PowerPoint-Präsentation - Albert-Schweitzer
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Biotechnologisches Gymnasium BTG Albert-Schweitzer-Schule, Villingen Biotechnologisches Gymnasium BTG Das Fach Bioinformatik Bioinformatik ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MstII MstII* MstII MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL MstII ACATGAAGCAGATGAGGGATGAGCAGATTAG MLTPRSAVHGPKRLEAASGETTAPKLMGAASVL Biotechnologisches Gymnasium Die Bioinformatik ist eine neue Disziplin an der Schnittstelle zweier Wissenschaftsgebiete: der molekularen Biologie (Bio-) und der Informatik (- informatik). Die Bioinformatik wendet neueste Informationstechnologie zur Bearbeitung biologischer Daten an. Sie beschäftigt sich mit der Analyse der Erbinformation (DNA), in dem sie die DNA und die aus ihr abgeleiteten Eiweisse (Proteine) analysiert. Im Fach Bioinformatik werden biotechnologische und informationstechnische Unterrichtsinhalte vernetzt. Unterrichtsinhalte sind u.a. die Modellierung zellulärer Systeme und die Analyse informationstragender Biomoleküle mit Hilfe des Computers. atgcgtgtga Der genetische Code atg-gtgtga atgcgtgtga atccgt-tga Die Code-Sonne atgcgtgtga atgcgtgtga Codogen DNA Codon mRNA Anticodon tRNA Aminosäure Protein at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga atgcgtgtgt atgcgtgt-a atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga Quelle: Wikipedia Der genetische Code verknüpft die Basensequenz der DNA über die mRNA-Transkripte mit der Aminosäuresequenz der Proteine. atgcgtgtga atg-gtgtga atgcgtgtga atccgt-tga atgcgtgtga atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga atgcgtgtgt atgcgtgt-a atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga Die Struktur der Information tragenden Moleküle DNA, RNA und Protein atgcgtgtga atg-gtgtga atgcgtgtga Das Virus Phi-X174 atccgt-tga atgcgtgtga atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga atgcgtgtgt atgcgtgt-a atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga Übersichtsschema zur DNA-Basenverteilung atgcgtgtga Kann man den DNA-Code sichtbar machen ? atg-gtgtga atgcgtgtga 1. atccgt-tga atgcgtgtga A C G 2. T _ atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga atgcgtgtgt atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga + Leserichtung atg-gtgtga 3. A C A C A T G T G A C A C C T A C C A T A C A A G A C T G 5‘ GTCAGAACATACCAT CCACAGTGTACACA 3‘ Die Abfolge der DNABausteine A, C, G und T kann im Labor analysiert werden. 1. Der Code wird als Abfolge von DNA-Banden sichtbar gemacht. 2. Die Zeichenfolge (DNASequenz) kann abgelesen werden. 3. Die gesamte Sequenz eines Gens wird so bestimmt. atgcgtgtga Wie viel genetischer Text steckt in der DNA ? atg-gtgtga atgcgtgtga atccgt-tga atgcgtgtga atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga atgcgtgtgt atgcgtgt-a atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga 1 61 121 181 241 301 361 421 481 541 601 661 721 781 841 901 961 1021 1081 1141 1201 1261 1321 1381 1441 1501 1561 1621 1681 1741 1801 1861 1921 1981 2041 2101 2161 2221 2281 2341 2401 2461 2521 2581 2641 2701 2761 2821 2881 2941 3001 3061 3121 3181 3241 3301 gagttttatc aaattatctt tgctggcgga gcgacctttc tggcttaata catggtagag gctgttcaac tccagaccgc aagatgattt ctcgtcgctg ttcctgctcc ttcaaacggc tcgagcgtcc acactgacgt tgatgtaatg gcgaggtact ttaattgcag cgccgagcgt tcttattacc tggcgctctc ttttactttt ggatggtgtt cgcttttctt ttatttgaat taaccctaat aaacatttgg taccacatct agaacgtgat ctcttatgac ctatgatgtt gacctataaa tgcgcttgtt tgctttgact tgaaatttct tgagggtcag aggcttccca ccaccatgat 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atgcgtgtgt atgcgtgt-a Die Erbinformation des Menschen atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt 3 Milliarden DNA-Buchstaben A4A4A4A4A4A4A4Seite A4Seite Seite A4Seite A4Seite Seite Seite Seite Seite Seite atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga 556999 A4-Seiten atgcgtgtga atg-gtgtga Nutzung von Gen-Datenbanken atgcgtgtga atccgt-tga atgcgtgtga Große Gen-Datenmengen aus verschiedenen Datenbanken stehen zum Herunterladen und Vergleichen zur Verfügung. atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga Sowohl einzelne Gene als auch die Gesamtheit der Gene eines Organismus (Genom) können analysiert werden. atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga http://www.ncbi.nlm.nih.gov atgcgtgtgt atgcgtgt-a http://www.ebi.ac.uk atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga http://www.rcsb.org http://www.tigr.org atgcgtgtga Der Vergleich biologischer Information atg-gtgtga atgcgtgtga atccgt-tga Die Suche nach Ähnlichkeiten biologischer Information atgcgtgtga atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a „ Hohe Ähnlichkeit “ „ Sechs Gene “ atgcgtgtga atgcgtgtgt atg-gtgtga Biologische Information Vergleichende Analyse Interpretation atgcgtgtgt atgcgtgt-a Gen 1 atgcgtgtga Gen 2 Gen 1 ähnelt Gen 2 atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga Genom A atgcgtcagt Genom B atg-gtgtga Genom 1 ähnelt Genom 2 atgcgtgtga Bewertungen von Alignments atg-gtgtga atgcgtgtga Bewertung eines N u k l e i n s ä u r e - Alignments atccgt-tga atgcgtgtga Identitäten atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga atgcgtgt-a atgcgtgtga atgcgtgtgt Sequenz 1: Sequenz 4: TAGCTAGTTGAGATC +++ +++ +++++++ TAG-TAGCTGAGATC atg-gtgtga atgcgtgtgt Indel (Gap) atgcgtgt-a Nicht-Identität atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga Identitäten: Nicht-Identitäten: Indels (Gaps): 86,7 % 6,7 % 6,7 % atgcgtgtga Bewertungen von Alignments atg-gtgtga atgcgtgtga Bewertung eines A m i n o s ä u r e - Alignments atccgt-tga atgcgtgtga atgcgtgtga at-cgtgtga atgcgtgtga Identitäten: Positives: Nicht-Identitäten: Indels (Gaps): 80,0 6,7 6,7 6,7 % % % % atgcgtgt-a atgcgtgtga Konservativer Austausch (Positive) atgcgtgtgt atg-gtgtga Identitäten atgcgtgtgt Identitäten atgcgtgt-a atgcgtgtga atg-gtgtga atgcctgtgt atgcacgtga Sequenz A: Sequenz B: MEINEASSEQVENTS MEIN ASSE+VEN S MEIN-ASSEKVENNS atg-gt-tga atgcgtcagt atg-gtgtga Indel (Gap) Nicht-Identität 1 DNA-Mustererkennung DNA 1 Wie kann man verschiedene DNA-Stränge unterscheiden ? DNA 2 Darstellung des DNA-Doppelstrangs als Kalottenmodell Wie kann man verschiedene DNA-Zeichenfolgen unterscheiden ? DNA 1 z.B. durch Suche nach dem Restriktionsmuster GAATTC 5` ATGACAGATGACAGTAGACAGATGACAGATAGACAGATAGACAAGAGGGATTAGGACCACAGGATTAGAAAAAT TAGACCAGATGACAGAATTCAGATGACAGATAGACAGAGACAGATGACAGATAGACAGATAGACAAGAGGGATTACC TTTTTAACAGGTAGACAGATAGGACCAGGCGCGCGCGTATAGGACCATATATATTTGGGCAGATGACAGGAGATAGG AACCAAAATTAGACATTATAGGCAGAGCGCGCAGATAGACATAGAACAGATGAGACAGGATAGACACCCACAGATAG CCAGGACAGGATATTAGGACCAGGATTTTTTTAGGAGACCAAAAAACAGGATAGGACCAGTATTTTTAGGACAGGAT CCAGATTAGGACCCAGATTTAGGAGCAGATAGGGACCAGGAGATATATAAAACATTGACAGGGGGAGAAGACAGAGG GGAGATTAGGACCCAGATTTAGGAGCAGATAGGGACCAGGAGATATATAAAAAATTGACAGGGGGAGAAGACAGAGG ATTTTAACAGGTAGACAGATAGGACCAGGCGCGCGCGTATAGGACCATATATATTTGGGCGAATTCCAGGAGATAGG CCAGGACAGGATATTAGGACCAGGATTTAATTAGGAGACCAAAAAACAGGATAGGACCAGTATATTTAGGACAGGAT AGCCAATATTAGACATTATAGGCAGAGCGCGCAGATAGACATAGAACAGATGAGACAGGATAGACACCCACAGA 3` DNA 2 5` GATAGACATGACAGTAGACAGATGACAGATAGACAGATAGACAAGAGGGATTAGGACCACAGGATTAGAAGGAC AAGACCAGATGACAGTAGACAGATGACAGATAGACAGAGACAGATGACAGATAGACAGATAGACAAGAGGGATTACC AATTTAACAGGTAGACAGATAGGACCAGGCGCGCGCGTATAGGACCATATATATTTGGGCAGATGACAGGAGATAGG TACCAAAATTAGACATTATAGGCAGAGCGCGCAGATAGACATAGAACAGATGAGACAGGATAGACACCCACAGATAG GCAGGACAGGATATTAGGACCAGGATTAAATTAGGAGACCATAAAACAGGATAGGACCAGTATTATTAGGACAGGAT CCAGATTAGGACCGAATTCTAGGAGCAGATAGGGACCAGGAGATATATAAAACATTGACAGGGGGAGAAGACAGAGG CGAGATTAGGACCCAGATGTAGGAGCAGATAGGGACCAGGAGATATATAATAAATTGACAGGGGGAGAAGACAGAGG TATTTAACAGGTAGACAGATAGGACCAGGCGCGCGCGTATAGGACCATATATATTTGGGCAGATGACAGGAGATAGG GCAGGACAGGATATTAGGACCAGGATTTAATTAGGAGACCACATTACAGGATAGGACCAGTATATTTAGGACAGGAT TGCCAATATTAGACATTATAGGCAGAGCGCGCAGATAGACATAGAACAGATGAGACAGGATAGACACCCATAAC 3` 2 DNA-Kartierung: Verschiedene b-Globin-DNAs im Vergleich 1 444 Bp 444 Bp Homo sapiens Mensch 1 376 Bp Pan troglodytes Schimpanse 1 354 Bp Gorilla gorilla Gorilla 1 Xenopus tropicalis Krallenfrosch Kann ein Vergleich der DNA-Sequenzen der b-Globine Aufschluss über die Verwandtschaftverhältnisse der Arten geben ? 3 Multiples Alignment: Vielfacher Sequenzvergleich zur Bestimmung des Pribnow-Konsensus Excel-Tabellenblatt zur Ermittlung des Pribnow-Konsensus Pribnow-Konsensus TATAAT 4 Bearbeitung und Auswertung biologischer Information => Anwendung spezieller Analyse-Software 5 Bearbeitung und Auswertung biologischer Information => Programmieren mit der Perl-Software Ende
