Genetik I 130924
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! Genetik I! ! Aufgabe 1. Bakterien als Untersuchungsgegenstand! ! 1. Beschriften Sie die Abbildung zu den Bakterien. ! 2. Nennen Sie Vorteile, die Bakterien wie Escherichia coli so wertvoll für die genetische Forschung machen. ! 3. Beschreiben Sie die Experimente von Griffith und Avery und nennen Sie die jeweiligen Forschungsergebnisse (Abb. rechts). ! 4. Chloramphenicol ist ein Antibiotikum und wirkt demnach gegen Bakterien. Seine Wirkung beruht auf der Anlagerung an die 50-S-Untereinheit der 70-S-Ribosomen, wodurch die Translation blockiert wird. Begründen Sie, warum der genetische Apparat menschlicher Zellen nicht geschädigt wird, es jedoch zu Verdauungsbeschwerden kommen kann. ! 5. Definieren Sie die Begriffe Transformation, Transduktion und Konjugation.! ! ! ! Aufgabe 2. Erbsubstanz ! ! ! Ein Schüler, selbstredend kein OG-Schüler schrieb in einer Klausur: „Die DNA erfüllt zwei wesentliche Funktionen. Die Verdopplung der genetischen Information vor jeder Zellteilung wird durch die konservative Replikation erfüllt: Eine Helicase trennt die DNA-Doppelstränge über eine Strecke von 20 Basenpaaren. An die freien Basen eines der beiden Stränge lagern sich kompensatorische Nucleotide an, die durch DNA-Ligase zu einem DNA-Strang verknüpft werden. Der neu synthetisierte DNA-Strang wird durch DNAReplikase zu einem Doppelstrang ergänzt.“! ! 1. Zeichnen Sie die Strukturformel von Desoxyadenosinmonophosphat, nummerieren Sie die Kohlenstoffatome des Zuckerbausteins und beschriften Sie das 3‘- und das 5‘Ende. ! 2. Beschreiben Sie jeweils kurz die Entdeckungen von Franklin und Chargaff, die Watson und Crick maßgeblich bei der Aufklärung der DNA-Struktur halfen. ! ! Schreiben Sie zu allen Textaussagen, die nicht zutreffen, eine Berichtigung. ! 3. Beschreiben Sie den Aufbau des DNA-Moleküls inkl. der vier Strukturebenen. 4. 5. Definieren Sie die Begriffe Primer und Okazaki-Fragment.! ! ! ! Lösung! ! 1.1)! ! ! 1.2)! • große Anzahl in kleinen Volumina! • kurze Generationsdauer (20 min.)! • einfach gebaute Zellen und viele Mutanten! • nur ein ringförmiges Chromosom! • haploid (sofortige Auswirkung von Mutationen)! • Gene sind zwischen Bakterien übertragbar! • viele Bakterien besitzen Plasmide (extrachromosomale DNA)! ! 1.3)! Griffith:! Experimente mit Mäusen! Injektion von kapselbildenden Pneumokokken (S-Stamm) ➥ Mäuse sterben! Injektion von abgetöteten kapselbildenden P. ➥ Mäuse leben! Injektion von lebenden kapsellosen (R-Stamm) + toten kapselbildenden P. ➥ einige Mäuse sterben! Eigenschaft der Kapselbildung wurde auf harmlose Form übertragen! Ergebnis: Transformation = Übertragung der genetischen Information! ! Avery:! Bestandteile der S-Stamm-Pneumokokken werden getrennt in Proteine, Lipide, Polysaccharide und DNA! Zugabe von harmlosen R-Stamm-Pneumokokken! bei DNA Transformation von R-Stamm zum S-Stamm! Ergebnis: DNA ist das transformierende Prinzip! ! ! 1.4)! • 70-S-Ribosomen bei Prokaryonten ! • 80-S-Ribosomen bei Eukaryonten ! • Da Chloramphenicol nur bei 50-S-Untereinheiten wirkt, ist der genetische Apparat der menschlichen Zellen nicht betroffen.! • Trotzdem kann es zu Verdauungsstörungen kommen, das die für die Verdauung wichtigen Darmbakterien geschädigt werden.! ! 1.5)! Transformation: Aufnahme und Einbau von DNA in Bakterien! Transduktion: Einschleusen fremder DNA in Bakterien mittels Phagen! Konjugation: Übertragung von DNA zwischen Bakterien durch eine Plasmabrücke! ! 2.1)! ! 2.2)! Chargaff-Regel: A=T und C=G und A+G=T+C! Franklin: Aufklärung Doppelhelix mit Röntgenbeugungsdiagrammen! ! 2.3)! ! • schraubenförmige gewunden! • beide Einzelstränge sind dabei in entgegengesetzter Richtung aneinander gelagert! • an jedem Ende hat einer der beiden Einzelstränge sein 3'-Ende, der andere sein 5'-Ende! • gegenläufige Polarität 5‘ → 3‘ und 3‘ → 5‘ ! • Stabilisierung durch Wasserstoffbrückenbindungen! • Paarung: A - T (2 H-Brücken) und C - G (3 H-Brücken)! • Basensequenz in einem Strang bestimmt die des anderen (komplementär)! • Durchmesser der Helix: 2 nm! ! Strukturebenen:! • Primärstuktur: Basensequenz! • Sekundärstruktur: Doppelhelix! • Tertiärstuktur: Doppelhelix windet sich um Histonspulen (basische Proteine)! • Quartärstruktur: bestimmte Anordnung der Histonspulen! ! ! ! ! 2.4)! Die Replikation erfolgt semikonservativ, weil die replizierten DNA-Moleküle immer aus einem alten und einem neu synthetisierten Strang bestehen. ! Durch die Helicase werden die beiden Stränge der DNA der gesamten Länge nach entwunden und auseinandergeschoben. ! An die freien Basen beider Einzelstränge lagern sich komplementäre Nucleotide an, die durch DNA-Polymerase verknüpft werden. ! Da dieser Vorgang an beiden Einzelsträngen gleichzeitig abläuft, wird kein weiteres Enzym für die Ergänzung zum Doppelstrang benötigt.! ! 2.5)! Primer: Oligonukleotid, besteht aus RNA-Nukleotiden, besitzt ein 3‘-Ende, Startpunkt für DNA-Replizierende Moleküle! ! Okazaki-Fragmente:! ein während der DNA-Replikation entstehender kurzer Abschnitt des Folgestrangs aus DNA und RNA! ! !
