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

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

Bausteine der DNA

Bausteine der DNA - Basen Pyrimidinbasen Purinbasen

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

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

Bausteine der DNA - Ribose

Bausteine der DNA - Phosphorsäure

Man nehme: Phosphorsäure Desoxyribose

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

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

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

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

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

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

Die Verpackung geht weiter…

…bis zum Chromosom DNA-Doppelhelix Ǿ2nm 10bp/Windung Nukleosomen-Kerne Ǿ10nm 80bp/Windung Solenoid Ǿ30nm 1200bp/Windung Chromatin-Schleifen Ǿ250nm 100000bp/Schleife

Chromosomentypen

Realer männlicher Karyotyp

Visualisierung des Heterochromatins C-Banding oder Visualisierung des Heterochromatins

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

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

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

C-Banding Lymphozyten 9 16 1 1 9 16

G-Banding Lymphozyten

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

Zellzyklus

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

Zellzyklusphasen

Mitose oder wie teilt sich eine Zelle?

Die Mitose-Stadien

Mitose – Animation

Wie wird eigentlich DNA verdoppelt/repliziert?!?

Theoret. Replikationsmöglichkeiten semikonservativ konservativ dispersiv

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

Replikation - Animation

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

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

Fehler im Zellzyklus/ in der Mitose

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

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

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

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

Alles klar ?!?