Gentechnik Teil 1 PDF - Antibiotika, PCR, Plasmide Summary

Okay, here's the conversion of the provided images into a structured Markdown format. ### ΒΡΕ 4.3 Die Schülerinnen und Schüler erklären die Wirkungsweise von Antibiotika und beschreiben einen Resistenzmechanismus. * Wirkorte und Wirkung von Antibiotika im Überblick * Antibiotikaresistenz am B...

Okay, here's the conversion of the provided images into a structured Markdown format. ### ΒΡΕ 4.3 Die Schülerinnen und Schüler erklären die Wirkungsweise von Antibiotika und beschreiben einen Resistenzmechanismus. * Wirkorte und Wirkung von Antibiotika im Überblick * Antibiotikaresistenz am Beispiel der B-Lactam-Antibiotika, Plasmide * vgl. BPE 1 * Ampicillin oder Penicillin * vgl. BPE 5 ### ΒΡΕ 4.4 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die PCR als Verfahren für einen Gentest und bewerten Chancen und Risiken eines solchen Tests. Sie beschreiben Methoden der Gentherapie und stellen das CRISPR/Cas-Verfahren als molekularbiologische Technik dar, um DNA gezielt zu verändern sowie dessen Bedeutung bei der Phagen-Abwehr von Bakterien. * Polymerase-Kettenreaktion (PCR), Gelektrophorese * Gentest: genetische Beratung, ethische Betrachtung * Gentherapie * CRISPR/Cas * z. B. Brustkrebs, Chorea Huntington, Trisomie 21 * z. B. Therapie vom ADA-SCID --- ## Checklist * Nochmal Stammbaumanalyse (vollst.) * Wirkorte von Antibiotika (grob) nennen * Antibiotikaresistenz am Bsp. B-Lactam-Antibiotika erklären * Plasmide: * Aufbau beschreiben/erklären * Bedeutung für Antibiotikaresistenz und für Gentechnik erklären * Gentechnische Methoden benennen & erklären: * PCR * Gelelektrophorese * genetischer Fingerabdruck (STR) * CRISPR/Cas9 * Workflow Gentechnik * Gentherapie-Methode erklären: somatisch/Keimbahn unterscheiden in Vitro/In Vivo * Funktion von Restriktionsenzymen erklären, vgl. mit Cas I. --- ## Stundenziele * Ihr beschreibt die Wirkungsweise von Antibiotika * Beschreibt die Antibiotika-Resistenz am Beispiel der beta-Lactam- Antibiotika * Beschreibt den Aufbau von Plasmiden und versteht sie als Träger und Überträger von Resistenzgenen * Erklärt die Bedeutung von Plasmiden für die Gentechnik * Beschreibt natürliche und künstliche Methoden der Genübertragung --- Die Folgende Image zeigt eine Petrischale mit Schimmelpilzkulturen, aus denen Alexander Fleming 1928 Penicillin extrahierte. * Alexander Fleming 1928 extrahiert aus Kulturen des Schimmelpilzes Penicillium notatum Penicillin (Stoffgruppe der beta-Lactame). --- Die ersten Antibiotika: ẞ-Lactam The image shows the basic structure of Penicillines (1) and Cephalosporines (2). The B-Lactamring is marked in red. Von Fvasconcellos 19:02, 23 October 2007 (UTC) - Eigenes Werk, Gemeinfrei, [https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2962617](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2962617) * Grundstruktur der Penicilline (1) und Cephalosporine (2). * Der ẞ-Lactamring ist rot markiert. --- The Image shows a bacteria cell. * Wirken auf Bakterien während der Zellteilung bakterizid, indem die Vernetzung neugebildeter Peptidoglycane unterbunden wird. * Peptidoglykane (auch Mureine) sind Bestandteile der bakteriellen Zellwand! --- Manche Bakterien verfügen über beta-Lactamasen --- ## Antibiotika-Resistenzen am Beispiel der beta-Lactam Antibiotika * **Drei verschiedene Resistenzmechanismen:** * Unempfindliche Penicillin-Bindeproteine * Membranveränderungen * Bildung von **ẞ-Lactamasen** * B-Lactamasen sind von den Bakterien gebildete Enzyme, die den B-Lactam-Ring der Präparate öffnen. Die B-Lactam-Präparate werden damit unwirksam. Die genetische Information zur Bildung der B-Lactamasen wird chromosomal oder plasmidal vererbt. Je nach der unwirksam gemachten Gruppe von B-Lactam-Präparaten werden die B-Lactamasen als Penicillinasen, Cephalosporinasen oder Carbapenemasen bezeichnet. --- ## Die Beta-Lactamase The image shows a bacteria cell. * Enzyme, die den ẞ-Lactam-Ring der Präparate öffnen. * → ẞ-Lactam-Präparate werden damit unwirksam. * genetische Information zur Bildung der ẞ-Lactamasen wird chromosomal oder plasmidal vererbt. --- ## Antibiotika - Wirkorte Im Überblick | | | | :--------------------------------------------------------------- | :-------------------------------------------------------------------------------- | | Stören die Zellwandsynthese und verhindern so die Vermehrung von Bakterien | | | Vermehrung von Bakterien | | | Verhindern die Herstellung von Nukleotiden, folglich kann keine Replikation und damit keine Vermehrung der Bakterien stattfinden. | | | Binden an bakteriellen Ribosomen und verhindern so die Proteinbiosynthese. Der gesamte Stoffwechsel kommt zum Erliegen | | --- ## Antibiotika - Wirkorte Im Überblick | **Antibiotika** | **Wirkung** | | :--------------------------------------------------- | :---------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Penicilline | Stören die Zellwandsynthese und verhindern so die Vermehrung von Bakterien | | Chinolone | Verhindern die DNA-Replikation und verhindern so die Vermehrung von Bakterien | | Sulfonamide | Verhindern die Herstellung von Nukleotiden, folglich kann keine Replikation und damit keine Vermehrung der Bakterien stattfinden | | Tetracycline | Binden an bakteriellen Ribosomen und verhindern so die Proteinbiosynthese. Der gesamte Stoffwechsel kommt zum Erliegen | | *Anmerkung: Die Tabelle listet verschiedene Antibiotika und ihre jeweiligen Wirkmechanismen.* | | --- ## Ab Antibiotika \*Arbeitsblatt zum Thema bearbeiten --- Image of Plasmid Bakterien tragen ihre Resistenzgene auf extrachromosomaler DNA - den Plasmiden --- ## Plasmide sind von großer Bedeutung Für Die Ausbreitung von Resistenzgenen * Sie können leicht übertragen werden. * Man spricht von sogenannten `Vektoren` oder "Gentaxis" * Die Übertragung Ist auf natürlichem und auf künstlichem Weg möglich. The image shows a cartoon style yellow cab. --- **Exkurs / Wiederholung: natürliche Methoden des Gentransfers - Konjugation** ## Wichtige Fachbegriffe: * Spenderzelle (F+-Zelle) * Empfängerzelle (F- -Zelle) * Plasmabrücke * Plasmid * F-Faktor Nachzulesen im Buch S. 202/ 203 Describe the image and explain how Resistance genes are transferred --- **Exkurs / Wiederholung: natürliche Methoden des Gentransfers -Transduktion** Describe the image. Describe A and B  Nachzulesen im Buch S. 202/ 203 --- **Exkurs / Wiederholung: natürliche Methoden des Gentransfers -Transduktion** Describe the image and explain how Resistance genes are transferred Nachzulesen im Buch S. 202/ 203 --- **Künstliche Methoden des Gentransfers - Transformation von Bakterien mit Elektroporation oder Behandlung mit CaCl2 und Cooling** The image shows how bacteria is transformed using electroporation --- ## Bakterien Tragen Ihre Resistenzgene Auf Extrachromosomaler DNA - Den Plasmiden * Leicht zu isolieren * Einfach rekombinierbar * Viele MCS für bekannte Restriktionsenzyme * Weil sie klein sind, lassen sie sich leicht in Wirtszellen einbringen (Vektoren) * Sie können sich dort selbstständig replizieren. * Ori hier kann die DNA-Polymerase mit der Replikation beginnen. The image shows a vector graph --- ## Hausaufgaben: Wiederholt Die DNA-Replikation There is an electric image that has the words **Quiz Time** --- ## Stundeziele * Benennt die "Zutaten" und den Ablauf der PCR * Erklärt, inwiefern die PCR zur Vervielfältigung von DNA beiträgt * Vergleicht die PCR mit der natürlichen DNA-Replikation in Zellen * Beschreibt die Methode der Gelelektrophorese --- ## DNA-Replikation There is an electric image that has the words **Quiz Time** --- ## Wiederholung DNA-Replikation Die Verdopplung der DNA bei Eukaryoten The image shows and explains the doubling and replication process. Erlärt anhand die Abbildung der Prozess der DNA-Replikation. --- ## Wiederholung DNA-Replikation Die Verdopplung der DNA bei Eukaryoten The image shows and explains the doubling and replication process Überlegt, was bei einer "küntslichen DNA-Replikation, z.B. für die Vervielfältigung des Zielgens, anders is. --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - Zutaten Zu replizierende DNA Polymerase Neue Nukleotide Primer (forward + reverse) pH -Puffer The image show a cartoon cooking cat with a recipe. Überlegt, welche die Schritte der Replikation mit diesen Zutaten möglich sind, welche Schritte fehlen? Die Funktionen der Topoisomerase, die der Helikase und die der Ligase, Primase --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel ### 1. PCR-Zyklus The image illustrates a PCR Cycle. Denaturierung Bei 94 °C Denaturierung PCR-Ansatz gewünschtes Fragment 3 5 5' 3' 1 3' ' 3 5 ' DNA-Primer / T 4 Nucleotid Beschreibt die Darstellung. Erklärt welche(s) Enzym(e) durch diese Methode obsolet wird (werden). **Die DNA "denaturiert" durch Erhitzen: Wasserstoff-Brücken zwischen komplementären basen werden gelöst, sodass zwei Einzelstränge entstehen. (Vgl. Topoisomerase und Helikase)** --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel ### 1. PCR-Zyklus The image illustrates a PCR Cycle. Hybridisierung bei 50-60 °C H Denaturierung PCR-Ansatz gewünschtes Fragment 3 5 5' ' 3' Rückwärts-Primer 4 3' 5' - Vorwärts-Primer 6 _ DNA-Primer T Nucleotid Beschreibt die Darstellung. Erklärt welche(s) Enzym(e) durch diese Methode obsolet wird (werden). künstlich erzeugte Primer heften sich an beiden Strängen komplementär an die Einzelstränge an. Dies ist nur bei Temperaturen zwischen 50 und 60° möglich. *Vgl. Primase* --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel ### 1. PCR-Zyklus The image illustrates a PCR Cycle. Verlängerung- / bei 68-72°C H Hybridisierung bei 50-80 PCR-Ansatz Denaturierung 3 i Wunsch fragt Ruchwaats-Primer ' Vorwerts-Primar DNA-Primer + *Nucleotid* 3' 5 S 8 Beschreibt die Darstellung. Benennt das Enzym, welches diese Reaktion katalysiert. Überlege, In weiche Richtung es die neuen DNA-Stänge jeweils verlängert. **Die DNA-Polymerase synthetisiert neue DNA-Stränge jeweils in 5'-->3'-Richtung (vgl. Aufschriebe DNA-Replikation)** --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel ### 1. PCR-Zyklus The image illustrates a PCR Cycle. *H Hybridisierung bei 50-80°c Verlängerung- / bei 68-72°C PCR-Ansatz Denaturierung s Wunsch fragt Ruchwaats-Primer ' Vorwerts-Primar DNA-Primer + *Nucleotid* 3' S 8 Betrachtet die Temperaturen mit denen hier gearbeitet wird Genauer. Was fallt auch auf? **Die DNA-Polymerase synthetisiert neue DNA-Stränge jeweils in 5'-->3'-Richtung (vgl. Aufschriebe DNA-Replikation). Dieses Enzym ist thermostabil. Es arbeit bel hohen Temperaturen (ohne zu denaturieren) (kaputt zu gehen).** --- Die Hitzestabile Polymerase ist abgekupfert --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel PCR Cycle Verlängerung (Elongation) 3 PCR Cycle V Für die Replikation 1. laufen die drei Denaturierung Schritte wiederholt u PCR Cycle 44 5. ab: 2. Hybridisierung Verlängerung 12 3. (Elongation) _ --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel PCR Cycle 1 2 3. Verlängerung (Elongation) S. I PCR Cycle 44 3' Für die Replikation i. O_ laufen die drei Denaturierung 6 Schritte wiederholt Hybridisierung ab: 2. 3. 12 Verlängerung (Elongation) _ Berechnet, wie viele ONA-Molekile hat man nach den 1 Zyklus, wenn man mit einem einzelnen Molekal gestartet hat, wie viele nach 2, nach dre, nach 4, nach 57 1 Zykhus: 2 2. Zhylus: A 3.Zyklus: 8 4 Zykluss: 16 5. Zhylus: 32 --- ## Künstliche Methoden der DNA-Replikation - Die Polymerase-Kettenreaktion - mit reduzierten Zutaten zum Ziel A H 33 S 30 V 3 PCR Cycle 1 2 3. -1 J 3 O Verlängerung (Elongation) 3 201 a E Für die Replikation , laufen die drei Denaturierung 31 -t Schritte wiederholt 2 Hybridisierung ab 3. 12 Verlängerung 2 (Elongation) =7 200 350 a D 333 Berechnet, wie viele ONA-Molekile hat man nach den 1 Zyklus, wenn man mit einem einzelnen Molekal gestartet hat, wie viele nach 2, nach dre, nach 4, nach 57 1 Zykhus: 2 2. Zhylus: A 3.Zyklus: 8 4 Zykluss: 16 5. Zhylus: 32 Nach 20? Findet eine Regelmäßigkeit! Z 2+(Anzahl der Zyklus) --- Was ist den mit des Okazaki-Fragmenten? The image illustrates a PCR Cycle. 5' 3- Pamer P2 5 3' 1 +2 DNA-Absch 3: 4 Pomer P2 5 3' 5': 3' 3- 5" 3 11 2. Zykius B 2 5 20 700 Pomer Pa 31 Zyklus: 5 Erklärt anhand der Abbildung, warum sich hier keine Okazaki-Fragmente identifizieren lassen. **Die Primer begrenzen den Abschnitt!** --- ## Alles Klar? Fragen++ The image illustrates a PCR Cycle. Es sind zwei verschiedene Primer erforderlich: einer für jeden DNA-Strang. Sel werde von Finmen mit de Wunschseser geliefert Die Primer bestimmen nur de Startpunkte. Daher werden di ersten DNA-Kopien am 3-Ers ofte longer ars gevunscht Bei vielen PCR-2ytien entsteber dann Kopies des gundschen Tragmens in the richtige Lange --- Es sind zwei verschiedene Primer erforderlich: einer für jeden DNA Strang. Sel werde von Finmen mit de Wunschseser geliefert DNA Spurer werden wor weiteren Analysen durchs der Polymeracsekemreaktion uber etua 35 yk vervielfälige ## Allgemeine Hinweise Please note that the content in the images is complex and some details might have been interpreted. I have aimed for accuracy, but in cases of uncertainty or low image resolution, approximation was necessary.