DNA als Erbsubstanz DNA (Desoxyribonukleinsäure)

Präsentation zum Thema: "DNA als Erbsubstanz DNA (Desoxyribonukleinsäure)"—  Präsentation transkript:

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2 DNA als Erbsubstanz DNA (Desoxyribonukleinsäure)
Träger der Erbsubstanz Informationen im genetischen Code verschlüsselt Makromolekül besteht aus den chemischen Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Suaerstoff, Phosphor und Stickstoff

3 DNA als Erbsubstanz Funktion: Autokatalytische Funktion: Replikation
Heterokatalytische Funktion: Übersetzung der Geninformation in Proteine (Transkription und Translation)

4 Bausteine der DNA

5 Bausteine der DNA - Basen
Pyrimidinbasen Purinbasen

6 Mögliche Basenpaarungen
Basen bilden Wasserstoff-brückenbindungen aus zwischen Stickstoff und Wasserstoff oder zwischen Sauerstoff und Wasserstoff Erhöhung der Stabilität

7 Mögliche Basenpaarungen
δ+ δ- δ- δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ+ δ- Jeweils Pyrimidinbase-Purinbase

8 Bausteine der DNA - Ribose

9 Bausteine der DNA - Phosphorsäure

10 Man nehme: Phosphorsäure Desoxyribose

11 Doppelhelix - Struktur
Stränge verlaufen antiparallel 5´-3´-Richtungen Vollständige Windung verläuft über 3,4nm und enthält 10 Basenpaare

12 Unterschiede DNA - RNA DNA liegt doppelsträngig vor
RNA baut statt Thymin Uracil ein Ribose statt Desoxyribose

13 Problem: Wie kommen mehrere Meter DNA in eine Zelle ?!?

14 DNA muss dichter gepackt bzw. kondensiert werden!!!
Lösung: DNA muss dichter gepackt bzw. kondensiert werden!!! Das Chromatin besteht deshalb aus folgenden Komponenten: DNA-Faden aus einer Gruppe basischer Proteine, Histone aus Nicht-Histon-Chromatin-Proteinen

15 Histone Histone sind basische Proteine, die ca. die Hälfte des Chromatins ausmachen 5 Klassen: H1, H2A, H2B, H3, H4 Sie bilden das „Rückgrat“ des Chromosoms bzw. des Chromatins, das aus elementaren Untereinheiten, den Nucleosomen besteht

16 Nucleosomen Bestehen aus Histon-Oktamer ( je 2x H2A, H2B, H3 und H4)
200bp DNA

17 Die Verpackung geht weiter…

18 …bis zum Chromosom DNA-Doppelhelix Ǿ2nm 10bp/Windung
Nukleosomen-Kerne Ǿ10nm 80bp/Windung Solenoid Ǿ30nm 1200bp/Windung Chromatin-Schleifen Ǿ250nm bp/Schleife

19 Chromosomentypen

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21 Realer männlicher Karyotyp

22 Visualisierung des Heterochromatins
C-Banding oder Visualisierung des Heterochromatins

23 Färbungsmethode zur Visualisierung von konstitutivem Heterochromatin
Konstitutives Heterochromatin (=20% des menschlichen Genoms) spät replizierend wenig Gene höchst polymorph wahrscheinlich nie transkribiert

24 Lokalisierung von Heterochromatin
rund um die Centromer-Region (peri-zentrische oder proximale Banden) ( v.a. in Chromosomen 1,9 und 16) an den Chromosomenenden ( telomerische oder distale Banden) im langen Arm des Y-Chromosoms

25 Verwendung 1. Zur Identifizierung überzähliger oder
fehlender Chromosomen 2. Zur Identifizierung von Inversionen in Chromosom 9 3. Zur Identifizierung von Verkürzungen/ Verlängerungen der heterochromatischen Regionen in Chromosomen 1, 9 oder 16

26 C-Banding Lymphozyten
9 16 1 1 9 16

27 G-Banding Lymphozyten

28 FISH – Fluorescence in situ hybridisation
Zur Markierung einzelner Chromosomen DNA-Strang Denaturierung (Hitze) Hybridisierung mit Probe 2x Detektion 2x

29 Zellzyklus

30 Was ist ein Zellzyklus? Weg von Zellteilung zu Zellteilung
Setzt sich aus unterschiedlichen Phasen zusammen Kontrolle der einzelnen Phasen Verhindern von fehlerhafter Zellteilung durch z.B. beschädigte DNA Kontrollfehler: KREBS

31 Zellzyklusphasen

32 Mitose oder wie teilt sich eine Zelle?

33 Die Mitose-Stadien

34 Mitose – Animation

35 Wie wird eigentlich DNA verdoppelt/repliziert?!?

36 Theoret. Replikationsmöglichkeiten
semikonservativ konservativ dispersiv

37 Replikation Aufwindung durch Helicase, es entsteht eine Replikationsgabel, Trennung der komplementären Nukleotidstränge (jeder Strang als Matrize für die Bildung eines neuen DNA-Strangs = semikonservativ) Polymerase III katalysiert die Replikation von 5´nach 3´. Am führenden Strang ist die Replikation kontinuierlich Am rückläufigen Strang erfolgt die Replikation diskontinuierlich, ausgehend von Primern Die Primer dienen als Startpunkt für die DNA-Polymerase III, die mit der DNA-Replikation beginnt (Okazaki-Fragmente). Die Lücken zwischen den Teilstücken werden durch DNA-Polymerase I aufgefüllt und gleichzeitig die Primer wieder entfernt Teilstücke werden mittels Ligase kovalent verknüpft

38 Replikation - Animation

39 Beweis der semikonservativen Replikation
SCE-Banding Während des Zellzyklus wird ein markierter Farbstoff angeboten, der in den neuen Strang eingebaut wird Unter dem Fluoreszenz-mikroskop ist der ein-gebaute Farbstoff zu erkennen

40 Fehler im Zellzyklus/ in der Mitose
1. Fehler beim Spindelapparat Fehlverteilung der Chromosomen z.B.Trisomie 21 aber: in Landwirtschaft oft polyploide Pflanzen 2. Fehler in der S-Phase Überproduktion von DNA Tumorbildung

41 Fehler im Zellzyklus/ in der Mitose

42 Genetik ( z.B. an der Uni) Verschiedenste Fragestellungen
( Wie ? Wo ? Wann ?) Verschiedenste Teilgebiete ( Bakterien, Mensch, Pflanzen )

43 Pflanzenphysiologie Wo wird welche DNA bzw. wo werden welche Proteine ge-braucht? DNA wird mit Reportergen ( Farbstoff) versehen d.h. hergestellte Proteine haben bestimmten Farbstoff

44 Pflanzenphysiologie Modellpflanze Arabidopsis thaliana
Frage: Wann wird Protein AtGRP7 zum Schutz vor UV-Strahlung hergestellt?

45 Konjugativer Gentransfer bei Bakterien
Frage: Warum wirken Antibiotika bald nicht mehr? Zufällig resistente Bakterien geben ihre DNA ( und damit die Gene für Resistenz) über Plasmabrücken an andere Bakterien weiter, die diese in ihr Genom einbauen

46 Alles klar ?!?