Genetik Fragenkatalog SS 2003

Genetik Fragen – Antworten - Katalog SS 2003
Prof. A. Gierl
Wie immer ohne Gewähr 
1. Wie ist das Nucleosom aufgebaut?
o
o
o
o
DNA-Strang der 2 mal um ein Oktamer aus Histonproteinen gewickelt ist.
Proteine: Je 2 Tetramere aus H2A, H2B, H3 und H4
200 bp zwischen 2 Nukleosomen
zusätzlich: Histon H1 auf Nukleosom aufgelagert  Stabilisierung der
Nucleosomenanordnung und der Chromatin-Struktur
2. Unterschied zu Eu-/Heterochromatin
Beschreibung von Modifikation der beteiligten Proteine und Nukleinsäuren
o Euchromatin:
 Schwach kondensierter Bereich der DNA
 Aufgelockerte Form des Eukaryonten-Chromatins, die transkribiert
werden kann; (abgelesene DNA bedeutet weniger kondensierte DNA)
 Schlecht anfärbbar  helle Banden
 Histone acetyliert
o Heterochromatin:
 Stark kondensierter DNA-Bereich, mit nicht transkribierten Chromatin
 Während der Interphase sichtbar (während der Interphase: Replikation)
 Gut anfärbbar  dunkle Banden
 DNA meist stärker methyliert
 Histone methyliert
o Proteine:
 Histone können durch Acetylase und Deacetylase modifiziert werden
 Beeinflussung der Kondensation des Chromatins
 Methylierung führt zur Inaktivierung
 Acetylierung zur Aktivierung des CHromatins
3. Zu welchen Zellulären Strukturen gehören Telomere, Nucleolus-Organisator (NO),
Centromere?
o Alle gehören zu Chromosomenstrukturen:
o Telomer: Normales Ende eines Chromosoms (Seine DNA-Sequenz besteht aus
einer einfachen Wiederholungssequenz mit einem vorstehendem Einzelstrang,
der sich zu einer Haarnadelstruktur falten kann)
o NO: Chromosomenabschnitt, der Gene für die rRNA codiert und transkribiert.
Struktur gut erkennbar.
o Centromer: Bereich, an dem die Schweseterchromatiden verbunden sind;
eingeschnürter Bereich eines Chromosoms, der die Anheftungsstelle der
Mitose und Meiosespindel enthält.
4. Wie groß sind haploide Genome von:
o Mensch
o Maus
o Pflanze
:
:
:
2 x 109 Basenpaare; 23 Chromosomen
2 x 109 bp ; 20 Chromosomen
1-2 x 109 bis 3 x 1011 bp (Lilie)
5. Welche Modifizierungsschritte / Prozessierungsschritte führen zur fertigen mRNA?
o Das Prozessieren der prä-mRNA beinhaltet die Anheftung einer CAP-Struktur
– eines modifizierten Guanosintriphosphats – am 5` Ende und eines Poly(A)Schwanzes am 3` Ende
o Introns werden entfernt – splicing durch Prozessierungsenzyme
6. In welche Richtung erfolgt die Synthese von mRNA durch RNA-Polymerase?
o vom
5´ Ende zum 3` Ende
PhosphatGruppe
HydroxyGruppe
[Strich ´ : weil es am 5. bzw. am 3. C-Atom der Ribose hängt]
7. Wie unterscheiden sich Transkription bei Pro- und Eukaryonten?
o Prokaryonten:
 RNA wird mit nur einer RNA-Polymerase synthetisiert
 mRNA wird während der Transkription übersetzt / translatiert
(gekoppelte Transkription und Translation, d.h. gleichzeitiges
Transkribieren und Translatieren)
 Gene sind co-linear (Nukleotidsequenz im Gen = Aminosäuresequenz
im Protein)
 mRNA oft polycistronisch (= mRNA enthält Sequenzen für mehrere
Proteine: 1 Promotor für mehrere Gene)
o Eukaryonten:
 3 verschiedene RNA-Polymerasen
 mRNA wird zuerst prozessiert (splicing)  Transport ins Cytoplasma
 mRNA ist monicistronisch (mRNA repräsentiert nur 1 Gen)
 Gene enthalten oft Introns
8. Unterschied zwischen Gen und Allel?
o Gen: DNA-Sequenz bestimmter Länge
o Allel: Mögliche / unbegrenzte Zustandsform eines Gens (bei
Schwesterchromatiden am selben Genort; können verschieden (heterozygot)
oder gleich (homozygot) sein.
9. Aufbau des Spleißosoms:
o 5 verschiedene snRNP´s , die wiederrum aus snRNA und aus mindestens 7
Proteinen bestehen.
10. RNA Typen: Wie abundant sind sie in der Zelle?
RNA-Art
Vorkommen
Funktion
mRNA:
ca. 1%;
im Cytoplasma
und Zellkern
Boten-RNA. Informationstragende RNA, von
DNA auf Ribosomen für AS-Sequenz zur
Proteinbildung
tRNA
Cytoplasma
Transfer-RNA: Bei Proteinsynthese
snRNA
Zellkern
Rolle eines Spleißosoms, zwischen nicht
codierten und codierten Regionen
rRNA
ca 90%; Zellkern
Struktur und katalytische Rolle in Ribosom
prä-mRNA
In Zellkern
Direktes Produkt der Transkription , mRNA
durch Spleißen
scRNA
Cytoplasma
Protein-Transport in Organelle, z.B. ER
11. Phasen des Zellzyklus:
o Mitosephase: Mitose, Cytokinese (kürzester Teil des Zellzyklus)  Zell- und
Kernteilung
o Interphase: nimmt 90% der Zeit in Anspruch (Arbeitsphase)
 G1-(Wachstum der Zelle)
 G0-(Kontrollpunkt in G1-Phase wird nicht überschritten)
 S-(Wachstum: Chromosomen werde kopiert)
 G2-(Wachstum: Vorbereitungen für Zellteilung werden abgeschlossen)
o Mitosephasen: Pro-, Prometa-, Meta-, Ana-, Telophase, anschließende
Cytokinese
12. Syntheserichtung der Replikation:
o 5`- 3´-Richtung (Leit- und Folgestrang – Synthese , mit Okazakfragmenden am
Folgestrang)
13. Funktion der Telomere und Bildung:
o Funktion: Schutz der Chromosomenenden vor Nukleasen
 Verkürzung der Chromosomen wird verhindert
o DNA-Polymerase ohne kann ohne Telomersequenzen am außersten 5`-Ende
wegen Primer nicht ansetzen.
o Aufbau: Repetive Telomersequenzen 250-4000 bp (TTAGGG)
o Bildung: Telomere (Mechanismus: reverse Transkriptase) heftet blockweise
Nukleotidsequenzen an Chromosomenenden.
14. Unterscheiden Sie einen diploiden Organismus: Gene X, Y, Z sind durch ihre
Mutanten definiert. Aus Kreuzungsexperimenten resultiert: X & Z sind 30 ch
voneinander entfernt, Y & X sind 25 ch voneinander entfernt.
Liegen die Gene Y & Z auf einem Chromosom?
o Wenn X und Y und Z tatsächlich auf einem Chromosom liegen würden:
|<----------------------->|
25 ch
X------------------------Y-----------------Z
|<------------------------------------------->|
30 ch
Liegen die alle auf einem Chromosom, dann sind sie gekoppelt: Da insgesamt die
Distanz unter 50 ch (also unter 50%) bleibt, sind die Gene gekoppelt.
o In diesem Fall aber keine Koppelung, d.h. die Gene liegen vermutlich nicht auf
einem Chromosom: Da 25ch + 30ch > 50 ch (also > 50 %).
|<----------------------->|
25 ch
X------------------------Y-------------------------------------------Z (insg. Länge > 50 ch)
|<------------------------------------------->|
30 ch
15. Unterscheiden Sie die Prozesse:
Transformation, Transduktion, Konjugation bei Bakterien
o Konjugation: DNA – Transfer zweier Bakterienzellen, unterschiedlichen
Genotyps durch Aneinanderlagerung (Verbindung durch Pilus)
o Transduktion: DNA wird mit Hilfe eines Bakteriophagen übertragen.
o Transformation: Aufnahme von nackter DNA aus der Umgebung.
(Extrazelluläre Dna).
16. Welche Aussage trifft für die Pflanzentransformation mit Agrobacterium tumefaciens
zu?
-
a) Das Ti-Plasmid wird in die Pflanze transferiert
b) In die Pflanze wird zwischen linker und rechter Border t-DNA transferiert
c) Ti-Plasmide replizieren in der Pflanzenzelle
o richtig: b)
17. Was ist die „natürliche“ Funktion von Restriktionsendonukleasen und wozu werden
sie in der Molekularbiologie verwendet?
o Natürliche Funktion: Abbau art-fremder DNA , die in Bakterienzelle gelangt,
arteigene DNA wird durch Methylierung von Abbau geschützt.
o Funktion in Genetik: Spaltung langer DNA Moleküle in definierte kürzere
Fragmente  Notwendige Vorraussetzung für weitere Untersuchungen
18. Zu welchem Zweck und wie erstellt eine „knock out“ Maus?
o Gezielte Inaktivierung eines Gens, um Rückschlüsse auf normale Funktion zu
ziehen.
 Embryonale Stammzellen werden Blastozyste entnommen
 Transformation am embryonalen Zellen in Zellkulturen
 Transformiertes Gen in betroffener Zelllinie wird exprimiert.
 Genetisch veränderte ES-Zellen injeziert man in eine Blastozyste
(mischen sich mit Zellen aus Blastozyste)
 Blastozyste (Embryo) wird in geeignete Leihmutter transplantiert 
chimäres Tier entsteht (genetisches Mosaik aus Gewebe der
Empfängerblastozyste und in injezierten ES-Zellen)
 Kreuzung des chimären Tieres mit Wildtyp  50% der Nachkommen
sind heterozygot
 Kreuzung zweier heterozygoten Tiere  25 % der Nachkommen sind
homozygot (krank).
19. Welche kurzen repetitive Sequenzen in Eukaryonten Genomen kennen Sie, und wozu
kann man diese verwenden.
o Werden zur Erstellung des DNA-Fingerprints verwendet.
o Mikrosatelliten:
(Polymorphismen mit Hilfe von PCR-Methoden)
Repetitive DNA-Sequenzen: (AT)n (CAG) n Di- oder Trinukleotide werden oft
wiederholt. Zwischen Individuen sehr variabel.
o Minisatelliten = VNTR – Sequenzen bestehen aus repetitiver DNA-, werden
unterschiedlich oft wiederholt und sind für jede Person einzigartig.
20. Was versteht man unter einem DNA-Fingerprint? Welche chromosomale DNA- ist
dafür die Basis und wie wird der Finterprint erstellt?
o DNA-Fingerprints werden z.B. in der forensischen Medizin benutzt: Minimale
DNA-Mengen werden isoliert, um spezifische Segmente, die VNTRSequenzen mittels PCR zu vervielfältigen. Ersetzen von
Restriktionsendonukleasen zur Gewinnung von Restriktionsfragmenten.
o Vgl. der repetitiven Sequenzen, gefundene Bandenmuster durch
Elektrophorese; Bandenmuster ergeben den genetischen Fingerabdruck.
o Verwendung von repetitiven Sequenzen: Mini- und Mikrosatelliten (bei jedem
Menschen unterschiedlich)
21. Wie unterscheiden sich genetische und physikalische Karte?
o Physikalische Karte: Reale Abstände (bp, nm) zwischen Genen, d.h. Genort
festgelegt
o Genetische Karte: CM (= Rekombinationshäufigkeit 1CM = 1 %)
Je weiter zwei Gene voneinander entfernt sind, desto höher ist die
Rekombinationshäufigkeit  je wahrscheinlicher ist die Trennung bei der
Meiose, d.h. der Genort ist nicht genau festgelegt
22. Erläutern Sie den Begriff Transkription!
o Transkription = Gesamtheit aller Transkripte
o Wird gemesssen:
a) DNA-Microarrays
b) SAGE Technique (SAGE=Serial Analysis of Gene
Expression)
23. Wie wirkt das chemische Mutagen EMS (Ethylmethansulfat): Beschreiben Sie den
Wirkmechanismus (mit chemischen Formeln):
o Wirkung: Ändert die Basen und führt somit zu Mispairing der Basen.
Chemische Formeln und Wirkmechanismus … siehe Genetik-Skript. 
24. Vergleichen Sie die Konsequenzen von Keimbahnmutation und somatischer Mutation:
o Keimbahnmutationen: Mutationen in der Keimbahn treten erst in der nächsten
Generation auf (soweit Mutation Vermehrung zulässt)
Keimbahnmutation  keinen Einfluss auf Phänotyp des Organismus in dem
Mutation entsteht.
o Somatische Mutation: Treten in Gewebeentwicklung auf (je nach Zeitpunkt
des Auftretens der Mutation sind verschieden große Sektoren betroffen). Frühe
Mutation (Apfel) führt auch zu einem großen Sektor, der betroffen ist.
Spätere Mutation  weniger Gewebe betroffen
25. Warum werden triploide und tetraploide Pflanzen gezüchtet?
o Triploide Pflanzen: Samen sind steril (da die Gameten aneuploid sind) 
Züchtung von Früchten ohne Kerne bzw. Samen (z.B. Trauben,
Wassermelonen)
o Tetraploide Pflanzen: Größeres Genom  Zellgröße größer  Pflanzengröße
steigt  mehr Ertrag (z.B. Tabakblätter)
26. Welche Chromosomenmutationen tragen zur Artenbildung bei.
o Translokation: Chromosomenaberration (-Mutation) entsteht durch Fehler in
der Meiose oder durch Einwirkung eines Mutagens  Austausch von
Segmenten zwischen 2 nicht-homologen Chromosomen, Meioseprodukte zu
50% Lebensfähig.
o Inversion: Chromosomenaberration in Folge Meiosefehler oder Einwirkung
eines Mutagens  2 Brüche innerhalb eines Chromosoms  Abschnitt
zwischen Brüchen wird um 180 ° gedreht und wieder eingebaut  Summe
bleibt gleich
 Paracentrisch: Zentromer außerhalb des invertierten Bereichs
 Pericentrisch: Centromer innerhalb des invertierten Bereichs.
27. Welche Aussage kann man mit dem Komplementationstest machen?
o 2 heterozygote, rezessive Mutanten werden miteinander gekreuzt.
o Nachkommen nicht homozygot mutant ( Phänotyp = Wildtyp)
 Komplementation, d.h. beide mutierte Allele gehören verschiedenen Genen
an
o Nachkommen zum Teil homozygot mutant ( Phänotyp = Mutant)
 Nicht – Komplementation, d.h. es handelt sich um Mutationen im selben
Gen
28. Beschreiben Sie die Unterschiede in der Transposition von Retrotransposons und
Transposons mit terminal invertierten repeats (TIRs).
o Transposons:
 A) Einziges Gen einer Invertionssequenz codiert die Transposas, das
Enzym, welches die Bewegung des Transposons von einer Seite im
Genom zur anderen katalysiert. An den Enden des Transposasegens
befinden sich invertierte Sequenzwiederholungen (TIR).
 B) De-Transposition bringt Transposase die beiden TIRs zusammen
und katalysiert das Schneiden und Wiedervereinigung der DNA
Freisetzung und Einfügen an anderer Stelle ( Gene können
ausgeschaltet werden)
o Retrotransposons: Verstümmelte Retroviren ohne env-Gene und meist ohne
pol-Gene, eingerahmt von LTR-Enden
29. Nennen Sie zwei Beispiele für Proteindomänen, die in Transkriptionsfaktoren
vorkommen.
o PD = funktioneller Teilbereich eines Proteins
[ funktionelle Einheit (Teil d. Proteins) oft strukturelle Autonomie]
o DNA-Bindungsdomäne bindet sich an die DNA-Basen in der großen Furche
über H-Brücken
o Aktivierungsdomäne: Stimuliert RNA-Polymerase positiv bzw. zur
Transkription animiert.
o Protein-Protein-Bindungsdomäne: Dimerisierung (Wechselwirkung mit
anderen Proteinen)
30. Ist die Lage eines Enhancers bezüglich des Core-Promotors in Eukaryonten exakt
festgelegt? Gehören Enhancer zu den sogenannten cis-regulatorischen Elementen?
o 1. NEIN
o 2. JA
Die relative Position von Enhandern und Silencern (cis-regulatorische Elemente)
ist bezüglich des Gens nicht festgelegt. Oftmals sind sie bis zu 1000kbp
voneinander entfernt, allerdings benötigen Enhancer aufgrund der Struktur des
Transkriptionsfaktors einen Mindestabstand von der TATA-Box (sterische
Gründe).
31. Nennen Sie ein Beispiel für ein Tumor-Supressor-Gen und bschreiben Sie seine
Funktionen.
o Tumor-Supressor-Gen: Sind mutante Allele der negativen Regulatoren (z.B.
P53) des Zellzyklus. Aus dominanten Allelen oder rezessiven Allelen;
verhindern Zellteilung durch eigene Proteinprodukte und verhindern somit
unkontrollierte Zellteilung!
o Aktiver P53: Transkriptionaler Regulator: Bei Beschädigung der DNA- wird
P53-Protein aktiviert  Stimuliert Transkription des Gens, das für cdk-
Inhibitor-Protein P21 codiert  bindet an den Cyclin-cdk-Komplex aus SPhase und inaktiviert ihn  Zellzyklus hält in G1-Phase an.
o Verhindert das Fortschreiten des Zellzyklus bis DNA-Schäden repariert sind.
o Unter bestimmten Umständen leitet P53 den Zelltod ein; Abwesenheit von P53
 „Todlaufen“ der Zelle
32. Tumor-Suppressor Gen: Inaktives P53:
o = Lose of function – Mutation
o DNA-Replikation wird trotz DNA-Schäden nicht mehr verhindert  DNAschäden werden nicht mehr repariert  Mutation mit onkogenem Charakter
33. Nennen Sie ein Beispiel für ein Onkogen und berschreiben Sie seine Funktion
o Onkogene: Mutierte Allele von Proto-Onkogenen (positive
Regulatorüberwachung der Zellteilung). In Viren vorkommend oder zum
normalen Genom gehörende Gene, die an der Auslösung von Krebs beteiligt
sind. Onkogene werden so mutiert, dass die Proteine, die sie kodieren in
Tumorzellen aktiviert werden. Stellen in der Regel mutante dominante Allele
dar. Bsp: Ras-Onkogen  Ras-Onkoprotein, das GTP nicht zu GDP
hydrolysieren kann  ständig aktiviertes Serin, Threonin-kinase
o Mutationsereignisse: Gemonamplifikation, Gen-Transposition, Punktmutation,
Chromosomale Translokation.
34. Nennen Sie 2 Proteine, die bei der Regulation des Zellzyklus wichtig sind:
o Cycline: Regulatorproteine, deren Konzentration ständig zyklisch wechselt
(d.h. zu & ab). Cycline bilden Komplexe mit cyclinabhängiger Kinase und
sorgen für Aktivierung und Bestimmung ihrer Substratspezifität.
o Cyclinabhängige Kinasen (cdk): Proteinkinase, die nur dazu katalytisch aktiv
ist, wenn ein Cyclin an sie gebunden ist, unterschiedliche cdk-CyclinKomplexe lösen die Fortbewegung durch verschiedene Phasen des EK
Zellzyklus ab, in dem sie spezifische Zielproteine phosphorilieren.
o Mitose-Promotor-Faktor (MPE): Komplex aus Cyclin und cdk; koordiniert die
Mitose durch Phosphorilierung verschiedener Proteine (Proteinkinasen).
35. PCR Polymerase Chain Reaction
o Polymerase-Kettenreaktion: Methode, mit der DNA zyklisch denaturiert, mit
Primern verbunden und mit DNA-Polymerase verlängert wird. Dadurch kann
man eine DNA-Sequenz mehr als 100.000 mal vermehren.
36. Retrotransposon?
o Retrotransposon: Ist ein Transposon, dass sich über eine RNA_Zwischenstufe
bewegt. Das DNA-Element wird in RNA umgeschrieben und durch reverse
Transkription wieder in eine DNA-Kopie verwandelt, die an einer anderen
Stelle in das Genom eingebaut wird.
37. Transposon?
o DNA-Sequenz, die sich an einer neuen Stelle ins Genom einbauen kann, ohne
mit dem Zielort eine Sequenzähnlichkeit zu besitzen.
38. Proto-Onkogene?
o Gene im Eukariontengenom, die den Onkogenen mancher Retroviren
entsprechen.
39. Onkogen?
o Gene, deren Produkte Eukaryontenzellen transformieren können, so dass diese
wie Krebszellen wachsen.
40. Was macht reverse Transkriptase (Enzym) und in welchen Viren kommen sie vor?
o Sie nutzen RNA als Matrize für DNA-Synthese = Umkehr der gewöhnlichen
Transkriptionsprozesse, z.B. in Retroviren (z.B. HIV) = virale Polymerase
41. Charakteristische Merkmale, die 3´und 5´Ende eines EK-Gens Kennzeichnen:
o am 5´ Ende befindet sich Promotor-Region mit regulatorischen Elementen
o am 3´ Ende befindet sich eine transkribierende Region (cod. Region: Exons,
Introns, 3´-flanking-Region mit regul. Elementen)
5´ Ende: capping
3´ Ende: Poly-A-Schwanz