Page 1 120 Genetik Genetik 121 Streptomycin wirkt auf die kleine
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�������� ����������������������������������������� ����������������������������������������� Molekulargenetische Vorgänge Bau der DNA und der RNA Abbildung 3 zeigt die Veränderung der DNA-Menge, der Konzentration an freien DNA-Nucleotiden sowie der Aktivität der DNA-Polymerase in einer Zelle. Untersuchungen der Basenhäufigkeit ergaben für ein bestimmtes m-RNAMolekül einer Bakterienzelle, dass 32 % aller Nucleotide Uracil, 28 % Adenin, 26 % Guanin und 14 % Cytosin enthalten. Genetik Experiment von Hershey und Chase Nachdem bereits im Jahre 1944 mit Transformationsversuchen der erste Nachweis erbracht worden war, dass die DNA Träger der Erbinformation ist, bes-tätigten Alfred Hershey und Martha Chase wenige Jahre später diese Tatsache mithilfe radioaktiv markierter Phagen. Phagen sind Viren, die Bakterien befallen und diese dazu veranlassen, vie-le Kopien der Viren herzustellen. Phagen bestehen aus DNA und einer Eiweißhül-le. HERSHEY und CHASE infizierten Bakte-rien mit Phagen, die nach Anzucht in ei-nem entsprechenden Medium radioaktive Schwefelatome (35S) bzw. radioaktive Phosphoratome (32P) enthielten. 1. Geben Sie an, in welchen Phagenbestandteilen sich jeweils radioaktive 35S- bzw. 32P-Atome finden. Begrün-den Sie. 2. Beschreiben Sie die Versuchsdurch-führung und das Ergebnis (s. Abb.1). 3. Erläutern Sie, weshalb dieses Experiment beweist, dass die DNA der Träger der Erbinformation ist. ��������� ������������ ��������������� ��������������������� ����������������������� 4. Begründen Sie, weshalb der prozentuale Anteil von C nicht genau so groß ist wie der von G. 5. Welche Aussagen kann man über die prozentuale Nucleotidzusammensetzung a) des codogenen DNA-Abschnitts b) des DNA-Doppelstrang-Abschnitts machen, dessen Abschrift dieses m-RNA-Molekül ist? Erläutern Sie ausführlich. 6. Begründen Sie, ob solche Aussagen auch für ein m-RNA-Molekül aus einer menschlichen Zelle möglich sind. Wirkung von Antibiotika Manche Antibiotika beeinflussen gezielt bestimmte Teilprozesse der Nucleinsäure- oder Proteinbiosynthese. − Mitomycin bindet an die DNA und führt zur Quervernetzung von DNADoppelsträngen. − Puromycin wird anstelle einer be-ladenen t-RNA vom Ribosom ge-bunden. Es enthält eine freie Ami-nogruppe, aber keine Carboxylgruppe. 7. Erklären Sie, was man unter einem Antibiotikum versteht. 8. Erläutern Sie die zellteilungs- und wachstumshemmende Wirkung der beiden oben genannten Antibiotika. ��������������� ����������������������� ����������������������� ������������� ������������� �������������� ��������� ����������� �������� ���������������� �������������� ����������� �������������� 120 Genetik ������ ��������� �� ��������� ������ ��������� �� �������� ������������� ��������� ��� ������������� �������������� ������������ Streptomycin wirkt auf die kleine Ribosomenuntereinheit (s. Abb. 2). Genauere Erkenntnisse über die Wirkungsweise des Streptomycins brachte der folgende Versuch: Einem zellfreien System von E. coliBakterien wurde synthetisch hergestellte m-RNA mit der Sequenz ...UCUCUCUCUCUC... zugefügt. An-schließend wurde untersucht, welche Aminosäuren in neu synthetisierte Pepti-de eingebaut wurden. In einer weiteren Versuchsreihe wurde bei sonst gleicher Anordnung Streptomycin zugesetzt. Die Versuchsergebnisse zeigt die Tabelle. ohne Streptomy- mit Streptomycin cin Leucin Serin Leucin Serin Phenylalanin Prolin Histidin 9. Geben Sie an, welche Bestandteile neben der m-RNA in einem zellfreien System enthalten sein müssen, damit eine Proteinsynthese erfolgen kann. 10. Listen Sie die Codons von Leucin und Serin sowie der drei unter Einfluss von Streptomycin zusätzlich eingebauten Aminosäuren auf. 11. Werten Sie die Versuchsergebnisse aus und stellen Sie eine begründete Hypothese über den Wirkungsmechanismus des Streptomycins auf. 12. Beurteilen Sie, ob die in Abbildung 2 wiedergegebene Modellvorstellung die Wirkungsweise des Streptomycins hinreichend erklärt. ���������� ���������� 13. Benennen Sie den molekulargenetischen Vorgang, der gerade in dieser Zelle abläuft, und erklären Sie seine Bedeutung für die Zelle. 14. Beschreiben und erläutern Sie den Verlauf der drei Kurven. Translation Einem zellfreien System, das alle zur Proteinbiosynthese notwendigen Kompo-nenten enthält, wird die radioaktiv mar-kierte Aminosäure Serin zugesetzt. Zu bestimmten Zeitpunkten werden Proben entnommen. Diese werden im Dichtegra-dienten zentrifugiert und die Intensität der radioaktiven Strahlung der einzelnen Fraktionen gemessen. Das Ergebnis zeigt Abbildung 4. �������������� ����� ����� ����� ������ �������� ��������� ���� � ���� � � 15. Erklären Sie das Auftreten von Radioaktivität in der t-RNA-Fraktion. 16. Bei genauerer Untersuchung findet man in der Lösung mehrere verschiedene (!) radioaktive t-RNA-Moleküle. Erklären Sie. 17. Wie viele verschiedene t-RNA-Moleküle sind theoretisch zu erwar-ten? Begründen Sie. 18. Erklären Sie die unterschiedliche Verteilung der Radioaktivität zu den verschiedenen Zeitpunkten. Proteinbiosynthese Mutatation Das Hämoglobin-Molekül besteht aus vier Polypeptidketten, zwei a- und zwei b-Ketten. Die gesamte Basensequenz des codogenen Strangs, auf dem das Gen zur Synthese der a-Kette liegt, ist bekannt und lautet in den Basentripletts 138 bis 148: 3’ ... TCA TTT ATG GCA ATT CGA CCT CGG AGC CAT CGT ... 5’ 19. Geben Sie die Aminosäuresequenz des entsprechenden Abschnitts der a-Kette an. Notieren Sie alle zur Bearbeitung notwendigen Zwischenschritte. Die Mutante „Hb Constant Spring“ besitzt aufgrund einer Mutation eine in der Länge veränderte a-Kette. Die A-minosäuresequenz lautet ab Position 138: ... Ser - Lys - Tyr - Arg - Gln - Ala - Gly Ala - Ser - Val - Ala ... 20. Erklären Sie, wie es zu der veränderten a-Kette der Mutante „Hb Constant Spring“ gekommen ist. Bei einer anderen Mutante wurde das Gen für die a-Kette um ein Nucleotid verlängert: im Basentriplett 139 wurde zwischen die ersten beiden Thyminbasen die Base Guanin „eingeschoben“. 21. Erläutern Sie die Auswirkungen auf die a-Kette dieser Mutante. Durch Autoradiographie und elektronen-mikroskopische Betrachtung lassen sich Vorgänge auf molekularer Ebene optisch darstellen (s. S. 28). Radioaktivmarkierte DNA oder RNA hinterlässt im autoradio-graphischen Bild eine typische Schwarzfärbung. Im Reagenzglas wird ein Molekül einsträngiger eukaryotischer DNA mit der dazugehörigen m-RNA zusammengebracht. Abbildung 4 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Au-toradiogramms, Abbildung 5 eine schematische Darstellung. 1 22. Benennen Sie die Strukturen in Abbildung 5. Geben Sie an, an welchen Stellen ein DNA-RNA-Doppelstrang entstanden ist. � � � � �� � � � � � � � � �� � � ��� ��� 23. Erklären Sie dieses Phänomen. In der Zelle ist das Enzym RNA-Nuclease zu finden. Es zerlegt RNA-Moleküle in ih-re einzelnen Nucleotide. 24. Fertigen Sie eine Skizze eines RNANucleotids an beschriften Sie die Be-standteile. 25. Geben Sie an, wann und wo dieses Enzym in der Zelle zum Einsatz kommen könnte. 26. Das Schema zeigt den Weg von der DNA zum Protein, in diesem Fall dem Enzym RNA-Nuclease. Benennen Sie die mit Ziffern gekennzeichneten Strukturen. 27. Erläutern Sie, welche Probleme sich bei der Fertigstellung dieses Enzyms ergeben. �� 2 6 3 4 5 Genetik 121
