1
Q
Chromosom
A
Träger der Erbsubstanz in Form eines DNA-Stranges mit Histonen (im Zellkern), gewöhnlich ist gesamte Erbsubstanz auf zwei mal 23 Chromosomen verteilt (Mutter und Vater —> diploider Chromosomensatz)
2
Q
Chromosom + Histone
A
Chromatin (Heterochromatin + Euchromatin)
—> Heterochromatin: ist im Zellkern verpackt, dicht miteinander verflochten, muss entwirrt werden, um
DNA dort ablesen zu können —> diese Bereiche: Euchromatin
3
Q
Gen
A
ein Abschnitt der DNA, der für aktive RNAs oder Proteine codiert, jedes Gen sitzt für sich immer an einem bestimmten Ort auf einem Chromosom (=Locus)
Kann verschiedene Zustandsformen / Ausprägungen (eines Gens auf DNA) haben = Allele
4
Q
Genom
A
Erbgut, beschreibt Gesamtheit d. Informationen (Gene) eines Individuums, die an seine Nachfahren weitergegeben werden kann
5
Q
Genotyp
A
„Erbbild“ - vorhandene Anlagen, wobei immer zwei Anlagen in jeder Körperzelle vorhanden sein müssen —> in unserer DNA: Gene für ein Merkmal und für beide Allele
6
Q
Phänotyp
A
„Erscheinungsbild“ - ausgebildete Merkmale —> Ausprägung d. Genotyps, also das Allel eines Merkmals, das durch die Mendelsche Regeln in der Vererbung in Erscheinung tritt
7
Q
homozygot
heterozygot
A
für ein Gen zwei identische Allele (z.B. zweimal blond) = „reinerbig“
für ein Gen zwei unterschiedliche Allele (z.B. blond und schwarz) = „mischerbig“
—> dominant: A / rezessiv: a / heterozygot: Aa
8
Q
in Keimzellen (allele)
A
keine zwei Allele, sondern nur eins —> in Meiose werden homologe Chromosomenpaare getrennt —> Keimzellen haploid
9
Q
Haploid
A
Chromosomensätze, die in einfacher Ausführung vorliegen, beinhalten jedes Allel nur einmal —> Keimzellen, Spermien, Eizellen (23 Chromosomen)
10
Q
Diploid
A
doppelte Ausführung d. Chromosomensatzes (23 x 2 = 46 Chromosomen), alle Allele in doppelter Ausführung
11
Q
Intermediäre Vererbung
A
kein Allel dominiert das andere —> Mischformen (Phänotyp braun)
12
Q
Kodominante Vererbung
A
beide Merkmale haben Einfluss auf Phänotyp, keine Mischform, sondern Ausprägung beider Merkmale (wichtig bei Blutgruppenantigene), beide Erbanlagen voll ausgeprägt
13
Q
Autosomen
A
geschlechtsunabhängige vorhandene Chromosmenpaare (1-22)
14
Q
Gonosomen
A
die beiden geschlechtschromosomen Y und X
15
Q
mendelsche regelen
- Regel: Uniformitätsregel
A
- Kreuzung von Eltern, die für ein Merkmal homozygot sind, sich aber in den Allelen voneinander unterscheiden —> Genotyp RR und Genotyp bb
–> kreuzt man zwei reinerbige Individuen, die sich in einem Merkmal
unterscheiden, so sind alle Individuen der nächsten Generation (F1) untereinander gleich, sowohl phänotypisch als auch genotypisch. (kreuzt man zwei reine Rassen einer Art miteinander, so zeigen die direkten Nachkommen das gleiche Aussehen)
16
Q
- Mendelsche Regel (Spaltungsgesetz)
A
Gilt wenn:
- beide Eltern heterozygot sind
- man kreuzt die F1 Generation!
Rb x Rb
dominant rezessiver erbgang:
im phänotyp: 3:1 (3 rot, 1 blau)
im genotyp: 1:2:1
25% reinerbig rot; 50% mischerbig rot; 25% reinerbig blau
intermediärer erbgang RB x RB:
m Phänotyp: 1:2:1
- im Genotyp: 1:2:1
- 25% reinerbig rot; 50% mischerbig lila; 25% reinerbig blau
17
Q
- Mendelsche Regel (Unabhängigkeitsgesetz)
A
- die einzelnen Erbanlagen sind frei kombinierbar, d.h. sie werden unabhängig voneinander vererbt→Rekombination.
- Vererbungsverhalten von 2 Merkmalen (dihybrid) bei der Kreuzung von reinerbigen Individuen und deren Nachkommen.
- im Phänotyp: 9:3:3:1
- im Genotyp: 9+3+3+1= 16 verschiedene Genotypen
18
Q
autosomale vererbung
A
- Wahrscheinlichkeit der Vererbung für alle Nachkommen gleich und unabhängig von schon vorhandenen Kindern
- bei den Chromosomenpaaren 1-22
- geschlechtsunabhängig nach den Mendel-Gesetzen vererbt
19
Q
Autosomal-dominanter Erbgang
- ein Elternteil heterozygot erkrankt
Dd x dd (D dominant krank, d gesund) - beide Eltern heterozygot erkrankt Dd x Dd
- ein elternteil homozygot erkrankt
DD x dd - phänotypisch gesunde eltern
A
Homozygotischer und heterozygotischer Träger → krank
- 50% der Nachkommen erkrankt
- 75 % der Nachkommen erkrankt, davon 1/3 stark betroffen
- 100 % erkrankt
- nachkommen gesund
20
Q
Autosomal-rezessiver Erbgang
- beide eltern erkrankt
rr x rr - ein E krank, der andere homozygot gesund
- in Elternteil erkrankt, der andere heterozygot (phänotypisch gesund)
- beide Eltern heterozygot (phänotypisch gesund)
- ein Elternteil homozygot gesund, der andere heterozygot
6 BSP:
A
Homozygotischer Träger ist krank; heterozygotischer Träger ist gesund
- alle nachkommen krank
- 0% erkrankt, aber alle Konduktoren
- 50 % der Nachkommen erkrankt, 50 % Konduktoren.
- 25 % der Nachkommen erkrankt, 75 % phänotypisch
gesund, davon 2/3 Konduktoren. - 100 % der Nachkommen phänotypisch gesund, davon 50 % Konduktoren.
- Mukoviszidose
21
Q
Phenylketonurie
A
• Eine der häufigsten erblichen Stoffwechselerkrankungen —> autosmal-rezessiv
• Symptome: schwere geistige Retadierung mit IQ von 20, Epilepsien + extreme Verhaltensstörungen
• Enzym Phenylalaninhydroxylase fehlt —> Aminosäuren können Phenylalanin nicht zu Tyrosin
umbauen —> Phenylalanin reichert sich in hohem Maße im Gewebe an, wird zu Phenylmilchsäure
(Phenyllaktat), Phenylessigsäure (Phenylacetat) und Phenylbrenztraubensäure umgebaut
• Phenylalanin: große, ungeladene Aminosäure, die mit anderen neutralen Aminosäuren um den
Durchgang an Blut-Hirn-Schranke konkurriert
22
Q
Autosomal-kodominanter Erbgang
A
- Kodominanz: bei Heterozygotie sind beide Allele eines Merkmals gleichzeitig im Phänotyp ausgeprägt→Kein Merkmal wird unterdrückt
- z.B. AB0-Blutgruppensystem
- beschreibt Oberfläche der Blutzellen
- das Merkmal 0 wird immer rezessiv vererbt
23
Q
X-chromosomal-dominanter Erbgang
- Vater Krankheitsträger Xy
- Mutter heterozygote Krankheitsträger
Xx + xy - Mutter homozygote Krankheitsträgerin
XX + xy
A
- Tochter hat zwei X-Chromosomen, eines davon bekommt sie vom Vater (der nur ein X-Chromosom hat), das andere von der Mutter (Mutter hat zwei X —> wird zufällig ausgewählt)
- Sohn bekommt zufällig eines der beiden X-Chromosomen seiner Mutter und das Y-Chromosom seines Vaters
- 100% der Töchter, 0% der söhne erkrankt (bekommen y von Vater)
- 50% der Töchter und 50% der Söhne krank
- alle krank
24
Q
X-chromosomal-rezessiver Erbgang
beonsderheit:
- Vater erkrankt, Mutter homozygot gesund
xy + XX - Mutter heterozygot, Vater gesund
xX + XY
- Mutter homozygot erkrankt, Vater gesund
xx + XY
A
Homozygotischer und hemizygotischer Träger (erkrankt)
Besonderheit: wenn ein Mann ein krankes X besitzt, kann das kleine y dem nicht entgegensetzen —> er ist phänotypisch krank
Frauen brauchen dagegen zwei kranke x, damit sich ein Phänotyp entwickelt, sonst dominiert das gesunde X
- 0 % der Nachkommen erkrankt (Phänotypisch nicht
ausgeprägt), 100 % der Töchter Konduktorinnen - —> 50% d. Söhne krank, 50% d. T. Konduktoren
- 100 % der Söhne erkrankt, 100 % der Töchter Konduktorinnen
25
wen betreffen x chromosomal rezessive Erbgänge häufiger?
zwei wichtige erkrankungen
männer
Hämophilie (Bluterkrankheit) und Rot-Grün-Schwäche
26
Nichtchromosomale Vererbung
= Extrachromosomale Vererbung= Zytoplasmatische Vererbung
- bei Plastiden und Mitochondrien
- eigenes Genom wird unabhängig von den anderen Chromosomen
vererbt.
- Mitochondriale DNA ist nicht wie die Kern-DNA um Histone gewickelt
Alle Mitochondrien stammen von unserer Mutter (maternal vererbt), Spermium enthält auch Mitochondrien (für Energie für Fortpflanzung), schaffen es aber nicht in Eizelle bzw. werden nach Verschmelzung abgebaut
—> mitochondriale Erkrankungen vererben sich nur von Mutter auf Kinder, betreffen vor allem die
Muskulatur + Nervensystem
27
Chromosomentheorie der Vererbung
Hypothese, die sagt, dass genetische Information von Zellen in Form von Chromosomen
gespeichert wird
1. Erbinformation in DNA-Molekülen ist codiert (genetischer Code)
2. Chromosomen enthalten als Hauptbestandteil DNA
28
diploider Chromosmensatz
Genom jedes Menschen ist auf 2 x 23 Chromosomen aufgeteilt
--> Alle Autosomen in doppelter Ausführung, sind homolog (je von Mutter und Vater)
--> Genosomen: liegen entweder homolog (XX) oder als zwei unterschied. Chrom. Vor (XY)
29
was beinhaltet eine diploide menschliche zelle?
Insgesamt hat jede diploide menschliche Zelle 46 Chromosomen, die sich aus den doppelt vorliegenden Autosomen (Chromosome 1 – 22) und den beiden Geschlechtschromosomen ergeben
30
Chromatin
Erbinformation (DNA) und die assoziierten Proteine (Proteine, die mit DNA interagieren, Histone)
Während der Interphase des Zellzyklus liegen die Chromosomen als dekondensiertes und lockeres Chromatin vor
31
Heterochromatin
Die stärkste Form der Kondensierung bezeichnet man als Heterochromatin, in diesen Bereichen liegen vor allem ruhig gestellte Gene
32
Diploider Chromosomensatz (2n)
in Körrperzellen (ein Chromosom von Mutter und eines v. Vater)
- Verdopplung d. Chromosoms —> X-Form = Zwei-Chromatid-Chromosom, Ort an dem beide Chromatide verbunden sind —> Zentromer (Chromatiden werden an dieser Stelle bei Mitose getrennt)
33
Telomer
Regionen an Enden von Chromosomen, die nicht für Proteine codieren, sondern schützen wichtige Abschnitte d. Chromosoms (daran Abschnitte von hochrepetitiver DNA)
34
Crossing-over
in Prophase I lagern sich Chromosomen zusammen —> 23 bivalente (Tetraden, Strukturen aus vier Chromatiden), keine 46 2-Chromatid-Chromosomen mehr
Zwei doppelsträngige DNA-Moleküle lagern sich in Bereichen mit homologer Sequenz aneinander und es kommt zu einem Überkreuzen (Crossing-Over) der beiden DNA-Stränge
--> genetische variabilität
35
genkopplung
Unter Genkopplung versteht man, dass einige Gene nicht unabhängig voneinander vererbt werden, sondern als Gen-Gruppen
36
nukleosom
dna gewickelt um histon-oktamer, 8 histone = Oktamer
37
mehrere nukleosomen
= solenoid
38
was muss jede zelle vor ihrer teilung tun?
ihre genetische information verdoppeln und in der zellteilung auf beide entstehenden tochterzellen verteilen
39
aus welchen phasen besteht zellzyklus?
G1-Phase, S-Phase, G2-Phase, M-Phase
G = Zwischenraum / S = Synthese / M = Mitose
40
interphase?
G1 + S + G2 = Interphase —> liegt jeweils zwischen zwei Mitosen (Intermitose), Chromosmen dekondensiert (DNA liegt als Chromatin im Zellkern vor, ist an den Stellen, an denen Transkription stattfindet, entspiralisiert)
41
G1-Phase:
- Normaler, zellspezifischer Stoffwechsel —> Zelle überprüft Umgebung, bereitet Zellteilung vor
- Wachstumsphase der Zelle, Zellgröße nimmt zu
- Synthese von Zellorganellen, rRNAs, tRNAs, Bausteine der Mitosespindel, Histone und
Enzyme zur DNA-Replikation
42
S-Phase:
DNA-Gehalt wird verdoppelt —> DNA entspiralisiert (Replikationsgabel) —> beide DNA-
Stränge dienen jeweils als Matrize für Synthese eines neuen Strangs, Replikation beginnt an
bestimmten Punkten und schreitet in beide Richtungen fort
43
M-Phase:
- Mitose deutlich kürzer als Interphase: 1h
- Beide durch DNA-Verdopplung gebildeten Schwesterchromatiden der Chromosomen
werden getrennt und auf beide Tochterzellen verteilt
- Tochterzellen durchlaufen Zellzyklus erneut! Beginnen mit G1-Phase, oder gehen in G0-
Phase über
--> Zellteilung + Mitose (zellkernteilung)!
44
Chromosomensatz Nomale Zelle:
```
diploider Chromosomensatz (2 x 23 Chromosomen, 23 Chromsomenpaare) —> jedes Chromosom: besteht aus einem DNA-Strang, einem Chromatid
—> jedes Gen liegt in doppelter Ausführung vor —> Ein-Chromatid-Chromosom
2n (diploider Chromosomensatz) 2c (Gen liegt doppelt vor)
```
45
Replikation (kopien)
jedes Chromosom besteht aus zwei DNA-Strängen und zwei Chromatiden —> Zwei-Chromatid-Chromosomen - 2n4c (Gen liegt vierfach vor)
nach mitose: wieder 2n2c
46
fünf stadien der mitose
Prophase - (Prometaphase) - Metaphase - Anaphase - Telophase
„I proposed marriage to Anna by telephone“
47
prophase
• Im Zellkern lösen sich Nucleoli auf
• Chromatinfasern werden dichter gepackt, dabei werden die in das Chromatin eingelagerten
Histone phosphoryliert
• Chromatin kondensiert zu Chromosmoen (im Lichtmikroskop erkennbar)
• Jedes verdoppelte Chromosom besteht aus zwei Schwesternchromatiden (am Zentromer
miteinander verbunden)
• Zwischen Zentrosomen bilden sich Mikrotubuli d. Spindelapparates
• Pol-Mikrotubuli werden länger und schieben Zentrosomen entlang d. Oberfläche d. Zellkerns
auseinander —> Teilungsrichtung d. Zelle wird im Gewebe festgelegt
48
Prometaphase
* Kernmembran löst sich auf (sonst kann Spindelapparat nicht an Chromosomen binden)
* Chromosomen kondensieren noch weiter
• An beiden Chromatiden eines Chromosom bildet sich jeweils ein Kinetochor
—> Strukturen aus Proteinen und bestimmten DNA-Abschnitten, die sich am Zentromer befinden
• Zentrosomen rücken noch weiter auseinander, von ihnen erstrecken sich Mikrotubuli zu
Kinetochoren d. Chromatiden
• Gesamter Mikrotubuliapparat wird als Mitosespindel bezeichnet (von Zentriolen ausgehend)
49
Metaphase
* Zentrosome befinden sich an Zellpolen
* Chromosomen maximal kondensiert
• Chromosomen sammeln sich an Äquatorialebene an (Metaphasenplatte), Zentromere aller
Chromosomen befinden sich auf gleicher Höhe —> Anordnung: Monaster
• Mitosespindel voll ausgebildet, von jedem Zellpol: Mikrotubuli zu jeweils verbundenen
Schwesternchromatiden —> Kinetochore d. Schwesterchromatiden in jedem Chromosom mit Zentrosomen verbunden
50
anaphase
* Beginnt mit Inaktivierung d. Proteine, die die beiden Schwesterchromatiden d. verdoppelten Chromosmen zusammenhalten —> nach Trennung d. Zentromere: Chromatiden liegen als eigenständige Chromomen vor
* Chromosomen wandern zu Zellpolen
• Bewegung d. Chromosomen zu Zellpolen ist eine
Kombination aus Verkürzung d. Mikrotubuli d. Mitosespindel und d. Arbeit d. Motorproteine am Kinetochor (andere Mikrotubuli werden verlängert und verschoben —> Zellpole entfernen sich weiter voneinander)
• Am Ende: beide Chromosomensätze gruppieren sich sternförmig in Nähe d. Zellpole
—> Anordnung: Diaster
51
Telophase
• Bildung zweier neuer Kernhüllen (aus Fragmenten d. Ursprünglichen Kernhülle und Teilen d. inneren Membransystems)
• Proteine werden in Zellkerne durch Poren der Kernhülle transportiert (Zellkerne dehnen sich aus,
Nucleoli entstehen wieder)
• Mitospindel löst sich auf, es bleiben noch Zentralspindel (verbleibende parallel ausgerichtete
Fragmente d. Pol-Mikrotubuli an Äquatorialebene)
• Eine Fehlverteilung d. Chromosomen in Mitose führt zu
numerischen Chromosomenaberrationen, Ursache: nicht funktionierendes Zentromer (Spindelfasern können nicht am Kinetochor d. Chromosoms binden —> Chromosom wird zufällig ein einen der Tochterkerne integriert od. bleibt im Zytoplasma zurück)
• nach Chromosomenfehlverteilung: häufiges Absterben d. Tochterzellen, manche überlebensfähig
—> Entstehung von genetisches Mosaik in Organismus
52
zytokinese
* Zytoplasma wird in zwei Hälften geteilt —> Zellorganellen, innere Membranen, Strukturen d. Zytoskeletts und im Zytosol gelöste Substanzen werden auf Tochterzellen verteilt
* Beginnt bereits gegen Ende d. Mitose: Telophase und Beginn Zytokinese gleichzeitig
* Vorgang in eukaryotischen Zellen: Furchung
• Ausgehend vom Zentrosom: in Tochterzellen bilden sich wieder Mikrotubuli —> zusammmen mit
anderen Filamentsystemen d. Zelle Bildung d. Interphasenanordnung d. Zytoskelettes
53
Meiose (Reifeteilung)
grundlage der sexuellen vermehrung, während aller phasen d. mitotischen zellteilung behält zelle einen diploiden chromosomensatz (2n)
54
was entsteht bei meiose?
• Lediglich die beiden Schwesterchromatiden eines Chromosoms werden getrennt
—> zwei genetisch identische Tochterzellen mit jeweils wieder einem diploiden Chromosomensatz
• Männliche und weibliche Keimzellen (Gameten): haben nur haploiden (einfachen) Chromosomensatz (n)
55
was passiert bei verschmelzung von spermium + eizelle?
Entstehung eines diploiden Chromosomensatzes (Zygote) aus Kombination beider haploiden Genome
56
was passiert vor meiose?
ebenfalls verdopplung der DNA: 2n4c
57
1. reifeteilung
Reduktionsteilung
• Aussgangssituation von Meiose vergleichbar mit Zustand vor Mitose —> Chromosomen wurden in
S-Phase verdoppelt, Schwesterchromatiden am Zentromer verbunden, Zentrosom hat sich im Zytoplasma verdoppelt
58
prophase I
1. leptotän
2. Zytogän
3. Pachytän
4. Diplotän
5. Dictyotän
6. Diakinese
Lepotän - Zygotän - Pachytän - Diplotän - Dictyotän —> „Liebe Zelle, paar dich doch !“
1. Chromatin verdichtet und spiralisiert sich (Chromosomen kondensieren, fixieren
sich mit ihren Enden (Telomeren) an Kernlamina
2. homologe Chromosomen paaren sich (lagern sich parallel aneinander an)
= Synpasis, Proteinstruktur (Synaptonemalkomplex) bildet Verbindung zw. homologen
Chromosomen
3. Synaptonemalkomplex voll ausgebildet, gepaarte Chromosomen = Bivalente
(keine 46 2-Chromatid-Chromosomen mehr), Stränge d. homologen Chromosomen winden sich umeinander, überkreuzen sich mehrfach = Crossing over (Genetische Rekombination), entstandene Kreuzung = Chiasmata
4. ach Abschluss d. Rekombination: Synaptonemalkomplex zerfällt (Desynapsis), homologe Chr. rücken auseinander, bleiben aber an Chiasmata verbunden —> vier Chromatide (Tetrade) lichtmikroskopisch als Komplex aus vier parallelen Strängen sichtbar
5. Oogenese (Bildung d. Eizellen) wird nach Dipltän angehalten —> Ruhestadium
6. Chr. verdichten sich noch weiter, Chromatiden werden noch besser einzeln sichtbar, Nucleoli lösen sich auf, Kernhülle zerfällt, Zentrosomen wandern zu Zellpolen,
Bildung von Teilungsspindel
Die ersten vier Schritte laufen dabei ausschließlich im Zellkern ab, während die Diakinese in der Zelle stattfindet.
59
metaphase I
- Bivalente ordnen sich in Metaphasenplatte an, Ausrichtung erfolgt rein zufällig
- Von jedem Pol d. Spindelapparats erstrecken sich Mikrotubuli zum Kinetochor v. homolgen
Chromosomen
60
anaphase I
- Chiasmata lösen sich —> homologe Chr. trennen sich
- Kinetochor-Mikrotubuli transportieren Chr. zu Zellpolen
- Jedes Chromosom besteht noch aus zwei am Zentromer miteinander verbunden
Schwesterchromatiden
61
unterschiede anphase meiose + mitose
meiose: tennung d. homologen Chromosomen (1n2c), diploider chromosomensatz wird auf haploiden satz reduziert
mitose: trenung der schwesterchromatiden
62
telophase + zytokinese
- An jedem Zellpol: haploider Chromsomensatz
- Chromatinstruktur beginnt sich zu lockern, Kernhülle und Nucleoli bilden sich wieder, Abschnürung d. Zelle —> Entstehung zweier Tochterzellen
63
2. reifeteilung
äquationsteilung
—> in erster Reifeteilung: Entstehung von zweier haploiden Zellen mit einfachem Chromosomensatz
—> in zweiter Teilung: Schwesterchromatiden teilen sich (Ablauf mit mitotischer Zellteilung vergleichbar, aber mit 23 2-Chromatid-Chromosomen und nicht 46)
64
was entsteht nach abschluss der zweiten reifeteilung?
vier haploide Zellen!
Wegen Rekombination durch Crossing-over in Prophase I und der zufälligen Verteilung d.
mütterlichen und väterlichen Chromosmen in Metaphase I: vier haploide Tochterzellen sind genetisch verschieden
65
Merke zu Meiose?
* Reduktion d. diploiden Chromosomensatzes auf haploiden Chromosomensatz
* Erzeugung einer genetischen Vielfalt d. Keimzellen durch zufällige Verteilung d. Homologen mütterlichen und väterlichen Chromosomen an Metaphasenplatte
* Erhöhung d. Genetischen Kombinationsmöglichkeiten durch Crossing-over d. Chromosomen
66
aufbau des eukaryotischen genoms
besonderheiten des eukaryotischen genoms
* 95% d. Inhalts d. DNA von menschlichen eukaryotischen Zelle sind keine Gene —> nicht-codierte DNA —> nicht funktionslos, sondern keine mRNAs werden für Proteine codiert
* Bei Prokaryoten Anteil d. Nichtcodierten DNA: 5-20%
• mRNAs d. Codierten DNA besitzen Introns und Exons (Introns werden bei Proteinbiosynthese aus
prä-mRNA-Matrize herausgeschnitten)
• Besitzen hochrepetitive Sequenzen —> Satelliten-DNA
67
Mutation
dauerhafte Veränderung d. Erbinformation, wird mit der Zeit an Tochterzellen weitergegeben
68
Genmutationen
—> Gene werden von einer Generation zu nächsten unverändert weitergegeben, durch Meiose (Crossing- over und zufälliger Verteilung väterlicher und mütterlicher Chromosomen in Metaphase I) + Verschmelzung von Samen- und Eizelle: NEUKOMBINATION der Gene beider Elternteile
—> neues einziges Individuum
69
genmutationen
1. somatische mutationen
2. keimbahnmutationen / genetische mutation
1.
- Ereignen sich in Körperzellen, führen zu genetischem Mosaik
- Von Mutation betroffen sind nur veränderte Körperzellen + deren Tochterzellen
- werden nicht an Nachfahren weitergegeben
2. - in Gameten, werden an Nachfahren weitergegeben
70
ursache genmutationen
1. Spontane Mutation:
2. Induzierte Mutationen:
1. - Entstehen ohne erkennbare äußere Entwicklung
- Spontan auftretende DNA-Schäden o. Nicht korrigierte Replikationsfehler d. DNA
- Die meisten Schäden korrigiert durch Reperatursysteme d. Zelle
2. - Ausgelöst durch schädigende Einflüsse
- Verschiedene chemische Agenzien, freie Radikale und ionisierende Strahlung, auch UV- Strahlung (nur Hautzellen betroffen)
71
ursache auf nukleotidebene
1. Basensubstitution
2. Deletion
3. Insertion
4. Duplikation
5. Triplettexpansion
1. Nukleotidbase wird durch eine andere ersetzt (Punktmutation)
2. ein oder mehrere Nukleotide gehen verloren
3. Basensequenz wird um eine oder mehrere Basen verlängert
4. in Nukleotidsequenz wird komplettes Gen oder Teil eines Gens eingeschoben, entstehen durch ungleiches Crossing-over oder durch Integration v. Transposons o. Retransposons
5. (Trinukleotidwiederholung), eine Folge von drei Nukleotiden wird amplifiziert (wird ein- oder mehrmals wiederholt)
--> duplikation + triplettexpansion: besondere form der insertion
72
Genmutationen
Folgen
1. Änderung d. Promotorregion
2. betrifft mutation stoppcodon:
3. nonsense-mutation
4. punktmutation (missense-mutation)
5. stille mutation (silent-mutation)
6. deletion, insertion
1. kann gesamtes gen inaktivieren
2. Transkription wird nicht rechtzeitig beendet —> verlängerte mRNA
3. Bei einer Nonsense-Mutation ist ein für eine Aminosäure kodierendes Codon zu einem
Stoppcodon mutiert —> vorzeitiger Abbruch d. Transkription —> mRNA verkürzt
4. Durch Punktmutation geändertes Codon (Missense-Mutation): andere Aminosäure wurde codiert
—> Aminosäurentausch führt zu verändertem Genprodukt
5. Punktmutation kann das neue Codon auch für die gleiche Aminosäure wie zuvor codieren —> Mutation bleibt ohne Folgen
6. Deletion oder Insertion, die ein Nukleotid durch eine nicht teilbare 3 verändert, verändert Leseraster (Frame-shift-Mutation) —> völlig verändertes, meist untaugliches Genprodukt
73
sichelzellanämie
ursache:
—> autosomale-rezessive Erbkrankheit
ursache: Punktmutation d. Gens d. Hämogolibin-β-Kette (Codon GAA für AS Glutaminsäure (Glu) ist durch Basensubstitution zu GTA verändert, codiert zu Valin (Val)
—> geringere Verformbarkeit führt zur gesteigergten Hämolyse + gesteigerten Viskositaät d. Blutes
—> kleinere Infarkte d. Kleinen Gefäße verursachen vielfältige Ortanschäden
74
Strukturelle Chromosommutationen
Chromsomenaberration, in meisten Fällen im Karyogramm (nach Färbung d. Chromosomen)
mikroskopisch erkennbar
• Auswirkung hängt davon ab, wie viele und welche Gene verändert wurden
• Haben meist schwerwiegende Folgen (Zelltod, Fehlbildungen in Embryogenese, früher
Spontanabort)
• Sind Folge von Chromsomenbrüchen, bei denen Bruchenden in fehlerhafter Anordnung wieder
miteinander verbunden werden
75
strukturelle chromosomenmutationen
1. nach chromosomenbrüchen
2. nach zwei chromosomenbrüchen
3. verbindung zweier chromosomen
4. deletion
1. Fragmente mit Zentromer können bei Zellteilung normal auf Tochterzelle verteilt werden, Azentrische Fragmente (ohne Zetromer) gehen verloren
2. beide Enden eines Fragments können zu einem zentrischen oder azentrischen Ringchromosom verbunden werden
3. dizentrsiches Chromosom mit zwei Zentromeren, wird bei Zellteilung meist auseindergerissen
4. Verlust eines Chromsomfragments, bei terminaler Deletion geht das distale Ende eines Chromosomenarms verloren, wird gesamter Telomerenbereich (Schutz) abgetrennt
—> Chromosom nicht mehr stabil, wird komplett abgebaut
--> Verlust von Genmaterial bei größeren Deletationen kann meist nicht toleriert werden —> Deletation in Keimzellen oder frühen Embryonalstadien führt zu Abort, bei überlebenden Deletationen: schwere Fehlbildungen
76
strukturelle chromosommutationen
1. duplikation
2. inversion
3. translokation
4. reziproke translokation
1. Verdopplung eines Chromosomabschnitts, Fragment wurde fälschlicherweise in homologes Chromosom eingefügt oder irreguläres Crossing-over in Meiose
2. Umkehrung eines Chromosomenstücks nach Fehlreparatur eines zweifachen Chromo- somenbruchs (perizentrisch u. parazentrisch), häufig klinisch unauffällig
3. Chromosomfragment wird an eine andere Stelle d. Chromosoms o. auf ein anderes Chro- mosom übertragen —> Auswirkung vielfältig (Unauffälligkeit bis schwerste Fehlbildungen)
—> Träger einer Translokation kann in Summe seines Genbestands ein normales Genom aufweisen, ist Träger phänotypisch gesund —> balancierte Translokation
4. Austausch zweier Chromosomensegmente zw. nicht homologen Chromosomen, nach zwei Chromosomenbrüchen werden Fragmente
in das jeweils andere Chromosom integriert
77
chronisch myeloische leukämie
ursache
—> in Lymphozyten d. Pat. häufig „Philadelphia-Chromosom“
ursache: asymmetrische Translokation
—> größerer Teil d. Langen Arms d. Chr. 22 ist mit kürzerem Stück d. q-Arms von Chr. 9 transloziert
78
Numerische Chromosomenmutationen (Gonommutation)
ursache:
—> Chromosmenzahl weicht der des normalen Karyotyps ab = aneuploide Zellen (Tumorzellen)
ursache: Fehlverteilung d. Chromosomen bei Zellteilung, meistens durch Non-Disjunction in Meiose, fehlverteilung oder ausfall der teilungsspindel
79
non disjunction
s. auch abbildung eigenes script s. 26
= Fehlen oder Nichttrennung d. Chr. während Meiose, können sowohl Spermato-
also Oogenese betreffen
- Durch Nichttrennung d. Homologen Chromosomen (nach Crossing-over) in 1. Reifeteilung d. Meiose oder
- Durch Nichttrennung d. Schwesterchromatiden während zweiter meiotischen Teilung —> TRISOMIE (n+1) oder MONOSOMIE (n-1)
80
numerische chromosommutation
1. was betroffen?
1. Können Autosomen o. Gonosomen betreffen, bei Autosomen: wenn mit Überleben überhaupt vereinbar —> schwere Krankheitsbilder ( Trisomie 21: Down-Syndrom, Trisomie 13: Pätau-Syndrom, Trisomie 18: Edwards-Syndrom)
81
numerische chromosommutation
1. gonosomale aberrationen
2. weibliche abnormitäten
3. männl. abnomitäten
1. keine schwere Erkrankungen, keine schwere Fehlbildungen o. geistige Entwicklungsstörungen (Ullrich-Turner-Syndrom, Klinefelter-Syndrom, Triple-X-Syndrom)
2. Variationen d. Anzahl d. X-Chromosomen
—> Turner Syndrom: Genotyp: X0, Phänotyp: kleine Statur, schmale Kiefer, hoher gebogener Gaumen
—> Triple-X-Syndrom: SS älterer Frauen, Genotyp: XXX, Phänotyp: Intelligenz im unteren Bereich
3. X- oder Y-Chromosom oder beide betroffen
—> Klinefelter-Syndrom: Genotyp: XXY-XXXXY, Phänotyp: weibliche Körperform, steril, geringer IQ
—> XYY-Syndrom: Phänotyp: groß, erscheinen und agieren normal, sind fruchtbar
82
numerische chromosommutation
polyploidie
orhandensein von mehr als zwei vollständigen haploiden Chromosmensätzen, nur in besonders stoffwechselaktiven Zellen (z.B. Leberzellen)
* Partielle Monosomie und Trisomie entsteht durch unbalancierte Translokationen
* Autosomale Monosomien oder andere Trisomien sind nicht lebensfähig —> früher Abort
83
Non-Disjunction von zwei X-Chromosmen:
- Während 1. Meiotischen Teilung: beim Mann unmöglich (hat nur ein X)
- Während 2. Meiotischen Teilung: beim Mann möglich (wie bei Frau können beide X-Chromatiden getrennt werden)
84
Non-Disjunction von zwei Y-Chromosomen
nur beim Mann möglich —> nur während 2. Meiotischen Teilung, 2 Schwesterchromatiden d. Y werden getrennt
85
ist das Risiko einer chromosomalen Non-Disjunction bei Frauen oder Männern höher?
—> bei Frauen, da die Oogenese bei Frauen mehrere Jahre dauert (durch „Pausen“, Diktoyotän), Non- Disjunction steigt bei Frauen im Alter an!
86
Welcher Erbgang liegt vor, wenn eine Mutter unabhängig vom Geschlecht d. Kindes Merkmale in an ihre Nachfahren vererbt, die mal stärker, mal schwächer ausgeprägt sind?
—> X-chromosomal-rezessiv
87
gonommutation
aneuploidie
spezialfälle
numerische chromosomaberration, bei der einzelne chromosomen zusätzlich zum üblichen chromosoomensatz vohranden sind oder fehlen
spezialfälle:
triosomie (chromosom dreifach vorhanden)
monosomie (chromosom fehlt)
88
barr-körperchen
eines der beiden x-chromosomen des weiblichen embryos wird nach ca. 2 wochen inaktiviert -->wird im lichtmikroskop als barr-körperchen sichtbar
bleibt während des gesamten lebens in weibl. köperzellen erhalten, dient als eindeutiger nachweis des geschlechts
89
endosymbiontentheorie
im laufe der entwicklung: einzellige lebewesen (procyten) wurden durch ein anderes einzellliges lebewesen aufgenommen und wurde zu bestandteilen der zelle eines entstandenen höheren lebewesens (Eucyte)
Biologie
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