Login Anmelden

Select your language

Suggested languages for you:
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Molekularbiologie

Molekularbiologie

Wie groß ist der Unterschied zwischen Affen und Menschen eigentlich wirklich? Auf diese und weitere Fragen der Evolutionsforschung findet die vergleichende Molekularbiologie eine Antwort.

Molekularbiologie Definition

Wie lässt sich Molekularbiologie definieren?

Die Molekularbiologie beschäftigt sich mit den molekularen Grundlagen der DNA und RNA, aber auch mit der Proteinzusammensetzung eines Lebewesens. Die Replikations-, Transkriptions- und Translationsmechanismen sind deshalb essenziell in der Molekularbiologie.

Die Basis molekularbiologischer Untersuchungen sind DNA, RNA und Proteine. DNA und Proteine können dabei als Vergleichsstrukturen dienen.

Du willst genaueres zu DNA und Proteinen wissen? Dann schau doch bei den jeweiligen Erklärungen vorbei! Genauso kannst Du Informationen zu den Ähnlichkeiten von DNA und Proteinen finden.

Vergleichende Molekularbiologie

Von vergleichender Molekularbiologie spricht man, wenn der Einsatz molekularbiologischer Verfahren darauf abzielt, Verwandtschaftsverhältnisse zwischen verschiedenen Spezies zu ermitteln. Es handelt sich insofern also um ein spezielles Anwendungsgebiet, in dem Lebewesen auf molekularer Ebene miteinander verglichen werden.

Die vergleichende Molekularbiologie ist sehr bedeutend für die Paläontologie, da diese die Weiterentwicklung von Leben im Rahmen der Evolution genauer untersucht.

Aufgaben der Molekularbiologie

Zur Molekularbiologie gehört, wie oben genannt, die vergleichende Molekularbiologie, die dabei hilft, die Evolution besser nachzuvollziehen.

Damit im Zusammenhang steht die Genetik als weiteres Einsatzgebiet der Molekularbiologie. Die Erkenntnisse aus der Untersuchung von DNA, RNA und ihre Interaktionen können also insgesamt in ganz verschiedenen Bereichen von Nutzen sein. Dazu gehören:

  • Verbesserung des Verständnisses von grundlegenden Funktionen der Zelle und des Körpers, auch Krankheiten können so genauer erklärt und therapiert werden
  • Entschlüsselung des genetischen Codes
  • Aufstellung von Stammbäumen von Spezies
  • Auffinden von genetischen Krankheitsursachen
  • Gentechnik inkl. Gentherapie
Die Molekularbiologie vereint Gebiete aus Biologie, Genetik, Chemie und Biochemie.

Molekularbiologie Genetik

Ein Teilgebiet der Molekularbiologie ist die Molekulargenetik. Sie betrachtet Vererbung, Vervielfältigung und Expression von Erbgut (DNA). Dabei ist der Fluss von Informationen ausgehend von der DNA hin zu Proteinen besonders relevant. Er wird im sogenannten zentralen Dogma der Molekularbiologie zusammengefasst.

Der Begriff Dogma impliziert, dass es sich um einen unumstößlichen Lehrsatz handle. Dies ist jedoch nicht der Fall, weshalb die Bezeichnung heute kritisch betrachtet wird. Viel mehr handelt es sich um eine zentrale Hypothese oder Theorie, die widerlegt werden könnte.

Über die Transkription wird mit DNA als Vorlage eine mRNA erstellt. Diese dient dann in der Translation als Grundlage für die Zusammensetzung eines Proteins. Jedes Basentriplett (Codon) kodiert dabei für eine Aminosäure. Über reverse Transkription kann aus mRNA wieder auf DNA rückgeschlossen werden. Eine Rückkehr von Proteinen zu mRNA ist jedoch nicht möglich.

Methoden der Molekularbiologie

Die Methoden der vergleichenden Molekularbiologie sollen zeigen, wie nah zwei verschiedene Spezies miteinander verwandt sind. Die Verwandtschaftsanalyse kann auf der Ebene der DNA und der Proteine erfolgen. Die verschiedenen Techniken vergleichen also entweder eine Aminosäure- oder DNA-Sequenz.

Vergleich von Proteinen

Bei der Gegenüberstellung von Proteinen handelt es sich um einen Aminosäuresequenzvergleich. Er wird oft für die Verwandtschaftsanalyse eingesetzt.

Wenn man davon ausgehen kann, dass alle Lebewesen von einem gemeinsamen Vorfahren stammen, sollten sich die Aminosäuresequenzen bei unterschiedlichen Arten ähneln. Je näher verwandt die Lebewesen, desto weniger Unterschiede gibt es in der Aminosäuresequenz. Die Veränderungen der Aminosäuresequenz treten durch Mutationen auf.

Typische Proteine, an denen man die Aminosäuresequenz vergleichen kann, sind z. B. Insulin und Cytochrom C, denn sie kommen bei fast allen Lebewesen vor.

Methoden zum Aminosäuresequenzvergleich sind unter anderem der Edman-Abbau und der Serum-Präzipitin-Test.

Edman-Abbau

Beim Edman-Abbau wird die Aminosäuresequenz direkt nachgewiesen. Ein Protein wird fragmentiert, also in kleinere Abschnitte zerlegt, und dann dessen endständige Aminosäure abgespalten. Die abgespaltene Aminosäure kann über weitere Reaktionen festgestellt werden. Dies geschieht so oft, bis das ganze Protein sequenziert ist.

Serum-Präzipitin-Test

Der Serum-Präzipitin-Test ist ein Antigen-Antikörper-Test, der die Übereinstimmung von Proteinen prüft. Mit einem solchen Test kann die immunologische Verwandtschaft verschiedener Tiere nachgewiesen oder widerlegt werden. Dazu werden die Eigenschaften verschiedener Blutbestandteile ausgenutzt.

Das Blutplasma ist der Anteil des Blutes, der keine Zellen beinhaltet. Das Plasma entsteht, wenn eine Blutprobe zentrifugiert wird.

Das Blutserum entsteht, nachdem aus dem zellfreien Plasma ebenfalls alle Gerinnungsfaktoren entfernt wurden.

Wie wird ein Präzipitintest durchgeführt? Im folgenden Beispiel wird die Untersuchung mit menschlichem Blut durchgeführt, es ist aber auch auf jegliche andere Spezies übertragbar.

  1. Einem Menschen wird Blut entnommen.
  2. Das geronnene Blut wird zentrifugiert, sodass das Serum als Überstand verbleibt.
  3. Das Serum wird einem anderen Lebewesen injiziert. Meistens handelt es sich um Kaninchen oder Hühner. Diese Organismen entwickeln Antikörper gegen menschliche Serum-Bestandteile.
  4. Nach einigen Wochen wird den Tieren Blut abgenommen. Hier wird wieder gewartet, bis sich das flüssige Serum vom Plasma getrennt hat.
  5. Sollte dieses Serum wieder mit menschlichem oder tierischem Blut vermischt werden, entsteht eine Ausfällung. Die Ausfällung entsteht dadurch, dass die Antigene im Blut mit Antikörpern bekämpft werden. Je näher die Verwandtschaft, desto größer ist die Ausfällung.

Ein Präzipitintest ist allerdings sehr ungenau und liefert keine konkreten oder manchmal sogar widersprüchliche Ergebnisse. Das liegt vorwiegend daran, dass die Ergebnisse je nach Referenztier stark voneinander abweichen können. Heutzutage verwendet man deshalb stattdessen die DNA-Sequenzierung oder andere Methoden der Aminosäuresequenz-Analyse.

Vergleich von DNA

Weitere Methoden arbeiten auf Ebene der DNA bzw. manchmal auch der RNA. Dazu muss das genetische Material zunächst aufbereitet werden. Danach ist es bereit für verschiedene Sequenzierungstechniken.

Sequenzierungstechniken werden genutzt, um die Basenabfolge eines DNA-Fragments zu identifizieren.

Vorbereitung des genetischen Materials

Die DNA durchläuft verschiedene Schritte, bei denen z. B. ein gewünschter Abschnitt extrahiert und vervielfältigt werden kann.

DNA-Restriktion

Meistens wird für die Forschung nur ein bestimmtes Gen oder ein Gen-Abschnitt benötigt. Um an diese zu gelangen, wird auf DNA-Restriktion zurückgegriffen. Dabei wird die DNA mithilfe einiger Restriktionsenzymen in Abschnitte geteilt. Der Vorteil von Restriktionsenzymen ist, dass diese eine bestimmte Basenabfolge erkennen können. Sie können den DNA-Strang an dieser Stelle durchschneiden.

Restriktionsenzyme sind sogenannte molekulare Scheren, die die isolierte DNA in Stücke schneiden.

Aus den verschiedenen DNA-Abschnitten nimmt man sich das spezifische Stück, worauf das gesuchte Gen liegt. Die DNA-Stücke werden in diesem Fall mithilfe der Gelelektrophorese nach der Länge sortiert.

Polymerase-Kettenreaktion

Die weitere Vorbereitung erfolgt meist mithilfe einer PCR (Polymerase Chain Reaction).

Die Polymerase Chain Reaction – auch Polymerase-Kettenreaktion – ist ein enzymabhängiges Verfahren, um bestimmte Gen-Sequenzen innerhalb einer DNA-Kette zu vervielfältigen. Die spezifischen DNA-Abschnitte werden später für andere Prozesse gebraucht.

In dem Verfahren der PCR wird ein doppelsträngiger DNA-Abschnitt benötigt, welcher die gesuchte Gen-Sequenz enthält. Damit die Vervielfältigung durchgeführt werden kann, werden zwei Primer, sogenannte Oligonukleotide, eingesetzt. Diese binden an den Anfangs- und Endpunkten des DNA-Abschnitts. Die Oligonukleotide sind zwischen 15 und 25 Basen lang. Ihre Aufgabe ist es, den Bereich, der vervielfältigt werden soll, zu begrenzen.

Für die PCR werden zusätzlich Desoxynukleosidtriphosphate (für den Neuaufbau der DNA-Stränge), Ionen und Puffer benötigt.

Die PCR ist ein zyklischer Prozess und wird in einem Thermocycler durchgeführt. Eine durchschnittliche PCR hat zwischen 25 und 40 Zyklen, wobei in jedem Zyklus die Menge der DNA verdoppelt wird. Die PCR wird in drei Schritten durchgeführt und jeder Schritt dauert etwa 30 Sekunden:

  1. Denaturierung
  2. Hybridisierung/ Anlagerung der Primer (Annealing)
  3. Verlängerung (Elongation)

Ein Thermocycler ist ein Gerät, das die Temperaturzyklen einer PCR selbstständig steuern kann.

Damit die DNA denaturieren oder schmelzen kann, wird ein PCR-Ansatz auf ca. 95 °C erwärmt. Dabei werden die Wasserstoffbrücken zwischen der beiden Strängen der DNA gespalten. Danach liegen komplementäre Einzelstränge vor.

Anschließend wird die Temperatur auf 55 bis 65 °C gesenkt. Der passende Primer kann an den beiden DNA-Einzelsträngen binden. Die Voraussetzung für eine erfolgreiche Anlagerung der Primer ist, dass die Sequenz der Primer mit der Basenabfolge des DNA-Strangs übereinstimmt. Sonst kann keine Anlagerung erfolgen.

Die Temperatur wird wieder erhöht. Dieses Mal auf 68 bis 72 °C. Diese Temperatur bietet die optimale Arbeitstemperatur für die spezielle DNA-Polymerase, wodurch die Synthese beschleunigt wird. Somit kann sich die DNA-Polymerase an die Primer anlagern. Zu dem neuen Strang fügt die DNA-Polymerase komplementäre Nukleotid-Bausteine hinzu.

Der Reaktionsansatz wird anschließend auf etwa 95 °C erhitzt. So kann ein neuer PCR-Zyklus beginnen.

Es gibt verschiedene Varianten der PCR. Dazu gehört auch die quantitative PCR (kurz qPCR). Neben der reinen Vervielfältigung findet dabei auch eine Messung der Menge des genetischen Materials statt.

Restriktionsfragmentlängenpolymorphismus

Diese kompliziert klingende Methode wird beispielsweise bei forensischen Untersuchungen oder für Vaterschaftstests angewendet. Sie dient dabei der Bestimmung eines individuellen genetischen Fingerabdrucks.

Mit einer PCR wird die DNA amplifiziert. Danach kommt das oben beschriebene Prinzip der Restriktionsenzyme zum Einsatz. Bei jedem Individuum entstehen nach Hinzugabe der Enzyme verschieden lange Fragmente, da sich die vorhandenen Schnittstellen in der DNA unterscheiden. Ordnet man die Fragmente mithilfe einer Gelelektrophorese der Länge nach, so entsteht ein spezifisches Muster. Die Technik eignet sich sehr gut, um die DNA aus zwei Proben miteinander zu vergleichen.

Bei einer Gelelektrophorese werden Moleküle in einem elektrischen Feld entsprechend ihrer Größe getrennt. DNA ist negativ geladen und wandert deshalb in Richtung Anode. Im Gel befinden sich Poren, die eine Art Sieb bilden. Dieses ist für kleinere DNA-Abschnitte leichter zu passieren als für große, entsprechend gelangen sie am weitesten zum positiven Pol.

DNA-Sequenzierung nach Sanger

Die DNA-Sequenzierung ist ein Analyseverfahren, welches die Basenabfolge der DNA bestimmt. Dieses Analyseverfahren wird benutzt, um die Erbinformation von Lebewesen zu entschlüsseln. Zur DNA-Sequenzierung stehen eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung

Die Sanger-Sequenzierung kennt man auch als Didesoxymethode oder Kettenabbruchmethode. Heutzutage wird sie allerdings nicht mehr ganz so häufig angewendet, weil auch neuere Methoden wie die Pyrosequenzierung (Next Generation Sequencing) zur Verfügung stehen.

Näheres über die DNA-Sequenzierung nach Sanger kannst Du in der Erklärung Sanger-Sequenzierung erfahren!

Wie wird die Sanger-Sequenzierung durchgeführt?

1. Schritt: Denaturierung

Da die DNA als ein Doppelstrang vorliegt, wird sie erst aufgetrennt, indem sie auf etwa 90 °C für eine Minute erhitzt wird. Dadurch zerstört die Hitze die vorliegenden Wasserstoffbrücken zwischen den Basen. So werden die Doppelstränge getrennt und es liegen dann zwei Einzelstränge vor. Einer der beiden DNA-Stränge wird als Matrize verwendet.

2. Schritt: Anlagerung der Primer

Ein künstlicher Primer setzt sich an das 3'-Ende des Einzelstrangs. Der Primer legt durch seine Bindung an einer bestimmten Stelle am Matrizenstrang den Startpunkt der Synthese fest.

3. Schritt: Generierung der DNA-Fragmente

Damit DNA-Fragmente im Labor hergestellt werden können, werden einige spezifische Stoffe benötigt:

  • die vorher erstellten Matrizen mit Primern
  • Nukleotide in Form von dNTP und ddNTP von verschiedenen Basen
  • das Enzym DNA-Polymerase, welches die DNA aus den Nukleotiden synthetisiert

Um einen komplementären Strang zum Matrizenstrang zu synthetisieren, werden Nukleotide mit den vier Basen (A, T, G, C) gebraucht. Es werden vier identische Reaktionsmedien hergestellt, um später die Basen zu unterscheiden. Die Reaktionsmedien beinhalten eine Matrize mit angelegtem Primer und Desoxynukleotidtriphosphate (dNTPs) der vier Basen.

Zusätzlich werden Abbruchnukleotide (Didesoxynukleotidtriphosphate, ddNTPs) hinzugefügt, welche die Synthese der komplementären Strangs anhalten sollen. Jedes Reaktionsmedium enthält eine andere Art eines Abbruchnukleotids.

Ein Reagenzglas beinhaltet mehrere Adenin-ddNTPs (ddATP), ein anderes mehrere Thymin-ddNTPs (ddTTP), das nächste viele Cytosin-ddNTPs (ddCTP) und das letzte Reagenzglas beinhaltet Guanin-ddNTPs (ddGTP).

In dem Reagenzglas, wo ddGTP hinzugefügt wurde, wird nur nach Guanin abgebrochen. Das bedeutet, dass das letzte Nukleotid des vorliegenden DNA-Strangs immer Guanin ist.

Ähnlich zum Ablauf der DNA-Replikation werden komplementäre DNA-Nukleotide mithilfe der DNA-Polymerase an die Matrize gesetzt. Die Synthese beginnt am Primer. Solange die DNA-Polymerase kein Abbruchnukleotid findet, kann diese weiter arbeiten. Am Ende wird die Synthese durch ein ddNTP beendet. Da die ddNTPs immer an verschiedenen Stellen an dem DNA-Strang liegen, entstehen immer unterschiedlich lange DNA-Fragmente.

Die DNA-Fragmente in einem Reagenzglas enden immer mit der gleichen Base.

4. Bestimmung der Basenabfolge

Am Ende des Prozesses müssen die DNA-Doppelstränge erneut erhitzt werden, um die synthetisierten DNA-Fragmente von dem DNA-Einzelstrang zu entfernen. Die neuen Fragmente der DNA werden je nach Gewicht mit der Gelelektrophorese geordnet. Mithilfe der Position im Gel und den ddNTPs am Ende des Strangs kann nun die Basenabfolge abgelesen werden. An den Abbruchstellen sieht man dann, welche Abbruchnukleotide vermerkt wurden.

Next Generation Sequencing

Die Sanger-Sequenzierung ist eine vergleichsweise aufwendige Methode, mit der nur kleinere DNA-Abschnitte entschlüsselt werden können. Effizienter arbeiten die Verfahren des Next Generation Sequencing, kurz NGS.

Next Generation Sequencing beschreibt eine Gruppe von Techniken, die DNA deutlich schneller sequenzieren können als herkömmliche Methoden wie die Sanger-Sequenzierung. Sie sind zudem kostengünstiger und laufen meist automatisiert ab.

Beim NGS werden zunächst viele DNA-Fragmente erzeugt, die vervielfältigt werden. Viele Sequenzierungen können parallel ablaufen, was die Verfahren sehr effizient macht. In der Regel werden stattfindende Basenpaarungen detektiert und anschließend analysiert.

Ein Beispiel für Next Generation Sequencing ist die Pyrosequenzierung. Kommt es zu einer Basenpaarung, wird zuvor gebundenes Pyrophosphat frei, was über verschiedene Reaktionen zur Entstehung eines Lichtblitzes führt, der elektronisch registriert wird.

DNA-Hybridisierung

Die DNA-Hybridisierung ist ebenfalls gut geeignet zur Analyse von Verwandtschaftsbeziehungen.

DNA-Hybridisierung ist eine Methode der vergleichenden Molekularbiologie, die auf der Zusammenlagerung zweier verschiedener DNA-Einzelstränge zu einem Doppelstrang basiert. Anhand der Bindungsstärke können Rückschlüsse auf die Verwandtschaft geschlossen werden.

Zu Beginn der DNA-Hybridisierung wird doppelsträngige DNA so hoch erhitzt, dass sich zwei Einzelstränge bilden. Man spricht dabei auch von Denaturierung. Nun werden Einzelstränge verschiedener Herkunft miteinander vermischt und die Temperatur so weit gesenkt, dass sich zwei komplementäre Stränge aneinander lagen können. Es bildet sich Hybrid-DNA, die Stränge unterschiedlicher Spezies beinhaltet.

Anschließend wird die DNA erneut erhitzt. Je höher der Verwandtschaftsgrad ist, desto später lösen sich die Wasserstoffbrücken wieder voneinander. Eng verwandte Spezies bilden stärkere Bindungen aus, da die DNA-Stränge mehr komplementäre Basenpaare enthalten. So lässt sich vom Zeitpunkt der Denaturierung auf die Verwandtschaft schließen.

Blotting

Die DNA-Hybridisierung kommt auch bei einem Verfahren namens Blotting zum Einsatz.

Blotting ist ein Verfahren, welches verwendet wird, um DNA- und RNA-Fragmente oder Proteine nach der Gelelektrophorese auf eine sogenannte Trägermembran zu übertragen. So werden sie biochemisch nachgewiesen.

Die Blotting-Technik funktioniert nicht nur für DNA, bei der die Verankerung in der Membran über DNA-Hybridisierung möglich ist, sondern auch für Proteine und RNA. Während man bei DNA vom Southern Blot spricht, gibt es den Western Blot für Proteine und den Northern Blot für RNA. Um einen Überblick zu geben, werden auch diese Blots hier mitbehandelt.

Die Methode des Blotting wurde von dem Molekularbiologen und Biochemiker Edwin Southern erfunden. Seine Absicht war, Gene zu isolieren. Er fand das Prinzip, das Elektrophoresesegel zu zerhacken, aufwendig und ineffektiv und suchte nach einem neuen Weg, Gene zu isolieren. Stattdessen transferierte er die zu isolierenden Gene auf eine Nitrocellulose-Membran. Anschließend wurde dies auf einem Röntgenfilm hybridisiert. Somit waren die Gene auf der Membran sichtbar.

Die anderen Verfahren wurden in Anlehnung an seinen Namen ebenfalls nach Himmelsrichtungen benannt.

Allgemein wird ein Gel, eine Membran aus Nylon oder Nitrozellulose und ein Transferpuffer gebraucht. Im Prinzip verlaufen alle Methoden gleich.

NameAblaufAusgangsmaterial
Southern BlotPrinzipiell wird die DNA, die untersucht werden soll, erst isoliert, dann mit Restriktionsenzymen behandelt. Danach werden die DNA-Fragmente mittels Gelelektrophorese nach Größe getrennt.Das Muster, das durch die Gelelektrophorese entstanden ist, wird auf eine Membran übertragen. Die Membran wird dann mit radioaktiv, chemisch oder fluoreszierend markierter DNA oder RNA inkubiert, um die Nukleinsäuren auf die Membran zu fixieren. Einzelstränge entstehen, wenn die Sonde erhitzt wird. Bei 40–60 °C wird die Sonde mit der Zielsequenz auf der Membran hybridisiert, während die ungebundenen Sonden ausgewaschen werden. Zuletzt wird ein Röntgenfilm auf die Membran gelegt. Die Bereiche der stattgefundenen Hybridisierung werden durch die β-Strahlung schwarz markiert.DNA
Northern BlotDurch das Northern Blotting ist es möglich, RNA-Sequenzen auf eine Membran zu übertragen. Nach einer Gelelektrophorese können spezifische RNA-Sequenzen auf der Membran markiert werden. Dazu ist ebenfalls eine Hybridisierung nötig.RNA
Western BlotDie Technik des Western Blot wird angewandt, um die Qualität und Menge bestimmter Proteingemische oder einzelner Proteine zu untersuchen. Es erfolgt ebenfalls eine Gelelektrophorese, im Anschluss werden die sortierten Proteine auf eine Membran übertragen. Sie können mithilfe von spezifischen Antikörpern nachgewiesen werden.Proteine

Molekularbiologie einfach erklärt

Wie lässt sich Molekularbiologie einfach erklären und so das oben erwähnte zusammenfassen? Molekularbiologie setzt sich mit DNA, RNA und Proteinzusammensetzung von Lebewesen auseinander. Um diese zu untersuchen, gibt es verschiedene Methoden, die auf DNA oder Proteinebene ansetzen können. Nutzt man sie, um Evolution und Verwandtschaftsverhältnisse besser nachvollziehen zu können, spricht man von vergleichender Molekularbiologie.

Die Einsatzgebiete der Molekularbiologie sind vielfältig und reichen von der Aufstellung von Stammbäumen bis hin zur Therapieentwicklung für verschiedene Krankheiten.

Molekularbiologie – Das Wichtigste

  • Molekularbiologie Definition: Molekularbiologie beschäftigt sich mit den molekularen Grundlagen der DNA und RNA, sowie der Proteinzusammensetzung von Lebewesen.
  • Vergleichende Molekularbiologie: Vergleichende Molekularbiologie dient der Ermittlung von Verwandtschaftsbeziehungen verschiedener Spezies, sie kann auf Ebene der DNA und Proteine ansetzen.
  • Molekularbiologie Genetik: Bedeutende Prozesse sind Replikation, Transkription und Translation (Dogma der Molekularbiologie).
  • Molekularbiologie Methoden: Wichtige Methoden auf Basis der Proteine sind der Edman-Abbau und der Serum-Präzipitin-Test. Zu Methoden auf Basis der DNA gehören u. a. die DNA-Sequenzierung (z. B. mittels Sanger-Sequenzierung oder NGS) und die DNA-Hybridisierung.

Nachweise

  1. viamedici.de: Elektrophorese, Analyse von Sequenzpolymorphismen, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung. (16.09.2022)
  2. viamedici.de: Gentechnik: Überblick. (16.09.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Molekularbiologie

Als Molekularbiologe sucht man nach Einsatzgebiete für die Gentherapie oder zelluläre Abwehrmechanismen gegen spezifische Krankheiten.

Ja, die Molekularbiologie ist ein Teilgebiet der Biologie.

Molekularbiologie ist ein Teilgebiet der Biologie und beschäftigt sich mit den Grundlagen der DNA, der Proteine und der RNA. 

Die Biochemie beschreibt die chemischen Vorgänge, die in den Lebewesen stattfinden. Das sind meist Stoffwechselvorgänge. 

Die Grenzen von Molekularbiologie zur Biochemie sind allerdings fließend und es gibt viele Schnittstellen.

Dank molekularbiologischer Daten ist es möglich, Krankheiten besser zu verstehen und die Wirkungsweise sowie die Entwicklung von Medikamenten zu verbessern. Die Sequenzierung der DNA und RNA liefert ebenfalls wichtige Informationen über Lebewesen. Auch die Evolution kann mittels vergleichender Molekularbiologie besser nachvollzogen werden.

Finales Molekularbiologie Quiz

Frage

Wieviele Basen unterscheiden sich zwischen Fliegen und der Bäckerhefe und was ist ihr nächster gemeinsame Vorfahre?


Stammbaum Bild


Antwort anzeigen

Antwort

  • 60 Mutationen
  • Ur-Cytochrom c der Eukaryotenzelle

Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet es, wenn eine Sequenz konserviert ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine konservierte Sequenz wurde im Laufe der Evolution nicht verändert, da sie wichtige Funktionen codiert.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Cytochrom c?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Protein in Mitochondrien
  • Elektronentransporter während der Zellatmung

Frage anzeigen

Frage

Was kann außer der Aminosäuresequenz an sich noch untersucht werden, um Übereinstimmungen zu ermitteln?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Basensequenz ist aufgrund des genetischen Codes die Grundlage für die Aminosäuresequenz und kann daher auch untersucht werden.

Frage anzeigen

Frage

Was wird bei einer DNA-Hybridisierung untersucht, um Übereinstimmungen in den Sequenzen zu ermitteln?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Schmelztemperaturen von hybridisierten Strängen werden im Vergleich zu normalen Strängen untersucht.

Frage anzeigen

Frage

Welche Methode für die Ermittlung einer Aminosäuresequenz wird heutzutage eher nicht mehr verwendet und welche wird am ehesten verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

  • früher: Edmann-Abbau
  • heute: DNA-Sequenzierung

Frage anzeigen

Frage

Welche dieser Aussagen über einen Präzipitintest sind korrekt?

Antwort anzeigen

Antwort

Blutserum enthält keine Blutkörperchen oder Thrombozyten

Frage anzeigen

Frage

Was passiert bei der Injektion von menschlichem Blutserum in Kaninchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Immunsystem erkennt die Proteine im menschlichen Serum als fremd und startet eine Immunabwehr gegen sie. Dabei werden Antikörper gebildet, die sie spezifisch binden können. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist der genetische Code?

Antwort anzeigen

Antwort

Im genetischen Code steht die Abfolge von 3 Basen für den Einbau von einer bestimmten Aminosäure in eine Polypeptid-Kette.

Frage anzeigen

Frage

Je näher zwei Organismen verwandt sind, desto...

Antwort anzeigen

Antwort

...höher ist die Schmelztempetur bei der DNA-Hybridisierung.

Frage anzeigen

Frage

Was ist wichtig für die Faltung und daher auch die spätere Funktion eines Proteins?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Aminosäuresequenz

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Monomeren besteht DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Nukleotide

Frage anzeigen

Frage

Welche Nukleinbasen gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

Adenin, Guanin, Cytosin, Uracil, Thymin

Frage anzeigen

Frage

Wie werden die Nukleotide in der DNA miteinander verknüpft?

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphorsäurediesterbindungen zwischen dem Phosphat eines Nukleotids und der Ribose des nächsten.

Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion hat DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

In DNA wird die Erbinformation gespeichert.

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Monomeren sind Proteine zusammengesetzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Proteinogene Aminosäuren

Frage anzeigen

Frage

Wie viele proteinogene Aminosäuren gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

21

Frage anzeigen

Frage

Wie werden Aminosäuren zu Proteinen verknüpft?

Antwort anzeigen

Antwort

Unter Wasserabspaltung reagiert die Carboxygruppe einer Aminosäure mit der Aminogruppe der nächsten. Es entsteht eine Peptidbindung.

Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion haben Proteine?

Antwort anzeigen

Antwort

Proteine haben sehr vielfältige Funktionen. Sie dienen u.a. als:


  • Enzyme
  • Rezeptoren und Ionenkanäle
  • Transportmoleküle (z.B. Hämoglobin im Blut zum Sauerstoff-Transport)
  • Hormone
  • Membranproteine, Bausteine des Zytoskeletts
  • Energiequelle (durch Abbau zu Aminosäuren)
  • Signalübertragung

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man den Teil der DNA, der in Proteine umgesetzt wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Ungefähr 2% der DNA ist codierende DNA.

Frage anzeigen

Frage

Welche Schritte hat die Genexpression?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Transkription
  2. RNA-Prozessierung
  3. Translation
  4. Posttranslationale Modifikation

Frage anzeigen

Frage

Was sind Transkriptionsfaktoren?

Antwort anzeigen

Antwort

Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die an DNA-Sequenzen binden und die Expression inhibieren oder aktivieren können.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele Nukleinbasen hintereinander codieren jeweils für eine Aminosäure, bilden also ein Codon?

Antwort anzeigen

Antwort

3

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für DNA-bindende Proteine.

Antwort anzeigen

Antwort

Histone, Transkriptionsfaktoren, Polymerasen, Reperaturenzyme

Frage anzeigen

Frage

Welche charakteristischen Strukturen für DNA-bindende Proteindomänen kennst du?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Helix-Turn-Helix
  • Zinkfinger
  • Leucin-Zipper

Frage anzeigen

Frage

Warum können sowohl DNA als auch Proteine in der vergleichenden Molekularbiologie genutzt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

DNA ist die Grundlage der Proteinstruktur, deshalb geben beide Moleküle Auskunft über spezifisches Erbgut und Verwandtschaft von Lebewesen.

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen zwei großen Methoden/Schritten besteht die DNA Sequenzanalyse?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Sequenzierung der DNA (molekularbiologische Methode)
  • Vergleich von DNA-Sequenzen (bioinformatische Methode)

Frage anzeigen

Frage

Welche dieser Methoden gehören zum next generation sequencing?

Antwort anzeigen

Antwort

Pyrosequenzierung

Frage anzeigen

Frage

Welche Komponenten werden für eine Sanger-Sequenzierung benötigt?

Antwort anzeigen

Antwort

  • DNA
  • DNA Polymerase
  • Primer
  • dNTPs (die vier Basen der DNA)
  • ddNTPs (speziell modifizierte Basen der DNA)

Frage anzeigen

Frage

Was Phänomen wird in der Biologie durch den Begriff Konvergenz beschrieben?

Antwort anzeigen

Antwort

Manche Lebewesen entwickeln sich ähnlich und bilden teilweise dieselben Merkmale aus, obwohl sie keine verwandten Arten sind. 

Das liegt daran, dass sie sich unter ähnlichen Bedingungen entwickelt haben und daher die gleichen Körpermerkmale ausbilden mussten.

Frage anzeigen

Frage

Was ist das Merkmal, durch das sich next generation sequencing von Sanger-Sequenzierungen unterscheidet?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Sequenzierung von mehreren Proben gleichzeitig
  • schnellere, günstigere, genauere Sequenzierung

Frage anzeigen

Frage

Welcher Faktor ist ausschlaggebend dafür, wie genau die Ergebnisse sind, wenn eine DNA mit einer Datenbank abgeglichen wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Je mehr Einträge eine Datenbank bisher hat, desto genauer sind die Ergebnisse (da eine Probe mit mehr Einträgen verglichen werden kann).

Frage anzeigen

Frage

Wofür kann die DNA Sequenzanalyse genutzt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ermittlung von Verwandtschaftsverhältnissen
  • Zuordnung von DNA-Teilen zu einer gesamten Sequenz
  • Artenübergreifende Ermittlung von Genfunktionen
  • Aufklärung von Krankheitsausbrüchen

Frage anzeigen

Frage

Wie unterscheidet sich die DNA Sequenzanalyse von der Aminosäuresequenzanalyse?

Antwort anzeigen

Antwort

  • DNA Sequenzanalyse: Ermittlung und Vergleich der Sequenzen einer DNA
  • Aminosäuresequenzanalyse: Ermittlung und Vergleich der Abfolge von Aminosäuren, die nach der Vorlage einer DNA zu einem Protein zusammengesetzt werden.

Frage anzeigen

Frage

Mehr unterschiedliche Basen zwischen zwei Genomen bedeuten ...

Antwort anzeigen

Antwort

... eine nähere Verwandtschaft.

Frage anzeigen

Frage

Sind Blindschleichen Schlangen?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein

Frage anzeigen

Frage

Wie funktioniert die Sanger-Sequenzierung?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Auftrennung der DNA zu Einzelsträngen
  • Synthese von komplementären Strängen
  • Zufälliger Einbau einer Base, die die Synthese abbricht
  • Anordnung der neu synthetisierten Stränge nach Länge
  • Detektion der Base, die die Synthese abgebrochen hat
  • Rekonstruktion der Basenabfolge

Frage anzeigen

Frage

Wie funktioniert die Nanoporen-Sequenzierung?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Pore ist in Membran eingelassen
  • Zwischen den beiden Seiten der Membran besteht eine elekktrische Spannung
  • DNA-Strang wird durch die Pore gezogen
  • Dabei entstehende Veränderungen der Spannung sind basenabhängig und werden aufgezeichnet
  • Reihenfolge der Basen kann rekonstruiert werden

Frage anzeigen

Frage

Welche Basen sind zueinander komplementär?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Adenin + Thymin
  • Cytosin + Guanin

Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn eine DNA-Sequenz in eine Datenbank geladen wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Sequenz wird mit anderen Sequenzen abgeglichen, die sich bereits in der Datenbank befinden. Daraufhin können Vergleiche erstellt werden, wie viele Übereinstimmungen sich zwischen den Sequenzen befinden. 

Mehr Übereinstimmungen deuten auf eine nähere Nachbarschaft hin.

Frage anzeigen

Frage

Wie hängen die DNA Sequenzanalyse und die Aminosäuresequenzanalyse zusammen?

Antwort anzeigen

Antwort

Auf Grundlage der DNA wird eine RNA erstellt, die als Bauplan für ein Protein dient. Die Kombination aus jeweils drei Basen steht dabei für eine Aminosäure.

Daher kann die DNA Sequenz bestimmt werden, um die Aminosäuresequenz zu ermitteln.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Molekularbiologie?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Molekularbiologie beschäftigt sich mit den molekularen Grundlagen der DNA und RNA, aber auch mit der Proteinzusammensetzung eines Lebewesens. Die Replikations-, Transkriptions- und Translationsmechanismen sind deshalb essenziell in der Molekularbiologie.

Frage anzeigen

Frage

Wozu dient die vergleichende Molekularbiologie?

Antwort anzeigen

Antwort

Von vergleichender Molekularbiologie spricht man, wenn der Einsatz molekularbiologischer Verfahren darauf abzielt, Verwandtschaftsverhältnisse zwischen verschiedenen Spezies zu ermitteln.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Aufgaben der Molekularbiologie.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Evolutionsforschung (vergleichende Molekularbiologie), Aufstellen von Stammbäumen
  • Verbesserung des Verständnisses von grundlegenden Funktionen der Zelle und des Körpers
  • Entwicklung von Therapien und Medikamenten
  • Entschlüsselung des genetischen Codes
  • Auffinden von genetischen Krankheitsursachen
  • Gentechnik inkl. Gentherapie

Frage anzeigen

Frage

Woraus besteht ein Nukleotid?

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphat, Zucker, Nukleinbase

Frage anzeigen

Frage

Welche Basen gehören zu den Pyrimidinbasen?

Antwort anzeigen

Antwort

Zu den Pyrimidinbasen gehören Uracil, Thymin und Cytosin.

Frage anzeigen

Frage

Welche Basen gehören zu den Purinbasen?

Antwort anzeigen

Antwort

Adenin und Guanin gehören zu den Purinbasen.

Frage anzeigen

Frage

Woraus bestehen Proteine?

Antwort anzeigen

Antwort

Proteine bestehen aus Aminosäuren.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt das zentrale Dogma der Molekularbiologie?

Antwort anzeigen

Antwort

Es beschreibt den Fluss von Informationen ausgehend von der DNA hin zu Proteinen.


Über die Transkription wird mit DNA als Vorlage eine mRNA erstellt. Diese dient dann in der Translation als Grundlage für die Zusammensetzung eines Proteins. Über reverse Transkription kann aus mRNA wieder auf DNA rückgeschlossen werden. Eine Rückkehr von Proteinen zu mRNA ist jedoch nicht möglich.


DNA wird in der Replikation vervielfältigt.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Methoden, mit denen ein Aminosäuresequenzvergleich stattfinden kann.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Edman-Abbau
  • Serum-Präzipitin-Test

Frage anzeigen

Mehr zum Thema Molekularbiologie
60%

der Nutzer schaffen das Molekularbiologie Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.