Genetik Grundbegriffe at Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

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Mitose - Prophase 

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Mitose - Cytokinese

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DNA Replikation - wesentliche Merkmale

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Nennen oder skizzieren und erklären Sie die wesentlichen Vorgänge bei der
DNA-Replikation. Gehen sie dabei die auf folgenden Begriffe ein: Primase,
Leitstrang, Folgestrang, DNA-Polymerase, Okazakifragmente.

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Nucleosom

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Heterochromatin

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Dosiskompensation

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3 Meiose Effekte

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Was geschieht mit den Primern?

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Wesentliche Merkmale der DNA Synthese


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Dosiskompensation

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Die X-Inaktivierung des 2. X-Chromosoms in Säugern

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Genetik Grundbegriffe

Mitose - Prophase 

Die Zellorganellen bilden sich zurück und zerfallen, die Chromosomen verdichten sich und werden in dieser Phase erstmals lichtmikroskopisch sichtbar. Die verdoppelten Zentrosomen wandern zu den entgegengesetzten Seiten des Zellkerns. Zwischen ihnen entsteht der Spindelapparat.

Genetik Grundbegriffe

Mitose - Cytokinese

die Zellbestandteile werden auf die entstandenen Zellen verteilt und fehlende Organellen neu gebildet. Das Zytoplasma wird an der Einschnürungsstelle getrennt und es entstehen zwei Tochterzellen.

Genetik Grundbegriffe

DNA Replikation - wesentliche Merkmale
- semi konservativ, diskontinuierlich 
- verläuft in 5´- 3´ Richtung (neue Nukleotide werden immer an ein 3´OH Ende geheftet)
- DNA Stränge verlaufen antiparallel

Genetik Grundbegriffe

Nennen oder skizzieren und erklären Sie die wesentlichen Vorgänge bei der
DNA-Replikation. Gehen sie dabei die auf folgenden Begriffe ein: Primase,
Leitstrang, Folgestrang, DNA-Polymerase, Okazakifragmente.
Während der Initiation muss der parentale Doppelstrang lokal entwunden werden (durch Helikase), dies ermöglicht es einer Primase, die ersten RNA Primer zu synthetisieren. Es kommt zur Ausbildung einer Replikationsblase bezeichneten Struktur. Diese wird durch eine helikase vermittelte Entwindung vergrössert. Es entstehen somit zwei Replikationsgabeln, die während der Elongation in entgegengesetzte Richtungen wandern (bidirektionale Replikation).
Letztendlich werden die neu entstandenen DNA DStr. im Laufe der Termination voneinander getrennt und auf die Tochterzellen verteilt. Durch antiparallelen Verlauf und entgegengesetzer Polarität gibt es einen Leitstrang und einen Folgestrang welcher durch ansetzende RNA - Primer und sogenannten Okazaki Fragmenten etwas langsamer hergestellt wird (denn die DNA Polymerase III kann nur in 5´-3´ Richtung ablesen und heftet neue Desoxynukleotide ans 3´OH Ende ). DNA Stücke werden nun in folgendem Schritt miteinander verknüpft  durch Ligase.

Bei Proka: Origin - Bindung einens Initiatorproteins an genau definierter Stelle (Replikationsursprung, Einleitung der Replikation)

Genetik Grundbegriffe

Nucleosom
bezeichnet man die Einheit von DNA und einem Histonoktamer. Das Oktamer besteht aus je zwei Exemplaren der Proteine H2A, H2B, H3 und H4 (also insgesamt 8!). Um so einen Proteinkomplex sind 146 oder 147 Basenpaare der DNA als linksgängige Superhelix gewunden
- erste Verpackungsstufe der DNA im Zellkern eukaryotischer Zellen - zusammen Chromatin
- H1 liegt ausserhalb des Histons

Genetik Grundbegriffe

Heterochromatin
- wird verdichtetes Chromatin im Zellkern bezeichnet, das sich gut anfärben lässt
- die DNA liegt in stark an Histon- und Nichthiston-Proteine gebundener Form vor.
- Dadurch bleibt die Erbinformation weitgehend inaktiv

Genetik Grundbegriffe

Dosiskompensation
Bei eventuell generell allen Säugetieren wird eines der beiden weiblichen X-Chromosomen inaktiviert. Das inaktive X-Chromosom erfährt dabei eine Reihe von Veränderungen, die es zum lichtmikroskopisch nachweisbaren Barr-Körperchen machen.
- liegt in einem der Geschlechter ein Chromosom zweimal vor wird verhinert, dass hier auch doppelt so viel Genprodukt wie im anderen Geschlecht erzeugt wird.
- Dosiskompensation selbst ist nicht geschlechtsbestimmend
- X- Inaktivierung: Prozess, bei dem ein X-Chromosom ganz oder weitgehend stillgelegt wird, so dass von diesem Chromosom keine Genprodukte mehr erstellt werden

Genetik Grundbegriffe

3 Meiose Effekte
1. Der diploide Chromosomensatz wird auf den haploiden reduziert
2. Die Verteilung der vom Vater oder der Mutter stammenden Chromosomen während der Anaphase Ierfolgt zufällig
3. Während der meiotischen Prophase kommt es zum Austausch von Chromatidensegmenten (crossing over) zwischen den Nicht Schwester Chromatiden

Genetik Grundbegriffe

Was geschieht mit den Primern?
Die Primer werden durch die 5´->3´-Exonukleaseaktivität der DNA-Polymerase abgebaut und dabei durch DNA ersetzt, dies erledigt die DNA-Polymerase I, die nachgeschaltet arbeitet. Für die eigentliche Replikation ist die DNA Polymerase III zuständig.

Genetik Grundbegriffe

Wesentliche Merkmale der DNA Synthese


• nur in 5‘-3‘ Richtung
• es wird eine Matritze (ein Template) benötigt
• RNA-Primer mit 3‘OH
• dTTP, dCTP, dATP und dGTP werden benötigt


Genetik Grundbegriffe

Dosiskompensation
bezeichnet in Organismen mit dem XY-Mechanismus der Geschlechtsbestimmung primär die Ausbalancierung unterschiedlicher Zahlen an X-Chromosomen zwischen Weibchen und Männchen. In Fruchtfliegen wird die Transkription der Gene des männlichen X-Chromosoms ca. 2fach aufreguliert. In Nematoden wird die Expression von Genen auf beiden XChromosomen halbiert. In Säuger-Weibchen wird die Transkription eines der beiden X-Chromosomen weitestgehend unterbunden. Dies bezeichnet man als X-Chromosomen Inaktivierung, oder X-Inaktivierung.

Alle 3 Typen von Dosiskompensationsmechanismen (in Säugern, Fruchtfliege, Nematoden) hängen vom ‘‘X-zu-Autosomenverhältnis’’ (X:A) ab, welches den epigenetischen Prozess nur startet, wenn X:A = 0.5 in Fruchtfliegen oder X:A ≥1.0 in Nematoden und Säugern ist.

Genetik Grundbegriffe

Die X-Inaktivierung des 2. X-Chromosoms in Säugern
geht von einem Xinaktivierenden Zentrum (XIC) aus. Dort werden die nichtkodierenden RNAs Tsix und Xist transkribiert, die in der X-Inaktivierung eine zentrale Rolle spielen.

Die Xist RNA bedeckt das zu inaktivierende Chromsom (Xi) in cis und rekrutiert modifizierte Histonkomplexe entlang des Chromosomes, die zu einem epigenetischen Silencing führen. Xist wird nur hergestellt wenn X:A ≥1.0, die Zahl der Xist RNA Foci folgt dabei der ‘‘n-1’’ Regel in diploiden Zellen (n = Zahl der X-Chromosomen).

• Xist RNA besitzt ein spezielles repetetives Sequenzmotiv an ihrem 5’ Ende, welches das Protein PRC2 bindet (= Polycomb repressive complex 2)
• da Xist am X-Chromosom liegt, kommt PRC2 ebenfalls dorthin
• PRC2 verändert die Histonproteine, insbesondere trimethyliert es das Histon H3 an der Position Lysin 27 (→ H3K27me3)
• So verändertes Histon ist transkriptionell inaktiv (heterochromatinisiert, „silent“)

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