Biologie Klausur 12.2/1 Zusammenfassung Fehlendes:

Biologie Klausur 12.2/1 Zusammenfassung
Fehlendes:
- Blatt mit Skizze zu Protein-Biosynthese
- Blatt Überblick über Protein-Biosynthese
Die Erbsubstanz
grundlegende Eigenschaften
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Speicherung einer großen Informationsmenge
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Weitergabe der Informationsmenge bei der Zellteilung
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Veränderung (Mutationen, Variabilität)
wird prinzipiell von 2 Stoffgruppen erfüllt
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Proteine: Speicherung in Form von Aminosäuren
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Nucleinsäuren: Speicherung in Form von Nucleotidsequenzen
Träger ist aber Nucleinsäure ->Erbsubstanz
Vorkommen: im Zellkern (Nucleus) von Pflanzen und Tieren, auch in Zellorganellen
(Mitochondrien, Chloroplasten) und frei im Cytoplasma von Prokaryonten. Es gibt 2 Gruppen
DNS/DNA = Desoxyribonucleinsäure
RNS/RNA = Ribonucleinsäure
Die DNA
Kettenmoleküle aus vielen (>1000) Nucleotiden = Polynucleotid. 1 Nucleotid = 1 stickstoffhaltigen
Base (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin) + 1 Zuckermolekül + 1 Phosphorsäurerest (PO4)
Es liegen sich immer 2 Nucleotide gegenüber; stickstoffhaltige Basen sind durch
Wasserstoffbrückenbindungen locker gebunden (zw. Adenin + Thymin 2 Bindungen; zw. Guanin +
Cytosin 3)
nur A + T und G + C könne Bindungen eingehen. In der Längsrichtung werden die zahlreichen
Nucleotide durch Zucker Phosphat Kette verknüpft.
„In der DNA ist die molare Menge an Adenin gleich der molaren Menge von Thymin; gleiches gilt
für Guanin und Cytosin (Chargaff -Regel).Wenn man den Prozentsatz einer stickstoffhaltigen Base
kennt kann man die anderen ausrechnen.
Reihenfolge der stickstoffhaltigen Basen ist im jeweiligen Polynucleotidstrang unregelmäßig, die
Stränge sind nicht identisch sondern komplementär. Außerdem entgegengesetzte Polarität, in einem
Strang ist Zuckermolekül nach oben, im anderen nach unten gerichtet. (antiparallel)
Schraubenartige Struktur um eine gedachte Achse, auf eine volle Windung kommen 10
Nucleotidpaare (Doppelhelix nach Watson/Crick)
Genetischer Code besteht in der Reihenfolge der stickstoffhaltigen Basen im jeweiligen
Polynucleotidstrang. 1 Aminosäure ist durch 3 Basen codiert (Triplett) für manche Aminosäuren
existieren verschiedene Tripletts; manche Tripletts beinhalten keine Informationen (UnsinnTripletts) Gäbe es nur 2 stickstoffhaltige Basen wären nicht genügend Kombinationsmöglichkeiten
vorhanden.
In Form der DNA ist die Erbinformation bei Pflanzen, Tieren Bakterien und z.T. Bei Viren
enthalten (=> Universalität des genetische Codes)
Strukturmöglichkeiten der DNA
a) Primärstruktur: Reihenfolge der Nucleotide (=Nucleotidsequenz)
b)Sekundärstruktur: Räumliche Ausbildung der Primärstruktur
– Prokaryonten: ringförmige DNA als Ringchromosom; kleine DNA-Ringe =Plasmide
– Eukaryonten: Anordnung der Polynucleotidkette in Form einer Doppelhelix
c) Tertiärstruktur: nur bei Eukaryonten; Schleifenbildung der Doppelhelix zu Superhelix;
Beteiligung von bestimmten Proteinen (Histone). DNA dreht sich in 2 Windungen um Histone
=>Nucleosom; Ziel: Verkürzung der DNA; DNA-spaltende Enzyme greifen nicht am Nucleosom,
sondern am Zwischenraum an.
Semikonservative Replikation der DNA
prinzipieller Ablauf:
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Auflösung der schwachen H-Brücken zw. Stickstoffbasen durch Enzym Helicase
–
Anlagerung komplementärer Nucleotide ab die alten DNA Einzelstränge durch Enzym DNAPolymerase (=Replikase); dabei wird der Einzelstrang kontinuierlich repliziert (vom 5' zum 3'
Ende), der andere dagegen stückweise, wobei das Enzym Ligase die Stücke zu einem neuen
komplementären Strang zusammenfügt.
Ergebnis: 2 völlig identische DNA Doppelstränge, die in Form von Chromosomen/ Chromatiden
auf die Tochterzelle verteilt werden
Beweis für Richtigkeit der semikonservativen Methode
Experiment von Meselson/Stahl
Untersuchungsobjekt: Darmbakterium (Escherichia coli)
untersuchte Substanz: Stickstoff; in normaler Form als 14N und als schwereres Isotop 15N
Durchführung:
a) E.coli wird auf 15N-haltigem Nährboden gezüchtet (Stickstoff ist als Ammoniumchlorid 15NH4Cl
im Nährboden enthalten)
Folge: Einbau von 15N in die Stickstoffbasen der DNA; eine DNA Probe wird durch
Dichtezentrifugation als „schwere“ DNA identifiziert.
b) E.coli wird auf 14N-haltigem Nährboden weitergezüchtet
Folge: Einbau von 14N in neue Stickstoffbasen der DNA; nach der 1. Teilung wird DNA Probe
weiter untersucht und als „halbschwere“ DNA identifiziert: 1 DNA Einzelstrang enthält 15N, der
komplementäre neue DNA Strang enthält 14N
Schema:
Autoradiographie: Einbauen von radioaktive markierten Nucleotiden in DNA -> Beweis für DNA
Replikation
Beweise für die DNA als Träger der genetischen Informationen
1) Griffith
Pneumokokken bilden normalerweise Schleimkapsel um sich aus (S-Stamm). Sie sind Erreger von
Lungenentzündungen (werden als pathogen oder virulent bezeichnet). Ein 2.Stamm kann keine
Kapseln ausbilden, ist nicht pathogen (R-Stamm)
a) Griffith injizierte Mäusen S-Stamm, Mäuse starben an Lungenentzündung. Im Blut: lebende S-
Stamm Zellen
b) R-Stamm in Mäuse injiziert, keine Erkrankungen. Im Blut: lebende R-Stamm Zellen
c) tote S-Stamm in Mäuse, keine Erkrankungen. Im Blut: keine lebenden S-Stamm Zellen
d) Mischung aus lebenden R-Stamm und toten S-Stamm. Im Blut: lebende R-Stamm und lebende
S-Stamm Zellen. Mäuse starben an Lungenentzündung.
Erklärung: DNA der toten S-Stamm wurde von einigen Zellen des R-Stamm aufgenommen und in
deren DNA eingebaut, nicht pathogene R-Stamm Zellen konnten Kapseln ausbilden und wurden
pathogen
2) Avery
Er isolierte und reinigte Extrakte von DNA, RNA, Polysacchariden und Proteinen aus
Pneumokokken vom S-Stamm. In verschiedenen Versuchen wurden diese einzelnen Extrakte
jeweils lebenden R-Zellen in einer Nährlösung zugeführt. Lediglich nach der Zugabe von S-StammDNA traten in der Nährlösung neben R-Zellen auch S-Zellen auf. Die S-Stamm-DNA bewirkte also
die Umwandlung einiger R-Zellen in S-Zellen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Transformation
(= Übertragung von Erbmerkmalen durch DNA)
3) Transduktionsversuche von Hershey und Chase
a) Markierung von Phagen-Proteinen mit radioaktivem Schwefelisotop 35S; Beobachtung:
zusammen mit der Phagenkapsel bleibt der markierte Schwefel außen an der Bakterienwand.
b) Markierung von Phagen-DNA mit radioaktivem Phosphor 32P; Beobachtung: zusammen mit der
Phagen-DNA wird der markierte Phosphor vom Phagen in die Bakterienzelle injiziert. Daraufhin
bildet die Bakterienzelle ca. 30-200 neue Phagen aus. Die Information hierzu muss in der PhagenDNA vorgelegen haben. DNA = Träger der genetischen Information
Transduktion: Übertragung von Erbmerkmalen durch DNA von einem Organismus in die DNA
eines anderen Organismus mit Hilfe von Viren/Phagen als Übertragungsmechanismus.
Die RNA
allgemeine Baumerkmale
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meist einstrangig, manchmal Paarung des Einzelstranges mit sich selber
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Ribose als 5-er Zucker
–
anstelle der Stickstoffbase Thymin ist Uracil eingebaut (Thymin fungiert als seltene Base)
t-RNA (Transfer-RNA)
kommt im Cytoplasma vor
Aufgabe: Transport von Aminosäuren zu den Ribosomen bei der Proteinbiosynthese. Für jede
Aminosäure mindestens eine spezifische t-RNA
Bau: kleine Moleküle aus 73-93 Nucleotiden; auch seltene Stickstoffbasen, die keine H-Brücken
ausbilden können -> Schleifenbildung: Kleeblattstruktur = 3-4 Schleifen; die vorderste Schleife
bildet mit ihrem spezifischen Basentriplett das Anticodon das zum entsprechenden Codon der
m-RNA komplementär ist. Der unpaarige Abschnitt am gegenüberliegenden 3'-Ende trägt bei allen
t-RNAs die gleiche Basensequenz: -C-C-A = Aminosäuren -Anheftungsregion.
Der davor liegende paarige Abschnitt ist zur Erkennung der spezifischen Aminosäure wichtig.
m-RNA (Messenger RNA)
komplementäre Kopie eines codogenen Stranges -> einstrangig
Aufgabe: Umsetzung der genetischen Information in ein Protein/Polypeptid an den Ribosomen
Die Proteinbiosynthese
Störungen der Proteinsynthese
a) bei Bakterien (Prokaryonten)
verschiedene Antibiotika hemmen Proteinsynthese und damit Wachstum + Teilung von Bakterien
b) bei Eukaryonten
Cytostatika hemmen Zellteilung auf der Basis von Transkription und/oder Translation bzw. Bei der
DNA-Synthese/Replikation, andere blockieren die Bildung der Kernspindel. Anwendung: Tumor
Vom Gen zum Phän/Merkmal
Wie entsteht aus einem Gen ein bestimmtes Merkmal?
Definition: Gen = DNA Abschnitt, dessen Nucleotidsequenz die Information zur Bildung eines
Peptids enthält; funktionelle Einheit
Phän = beobachtbares oder messbares Merkmal; z.B. Farbstoff, Eiweiß; Messung über
Konzentration im Blut, Zelle, Gewebe
Untersuchung von Beadle und Tatum
Untersuchungsobjekt: roter Schimmelpilz (Neurospora crassa)
Durchführung: Erzeugen bestimmter (Mangel-) Mutanten durch UV-Strahlung; diese können ein
Enzym nicht mehr ausbilden, das an einem Syntheseschritt beteiligt ist -> Wachtstumsstillstand
Schlussfolgerung: Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese
1 Gen ist verantwortlich für die Bildung eines speziellen Enyms. Dieses katalysiert eine bestimmte
Stoffwechselreaktion, wodurch es zur Ausbildung eines signifikanten Merkmals kommt. Auch: EinGen-ein-Polypeptid-Hypothese.
Schema:
Untersuchung von Kühn und Butenandt
Untersuchungsobjekt: Mehlmotte (Ephestia kühniella) und Fruchtfliege (Drosophila melanogaster)
Wie wird der dunkle Augenfarbstoff (Ommochrom)von Insekten hergestellt?
Durchführung: bestimmte (Mangel-) Mutanten der genannten Insekten sind nicht mehr in der Lage
Ommochrom zu bilden ->rote bis helle Augenfarbe
nach Zugabe von Kynurenin zum Futter färben sich die Augen dunkel; bei anderen Mutanten, die
nicht auf die Zugabe von Kynurenin reagierten führte die Beimengung von Hydroxykynurenin zur
dunklen Augenfarbe) Bei Mutanten muss jeweils ein Enzym fehlen, dass eine bestimmte
Umsatzreaktion katalysiert.
Schema: Genwirkkette zur Ommochromsynthese
Definition: Eine Genwirkkette ist ein Komplex aus mehreren Genen, die jeweils Enzyme codieren,
wodurch letzlich ein Endprodukt gebildet und ein Merkmal erkennbar wird.
Unter einem genetischen Block versteht man eine Blockade von Stoffwechselprozessen infolge
eines Gendefekts (Mutation) mit nachfolgendem Enzymmangel.