Bio4 at Universität Erlangen-Nürnberg

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Definieren Sie die Begriffe: Gen, Genom, Stopp-Codon, Operon, Terminator

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Definieren sie die verschiedenen Arten einer Punktmutation

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Was ist ein Plasmid? Zählen Sie fünf typische Eigenschaften von Plasmiden auf.

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Geben Sie typische Eigenschaften von konjugativen Plasmiden und typische Eigenschaften von Restistenzplasmiden an.

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Geben Sie drei Mutationen in einem Strukturgen an, die mit großer Wahrscheinlichkeit zu einem neuen Phänotyp führen.


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Wie werden Plasmide auf die Tochterzellen verteilt? 

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Definieren Sie die Begriffe: Linking Number, negative/ positive Superhelikalität, Tropoisomere, Gyrase

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Wie funktioniert die Termination der Transkription bei Bakterien? 


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Definiere die Begriffe Viren, Prionen, Phagen und Viroide

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Definieren Sie die Begriffe Virusoide, Virion und Retrovirus

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Was sind die Transkriptionseinheiten in Prokaryonten?

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Welche Enzyme können die Superhelikalität verändern, welche davon brauchen Energie und was ist ihr Energieträger?

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Bio4

Definieren Sie die Begriffe: Gen, Genom, Stopp-Codon, Operon, Terminator

Gen: 

Abschnitt der DNA als lokalisierter Träger einer Erbanlage, eines Erbfaktors, der die Ausbildung eines bestimmten Merkmals bestimmt, beeinflusst. Codierender Abschnitt auf der DNA für ein Protein (mRNA) oder nicht-codierende RNAs(t/r/sRNA)


Genom:

einfacher Chromosomensatz einer Zelle, der deren Erbmasse darstellt  


Operon:

Als Operon bezeichnet man eine Funktionseinheit der prokaryotischen DNA.

Ein Operon besteht aus:

  • Promotor
  • ein oder mehrer Operator(en)
  • Strukturgene

In den meisten Fällen kodieren diese Gene für Proteine, die in ihrer Funktion dem selben Zweck dienen.

Mehrere Strukturgene in einer Transkriptionseinheit, die gemeinsam exprimiert und reguliert werden. Bilden 1 polycistronische mRNA.


Stopp-Codon:

In der Genetik versteht man unter Stopcodon ein Basentriplett (Codon) der DNA bzw. RNA, das keine passende tRNA besitzt und so zum Abbruch der Translation und Proteinbiosynthese in einer Zelle führt.

Das komplementäre Gegenstück zum Stopcodon ist das Startcodon, das den Beginn einer Translation festlegt.

Auch Nonsense-Codon genannt, besitzt keine tRNA -> führt zu Strangabbruch in der Translation und Beendigung der Proteinsynthese.


Terminator:

Signalstruktur auf der DNA, die das Ende einer genetischen Sequenz markiert und den Vorgang der Transkription beendet.

DNA Sequenz, die das Ende eines Gens oder Operons markiert.

zB Stem-Loop un Poly-U-Sequenz. Die führt zu Beendigung de Transkription.

Bio4

Definieren sie die verschiedenen Arten einer Punktmutation

Transition: Austausch einer Purinbase gegen eine andere oder Austausch einer Pyrimidinbase gegen eine andere


Transversion: Austausch einer Purinbase gegen eine Pyrimidinbase und andersrum 

>> Missense (andere AS)

>> Nonsense (Stopcodon)

>> Stille Mutation (Gleiche AS aber anderes Codon) 


Deletion: Verlust von Basen 

Insertion: Einschub von Basen

>> Deletion und Insertion verschieben den Leserahmen = frame shift


Reversion: Mutation an der gleichen Stelle wie die erste stellt den Wildtyp wieder her


Suppression: Mutation an einer anderen Stelle wie die erste stellt Wildtyp wieder her

>> intragenisch: auf dem gleichen Gen 

>> intergenisch: auf einem anderen Gen

Bio4

Was ist ein Plasmid? Zählen Sie fünf typische Eigenschaften von Plasmiden auf.

Definition:

genetische Elemente, die unabhängig vom Chromosom existieren und replizieren.


Eigenschaften:

  • i.d.R ringförmige DNA Elemente, oder linear
  • i.d.R doppelsträngige DNA, auch einzelsträngige möglich 
  • im Cytoplasma, nicht im Nucleoid
  • Replikation ~10x schneller als Chromosom (geringere Größe)
  • bieten Selektionsvorteile für den Wirt in bestimmten Lebensräumen, sie kodieren zB: Antibiotika- und Schwermetallresistenzen, Toxine, Enzyme zur Verwertung alternativer Kohlenstoffquelle usw
  • Ori = Origin, Beginn für Transkription
  • wichtige Werkzeuge in der Gentechnik/ Molekularbiologie 
  • Größe: 1.000-10.000 Basenpaare

Bio4

Geben Sie typische Eigenschaften von konjugativen Plasmiden und typische Eigenschaften von Restistenzplasmiden an.

Konjugative Plasmide: 

F-Plasmide= Fertilitätsplasmide

  • werden durch Konjugation zwischen Bakterien übertragen 
  • enthalten tra-Gene (transfer) zur Übertragung des Plasmids auf andere Zelle (Konjugationsfunktionen)
  • geringe Kopienzahl: 2-3/Zelle
  • zwei ori's: oriV = Replikation; oriT = Übertragung einzelsträngiger DNA auf andere Zelle
  • können in Chromosom integrieren: Hfr-Stämme (high frequency of recombination)
  • Tragen Insertionssequenzen und Transposons


Resistenzplasmide:

R-Plasmide = Resistenzplasmide

  • Vermitteln Resistenzen gegen Antibiotika und Schwermetalle
  • besitzen eine tra-Region (Konjugationsfunktionen)

Bio4

Geben Sie drei Mutationen in einem Strukturgen an, die mit großer Wahrscheinlichkeit zu einem neuen Phänotyp führen.


Punktmutationen: Unterscheidung von Punktmutationen nach Art der Veränderung von Codons 

  • Transition: Austausch einer Purinbase gegen eine andere Purinbase bzw. einer Pyridinbase gegen eine andere Pyridinbase 
  • Transversion: Austausch einer Purinbase gegen eine Pyridinbase oder umgekehrt
  • Deletion: Verlust von Base
  • Insertion: Einschübe von Basen


Spontane Leserastermutation: Verlust oder Einschub von 1 oder 2 Basen führt zu einer Verschiebung des Leseraster und damit zu einer völlig veränderten Proteinsequenz

 

Segmentmutationen: Größere Deletionen, Insertionen, Inversionen und Duplikationen von längeren DNA-Sequenzen sind umfangreichere Veränderungen, bei denen in der Regel keine Rückmutation (Reversion oder Suppression) stattfindet. 

  • Reversion: Zweite Mutation an Stelle erster Mutation, die Genotyp des Wildtyp wieder herstellt
  • Suppression: Zweite Mutation an anderer Stelle als erste Mutation, die Phänotyp des Wildtyps wiederherstellt
  • Inversion: Eine Inversion liegt dann vor, wenn ein DNA-Segment herausgelöst, um 180 Grad gedreht und wieder eingesetzt wird
  • Duplikation: DNA-Segment wird verdoppelt und an anderer Stelle zusätzlich eingesetzt.
  • Translokation: Mutation bei der ein DNA-Segment der chromosomalen DNA an einen anderen Ort des Genoms verlegt wird.

Bio4

Wie werden Plasmide auf die Tochterzellen verteilt? 

  1. Komplexbildung zur Partitionierung der Plasmide
  2. Plasmid Separation in Zellhälften 
  3. Plasmide auf Tochterzellen verteilt


Besonders wichtig bei der Verteilung von low copy Plasmiden

Bio4

Definieren Sie die Begriffe: Linking Number, negative/ positive Superhelikalität, Tropoisomere, Gyrase

Linking Number α:

Zahl der Kreuzungspunkte bzw. Windungen in der DNA-Doppelhelix

α0 linking number für den entspannten Zustand.


negative Superhelikalität:

=rechtsgängige Verdrillung/ Unterwindung

Linking number α < α0


positive Superhelikalität:

=linksgängige Verdrillung/ Überwindung 

Linking number α > α0


Topoisomere:

Topoisomerasen sind Enzyme, welche die DNA transient aufbrechen und dadurch die Topologie, d.h. die räumliche Anordnung von geschlossenen DNA-Molekülen verändern. Sie gehören zu den Isomerasen, welche die Gruppe V der EC-Klassifikation bilden. 

Sie führen somit zur Verdrillung der DNA.

Beschrieben für supercoiled zirkuläre DNA, haben gleichen chemischen Aufbau und Molekulargewicht, unterscheiden sich nur in der Geometrie der Doppelhelix (hier durch Verdrillung).


Gyrase:

Die Gyrase ist ein Enzym, das zur Entdrillung der DNA führt und ausschließlich in Bakterien und Archaea vorkommt.

Bio4

Wie funktioniert die Termination der Transkription bei Bakterien? 


Termination


intrinsischer Terminator: umgekehrte Wiederholungssequenzen (Palindrome) bilden in der DNA und nach Transkription in der DNA eine Stammschleifen-Struktur aus.

Stammschleifen-Struktur in der RNA unmittelbar vor Poly-U-Sequenz führt zur Termination


Transkriptionstermination: nach Terminator wird Poly-U-Bereich transkribiert

-> schwache RNA-DNA Bindung 

Sekundärstruktur stört RNA-Polymerase-Komplex 

->Komplex löst sich auf

Bio4

Definiere die Begriffe Viren, Prionen, Phagen und Viroide

Viren:

- =genetische Elemente (bestehend aus DNA oder RNA) 

- besitzen Proteinhülle (Kapsid) und akzessorische (Helfer-) Proteine

- eventuell eine Membranhülle ("envelope")

- replizieren abhängig vom Wirt, aber unabhängig vom Chromosom des Wirts


Prionen:

- ="Infektiöse" Proteine

- entstehen durch "unnormale" Umfaltung zellulärer Proteine

- Prionen sind keine Viren!


Phagen:

- =Subgruppe von Viren, die Bakterien und Archaeen als Wirte benutzen 

- =hochspezialisierte Parasiten 

- bilden zahlenmäßig riesige Biomassen ( ~10^30 Phagen im Meerwasser)


Viroide:

- bestehen aus kurzer RNA (200-400 Nukleotide), kodieren nicht für Proteine 

- sind in Pflanzen weit verbreitet  

Bio4

Definieren Sie die Begriffe Virusoide, Virion und Retrovirus

Virusoid:

- haben ein sehr kleines Genom, die aber im Gegensatz zu Viroiden auch für Proteine kodieren können

- besitzen eine aus Proteinen aufgebaute Hülle (Kapsid)

- benötigen andere Viren, um replizieren zu können

- Bsp: für ein humanpathogenes Virusoid = Hepatits D -> kann nur in Zellen replizieren, die bereits mit Hepatitis-B-Virus infiziert sind


Virion:

- =extratelluläre Form eines Virus, die als sog. Viruspartikel vorliegt

- im Viruspartikel ist die Nukleinsäure von einer Proteinhülle umgeben 

- bei manchen Virustypen -> Lipidmembran 


Retrovirus:

- =tierische RNA-Viren, die über ein DNA-Zwischenprodukt replizieren 

- verwenden dazu ein Enzym "Reverse Transkriptase"

- zu ihnen gehören Erreger bestimmter Krebserkrankungen und HIV


Bio4

Was sind die Transkriptionseinheiten in Prokaryonten?

Monocistronische Transkriptionseinheit

-> Promotor, Strukturgen A, Terminator 


Polycistronische Transkriptionseinheit 

-> Operator, Strukturgen X, Strukturgen Y, Strukturgen Z, Terminator 

=Operon (Immer von Startcodon zu Stopcodon, Startcodon -Stopcodon) 

Bio4

Welche Enzyme können die Superhelikalität verändern, welche davon brauchen Energie und was ist ihr Energieträger?

Topoisomerase I:

führt zu Einzelstrangbrüchen (ssDNA), überspiralisiert die DNA.

Sie ist ATP-Unabhängig und nutzt die konservierte Energie der zuvor gespaltenen Bindung


Topoisomerase II / Gyrase:

Führt Doppelstrangbrüche (dsDNA Brüche) ein, überspiralisiert die DNA negativ

Verbraucht ATP als Energiequelle

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