. (Veränderung der DNA) —> kommen durch Ersatz, Einfügen oder Verlust eines oder mehrerer Nucleotidpaare zustande —> entstehen von neuen Allelen Formen: Punktmutation (Austausch einzelner Nukleotide) Rastermutation (Verschiebung des Leserasters durch Verlust oder Zufügung einzelner Nukleotide) mRNA Protein; stumme Mutation; Missense-Mutation; Nonsense-Mutation; Raster-schub-Mutation Genommutation —> verändern die Anzahl der Chromosomen in einem Chromosomensatz (Abweichungen der Chromosomenzahl) Chromosomenmutation —> betreffen die Struktur einzelner Chromosomen (Abwandlungen im Chromosomenbau) Formen: Deletion (Verlust)= Auseinanderbrechen und Verlieren einzelner Chromosomen, die daraufhin abgebaut werden Inversion (Drehung um 180 Grad)=Chromosomenstück wird nicht abgebaut, sondern umgekehrt wieder eingefügt Duplikation (Verdopplung)=Chromosomenstücke werden in Schwester Chromatide eingegliedert Translokation (Tausch in der Abfolge)=Chromosomenstück heftet sich an ein Chromatid eines nicht homologen Chromosoms —> Bsp.: Katzenschreisyndrom Fehlerkorrektur durch Enzyme möglich Folgen: letal (so umfassend, dass sie nicht mit dem Leben vereinbar sind) neutral (können den Phänotyp verändern, haben aber keine Fitnesskonsequenz) (nicht positiv, nicht negativ) positiv Meiose Erste Reifeteilung 1) Prophase 1 Im Zellkern werden die Chromatinfäden schraubig verkürzt und als Chromosomen sichtbar. Die Kernhülle löst sich auf. 2) Metaphase 1 Die Chromosomenl- paare sind in der Äquatorialebene angeordnet. 3) Anaphase 1 Die homologen Chromosomen werden von den Spindelfasern jeweils zum entgegen gesetzten Pol gezogen und somit getrennt. 4) Telophase 1 An jedem Pol befindet sich ein haploider Chro somensatz und die Zelle teilt sich. Die Chromosomen entschrauben und verlängern sich somit nur unvollständig. Die Kernspindel verschwindet. Zweite Reifeteilung 5) Prophase 2 Die Chromosomen werden wieder ganz verkürzt. Es bildet sich eine Kernspindel. 6) Metaphase 2 Die Chromosomenpaare sind in der Äquatorialebene angeordnet 7) Anaphase 2 Die Schwesterchromatiden der Chromosomen werden getrennt und jeweils zu entgegen gesetzten Polen gezogen. 8) Telophase 2 Die Chromatiden werden entschraubt und somit verlängert. Es entstehen vier Kerne mit Kernhülle und die Zellen teilen sich. Mark Biologie Oberstufe Gesamtband (978-3-12-150070-3) Mitose Zellteilung : Das Centrosom mit seinem Zu sehen ist hier eine Stamm- Stammzelle 0 Centriolenpaar teilt sich, um den zelle (2n) mit aufgelockerten Zwei-Chromatid-Chrom Spindelapparat aufzubauen. Die Kernhi ber Spindelappara baut sich auf. rophase 6 es uhroatla entnalL ene II | / || | ln =lILI|| il l Der Mensch besitzt 23 ge DNA-Doppelhelix. 1oIenpdo *2 gezeig Die Spindelfasern setze Die Chromosomen sind nun im Zelläquator in einer Ebene an- Zellpol. mit r F geordnet. Ihre Chr ind jeweils mit einem der Zell- Nieta ldS 6 Spine pole verbunden. Zelläqua Centromer- L I|IIL Haftz0ne aus Proteinen Mithilfe der Mitosespindel ge- vA C langen die Chromatiden zu den aphase 0 Spindelfase gegenüberliegenden Polen. IVI bie beiden Folgezellen erhalte Beide Folgeze gleichen Chromosomens ophase und Cytokinese 0 Die Zwel-Chromatid-Chrome Igezellen 0 men der Stammzelle wurden: zu Ein-Chromatid-Chromoso ler beiden Folgezellar Cytokines = Zellteilung ↓ Entspricht Interphase "My scientific studies have afforded me great gratification; and P am convinced that it will not be long before the whole world acknowledges the results of my work.' GREGOR MENDEL, 1822 TO 1884 Austrian Botanist, Teacher, Scientist and Augustinian prelate "father of modern genetics" "I thought that I had found something new. But then I convinced myself that the Abbot Gregor Mendel in Brinn, had, during the sixties, not only obtained the same result through extensive experiments with peas, which lasted for many years, as did de Vries and I, but had also given exactly the same explanation, as far as that was possible in 1866." CARL ERICH CORRENS, 1864 TO 1933 Geneticist and Botanist "Although no explanation can be expected to be satisfactory, it remains a possibility among others that Mendel was deceived by some assistant who knew too well what was expected. This possibility is supported by independent evidence that the data of most, if not all, of the experiments have been falsified sO as to agree closely with Mendel's expectations." RONALD FISHER, 1890 TO 1962 Statistician, Geneticist, Evolutionary Biologist http://www.bioqraphv.com/people/gregor-mendel-39282 http://www.famousscientists.org/gregor-mendel/ Gregor Mendel „Vater der Genetik" 1822 - 1884 interessierte sich für Philosophie, Theologie, Landwirtschaft, Naturwissenschaften 1843 Eintritt in die Augustinerabtei im Kloster Alt-Brünn (1868 Abt) 1865 Veröffentlichung der Ergebnisse (Wiederentdeckung 1900) Yerdienst führte Kreuzungsexperimente an Pflanzen durch (ab 1856) erkannte Gesetzmäßigkeiten der Vererbung: nicht Merkmale, sondern nur die Anlagen zur Merkmalsausbildung werden vererbt dazu: Auswahl günstiger Versuchsobjekte (Erbse: kurze Generationsdauer, viele Nachkommen) künstliche Bestäubung, um Fremdbestäubung zu verhindern 2 Jahre Vorversuche, um reinerbige Eltern zu erhalten beschränkte sich auf 1-2 klar zu unterscheidende Merkmale führte Kontrollexperimente durch (z.B. Rückkreuzung) erfasste die Ergebnisse statistisch und wertete sie mathematisch aus Samen BIUte Schote Stāngel ablatt d U I -u Größe grau & weiß roll gelb mittig Sch., lang ge D ad Blüte „,8m-2,lm| rund weiß &. grün violett vereng grün aDS I. CI. schrumplig| 8|uten oben Abbildungen aus: http://de wikipedia org/wiki/Gregor Mendel vom 18.09,2014  Die mendelschen Regeln 1. Mendeľsche Regel (Uniformitätsgesetz) Kreuzt man homozygote Individuen einer Art, die D sich in einem Merkmal unterscheiden, so sind die Nachkommen der Fr-Generation in diesem Merkmal untereinander gleich (= uniform), aber mischerbig. 2. Mendel'sche Regel (Spaltungsgesetz) Kreuzt man die heterozygoten Individuen der Fr-Generation untereinander, so sind die Nachkommen in der F2-Generation in diesem Merkmal in Gruppen mit einem festen Zahlenverhältnis gespalten. (dominant-rezessiver Erbgang 3:1) (intermediärer Erbgang 1:2:1) e 3. Mendel'sche Regel (Unabhängigkeitsgesetz / Gesetz von der Neukombination der Gene) Kreuzt man homozygote Individuen einer Art, die sich in mehreren Merkmalen unterscheiden, So werden die Anlagen unterschiedlicher Merkmale frei kombiniert und unabhängig voneinander vererbt. Es entstehen Neukombinationen. dhuat ei Kebsan gekauzl edea Eobsea uił gelbn bzw grnen Sau n P: Dhinalyt gel ga n Caenotyo GG G (Mospecaelta) eizellen F o g Thšnahyp alle_Gell G 6. ng G Gg ( tnolep sie_hiehaozgoti Gą Phómats Iel C2enotsy e Meiuaelle 60 (  Gg G GG G Phönchypgelb * grin*e3: Genatyp:hamzygot C 9 (Gg88 hefeco ygot 2 =dowiaał ezesiver Erbgang uonohyböidet_tbgan Alnt tive_Slecise Phēnołtyo lb caan (aen hyo (G 98 keiu elleo 0 o 7 Cnabestclt ieberGuacnate bu ctuzung On Widelltein und le:ßen B ten P. Paba Wiolett e: Genctgo V Meuzek. 0 0 a L Phănotyo 0lte olet V Genoty :helesozy gat Ph noty violel iolelt (a e ntgo ew elle v0 0 ) Phónoty miolełłv i 31 Genoty : houorgo, hekercygot Wv =douitał e erErbogan) , wOnohy brider "Cboany lligaeahpBoy de (Er bd) HadhKoebl Phioohyp(ufes Ernsogsild) douiotat (uedlaialsbestionmende Erbin lage) eressi (aclebrthtode Ertanlosc) a houozygot (rnesbig) AA. /aa helkcozugot (uaschesbig)Aa A mudolcod" oaohyocid (Erbgows. Mekishedutoy Elteen leBut 4 Meskual). oliliybóid (Erlangj, lulescheduing Gileen in 2 Medesealea) dausinat-=rezessiues Etnaeg (ocheoganeistionue dasintat) ink inuundióres Gthopng (Mekuabasspäeguoz Asaben Elkn) kiodoairoks Gragan (tcbkegtneation het bede Hedkmae) en (Abeloolt des DNA ereblisell o far Auskilduns Kites Eiw ei(es ) *AllelChnlgc , cie (Aen s mm en P ( lksnagnetetion) E(A Tchkeigeeration E, (2. ( 1dlergeneration Lsird geksect nd uzupove uhe rbsen Erbser gelh Saain gelh gelb elba gain (6c02.) (2001) Begrifflichkeiten Genetik Wissenschaft von der Vererbung Unveränderlichkeit, Stetigkeit Konstanz Die Nachkommen stimmen in den Merkmalen, die die jeweilige Art kennzeichnen, mit ihren Eltern überein. Veränderlichkeit der Organismen (Unterschiede Variabilität zwischen Individuen der gleichen Art) Individuen gehören zu einer Ant, wenn sie in ihren wesentlichen morphologischen und anatomischen Merkmalen untereinander und mit ihren Nachkommen übereinstimmen, wenn sie sich miteinander paaren Art-Begriff können und untereinander fruchtbare Nachkommen hervorbringen. Voraussetzung: Übereinstimmung in wesentlichen genetischen Merkmalen Umfasst alle Lebewesen einer Art, die eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden und in einem Population bestimmten abgegrenzten Lebensraum leben. Gesamtheit der Erbanlagen eines Lebewesens Genotyp Gesamtheit der Nerkmale eines Lebewesens Phänotyp (Fäußeres Erscheinungsbild) Summe aller artspezifischen und artspezifischen Einzelmerkmale  Wichtige Begriffe und Symbole der Mendelgenetik P Parentalgeneration Eiterngeneration F1/F2 Filialgeneration Tochtergeneration Gameten Geschlechtszellen/Keimzellen x wird gekreuzt mit Genotyp Erbbild Phänotyp äußeres Erscheinungsbild homozygot reinerbig Allele (= Anlagen für ein bestimmtes Gen) sind in den homologen Chromosomen gleich z.B. rr heterozygot mischerbig Allele in den homologen Chromosomen sind unterschiedlich z.B. rw dominant-rezessiver Erbgang in der Fi wird das dominante Merkmal ausgeprägt intermediärer Erbgang gemischte Merkmalsausprägung in der F kodominanter Erbgang beide Nerkmale werden unabhängig voneinander ausgeprägt monohybrid Eltern unterscheiden sich in einem Nerkmal dihybrid Eltern unterscheiden sich in zwei Merkmalen polyhybrid Eltern unterscheiden sich in vielen Merkmalen Aufgaben Genetik Gk 12 (gr). Gekoppelte Vererbungsvorgänge Wenden Sie die Mendel'schen Regeln für folgende Beispiele an. Notieren Sie dazu jeweils ausführlich den Kreuzungsweg und odie Ergebnisse. i Geben Sie die Zahlenverhältnisse für Genotyp und Phänotyp an. Verwenden Sie das vorliegende Muster. a) Uniformitätsgesetz und Spaltungsgesetz: dominant-rezessiver, monohybrider Erbgang der Fellzeichnung bei Wildschweinen; einfarbig (dominant)/ gescheckt (rezessiv); beide Eltern sind homozygot b) Uniformitätsgesetz und Spaltungsgesetz: intermediärer, monohybrider Erbgang bei der Wunderblume; weißblühend, / rotblühend; beide Eltern sind homozygot c) Unabhängigkeitsgesetz: dominant-rezessiver, dihybrider Erbgang bei Kaninchen; glatthaarig (dominant) und weiß (rezessiv) / angorahaarig (rezessiv) und schwarz (dominant) allg. Muster Beispiel Form des Erbgangs dominant-rezessiver, dihybrider Erbgang Phänotyp und Dominanz (+ Symbole) glatthaarig (dominant) und weiß (rezessiv) G/w Phänotyp und Dominanz (+ Symbole) angorahaarig (rezessiv) und schwarz (dominant) a/S P: Genotyp P: G w xa aass Gameten G: Gw) X as aS Fi Kreuzungsschema Gw GaSw GaSw Gu GaSw GaSW ngabe für Genotyp und Phänotyp Genotyp: alle.., heterozygot Phänotyp: alle. glatthaarig schwarz Genotyp P=F GaSw x8 GaSw Gameten OO0O GS al Gu a S C GS aw Gw as Kreuzungsschema GS aw Gu aS diagonale = homszy got t neu Kombis GS GGSS GaSw GGSw GaSw Verhältnis homozygot zu heterozygot an aGws aaww aGww aawS Verhältnis homozygot zu heterozygot = 1:3 GGWS Gaww GGwi GawS Neukombination: GGSS, Awards Neukombinationen: (Genotypen) Gw homozygote Genotypen: GGSS, aaww, GGww, aaSS aS aGSS aaSw aGSw aaSS Phänotypen: glatt, schwarz (9) homozygote Genotypen glatt, weiß (3) Phänotypen: mit Zahlenverhältnis angorahaarig, schwarz (3) angorahaarig, weiß (1)  ① einfarbig (dow ). X of gescheckt (rez ). FE 99 P : Genotyp : X Gametan : G - E : 099 E Ep Es > - alle Feg , helerozy got E EgEg > - alle einfarbig En = P ↑ einfarbig + of einfarbig Genotyp : LEX Keimzellen :⑨ Ö E9 Fz ↑ - Phanotyp : 3x einf., 1x ges. E EE Eg gEg 99 > - Genotyp : 1x homozygot , 2x heterozygot , 1x , homozygot 113 Phänotypisches Verhältnis b) Pht.: o & weiß rot P: X Genotyp : ww ru Gamelen : D X Fr : · r v y war wr > - alle Mor , hekrozygot W wu wur > - alle rosa F = P grosa of rosa Genot : May X I ww Gameten : X ⑳ w mi 1x Fa www wa 1x To r wr rv 2x Mar Vererbungsvorgänge bei Haushühnern Der englische Genetiker Reginald Punnett (1875 -1967) entwickelte ein quadratisches Schema, in dem vereinfacht und anschaulich dargestellt werden kann, wie sich zwei Gameten (d.h. Eizelle und Spermium) zu neuen Zygoten verbinden. Punnett beobachtete bei Haushühnern neben der dominant -rezessiven Vererbung ebenfalls die intermediäre und auch die geschlechtsgebundene Vererbung von Merkmalen. Er bestätigte und erweiterte mit seinen Ergebnissen die Allgemeingültigkeit der mendelschen Vererbungsregeln, die daraufhin Anwendung in der Tierzüchtung fanden A) Monohybride Kreuzung Hühnereier besitzen oft eine weiße Schale. Die Eischale besteht zu 95% aus Kalk (Calciumcarbo- in (wie z.B. Calciumphosphat) und Proteine. Bei Hühnern in Südamerika wurden Eier mit hellblauer Schale entdeckt. Diese Eischalenfärbung entsteht durch inlagerung des Farbstoffs Oocyanin aus der Gallenblase. Gekreuzt wurden 10 homozygote Hähne aus weißen Eiern (Genotyp: ee) mit 10 heterozygoten Hennen aus hellblauen Eierm (Genotyp: Ee). Von den Hennen in der nachfolgenden F-Generatior legten 383 Eier mit weißen Schalen und 368 Eier mit hellblauen Schalen. Überprüfen Sie das beobachtete Ergebnis in einem Kreuzungsschema. D I Iu I u uI E. **1 ) Zwei Neukombinationen —> eehh (homozygot), EeHh FiatgenefðtonF) (heterozygot) Dihybrider Erbgang Insgesamt vier verschiedene Genotypen: 1:1:1:1 *.* s i Beschreiben Sie das dargestellte Kreuzungsergebnis. Ermitteln Sie in einem vollständigem Kreuzungsschema die Möglichkeit, aus der Filialgeneration F doppelt homozygote Hühner mit weißer Hornhaut und hellblauer Eierschalenfarbe zu züchten. Diskutieren Sie die Eierschalenfärbung unter Beachtung eines dominant-rezessiven und eines intermediären Erbgangs. B) Genotyp :alth Elth Gameren : ⑪ E ⑰ Fa : EH I F eh En eH Wkt 1 : 16. Auswertung : hellblaue Eier , hellblaue Eier weiße Eier Eier Phänotyp , weiße : , , weiße Hornhaut gelbe Hornhaut gelbe Hornhaut weiße Hornhaut : 3 1 · Aufspaltungsverh : G : 3 Gekoppelte Vererbungsvorgänge Seit Anfang des 20. Jhd. wird die Fruchtfliege Drosophila melanogaster für Versuche in der Genetik verwendet Wichtige Ergebnisse dieser Experimente beschrieb Thomas H. Morgan. Begriffserklärung gekoppelte Vererbungsvorgänge: Gekoppelte Vererbung: Vererbung von Genen, die auf demselben Chromosom liegen und meist gemeinsam weitergegeben werden. Genkopplung: Bezieht sich auf die physische Nähe von Genen auf einem Chromosom, was ihre gemeinsame Vererbung wahrscheinlicher macht. Bilden eine Kopplungsgruppe, da sie auf einem Chromosom liegen —> werden gemeinsam vererbt Unterschied zwischen gekoppelter und nicht-gekoppelter Vererbung: Gekoppelte Vererbung: S - Gene liegen auf demselben Chromosom. - Werden oft zusammen vererbt. - Geringere Wahrscheinlichkeit, durch Crossing-over getrennt zu werden. - Verletzung des Mendelschen Unabhängigkeitsgesetzes. Unterschied : Nicht-gekoppelte Vererbung: Lage der Gene - Gene liegen auf verschiedenen Chromosomen oder weit voneinander entfernt auf demselben Chromosom. - Werden unabhängig voneinander vererbt. - Höhere Wahrscheinlichkeit der unabhängigen Verteilung durch Meiose. - Entspricht dem Mendelschen Unabhängigkeitsgesetz. Wildtyp: Phänotyp, der in der natürlichen Population am häufigsten ist. Experimentverlauf -> untersucht die Vererbung von Merkmalen, die von denen des Wildtyps abweichen Forscher ließen nur Fliegen mit gleichen Merkmalen zur Paarung zu -> reinerbige Stämme Kreuzungsversuch: ->Weibchen eines Laborstammes mit schwarzen Körper (black, Allel b), verkümmerte Flügel (reinerbig) -> Wildtypmännchen mit grauen Körper, normal ausgebildete Flügel (Mischerbig) -Nachkommen phänotypisch wie Eltern (Verhältnis 1:1) ! dritte Mendelsche Regel besagt jedoch Ergebnis mit vier unterschiedlichen Phänotypen (1:1:1:1) => Schlussfolgerung: Gene für Körperfarbe und Flügelform nicht frei kombinierbar, wird gekoppelt vererbt (liegen auf einem Chromosom) Einschränkung der 3. mendelschen Regel Bilden Gene eine Kopplungsgruppe, so gilt die freie Kombinierbarkeit der Gene (3. m. R.) nicht mehr. Grund: die gekoppelten Gene werden bei der Meiose nicht getrennt —> Bestätigung der Chromosomentheorie der Vererbung Für viele Organismen wurde nachgewiesen, dass die Anzahl der Chromosomen im haploiden Chromosomensatz mit der Anzahl der Kopplungsgruppen übereinstimmt. Drosophila 4 Kopplungsgruppen 4 Chromosomen im haploiden Chromosomensatz Mensch 23 23 Gartenerbse 7 7 Durchbrechen einer Kopplung (Kopplungsbruch) Nachweis durch reziproke Kreuzung (Rückkreuzung) mit mischerbigen Weibchen und reinerbigen Männchen MORGAN: Crossover in der Prophase 1 der Meiose (Überkreuzung homologer Chromosomen, die zum Bruch, Stückaustausch und Wiederanwachsen der verrauschten Stücke führt) Austauschwert: je größer der Abstand zwischen Genen auf einem Chromosom ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem Crossover kommt. Blutgruppen und ihre Vererbung eine Blutgruppe ist eine Beschreibung der individuellen Zusammensetzung von Strukturen auf der Außenhaut der roten Blutkörperchen (Erythrozythenmembran) von Wirbeltieren innerhalb eines Blutgruppensystems. Die Oberflächen der Erythrozytenmembran unterscheiden sich durch verschiedene Glykolipide oder Proteine, die als Antigene wirken und somit zu einer Immunreaktion führen können. Eine besondere Bedeutung kommt den Blutgruppen in der Transfusions- und Transplantationsmedizin zu (Blut- und Organübertragung) Wird einem Patienten Blut einer ungeeigneten Blutgruppe übertragen, so reagiert sein Immunsystem mit Abwehrmaßnahmen, die zur Verklumpung (Agglutination) des Blutes führen, weil sich Antigene und Antikörper (im Blutplasma) verbinden. Folgen: —> schwere Schäden bis hin zum Tod —> Abstoßungsreaktionen bei transplantierten Organen wichtigsten Blutgruppensysteme: AB0-System und Rhesussystem Insgesamt werden von der Internationalen Gesellschaft für Bluttransfusion (ISBT) 43 Blutgruppensysteme anerkannt und beschrieben (Stand 2021) Entdecker der Blutgruppen —> Karl Landsteiner (1901) - Blutgruppen 0, A, B; Blutgruppe AB von Adriano Sturli mitentdeckt —> Karl Landsteiner (1937) - Rhesussystem Vererbung der Blutgruppen AB0-System —> Chromosom 9 rhesus-System —> Chromosom 1 —> unabhängige Vererbung (3.m.R.) Phänotyp Genotyp Antigene Antikörper (im Blutplasma) A AA,A0 Antigen A Anti-B B BB,B0 Antigen B Anti-B AB AB Antigen A u. B - 0 00 keine Antigene Anti- A und Anti-B Phänotypen Genotypen Antigene Antikörper Rh+ DD,Dd Antigen D - rh- dd kein Antigen Anti-D (nach Kontakt mit Antigen) Polygone Vererbung Polygone Vererbung (= Polygenie) bedeutet, dass die Ausprägung eines Merkmals durch mehrere Gene bestimmt wird. z.B. Körpergröße, Gewicht, Intelligenz, Pigmentierung (Haarfarbe, Hautfarbe) und mehrere Krankheiten (Asthma, Bluthochdruck) Polygene vererbte Merkmale sind sehr schwer zu untersuchen, unter anderem weil: einige bzw. viele Gene das selbe Merkmal bedingen Jedes Gen einen kleinen Effekt auf den Phänotyp hat Die Effekte verschiedener Gene sich summieren —> Abweichung von den mendelschen Regeln a) komplementäre Polygenie die beteiligten Genpaare bestimmen unabhängig voneinander jeweils ein Teilmerkmal und ergänzen sich so in ihrer Wirkung b) additive Polygenie Die Wirkungen mehrerer Gene auf ein und dasselbe Merkmal summieren sich  1.2 Arbeitstechniken und Diagnostik in der Humangenetik 1) Analysen auf der Ebene der DNA biochemische und molekularbiologische Methoden Methoden der Genomforschung 2) Analysen auf der Ebene der Chromosomen zytogenetische Untersuchungen pränatale Diagnostik 3) Analyse auf der Ebene des Phänotyps - traditionelle Methoden Familienforschung Zwillingsforschung Populationsgenetik a) Populationsgenetik Fragen nach: - Häufigkeit der Allele in der Bevölkerung - Verteilung der Allele in den Bevölkerungsgruppen - Veränderung in der Generationenfolge Ziel: - Verlauf und Verbreitung genetisch bedingter Erkrankungen verfolgen - Analyse von Evolutionsvorgängen b) Zwillingsforschung Frage: wie stark wirken sich Gene und die Umwelt auf die Ausprägung bestimmter Merkmale aus? Schwerpunkte: - Vergleich von Zwillingen - polygen vererbte und durch Umweltfaktoren beeinflusste Merkmale (Epigenetik) c) Familienforschung Frage nach: - Vererbungsmodus bestimmter Merkmale und Krankheiten - Bestimmung der Genotypen einzelner Personen und damit eindeutiger Rückschluss auf die Phänotypen Bedeutung: genetische Beratung ! nur für monogen bedingte Merkmale möglich! (> 18000 „Mendel-Merkmale“ bekannt) Stammbaumanalyse Methode: vom Phänotyp wird auf den Genotyp rückgeschossen Ziel: Erbgang eines Merkmals aufklären Einschränkung: beschränkt sich auf die Vererbung innerhalb einer Familie 1) autosomal-dominanter Erbgang 2) autosomal-rezessiver Erbgang 3) gonosomal-rezessiver Erbgang 4) gonosomal- dominanter Erbgang MARFAN-Syndrom Albinismus Hämophilie (Bluterkrankheit) —> X-chromosomal dominant Chorea Huntington PKU Rot-Grün- Sehschwäche Brauner Zahnschmelz Polydaktylie (Mehrfingrigkeit) Mukoviszidose Muskeldystrophie Duchenne Brachydaktylie (Kurzfingrigkeit) Lippen-Gaumenspalte —> Y-chromosomal Osteoklerose erbliche Taubstummheit keine Erbkrankheiten bekannt erblicher Augenkrebs bisher ist nur die männliche Geschlechtsdetermination als Y- chromosomales Merkmal mit Sicherheit nachgewiesen  Dominant oder rezessive Vererbung ? —> dominante Vererbung: Eltern, die das Merkmal ausprägen, haben auch Kinder ohne dieses Merkmal —> rezessive Vererbung: Eltern, die das Merkmal nicht ausprägen, haben Merkmalsträger unter den Kindern Autosomal oder gonosomal Vererbung ? —> autosomale Vererbung: die Merkmalsausprägung erfolgt unabhängig vom Geschlecht —> gonosomale Vererbung: die Merkmalsausprägung erfolgt nicht unabhängig vom Geschlecht Besonderheiten gonosomaler Erbgänge X-chromosomal rezessiver Erbgang: - bei Männer tritt das Merkmal bereits bei einfacher genetischer Information auf - heterozygote Frauen: Konduktorinnen X-chromosomal dominante Vererbung - Frauen sind doppelt so häufig betroffen wie Männer (Problem: Unterscheidung zu autosomal-dominanten Erbgängen) Y-chromosomale Vererbung - Männer sind Merkmalsträger, prinzipiell von Vater auf Söhne vererbt Probleme bei der Stammbaumanalyse Kodominanz Bsp.: AB0-System Variable Expressivität: Auch bei Individuen mit gleichem Genotyp können sich Merkmale unterschiedlich stark äußern Unvollständige Penetranz: Ein Merkmal zeigt sich nur bei einem Teil der Individuen desselben Genotyps Methode: Analyse von Stammbäumen Zahl der Generationen Zahl der untersuchten Individuen Zahl der Merkmalsträger Verteilung der Geschlechter (Merkmalsträger männlich und Merkmalsträger weiblich) Zuordnung aller möglichen Genotypen (Symbole A/a bzw X /X /Y) Aa Rückschlüsse auf den Erbgang ziehen (Begründung) 1). 4 Gen. · 30 Indiv. · 18 Merktt. · 10 män.; 8 weibl /  Das Karyogramm Definition: Ein Karyogramm ist die geordnete Darstellung aller Chromosomen einer Zelle. geordnet nach: ,Größe der Chromosomen, Lage des Centromers, Muster der Banden (ergeben sich nachder Färbung) Karyogramme werden angelegt, um den , Karyotyp zu bestimmen, also die Chromosomenausstattung ndividuums. eS Tne Herstellung eines Karyogromms I 1. Ausgangsmaterial:.menschliche Körperzellen (z.B. Hautzellen) kurzer Chromosomenarm (p-Arm) 2. Anregung zur. Mitose 3. Behandlung mit. Colchizin-Lösung Centromere 4. Stopp der Mitose , Chromosomen verharren in der Metaphase 5. Zellen zum Platzen bringen durch langer Chromosomenarm (q-Arm) destilliertes Wasser 6.Anfärben der Chromosomen—>charakteristische Bandenmuster (G-Banden) 4: Chromatid 7. Fotografieren 8. Ordnen alle Centromere auf einer Linie nach Größe kürzerer Arm = p-Arm zeigt nach oben längerer Arm := q-Arm zeigt nach unten Das Bandenmuster= danach teilen Cytogenetiker ein Chromosoms in einzelne Abschnitte ein auf G-Banden liegen Gene, die_ für spezifische Merkmale und Eigenschaften codieren G ist Färbung auf nicht gefärbten Bereichen liegen Gene, die. Stoffwechselprozesse steuern (R-Banden sind nicht gefärbte Bereiche) # # # i Autosomen ( t Gonosomen i # # #| Karyogramm Karyogramm Deutet auf Trisomie 21 hin  Ii W I I 9 10 U tš 8 13 14 15 16 18 19 20 21 22 XX Karyogramm des Menschen (oben rechts ungeordnet) 1 X Y KX Y Y 1 WN KX Y KY A (1-3) B (4, 5) A (1-3) B (4, 5) A (1-3) (4, 5) Y KY KK Y Y KY KY |Y Y% X vY Y tY KY N KY KY KY KY KY Y C (6-12) C -12) C (6-12) WN Nä N % % |MN Nn Ni % HN NA NI % D (13-15) E (16-18) D (13-15) E (16-18) D (13-15) E(16-18) XX XX XX XX. X X XX KX WaKX X X KXX K F (19, 20) G (21, 22) * (199, 20) F G (21, 22) F(19, 20) G (21, 22)  Stammbäume – manche Krankheiten des Menschen sind erblich 1. Der Stammbaum zeigt die Vererbung des Merk- mals Polydaktylie; Merkmalsträger haben über- zählige Finger und Zehen. x und = normal; und = Merkmalsträger III. a) Geben Sie das Zahlenverhältnis Gesunder : Merkmalsträgern in den einzelnen Familien an. b) Wie wird das Merkmal Polydaktylie vererby v. c) Geben Sie den entsprechenden Genotypen- Stammbaum an. r F 2. Eskimos ernähren sich fast nur von tieriSCh scher Nah- ng. In Grönland wurde bei den Eskimos eine Sac- O charoseunverträglichkeit festgestellt. Sie tritt mit einer Häufigkeit von 9 % auf und beruht auf einem erblichen Mangel an dem Enzym Saccharas Verten Sie den Familienstammbaum aus und begründen Sie unter Angabe der entsprechenden Personen, welchem Erbgang diese Stoffwechsel- krankheit folgt. p b)Stammbaum. Ergănzen Sie alle möglichen Genotypen im T 18 19 20 22 23 ) Warum tritt die Erkrankung in der 5. Genera- on gehäuft auf? U, Merkmalsträger = O=Q 3. Die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine aheilbare Nervenkrankheit. Die meisten Betrof- fenen erkranken nach dem 50. Lebensjahr. Im Verlauf der folgenden Jahre degenerieren die Motoneuronen, es kommt zu Lähmungen und Muskelschwund. icht betroffen. Intellektuelle Fähigkeiten sind a) Analysieren Sie den Stammbaum und ermit- seln Sie den Vererbungsmodus der Krankhe b) Ergänzen Sie die Genotypen. ) Vor welche Probleme stellt ALS betroffene Familien? Ein selten auftretendes Merkmal ist„brauner Zahnschmelz“. Führen Sie eine Stammbaum- 4. alyse durch. I. II. und = Merkmalsträger und = norm haler Zahnschmelz III. – IV v.o- VI.e VII. / Humangenetik Habt ihr einen Merkmalstragenden Mann: · XaY AA aa Nicht merkmalstragende Männer: of XaY Merkmalstragende Frauen: · Xaxa AA Nicht merkmalstragende Männer: ↑ XaXa Ad aa Aa Ac Ad Ac aa aa mata da ga Aa Aa AA0. Aci ~ da - AA0. Aa aa Aa AA 0 Aa. AA Aa Aa AA At Ac Ac/AA Aa/AA AQ Aa AA/AG AG AG AG/AA aa ACAA aa aa - Aa/AA aa Aa ac Aa aa Aa ach ad Ad Aa aa aa AGIAA AG/AA AQ/AA Aa AG AC AAIAQ AA/AG 1) Polydaktylie Anzahl Generationen: 4 Anzahl Individuen: 30 18 Merkmalsträger (10 davon Männer, 8 Frauen) Erkrankte Eltern haben ein gesundes Kind (Familie IV) Familiäre Beziehung Nicht-Merkmalstragende Eltern haben gesunde Kinder (V) Autosomal Dominant 2) Saccharoseintolerzanz 5 Generationen 23 Individuen 3 Merkmalsträger (2 männlich, 1 weiblich) -> nur wenig Merkmalsträger Gesunde Eltern haben erkranktes Kind Autosomal rezessiv 3) ALS 6 Generationen 20 Individuen 13 Merkmalsträger (6 männlich, 7 weiblich) In jeder Generation Merkmalsträger vorhanden Meiste Eltern bekommen Kinder ohne zu wissen, dass sie erkrankt sind Autosomal dominant 4) X Chromosomal Dominant 5 Generationen 35 Familienmitglieder 16 Erkrankte (2 Männer, 14 Frauen) -> hohe Anzahl Merkmalsträger, fast nur Frauen betroffen, Söhne betroffener Männer bei Gesunden Mutter merkmalsfrei, während alle Töchter erkrankt sind -> Generation IV · XaY ⑨ XA Xa oXaY ↑ XaXa Chorea Huntington – ein monogenes Erbleiden Der amerikanische Arzt G UKU HUNTINGTON beschrieb 1872 eine neue Erbkrankheit. Als Syn 1 Störungen wie unwillkürliche Zuckungen der Arme und Beine u 5neuIscneunn Grundlag der Gesichtsmuskeln sowie Schwachsinn. Er nannte die Krankheit Chorea majo (von griech. choreia: Tanz). Im Mittelalter nkheits- war das Phänomen als „ Veitstanz“ bild bekannt. HUNTINGTON hatte die Krankheit über 12 Generationen zurückverfolgt und abei festgestellt, dass sie in jed ation auftrat. Er fand heraus, dass Geschichte ruppen alle Patienten Nachfahren zweier Brüder waren, die 1630 aus England a gewandert waren und sich in Salem, 17l|▇ Massachusetts, niedergelassen hatten. Seine Folgerung, dass Chorea vererbt wurde, war naheliegend. Wahrscheinlich uraen Betro ene m MIttelalter alS gentech. „,Besessene“ verfolgt und hingerichte GRUNDLAGEN Mit 5 bis 6 Erkrankten jet Chorea Huntington (HD für engl. Huntington disease) eine der häufigsten erblichen Krankheiten des Nervensystems. Sie ber auf der Degeneration von Nervenzellen vorwiegend in den Ge- hirnregionen, die für die Steuerung von Bewegungsabläufen zu- ständig sind. Bewegungsstörungen sind die Folge (zum Beispiel plötzliche unwillkürliche, häufig asymmetrische Bewegur gen auf). Meist kommen psychische Veränderungen wie Depre sionen, Wutausbrüche und Wahnvorstellungen hinzu, im Spätsta- dium auch der Verlust höherer geistiger Fähigkeiten (Demenz). Ursache der Krankheit ist ein mutiertes Gen auf Chromosom 4 Die Penetranz ist vollständig: Alle Träger des mutierten Allels ent- 6 wickeln im Lauf der Zeit Krankheitssymptome. Wann die ersten ftroten. ist nicht vorauSZuSagen heitsbeginn, meist im Alter von 35 bis 50 Jahren, haben die Betrof- fenten beim Ausbruch der Krankheit fenen in der Regel schon Kinder. fgrund der Vielfältigkeit der Symptome vergehen oft Jahre bis zur Diagnose der Krankheit. Erst seit 1993 lässt sich Chon aa AA/Aa Huntington mithilfe eines Gentests sicher feststellen. Die Einnah I. stimmter Medikamente kann die Symptome vermindern, eine Heilung gibt es jedoch nicht. Basisinformationd Analyse von Erbgängen (»S,181 + Bewegungskontrolle (»5.4. 0 Erläutern Sie mithilfe von Bild 2 den Erbgang von a Ac Aa Ga AG aa 0 1934 trat im nationalsozialistischen Deutschland ein „Gese Verhütung erbkranken Nachwuchses“ in Kraft. Auf seiner Grund- 0 0 O lage wurden auch HD-Patienten sterilisiert. Konnte mit diese Au aa aa Aa Aa ea Aa Aa ethisch verwerflichen Maßnahme das vorgebliche Ziel über- haupt erreicht werden? Begründen Sie Ihre Ansicht. 10aum emer rame, In aer H D aujritt 188  BiOLOGIE ANGE Symptome der Krankheit und ihre Ursachen Die körperlichen und psychischen Symptome von HD gehen auf den Untergang von Gehirnzellen zurück. Untersuchungen an Ge. pen von HD-Patienten zeigen, dass Teilbereiche der Basalgan- glien und die Großhirnrinde insgesamt um bis zu 60% ad (»Bild 1 und 2). Die Basalganglien gehö gionen, die den Muskeltonus regeln und Koordinations- sowie unwillkürliche Bewegungen steuern (»S,452), Hier werden Bewe. gungen so aufeinander abgestimmt, dass sie harmonisch abla fen. Schon im Frühstadium lässt sich durch Positronen-Emissions- tomographie (PET) eine Störung des Glu feststellen, der zu Reizüberempfindlichkeit und später zur sterben der Neuronen führt. Seit 1983 weiß man, dass das Gen für Chorea Huntington auf1 und 2 Computertomographie macht die Degeneration von Ne. aem Kurzen Arm des Chromosoms 4 liegt. Zunächst wurde das llen im Gehirn sichtbar (rechts:HD.Pat Gen mithilfe genetischer Marker kartiert - also polymorphe DNA-Sequenzen, deren Allele gemeinsam mit dem Huntingto Patienten festgestellt, so bei der neuen Form der Creutzfeld-Jakob rbt werden, die mit dem Zustandekommen der Krankheit kheit, der BSE sowie bei der Alzheimer- und Parkinson aber nichts zu tun haben (»5.207). Dazu untersuchte man große heit. Von der Forschung an transgenen Mäusen als Modell- Familien, in denen HD gehäuft auftritt. Solche Familien gibt es organismen (»5,206) erhoft man sich Erkenntnisse für die peispielsweise in Venezuela Behandlung von HD. In Zellkulturen von Neuronen solcher HD- Mithilfe der Markergene und durch Sequenzanalyse gelang es Mäuse ist es bereits gelungen, den Einfluss der Plaques auf Regu schließlich 1993, das für die Chorea verantwortliche Gen zu iden lationsprozesse im Zellkern zu unterbinden. ren. Es codiert für ein sehr großes Protein aus 3140 A säuren. Dieses als Huntingtin bezeichnete Protein wird in Neuro- und vielen anderen Zellen gebildet, seine Funktion ist jedoch Markergene (»S,207) * genetischer Code (»S.156) * Hirnfunktio- immer noch unbekannt. Die codierende Sequenz des normalennen (»S,434) Methoden der Hirnforschung ( 5,436) DN Huntingtin-Gens enthält an einer Stelle 11 bis 34 Wiederho Sequenzierung (»S.151) * Genregulation (»S,163) lungen des Basentripletts CAG. Bei HD-Patienten sind es 35 und nehr (» Tabelle unten). Dabei wirkt sich offenbar die Zahl den 0 Erklären Sie den Zusammenhang zwischen der Veränderung des Tripletts auf den Zeitpunkt des Krankheitsausbruchs aus: je mehr Huntingtin-Gens und den Symptomen von HD. Wiederholungen, desto früher treten die ersten Symptome auf Informieren Sie sich über die Krankheitsbilder der anderen im und desto schwerwiegender äußert sich die Krankheit. Ver- Text erwähnten neurodegenerativen Erkrankungen längerte Triplett-Wiederholungen sind bei Zellteilungen instabil. Im Genom des Menschen gibt es auffällig viele Regio Sie können sich verlängern oder verkürzer denen kurze Basenfolgen vielfach wiederholt werden, soge- CAG codiert für die Aminosäure Glutamin. Proteine, die annte Mikrosatelliten. Diese Bereiche können sich leicht ver- 34 Glutamin-Wiederholungen entnalten, elöst im Cyt plasma vor. Sind die Polyglutamin-Ketten dagegen länger, lager als „Spielwiese"“ der Evolution. Begründen Sie. sich das Protein in unlöslichen Aggregaten im Zellkern ab(» Bild 3). 0 Erläutern Sie die Bedeutung von Satelliten-DNA für den genetia Offenbar kommt es zu Wechselwirkungen zwischen die schen Fingerabdruck (»5.202). genannten Plaques und Regulatorproteinen, die den Zelltod ste ern. Wie sich dies auf die Lebensdauer der Nervenzellen ist noch nicht genau bekannt. Inzwischen hat man auch bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen solche Protein-Plaques in den Gehirnzellen der Länge des HD-Allels auf Chromosom 4 hei Go unden und HD-Patienten Wiederholungen des Gesunde HD-PatienCn Trinucleotids CAG Dorconon fin (in %) 48 42–47 30–41e 25–30 189 Gendiagnostik Seit 1993 gibt es einen direkten Test zum Nachweis von HD. In welchen Bereichen wird PCR heute eingesetzt? Allelen. Er erfolgt anhand einer Blutprobe. Dazu wird DNA aus0 Das Bild unten zeigt den fingierten Stammbaum einer Familie, in lymphocyten isoliert und das Huntingtin-Gen durch Polyn der HD auftritt, sowie die PCR-Ergebnisse einiger Familien Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt. Die Primer binden dabei zu glieder. Jede Person besitzt zwei Allele für das Huntingtin-Gen, beiden Seiten der CAG-Wiederholungen an die DNA. Die PCR. nach den mendelschen Regeln vererbt werden. Analysieren Produkte werden mithilfe von Gelelektrophorese aufgetrennt. Da Sie die Abbildung und ordnen Sie den untersuchten Personen die die Länge des vervielfältigten Genabschnitts von der Zahl der Zahl der CAG-Tripletts zu, Welche Besonderheiten zeigen sich bei CAG-Wiederholungen abhängt, werden die PCR-Produkte d (e VererDug er -AIIeer schiedenen Huntingtin-Allele unterschiedlich weit transportiert. Sie lassen sich als Banden durch Färben oder radioaktive Markie. rung bei der PCR sichtbar machen Um das Risiko einer Fehldiagnose möglichst gering zu halten, wird der Test zweimal mit unterschiedlichen Primer-Paaren durch geführt. Nur wenn beide Verfahren ein positives Ergebnis liefern, gilt die Diagnose als sicher. Die Methoden zur Vervielfältigung und Auftrennung von DNA. ragmenten lassen sich im Modellversuch nachvollziehen. An stelle von menschlicher DNA verwendet man DNA des Phagen Lambda oder bakterielle Plasmid-DNA. AIrersangaben: Alter beim Beginn der Erkrankung PCR (»S.150) Gelele 1 ektrophorese 5. 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Person gostIk ( 5.207) * genomische Prägung (S.183) AIz G1 CAG-Tripletts Vervielfältigung von DNA durch PCR S6 e Mau hsben oNAime o olgnceoadel ne Polymerase, Nucleotide (Desoxy-Nucleosid-Triphosphate), Puffer, steriles Wasser, Reaktionsgefaße, Reaktionsgefäßständer (z.B. aus Styropor, auch als Schwimmer im Wasserbad geeignet), HD. verursachende Mikropipettierhilfe mit Spitzen, Stoppuhr, 3 Wasserbäder (49 °C, Allele 72 °C und 98 "C), Eiswasser oder Kühischrank 41 DURCHFÜHRUNG: Wasser, Puffer, Nucleotide und Primer werden in ein Reaktionsgefaß pipettiert und das Gemisch auf weitere Reak tionsgefäße verteilt. Geben Sie nun DNA und Polymerase zu. Ver. wenden Sie als Kontrollen einen Reaktionsansatz ohne Polymera. od einen ohne DNA. Zunächst wird die DNA denaturiert. Dazu erhitzt man das Reaktionsgefäß beim ersten Durchlauf 2 min lang auf 98"C. Bei allen folgenden Durchläufen beträgt die Denaturierungs- zeit nur noch 30 5. Anschließend wird die Probe 30s in das Wasser. pad mit 49 "C eingeste(ellt, Im nächsten Schritt inkubiert man die Probe 1min lang bei 72"C. Danach beginnt der PCR-Zyklus von leuem. Wiederholen Sie das Verfahren 10- bis 14-mal. Achten Sie besonders darauf, die Temperaturwechsel exakt durchzuführen. Stoppen Sie die Reaktion ab, indem Sie die Proben in Eiswasser oder in den Kühischrank stellen. Die vervielfältigte DNA kann nun hittels Gelelektrophorese aufgetrennt und durch Färben sichtbar gemacht werden (»5,201). Durch Vergleich mit einem Molekular- Normal gewichtsmarker können Sie die Größe der verwendeten DNA. allele Probe bestimn 0 Machen Sie sich klar, was bei den einzelnen Versuchsschritten passiert. Erläutern Sie den Modellcharakter des Versuchs. 0 Berechnen Sie die Zahi der angefertigten DNA-Kopien. 190  BiOLOGIE ANGEWAND Wissen ist Ohnmacht - genetische Beratung bei Chorea Huntington Obwohl das Allel, das Chorea Huntington verursacht, sicher zu identifzieren ist, machen nur etwa 5 bis 10% der Ratsuchenden den Gentest. Dass die Krankheit zwar diagnostiziert, aber nicht geheilt werden kann, führt zu einem Dilemma: Während vielen Ratsuchenden die quālende Ungewissheit unerträglich ist, emp- finden andere die Möglichkeit eines positiven Befunds als untrag. bare Belastung. Obwohl es nicht mehr nötig ist, andere Familier mitglieder in die Untersuchung mit einzubeziehen, gibt der Test einer Person auch Aufschluss über die Erkrankungswahrschein-— akeit von Eltern und Geschwistern. Er ermöglicht hingegen kei- ne Aussage über den Erkrankungszeitpunkt sowie Verlauf und vere der Krankheit Der am häufigsten genannte Grund dafür, den Test zu machen, ist der Wunsch nach Kindern. Aber auch andere Aspekte der Le- bensplanung spielen eine Rolle wie die Berufswahl oder finanziel- 1 Beratungsgespräch in einer genetischen Beratungsstelle le Gesichtspunkte. Der Ablauf einer genetischen Beratung bei HD folgt internati-0 Diskutieren Sie den folgenden hypothetischen Fall: Frau F. ist onalen Leitlinien. Sie sehen vor, dass Ratsuchende während des schwanger. Beim Vater ihres Ehemanns ist vor kurzem HD dia- gesamten Verfahrens von einem Humangenetiker, einem Psycho gnostiziert worden. Frau F. möchte wissen, ob ihr Kind ebenfalls therapeuten und einer Vertrauensperson begleitet werden. Dem betroffen sein wird. Eine Abtreibung lehnt Frau E. jedoch ab. Her Test selbst gehen intensive Vorgespräche voraus. Darin werde F. ist Dachdecker, sein Arbeitgeber verlangt nun von ihm eine Handlungsmöglichkeiten und Konsequenzen für den Fall bespro- Gendiagnose. chen, dass der Test positiv ausfällt. Es wird auch erwogen, ob die Wie könnte in einem solchen Fall ein Beratungsgesprach verlau- psychische Verfassung der Person stabil genug ist, mit einem un- fen? Berücksichtigen Sie auch die Erkrankungswahrscheinliche günstigen Befund fertig zu werden. Mehr als die Hälfte der Ratsu- keit für das Kind, die sich bei positivem beziehungsweise negati- rem Befund bei Herrn F. ergibt. chenden entscheidet sich nach den Vorgesprächen gegen den Test. Aber auch nachdem eine Blutprobe entnommen de. kön- Entwickeln Sie ein Konzept für die Gentherapie von HD. nen Betroffene noch entscheiden, ob sie das Ergebnis erfahre höchten (» Bild 2). 1. Beratungsgespräch Dank der psychosozialen Begleitung reagieren positiV Getest te meist stabil, selten jedoch auch mit Depressionen und Selbst- Beratungsbri mordgedanken. Auch Personen mit einer negativen Diagnd müssen oft mit Entlastungsdepressionen und Schuldgefühlen gegenüber betroffenen Eltern oder Geschwistern fertig werden mindestens 4 Wocher Selbsthilfeorganisationen wie die Deutsche Huntington-Hilfe u soziale Dienste bieten ihnen Hilfe a Gespräch mit Entscheidung Entscheidung atienten und ihre Familien setzen große Hoffnungen in die einem Psycho für molekular- gegen molekular- sserung der Behandlungsmöglichkeiten, vor allem durch ei- therapeuten etetischeg genetische Untersuchung ne Gentherapie. Zu deren Weiterentwicklung sind jedoch genaue- Kenntnisse der Krankheitsentstehung notwendig. 2. Beratungsgespräch Basisinformationen keine keine genetische Beratung (»5.184), Gentherapie (»5.209) Blutentnahme Blutentnahm alutene Besuch einer genetischen Beratungsstelle Diagnostik e ade pse gneo Mitteilung, ud: das Ergebnis ne Ärzte oder auch Gesundheitsämter bieten genetische Bera orliegt tung an. Finden Sie heraus, wo in Ihrer Region genetische Beratung durchgeführt wird, und vereinbaren Sie einen Besuchstermin. In 3. Beratungsgespräch formieren Sie sich vorher über die Arbeitsschwerpunkte der Bera angsstelle und die Einrichtungen, mit denen sie eventuell zu- | Abbruch des i sammenarbeitet. Bereiten Sie Fragen zur Arbeitsweise der Berater Verfahrens ErgebnismitteilungErgebnismitteilung| t der Anfragen und zum Umgang der Ratsuchenden mit der Beratung vo1. 2 Verlauf der genetischen Beratung bei HD 191 Chorea Huntington Wahrscheinlichkeit: 5-6 : 1000 häufigste erbliche Krankheit des Nervensystems Degeneration der Nervenzellen, v.a. in Gehirnregionen, die für die Steuerung von Bewegungsabläufen zuständig sind —> keine Heilung Symptome: Bewegungsstörungen und psychische Veränderungen (Depressionen, Wutausbrüche, Wahnvorstellungen) Auftreten ab 35.-50. Lebensjahr Ursache: Genmutation auf dem p-Arm des Chromosoms 4 (Huntingtin-Gen) Diagnostik: Gentherapie Zusammenhang zwischen den Veränderungen des Huntingtin-Gens und dem Auftreten von HD Huntingtin-Gen - Größe: 180kB, umfasst 67 Exons - wird in allen Geweben exprimiert, besonders aber im Gehirn Huntingtin-Protein - großes Protein - enthält N-terminal die Aminosäure Glutamine - codiert durch CAG-Tripletts Wiederholung von CAG - Normalbevölkerung 12-20 Wiederholungen; Schwankung von 6-35 - 36-39 Wiederholungen: unvollständige Penetranz ( Krankheitssymptome treten verzögert oder garnicht auf) - ab 40 Wiederholungen: manifestes Auftreten - Über 60 Wiederholungen: manifestes Auftreten im frühen Alter Mikrosatelliten: STRs (Short Tandem Repeats); 2-5 bp- mit 10-50facher Wiederholungen; individuell => Genetischer Fingerabdruck Je mehr CAG-Wiederholungen, desto eher erfolgt der Krankheitsausbruch Autosomal-rezessiv vererbte genetisch bedingte Krankheit Phenylketonurie (PKU) Erbgang: - Autosomal-rezessiv: Beide Elternteile müssen das defekte Gen tragen, um es an ihre Kinder weiterzugeben. Kinder erkranken nur, wenn sie zwei defekte Gene (eines von jedem Elternteil) erben. Häufigkeit: - 1 von 8.000 bis 10.000 Neugeborenen in Europa ist betroffen. Die Häufigkeit kann je nach geografischer Region und ethnischer Gruppe variieren. Ursache: - Gendefekt: Die Mutation betrifft das Enzym **Phenylalaninhydroxylase (PAH)**, das für den Abbau der Aminosäure **Phenylalanin** verantwortlich ist. - Folge: Phenylalanin wird nicht richtig abgebaut und sammelt sich im Körper an. Hohe Phenylalaninspiegel sind toxisch für das Gehirn und können zu schweren Schäden führen. Symptome - Unbehandelt: Mentale Retardierung, Entwicklungsverzögerungen, Krampfanfälle, Verhaltensstörungen, Hautprobleme (Ekzeme), "muffiger" Geruch. - Erkennbar ab der Geburt: Symptome entwickeln sich schleichend und werden ohne Behandlung nach den ersten Lebensmonaten sichtbar. - Früherkennung: Die Krankheit wird im Rahmen des Neugeborenenscreenings durch einen Bluttest diagnostiziert. Ist die Krankheit heilbar? - Nicht heilbar, aber bei frühzeitiger Diagnose gut behandelbar. Eine lebenslange, strikte Therapie kann die Symptome verhindern und eine normale geistige Entwicklung ermöglichen. Therapiemöglichkeiten: - Strenge Diät - Spezielle Nahrungsmittel: - Blutuntersuchungen - Enzymersatztherapie (in Entwicklung) Strukturelle Chromosomenmutation Prader-Willi-Syndrom (PWS) Erbgang: - Erblich, aber nicht direkt vererbbar im klassischen Sinne. Es handelt sich meist um eine genetische Neumutation. - Das Prader-Willi-Syndrom tritt auf, wenn ein bestimmter Abschnitt des Chromosoms 15 auf dem väterlichen Chromosom fehlt oder inaktiviert ist. Dies kann durch eine Deletion, Uniparentale Disomie (UPD) oder Imprinting-Störungen entstehen. Häufigkeit: - **1 von 10.000 bis 30.000 Geburten**. - Es betrifft beide Geschlechter gleichermaßen. Ursache: - Das Syndrom wird durch den Verlust der Funktion von Genen auf dem Chromosom 15 verursacht, speziell durch eine fehlende Aktivität des väterlichen Gens. Die häufigste Ursache ist eine **Deletion (Verlust)** im Chromosom 15q11-q13 (etwa 70% der Fälle), seltener durch **uniparentale Disomie** (zwei Kopien des Chromosoms 15 von der Mutter, etwa 25% der Fälle) oder andere genetische Fehler, die das **Imprinting** beeinflussen. Symptome - kein Sättigungsgefühl - Kognitive Beeinträchtigungen - Verhaltensprobleme - Hormonelle Probleme - Typisches Erscheinungsbild Ist die Krankheit heilbar? - Nicht heilbar, Prader-Willi-Syndrom ist eine genetische Störung, die nicht rückgängig gemacht werden kann. Therapiemöglichkeiten: - Hormontherapie - Kalorienkontrolle und Ernährungsmanagement - Physiotherapie - Logopädie und Ergotherapie - Verhaltens- und Psychotherapie - Hormonelle Behandlung Numerische Chromosomenmutation Trisomie 21 (Down-Syndrom) Erbgang - Trisomie 21 tritt in den meisten Fällen nicht vererbbar auf, sondern entsteht spontan durch eine zufällige Fehlverteilung der Chromosomen während der Zellteilung (Meiose). In seltenen Fällen (ca. 2-4%) kann das Down-Syndrom in einer familiären Form auftreten (Translokationstrisomie), bei der genetisches Material von Chromosom 21 auf ein anderes Chromosom übertragen wurde. Häufigkeit - Trisomie 21 kommt bei etwa 1 von 700 bis 1.000 Geburten vor. Das Risiko steigt mit dem Alter der Mutter: Frauen über 35 haben ein höheres Risiko, ein Kind mit Trisomie 21 zu bekommen. Ursache - Trisomie 21 wird durch das Vorhandensein eines dritten Chromosoms 21 (statt der üblichen zwei) verursacht. Diese genetische Anomalie führt zu einer Verzerrung der normalen Entwicklung. Symptome - Physische Merkmale - Kognitive Entwicklung - Gesundheitliche Probleme Heilbarkeit - Trisomie 21 ist nicht heilbar, da die genetische Ursache (das zusätzliche Chromosom 21) nicht verändert werden kann. Therapiemöglichkeiten - Frühförderung - Logopädie, Ergotherapie, Physiotherapie - Medizinische Behandlung - Bildung und Integration Huntingtin- Gen Größe: 180kB, umfasst 67 Exons Wird in allen Geweben exprimiert, besonders aber im Gehirn Huntingtin Protein großes Protein Enthält N-Terminal die Aminosäure Glutamin - codiert durch CAG-Tripletts Wiederholungen von CAG Normalbevölkerung 16-20 Wiederholungen; Schwankungen von 6-35 36-39 Wiederholungen: unvollständige Penetranz (Krankheitssymptomen treten verzögert oder gar nicht auf) Ab 40 Wiederholungen: Manifestes Auftreten Über 60 Wiederholungen: manifeste Auftreten im frühen Lebensalter Mikrosatelliten= STR (Short Tandem Repeats), 2-5 bp- mit 10-50 facher Wdh.; individuell -> genetischer Fingerabdruck Autosomale Vererbung Kurzfingrigkeit (Brachydaktylie) -Erbgang: Autosomal- Dominant -Häufigkeit: sobald Krankheit in der Familie auftritt, nahezu perfektes 1:1 Verhältnis von normalfingrig zu kurzfingrig -Ursache und Symptome: ->Skelettanomalien (verkürzte Finger) -> defektes Allel wird dominant vererbt -keine funktionelle Beeinträchtigung, somit auch keine Therapie notwendig X-Chromosomale Vererbung Bluterkrankheit (Hämophilie A) -X-Chromosomal vererbt -Häufigkeit: 1: 5000 bei Männern (höher bei Männern, da nur ein X Chromosom) -Ursache: Mutation im F8-Gen (für Produktion des Gerinnungsfaktors verantwortlich) ->Frauen Konduktorinnen -Symptome: -> verlängerte Blutungen (nach Operationen oder Verletzungen) -> spontane Blutungen (Auftreten ohne ersichtlichen Grund, häufig bei Gelenken, Muskeln und Weichgewebe) -> Gelenkblutungen (besonders in Knie, Ellbogen, Knöchel mit Schmerzen, Schwellungen und Bewegunsgeinschränkungen) -> Nasenbluten, Blut im Urin -Substitutionstherapie (Regelmäßige Infusion), Gentherapie -nicht heilbar Hier eine kurze Übersicht zu den Krankheitsbildern: ### 1. **Neue Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (vCJD)** - **Krankheitstyp**: Prionenkrankheit - **Symptome**: Beginn mit psychiatrischen Symptomen wie Angst oder Depressionen, gefolgt von Demenz, Bewegungsstörungen und letztlich Koma. - **Ursache**: Übertragung von Prionen durch den Verzehr von BSE- kontaminiertem Fleisch. - **Verlauf**: Rasch fortschreitend, führt innerhalb weniger Monate bis Jahre zum Tod. ### 2. **Bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE)** - **Krankheitstyp**: Prionenkrankheit, auch bekannt als "Rinderwahnsinn" - **Symptome** (bei Tieren): Veränderung im Verhalten, Störungen der Motorik, Zittern, Aggressivität, Unruhe. - **Ursache**: Aufnahme von infektiösen Prionen durch verunreinigtes Tierfutter. - **Verlauf**: Tödlich für Rinder, kann auf den Menschen als vCJD übergehen. ### 3. **Alzheimer-Krankheit** - **Krankheitstyp**: Neurodegenerative Erkrankung - **Symptome**: Fortschreitender Gedächtnisverlust, Schwierigkeiten bei Sprache und Orientierung, Verhaltensänderungen, Demenz. - **Ursache**: Ablagerungen von Beta-Amyloid-Proteinen im Gehirn und Verlust von Nervenzellen. - **Verlauf**: Langsam fortschreitend über Jahre, führt zum Verlust kognitiver Funktionen und Tod. ### 4. **Parkinson-Krankheit** - **Krankheitstyp**: Neurodegenerative Erkrankung - **Symptome**: Bewegungsstörungen wie Zittern (Tremor), Steifheit (Rigor), verlangsamte Bewegungen (Bradykinesie), Probleme mit Gleichgewicht und Koordination. - **Ursache**: Verlust von Dopamin-produzierenden Nervenzellen im Gehirn. - **Verlauf**: Langsam fortschreitend, beeinträchtigt die Bewegungsfähigkeit zunehmend, kann zu schweren Behinderungen führen. Alle vier Krankheiten sind schwere neurologische Störungen, die das Gehirn betreffen, jedoch unterscheiden sie sich in Ursache, Symptomen und Verlauf. Genetische Beratung Anlass/Indikationen: Eltern haben bereits ein oder mehrere Kinder mit einer genetisch bedingten Erkrankung/ Fehlbildung mindestens ein Elternteil leidet an einer genetisch bedingten Erkrankung Vorkommen genetisch bedingter Erkrankungen in der Familie eines oder beider Partner verwandte Partner mehrere Fehlgeburten Spätgebärende Einwirkungen schädigender Einflüsse vor / während der Schwangerschaft (Strahlung, Medikamente, Drogen) unerfüllter Kinderwunsch * Ablauf: Beratungsgespräch Entscheidung Entscheidung Familienstammbaum über (mindestens) drei für moleku gegen molekular- Generationen Berechnung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens 2. Beratungsges genetisch bedingter Erkrankungen Blutu tuntersuchungen, Karyogramme, Gentests Beratungsgespräch pränatale Diagnostik Beratungsgespräch |A Ziele: Beratung zu naturwissenschaftlichen und medizinischen Fragen unter Berücksichtigung psychologischer und sozialer Aspekte Befähigung im Umgang mit dem genetischen Risiko Befähigung zum Treffen von Entscheidungen Methoden der pränatalen DlagnoStIK nicht invasiv invasiv (Entnahme fetaler Zellen/Fruchtwasser für genetische und biochemische Untersuchungen; Risiko: Fehlgeburt) UIlaSCIaII Amniozentese Untersuchung des Chorionzottenbiopsie mütterlichen Blutes Nabelschnurpunktion 1.4. Krebs Zellzyklus und motorische Teilung mitotische Einteilung von Zellen wird im Zellzyklus kontrolliert durch wachstumsfördernde und wachstumshemmende Proteine enge Zusammenarbeit zwischen den beiden Proteinen —> regulieren den Zellzyklus an 3 Kontrollpunkten (dort auch Identifizierung und Reparatur schadhafter DNA) entzieht sich eine Zelle mit DNA-Schäden der Zellzyklus-Kontrolle, kann es zu unkontrollierter Zellvermehrung kommen —> Tumore entstehen Tumor = Eine abnormale Gewebewucherung, Krebs = Eine Erkrankung, die aus bösartigen die gutartig (benigne) oder bösartig Tumoren entsteht und bei der sich Zellen (maligne) sein kann. Bösartige Tumore unkontrolliert teilen. Es gibt verschiedene Arten von können zu Krebs führen. Krebs, abhängig von den betroffenen Zellen und Organen. Onkogen = Gene, die normalerweise das Metastasen = Krebszellen, die sich von ihrem Zellwachstum regulieren. Wenn sie mutieren, ursprünglichen Entstehungsort lösen und über können sie das Zellwachstum übermäßig das Blut- oder Lymphsystem in andere Teile des anregen und zur Entstehung von Krebs Körpers gelangen, wo sie neue Tumore bilden. beitragen. (Tochtertumore) Krebsauslösende Faktoren: Rauchen, Ernährung, Viren, genetische Faktoren (Brustkrebs), Aspest, Staublunge, Strahlung (Uran, Radon) Ursachen unkontrollierter Zellteilung Strahleneinwirkung chem. Karzinogene Infektion mit krebsauslösenden Viren Zellteilung wird durch zwei Typen von Genen kontrolliert —> Proto-Onkogene —> Tumor-Suppressorgene Mutation in diesen Genen —> Zellteilung findet statt, obwohl keine neuen Zellen gebraucht werden —> Tumore entstehen Tumor-Suppressorgene (=Anti-Onkogene): bilden Proteine, die die Zellteilung hemmen —> Mutationen bewirken, dass die normale Hemmung der Zellteilung entfällt Proto-Onkogene Codieren für Wachstumsfaktoren, die die Zellteilung fördern —> Mutationen der Proto-Onkogene können zu übermäßiger Zellteilungsaktivität führen —> Proto-Onkogene werden zu Onkogenen Formen der Mutation von Proto-Onkogenen: a) Punktmutation —> Produktion eines aktiveren Wachstums'faktors b) Verlagerung an einen anderen Ort (Translokation) —> Proto-Onkogen wird durch einen aktiveren Promotor kontrolliert —> Transkription wird erhöht c)Genamplifikation: ungewöhnlich viele Kopien des Gens liegen vor —> Transkription und Translation führen zu einem Überschuss des wachstumsfördernden Proteins Tumorprogression Entstehung von Krebs ist nicht abhängig von einer einzigen Mutation (sonst wäre die Häufigkeit von Krebserkrankungen altersunabhängig) aber: Häufigkeit von Krebserkrankungen steigt mit dem Alter an —> Sequent von Ereignissen muss stattfinden, damit es zu 3-7 Mutationen kommt, die dann krebsauslösend sind Viren als Krebsauslöser Viren= keine Lebewesen!; leben parasitär 16% aller Krebserkrankungen weltweit gehen auf Krankheitserreger zurück (Industriestaaten: 7%) Humane Papillomviren (HPV): > 100 Virustypen bekannt Personalisierte Medizin Die personalisierte Medizin berücksichtigt bei der Therapie von Krebs die genetischen, zellulären und molekularen Besonderheiten der Erkrankten. Grundlage: Identifizierung von Tumormarkern Tumormarker = Substanzen im Blut, die bei einer bösartigen Tumorerkrankung vermehrt im Blut anfallen und in Blutproben nachgewiesen werden können. Bei Metastasen kann über Zelltypmarker nachgewiesen werden werden, aus welchem Primärtumor sie stammen je genauer die Eigenschaft des Tomurs bekannt ist, desto zielgerichteter kann die Therapie erfolgen Grundlage: DNA-Sequenzierung zusätzlich werden das genetische Tumorprofil und die genetischen Besonderheiten der Erkrankung berücksichtigt Ziel: Diagnostik inkl. Gentests sorgen dafür, dass die verabreichten Medikamente für das Individuum in der richtigen Dosis verabreicht werden  Juni 2022: 97 Wirkstoffe in Dtl. zugelassen, die vor ihrer Anwendung einen Gentest erfordern —> personalisierte Medizin zur Zeit noch wenig Nutzen: - Welche Proteine entfalten in welchen Zellen welche Wirkung ? - Wie stellt sich dieses Netzwerk bei betroffenen Individuum momentan dar? - Wie reagiert das Individuum auf eine bestimmte Therapie? Folge: Viele Therapieansätze stecken noch in der Ausgangsphase: Gleichartige Behandlung für alle. Beispiel für personalisierte Medizin: Behandlung von Brustkrebs - Wirkstoff: therapeutischer Antikörper - Wirkmechanismus: blockiert ein „Tarnkappen-Protein“, mit dem sich die Tumorzellen vor dem Immunsystem verbergen - personalisierte Maßnahme: Gentest an den Tumorzellen auf Überexpressionismus des „Tarnkappen-Proteins“ in der Zellmembran —> Gentest ermittelt, ob das Medikament bei der jeweiligen Person gut wirken kann Tracer-Methode Ein Tracer (engl.trace=Spur) ist ein künstliche, oft radioaktiv markierte körpereigene oder körperfremde Substanz, die nach Einbringung in den lebenden Körper am Stoffwechsel teilnimmt und darüber unterschiedlichste Untersuchungen ermöglicht oder erleichtert. Anwendungsbereiche: nuklearmedizinische Diagnostik Forschung in Chemie, Biologie und Biochemie Anwendung der Tracer-Methode im Rahmen der Behandlung von Krebs: - Diagnostik - interne Strahlentherapie und metabolische Strahlentherapie (Einbringen von Tracern in den Stoffwechsel von Tumorzellen) - Problem: auch gesunde Zellen können abgetötet werden oder Fehldiagnosen durch erhöhte Stoffwechselaktivität durch Sport oder entzündete Gewebe weiter Anwendung: Beschreibung des Calvin-Zyklus nuklearmedizinische Diagnostik mit der Tracer Methode: Verabreichung des Tracers Aufzeichnung seiner Verteilung im Körper mit einer hoch empfindlichen Gammakamera Darstellung in einem Szintigramm  MarkI Biologie Oberstufe Gesamtband (978-3-12-150070-3) Die folgenden Abbildungen des Schulbuches können zur Erstellung von Arbeitsblaliem