Details zur Vorlesung

Grundlagen der Genetik - Vorlesung WS 2013/2014
Vorlesung Grundlagen der Genetik
Zeit: Dienstags 10:15-11:45 Uhr
Mittwochs 8:30-10:00 Uhr
Ort: Gebäude A1 7, großer Hörsaal
Prof. Dr. Walter
Dr. Paulsen
<j. @mx.uni-saarland.de>
<m. @mx.uni-saarland.de>
Die in der Übersicht dargestellten Themenbereiche sind Grundlage für die Klausur.
Die Folien der Vorlesungen werden nach den Vorlesungen ins Netz gestellt und sind
passwordgeschützt als PDF herunterzuladen. Im Anhang der Folien werden zu jeder Vorlesung
mehrere Fragen zur Selbstarbeit angeführt, die eine Orientierung für die Abschlussklausur bieten.
Die Fragen können im Rahmen eines freiwilligen Tutoriums (voraussichtlich Ende Januar) mit
den Tutoriumsleitern diskutiert werden.
23.10.13 Walter
VL1 Einführung in Genetik: DNA als vererbendes Makromolekül
Definition des Begriffs und der Bedeutung von Genetik und der DNA als vererbende
Substanz. Kurzer historischer Abriss zur Entdeckung der DNA, (Miescher, Griffith,
Avery, Hershey-Chase, Watson/Crick, Sanger, Mullis) Purin und Pyrimidin-Struktur,
Zucker-Phosphat-Rückgrat, glykosidische Bindung, Nucleosiden und Nukleotiden,
Polarität der Basenabfolge und Richtung der Basenverknüpfung. Prinzipien der BasenPaarung und Komplementarität, Wasserstoff-Brückenbindung,
29.10.13 Walter
VL2 Aufbau und Struktur der DNA I
Prinzipien der DNA-Struktur: Aufbau und Kennzahlen der Doppelhelix, Antiparallelität
des Aufbaus der Stränge, große und kleine Furchung der DNA, Strukturen und
Geometrien verschiedener Helix-Formen (A-, B- und Z-DNA). Bedeutung der
Basenpaarung, Basenabfolge und Basenzusammensetzung für die Stabilität der DNA.
Molekulare Prinzipien der Helixstruktur: Basenpaarung, Base-Stacking etc.. Stabilität der
Helix-Strukturen, Denaturier- und Renaturierbarkeit der DNA-Doppelstränge,
Organisation in größeren Molekülen: Chromosomen (Bakterien, Eukaryoten). Linear und
Ringförmige DNA, Chromosomenstruktur in Eukaryoten (Telomer, Zentromer,
Chromatide)
Bakterienchromosom und Plasmide: Spiralisierung ringförmiger DNA (Supercoiling),
Enzyme und Mechanismen. Grundprinzipien der DNA-Analyse: Isolation von DNA,
DNA-Spaltung durch DNA-Endonukleasen (Restriktionsenzyme), Trennung von DNAFragmenten in Gelelektrophorese.
30.10.13 Walter
VL3 Transkription: Expression der genetischen Information in Prokaryoten
Zentrales Dogma - DNA-RNA-Protein. Genetischer Code (Definition, Universalität),
Vergleich der Unterschiede von RNA und DNA (Uracil vs. Thymin, Desoxyribose vs.
Ribose, Stabilität der RNA
Definition des Gen-Begriffs: Strukturgen + Regulationsbereiche (Promoter, Terminator,
ORF=offener Leserahmen,). Kolinearität von ORF und Gen in Bakterien, Anordnung von
Genen, polycistronische messenger RNA in Bakterien.
05.11.13 Walter
VL4 Transkription: Expression der genetischen Information in Eukaryoten
Gen-Struktur, Intron-Exon, kodierende und nicht kodierende Bereiche, Größe von Genen,
Transkriptionsstart und Ende, Hinweis auf die Schwierigkeiten Gene (in silico) zu
identifizieren. Verhältnis der genomischen Gengröße zur reifen mRNA,
mRNA Prozessierung: Polyadenylierung, Splicing und Capping, Mechanismen des
Spleißen, alternatives Spleißen und Genvariabilität,
RNA-Editing als postgenomische Veränderung der genetischen Information
Unterschiede der Genfunktion und Genstruktur: RNA-codierende Gene (rRNA, tRNA),
Spezifität und Unterschiede der (eukaryotischen) RNA-Polymerasen
Funktionen von RNAs
Faltung von einzelsträngiger RNA: RNA:RNA-Hybride, Funktion von dreidimensionalen
Strukturen).
Vielfalt von RNA-Formen und Funktionen: t-RNA, r-RNA, mRNA, Funktionen nur kurz
RNA-Formen und Funktion: RNAs als wesentliche Bestandteile von Ribosomen,
Spliceosomen, RNA als Katalysator
06.11.13 Paulsen
VL5 Translation: Die Übersetzung der genetischen Information in Proteine
Der genetische Code, Nirenberg-Experiment, Transport der m-RNA ins Cytoplasma und
an die Ribosomen, Aufbau pro- und eukaryotischer Ribosomen (Bedeutung von rRNA),
Prinzipien der Proteinsynthese: Initiation, Elongation und Termination der Translation,
tRNA Funktion, Beladung von tRNA, Wobble-Position, Mechanismen des
Peptidyltransfers. Besonderheiten der Translation in Eukaryoten: Besonderheiten der
Initiation und Synthese, sowie kurz IRES und nonsense mediated decay
.
12.11.13 Paulsen
VL6 Replikation der genetischen Information in Bakterien
Allgemeine Prinzipien der Replikation: Prinzip der semikoservativen Vermehrung,
Meselson/Stahl Experiment, Initiation der Replikation in Bakterien (origin of replication),
Organisation der Replikationsgabel, Unterschiede der leading-lagging strand Synthese,
Okazaki-Fragmente Initiation der Replikation, beteiligte Enzyme: DNA-Polymerasen
(Funktionen), Topoisomerasen, Helicase, Primasen, SSBs. Initiation der Replikation am
Ori-C in E.coli (Organisation am ori und der Replikationsgabel), Replikation und
Fehleinbau (Reparatur), Steuerung der Replikationshäufigkeit und Timing.
Unterschiedliche Replikationsmechanismen rolling circle vs. theta-sigma Replication.
13.11.13 Paulsen
VL7 Replikation der genetischen Information in Eukaryoten
Vergleich von pro- und eukaryotischer Replikation: Unterschiede: Replikation von
linearen vs zirkulären Chromosomen; Bedeutung der Telomer-Replikation
Struktur der Replikations-Maschinerie, Regulation und Koordination der Replikation in
Eukaryoten, Synchronisation multipler Origins, Trennung von früh und spätreplizierenden Origins/Regionen; Auswirkungen fehlerhafter Replikation auf Mutationen.
19.11.13 Paulsen
VL8 Einführung in die Prinzipien der Vererbung I
Chromosomentheorie der Vererbung (Correns, Tschermak, de Vriess), Mendel:
Uniformitätsregel (Reziprozitätsregel), Dominanz, Rezessivität, Spaltungsregel,
Homozygotie, Heterozygotie, Genotyp, Phänotyp, mono-, di-hybride Kreuzungen,
Unabhängige Segregation von Merkmalen (Begriffe: Zygote, Haploidie, Diploidie)
20.11.13 Paulsen
VL 9 Prinzipien der Vererbung II
Unvollständige Dominanz, Codominanz, Allel-Begriff, Penetranz und Expressivität,
Polygenie, Heterosiseffekte, Pleiotropie, Epistasie, Wechselwirkung Genetik-Umwelt,
Statistische Methoden in der Genetik: Zufallsschwankungen, Normalverteilung,
Wahrscheinlichkeitsberechnungen, x2-Analyse, Freiheitsgrade.
26.11.13 Paulsen
VL10 Prinzipien der Rekombination
Einteilung der Rekombinationsereignisse: Allgemeine, homologe, sequenzspezifische und
illegitime Rekombinationsereignisse mit kurzen Beispielen (ganz grob)
Molekulare Prinzipien der DNA-Rekombination am Beispiel der homologen
Rekombination: Strangbruch, Paarung und Invasion, Strangwanderung (HollidayStruktur). Enzyme der Rekombination.
Experimente zur Detektion von Rekombinationsereignissen, Konsequenzen der
Rekombination: Genkonversion; Rekombinationsreparatur und Doppelstrangbrüche;
Meiose und homologe Rekombination;
27.11.13 Walter
VL11 Springende Elemente
Illegitime Rekombination und Genomstabilität,
Zusammensetzung menschlicher Chromosomen: Anteil und Verteilung einzigartiger und
wiederholter Sequenzen. Ursprung und Vorkommen transposabler Elemente in unserem
Genom: Retroviren, Retroposons, Retrotransposons, simple repeats (HERVs, LINEs,
ALUs,......
Chromosomale Veränderungen durch bewegliche genetische Elemente: Transposition
(bakterielle IS und TN’s, Struktur, Funktionen, Intergration und Excision). Eukaryotische
Transposons und Retroviren. Transposons und genetische Veränderungen: Virale
Onkogene, Transposons als gentechnische Hilfsmittel (P-Elemente, Retrovirale Vektoren)
03.12.13 Paulsen
VL 12 Chromosomale Basis der Vererbung I (Zytogenetik):
Zellzyklus (kurz). Mechanismen der Mitose. Prinzipien der Chromosomenkondensation.
und Meiose Stadien der Reduktionsteilung, Aufteilung der genetischen Information
(Chromosomen/Chromatiden), Rekombination elterlicher Chromosomen, Chiasma
(Crossing Over), Rekombinations-knoten, Schwesterchromatiden, Homologe Paarungen,
Synaptonemaler Komplex mit Proteinen,
04.12.13 Walter
VL 13 Chromosomale Basis der Vererbung (Zytogenetik II)
Aufbau der Chromosomen, Zentromer, Telomer Centromer-, Kinetochor-Funktionen,
Formen der Kondensation (Interphase, Metaphase). Feinstruktur der Chromosomen:
Histone, Nukleosomen, Rolle von Nicht-Histon-Proteinen und Modifikationen für die
Chromatinstruktur. Eu- und Heterochromatin, konstitutives und fakultatives
Heterochromatin. Dynamik des Chromatins, Vererbung von Verpackungsstrukturen,
Anordnung der Chromosomen und Strukturierung des Chromatins im Zellkern.
10.12.13 Paulsen
VL 14 Genom und Chromosomen-Veränderungen I
Genomveränderungen im Verlauf der Mitose und Meiose: Ebenen der chromosomalen
Veränderungen. Gen, Chromosomen und Genomduplikationen als Eine Ursache
evolutiver Veränderungen. Chromosomale Veränderungen als Ursachen für
Erkrankungen. Veränderungen der Chromosomenanzahlen: Ursachen und Auswirkungen
von Aneuploidien, Bedeutung für die weitere Vererbung und Fertilität.
Polyploidien: Unterscheidung Allo- und Autopolyploidie. Bedeutung für die
Pflanzenzucht (Kulturpflanzen). Entstehung und Nutzung von Hybriden sowie Probleme
meiotischer Sterilität.
Ursachen von Chromosomen/Genomveränderungen im Menschen: Aneuploidien im
Menschen: Trisomien (Chrom.21), Klinefelter-Syndrom, Monosomien: Turner Syndrom
beim Menschen.
Technik: Darstellung chromosomaler Veränderungen durch zytogenetische Methoden.
Prinzipien zytogenetischer Diagnostik durch Chromosomenbänderung (Giemsa, RBanden, Chromosomen-paints),
11.12.13 Walter
VL 15 Genom und Chromosomen-Veränderungen II
Strukturellen Abberationen an Chromosomen: Insertionen, Deletionen, Duplikationen,
Inversionen, Translokationen (balancierte/unbalancierte). Auswirkungen chromosomaler
Veränderungen: Gen-Funktionsverlust/veränderung (Translokationen, Insertionen), GenDosis-Effekte (Duplikationen/Deletionen), Positionseffekte (Translokationen), FunktionsVerlust (Telomer/Centromer-Deletionen).
??? Kleiner Exkurs in die Erkenntnisse der vergleichenden Genomsequenzierung?
Ursachen für Translokationen etc. Kleiner Exkurs in die Strahlenbiologie, Primär- und
Sekundärschäden von radioaktiver Strahlung
17.12.13 Paulsen
VL16 Ursachen von Punkt-Mutationen
Grundbegriffe der Veränderungen im Basenbereich: Basenaustausche (Transition,
Transversion), Strukturelle Veränderungen in der Basensequenz (Inversionen,
Deletionen), Auswirkungen von Basenveränderungen auf die genetische Information:
Stille Mutationen, Missense-,Nonsense- und Frameshift- Mutationen.
(Tautomere Formen, Depurinierung und Desaminierung, Basenanaloge, 5-MethylCytosin) Induzierte Mutationen: Mutagene Substanzen wie z.B. Strahlen (UV-,
Radioaktive-), DNA schädigende Chemikalien.
Genetische und molekulare Methoden zur Identifizierung von Mutationen: Kreuzung und
Selektion, Stammbaumanalysen, Dominanz, Rezessivität, konditionale Mutationen zur
Untersuchung von lethalen Phänotypen.
18.12.13 Paulsen
VL17 Reparatur von Punkt-Mutationen
Reparaturantworten auf Mutationsereignisse: Unterscheidung von replikativen und
postreplikative
Reparaturprozessen.
Basen-Excisionsreparatur,Nukleotidexcisionsreparatur, Photo- Excision-Repair, Doppelstrangbruchreparatur (nonhomologous-endjoining). Beispiele aus Bakterien für SOS-Reparatur, Short patch
mismatch Reparatur (Mut H,L,S),
07.01.14 Walter
VL18 Mechanismen der Genregulation in Prokaryoten:
Kontrolle der Genexpression in Bakterien: Definitionen von Genstruktur.
Transkriptionsstart/ende, Translationsstart/ende, Promotor, Operator, Repressor.
Regulation durch Transkriptionskontrolle am Beispiel des Lac-Operons.
(lysogener und lytischer Zyklus bei lambda Phagen)
08.01.14 Paulsen
VL19 Grundlegende Aspekte der Genregulation in Eukaryoten I
Eukaryotische Gen-Regulation: generelle Prinzipien und Unterschiede zu Bakterien.
Rolle und Definition der verschiedenen RNA-Polymerasen und Promoterstrukturen.
Rolle von allgemeinen und speziellen Transkriptionsfaktoren. Prinzip der Kombinatorik
von Transkriptionsfaktoren, Aktivatoren, Mediatoren etc.. Genstruktur und
Kontrollelemente differentieller Genexpression: Enhancer, Silencer, Boundary Elemente.
14.01.14 Walter
VL 20 Grundlegende Aspekte der Genregulation in Eukaryoten II: Epigenetische
Mechanismen und Chromatinstruktur (kurz Histon-Modifikationen und DNA
Methylierung). Steuerung von Gen-Aktivität im Verlauf der Entwicklung über genetische
und epigenetische Mechanismen am Beispiel des Globin Lokus.
15.01.14 Walter
VL21 Extranukleäre Vererbung
Generelle Aspekte der Plastidenvererbung, Mitochondrien- und Chloroplasten-Genome,
Gen-Anzahl und Funktion, Verschiedenheit des genetischen Codes, EndosymbiontenHypothese, RNA-Editing, Replikationsunterschiede zum nukleären Genom,
mitochondriale Erkrankungen.
21.01.14 Martin
VL22 Asexuelle und sexuelle Umstrukturierung von genetischer Information
Prinzipien
der
Konjugation,
Transformation,
Transduktion.
Ausführlicher:
Transformation (natürlich/induziert), Unterschiede natürlicher und induzierter
Kompetenz, Transformation von chromosomaler vs Plasmid DNA, Grenzen genetischen
Austausches: Abwehr fremder DNA durch Restriktion/Modifikations-Systeme.
Veränderungen der Genome in Protisten (Makro/Micronukleus).
22.01.14 Paulsen
VL23 Geschlechtsbestimmung bei Eukaryoten + elterliche Prägung
Einführung in die Mechanismen sexueller und nicht sexueller Vermehrung in Eukaryoten:
Wechsel zwischen haploiden und diploiden Lebenszyklen. Wechsel zwischen
geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Vermehrung bei einzelligen Eukaryoten und
Pilzen. Fakultativ geschlechtlich: Pilze (Hefe, Clamydomonas, Neurospora, (Pflanze).
Unterschiedliche Formen der Geschlechtsbestimmung. Verschiedene Formen der
genetischen
Geschlechtsbestimmung,
Grundprinzip
der
umweltinduzierten
Geschlechtsbestimmung
28.01.14 Paulsen
VL24 Populationsgenetik
Erbkrankheiten und Stammbaumanalysen, Zufallsschwankungen, Normalverteilung
Hardy-Weinberg-Regel, Genetic drift, Selektionsfaktoren, Heterozygtie: Vorteil und
Dominanz, Fitness, Genetic load, Eugenik.
29.01.14 Paulsen
VL25 Die Evolutiongeschichte des Menschen
Einführung in die grundlegenden Modelle der Primaten-Evolution. Genetische
Grundlagen der menschlichen Evolution. Die Bedeutung der Primaten-Genomprojekte
für das Verständnis der menschlichen Evolution. Die Interaktion zwischen genetischer
Ausstattung und natürlicher Selektion am Beispiel des menschlichen Genoms
04.02.2014 Große Fragestunde
12.02.2014 Klausur: 8:30-10:00 Uhr
Großer Hörsaal in Gebäude A1.7