Vorlesungsfolien aus dem WS2012/13

Einführung in die
Umweltwissenschaften
Genetik und Gentechnologie (pro und contra)
16.11. 2012
WS 2011/12
H.P. Aubauer, P. Bajons, V. Schlosser
DNA - Grundbausteine
Basen:
? Purinbasen:
Adenin
Phosphate
Guanin
Desoxyribose
Pyrimidinbasen:
Thymin
(Zucker)
Cytosin
A C
T
G
Nukleotid
5
1
4
3
2
DNA- Desoxyribo Nucleic Acid (Phosphat = Salz der Phosphorsäure)
DNA -Aufbau
Purinbasen: Adenin, Guanin Pyrimidinbasen: Thymin, Cytosin
Zelle
prokariotische
Chromosome
eukariotische
Zellmembran
Phospholipide:
•
Hydrophiler (starke Wechselwirkung mit Wasser) Kopf.
•
Lipophiler (= fettlöslicher) Schwanz
(zwei hydrophobe Kohlenwasserstoffschwänze)
Gene
5'-TATAAT-3'.
Stammzellen
Menschen, die unter Parkinson, Alzheimer oder Diabetes leiden, dürften erwarten, dass Stammzellenforschung ihnen hilft.
DNA – Replikation(-sgabel)
Der sehr komplizierte und energieverbrauchende Vorgang läuft vereinfacht in 3 Schritten ab:
•Entwindung und Stabilisierung der DNA
•Synthese eines komplementären DNA-Stückes in 5´-3´-Richtung am Führungsstrang
•Synthese von Okazaki- Fragmenten und deren Verbindung in 5´-3´-Richtung am anderen Strang
Initiatorproteine binden an die DNA.Das Enzym Helicase
bindet an die Proteine und entschraubt an der Stelle die
Doppelhelix. Die Gyrase und Proteine stabilisieren die
entwundenen Einzelstränge.
Die Primase synthetisiert ein Stück komplementäre RNANukleotide in 5´-3´-Richtung, kurz Primer genannt. Nun
bindet ein Molekül DNA-Polymerase an den Primer und
synthetisiert
in
5´-3´-Richtung
mit
Hilfe
von
Nukleotidtriphosphaten
(dNTP)
kontinuierlich
einen
Komplementärstrang, der sich zur Helix formt. (=
Führungsstrang)
Da die DNA Synthese nur in 5' - 3' ablaufen kann, wird ein
zweites DNA Polymerase- Molekül benutzt, um an den
anderen DNA-Strang zu bilden.
Auch hier werden wieder Primer verwendet. Die DNAPolymerase synthetisiert mehrere kleine komplementäre
Polynukleotidsequenzen genannt Okazaki-Fragmente.
Eine zusätzliche Polymerase ersetzt die RNA-Primer durch
DNA und ein weiteres DNA-Polymeraseenzym prüft, ob bei
der Synthese keine Fehler gemacht wurden. Danach
verknüft dann die DNA-Ligase die Okazaki-Stücke zu
einem kompletten Strang.
Gentechnologie >>> Beispiel INSULIN
Bakterien stellen das Insulin her >>> Aufgabe: Einschleusen von menschlichen Genen in das
Bakterium (Bakterium wird in erweitertem Sinn zu einer Art Bauchspeicheldrüsenzelle)
1. Gewinnung von Genen
Shotgun cloning, Reverse Transskription, Synthetische DNA
2. Vektoren (Gen-Transfersystem) >>>>> Einbringen in die Wirtszelle
PLASMID, VIRUS
3. Einbau der DNA + Markergen in den Vektor
4. Einschleusen des Vektors in das Bakterium
Transformation, Transfektion
5. Überprüfung bzw. Aussortierung mit Hilfe von Markergenen
Nur ein Bruchteil der Wirtszellen nimmt ein Plasmid auf.
Nur ein Bruchteil aller aufgenommenen Plasmide enthält die Passagier-DNA an der richtigen Stelle.
Wie kann man die wenigen erfolgreich transformierten Bakterienzellen überhaupt wieder finden?
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>Weitere Methoden>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
Mikroinjektion ( mit sehr feiner Glaskapillare)
Genwanderung durch Hochspannung
Genkanone (Partikelbeschuss >> Dazu packt man die DNA auf Gold- oder Wolframpartikel)
Klonschaf Dolly
Bei der „Herstellung“ von Dolly im Roslin-Institut in
Schottland wurden 277 Eizellen (Scottish Blackface) mit
Zellkernen aus den Euterzellen des Spendertiers, Finn
Dorset, geimpft. Daraus entstanden 29 Embryonen, von
denen eines, Dolly, überlebte. Leihmutter war auch ein
Scottish-Blackface-Schaf. Streng genommen handelt es
sich bei Dolly nicht um einen richtigen Klon, da die Gene
der Mitochondrien nicht vom Spendertier, sondern von
den den Eizellen mit übernommen wurden.
Genau genommen hatte Dolly sogar drei Mütter (und keinen
Vater): zum ersten die genetische Mutter, die eine
Körperzelle aus ihrem Euter gespendet hat, und deren
Reproduktion Dolly ist. Zum zweiten das Schaf, dem ein Ei
entnommen wurde. Und schließlich, zum dritten, die
Leihmutter, der das Ei eingesetzt wurde und die Dolly
ausgetragen hat.