Genetik / Genregulation, Grafiken und Mindmaps von Biologie, Naturphänomene und Technik (BNT)

Nur auf Docsity: Lade Genetik / Genregulation und mehr Grafiken und Mindmaps als PDF für Biologie, Naturphänomene und Technik (BNT) herunter!

GENETIK

/ Genregulation

Die Zelle / Aufbau / Funktionen

Raues Endoplasmatisches Retikulum

• Eng mit der Kernmembran verbunden
• Besetzt mit Ribosomen
• Proteinherstellung -> Proteinbiosynthese (u.a.

Membranproteine -> beteiligt an

Membranproduktion)

Glattes Endoplasmatisches Retikulum

• weniger dicht -> folgt auf raues ER
• Keine Ribosomen
• Synthese von Lipiden (Membranproduktion)
• Beteiligt am Kohlenhydratstoffwechsel -> aus Glykogen wird

Glucose-6-Phosphat -> Glattes ER macht daraus Glucose (spaltet

Phosphat ab)

• Entgiftung der Zelle -> macht Gifte besser wasserlöslich sodass

sie besser weg transportiert werden können

• Speicherung von Calcium (Ca2+)
• Sarkoplasmatisches Retilkulum = ER in den Muskelzellen

Synthese der

ribosomalen

RNA

Wandelt Proteine aus

dem ER um, verpackt

sie in Vesikel und

schickt sie über das

Cytoplasma weiter

(Sind am Abbau von

Stoffwechselprodukten

beteiligt)

• Stabilisieren
• Erhalten der

Struktur der

Zelle

Abbau von Partikeln

(Z.B. Bakterien)

• Bestandteile des

Spindelapparats

(Mitose / Meiose)

• Steuerung der

Bewegung innerhalb

der Zelle

(„Schienensystem“)

"Kraftwerke der Zelle"

• Energieproduktion
• Produzieren ATP
• Ort der Zellatmung

"Proteinfabriken"

• Orte der Translation

(Proteinbiosynthese)

Plasmamembran

CY

toskelett

Mitochondrien

&

⑧

S

Ribosomen

• ↑

[

:..

8

raues

S

:

.......

Mi

h

: Lysosomen

.. g S

.

......... ...

Cytoskelett

↑

&

Peroxisome

.

Golgi-Apparat

Vakuole

glattes

Endoplasmatischen

IM ZELLKERN

Translation

Replikation

DNA

mRNA

(Proteinsynthese)

T

M au G

mRNA

u

I d

&

I

5

S

Transcription

Rit OsOm

RNA-Synthese

Protein

[DNA · RNA - Protein

IM

CYTOPLASMA

RNA: hergestellt auf Basis der DNA

• Enzyme arbeiten mit RNA weil wenn sie mit DNA arbeiten würden würde

DNA zerstört werden

Gen: codiert RNA (biologisch aktive RNA)

M-RNA: messenger RNA ->

Informationsträger für die

Translation von Proteinen

• Instabiler

Transkriptionsfaktoren lagern

sich dort an und ermöglichen so

das anbinden der Polymerase

Katalysiert eine phosphodiester-Binduhng

zwischen 3´OH-Gruppe und 5´

Phosphatgruppe von RNA Nucleotid

Synthetisiert 5´- 3´Strang

In 3´- 5´Richtung

Gen : Abschnitt

in der DNA

welcher die Information

zur Codierung

einer biolo-

gisch

aktiven RNA hat .

RNA-PROZESSIERUNG

ALTERNATIVES SPLEISSEN

Exon Intron Exon

5 31

·

Spleißen

: einzelne Abschnitte der

RNA-Sequenz

werden

Prä-mRNA

J

G

mithilfe des

Spleißosom-Enzyms herausgeschnitten

g

Besom

O

G

· spe

T

SuRNPs

&

Exon & Exon &

·

Capping (Anhängen

der

Cap-Sequenz)

Info

5 T 31 &

Die Cap-Struktur

ist eine Modifizierung

des S'-Endes ,

die bei

allen eukaryotischen

mRNAs gefunden

wird. Dabei handelt es

P

A

j

sich meist um ein modifiziertes Guanin-Nukleotid ,

welches & 1

.

0

während der Transkription

des Gens über eine seltene 5'-5'-

51 31

Phosphodi-Esterbindung

an das Kopfende

der RNA

geknüpft

reife mRNA

wird.

schützt vor Abbau der MRNA

·

Tailing (Anhängen

des

Poly-A-Schwanzes)

durch

Enzyme

und sorgt

für

transportfähigkeit

aus Zellkern

B eim Tailing wird zu Beginn

der Transkription

am 3'-Ende eines

entstehenden RNA-Stranges

ein Polyadenylschwanz

oder

Poly

• Schwanz angehängt ,

der viele Adenin-Nukleotide be-

Dient der Stabilität

der

RNA

inhaltet. Das dient

,

wie auch das Capping,

der Stabilität der RNA

und verhindert

den vorzeitigen

und verhindert deren vorzeitigen

Abbau im

Cytoplasma

.

Abbau

·

RNA-Editing

Einfügen

von Basen in die vorliegende RNA-Sequenz

·

RNA-Umsatz

Unterschiedlich

lange

Existenz

der

RNA (beschleunigen

oder bremsen

des enzymatischen

Abbaus

EXOM

EXOM Exon EXOM EXOm

prä-mRNA

--

alternatives Spleißen

mRNA

Protein

1

Protein

Protein 3

Von außen

• rauchen - Mutation - mehrere Mutationen

in einer Zelle = Krebszelle

GENREGULATION

ELEKTRONENÜBERTRÄGER-MOLEKÜLE

·

können

Wasserstoff-Atome

bzw. Protonen

und

Elektronen aufnehmen und später

wieder ab-

geben

. Die

sog

. Coenzyme"

arbeiten dabei mit

Enzymen

.

NAD

2H

2e- NADH

H

MERKE

Die Wasserstoffreiche

Form ist

un

oxidierte Form reduzierte Form

immer

die reduzierte

Form

Sie ermöglichen

den Ablauf von

Redoxreaktionen in der Zelle

FAD

2H

2e- FADH

2

werden auch

als Reaktionsaqui-

valente bezeichnet

·

Der Menschliche

Körper

besteht aus seeehr vielen

Zellen

alle sind

hervorgegangen

aus einer Zelle

(Zygote)

besitzen grundsätzlich

das gleiche

Erbmaterial

·

Aufgrund

von differenzierter

Genaktivität -> dennoch 250 verschiedene Zelltypen

bedeutet

:

bestimmte Gene

werden

zu

festgelegten

Zeitpunkten

an

• und abgeschaltet

kann erfolgen

durch oder

·

Körpereigene Signale

(Hormone)

·

Signale

aus der Umwelt (Licht , Temperatur)

Genregulation

kann gut

beobachtet werden an Riesenchromosomen

Präparat , gewonnen

aus

PUFFS

:

Bereiche

,

in denen die

Zeigen

eine typische

den

Speicheldrüsen

von

DNA

aufgelockert

und

Bandenmusterung

und

sind

Drosophila-Larven

ausgestülpt vorliegt Zeitweise in

einzelnen

Regionen

liegen zum ablesen zu sog

. Puffs" angeschwollen

.

frei

können mit Hilfe von Autoradiografie

als

Orte

erhöhter

Genaktivität

identifiziert

werden

·

Die

Puffmuster sind vom Entwicklungsstadium abhängig Beispiel:

zum Zeitpunkt der

Häufung zeigen

sich

·

Kontrolle der Synthese gleiches gilt

wenn

die

Hautung

durch immer an

ganz

eines

Genprodukts

in der die Gabe des Hautungshormons

bestimmten Stellen

Zelle nennt man Genregr-

Ecdyson

künstlich

eingeleitet

wird

. Puffs .

Lation .

REGULATION DER GENAKTIVITÄT MITHILFE

VON HORMONEN

Zell- DNA TATA-Box inaktives Gen

&

J

g

8888 ummunMa M u

nunum

Enhancer

Genaktivierung

Promotor

Startstelle der

Transkription

Visikel

membran

I

Kernhülle

&

die

Transkription

e

Si

verstärkt

fettliebend

Inhibitor- DNA- aktivierter Enhancer laufft

Prozessierung

wie die

Schleife

I

7

schneller

e

Protein

Su

prämRNA

Membranen

· C

N W

S

2 17

·

mim

Steroid-

RNA-Polymerase

&

allgemeine

aktiviertes

3

8

• ~

&

1

Steroid- rezeptor

18

TF Sen

hormon Komplex

·

Hormone sind

entweder hydrophil

oder

Lipophil

·

Beispielsweise die Steroidhormone

·

können

die

lipophile

Zellmembran

nicht

durchdringen

·

ornradid

und Testosteron

·

können nicht durch die Zellmembran

diffundieren

Geschlechtshormone bestimmen

Info

den männlichen und weiblichen

Diffusion ist die selbstständige Durchmischung Phänotyp

entscheidend mit

von Teilchen verschiedener Stoffe . Das sind in der

Regel

Gase oder Flüssigkeiten

. Dabei werden die

O

Bleiben

mithilfe spezieller Transport-

Teilchen gleichmäßig

verteilt. Es kommt dadruch

2

proteine

im hydrophilen

Blut gelöst

zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden . ·

können durch die

Zellmembran

diffundieren

·

Solange

der Steroidrezeptor

kein Hormon

·

Zytoplasma

innerhalb

der

Membran

4

gebunden

hat

,

ist er

mit einem Inhibitorprotein ·

3

ist wieder hydrophil

• Hormone

verbunden verhindert das der Sr als brauchen ernert Transportproteine

Transkriptionsfaktor wirkt / sich an bestimmte

DNA-Regionen

bindet

Haben

zwei

Funktionen

·

Erst durch

Anlagerung

des

Steroidhormons (haben zwei

Bindungsstellen)

5

trennt

sich das

Inhibitor-Protein

ab

·

Steroidrezeptor

·

Der aktivierte Steroidrezeptor-Komplex

diffundiert

·

Transkriptionsfaktor

6

in den Zellkern

·

lagert

sich an Enhancer

Region an

7

·

aktiviert

diese als spezifischer Transkriptionsfaktor (Hormon

= Aktivatorprotein)

s

·

es kommt zur DNA-Schleifenbildung

e

Steroidrezeptor

·

Enhancer-Region

tritt in Kontakt mit (bereits vorhandenem) Mediator-RNA-Polymerase-Komplex

10

U

die Transkriptionsrate

des Gens wird erhöht m

Proteohormone / Peptidhormone

Steroidhormone

• Wasserlöslich / hydrophil - lipophob
• Zellmembran = unüberwindbare Barriere -> docken außen an der Membran der Zielzelle an

Rezeptor an

• Bindung an den Rezeptor löst Reaktion im Inneren der Zelle aus -> Reaktionskaskade setzt ein

(ermöglicht Verstärkungseffekt)

• Aktivierung oder Hemmung spezifischer Enzyme
• Endprodukt der Reaktionskaskade gelangt in den Zellkern und kann dort als Transkriptionsfaktor

das Ablesen bestimmter Gene beeinflussen

• Bsp: Insulin, Adrenalin, Hormone von Hypothalamus und Hypophyse
• festliebend / lipophil - hydrophob
• Können die Zellmembran der Zielzelle durchqueren -> benötigen aber innerhalb der Zielzelle im

wässrigen Cytoplasma eine Transporthilfe -> binden innerhalb der Zelle an Rezeptor

• Hormon-Rezeptor-Komplex gelangt in den Zellkern und wirkt dort als Transkriptionsfaktor,

beeinflusst also das Ablesen bestimmter Gene

• Bsp: Sexualhormone Testosteron und Östrogene, Schilddrüsenhormone, Cortisol

HORMONE

(

j S

&

&

Transkription Proteine

D G

3

Z b &

d

Gio

Rezeptor

Der

se

3

Hormonbildende Zelle Blut Zielzelle

In in

tonsfaktor

Hormonaden

Sienauso

e

j

b

jo

Veränderung von

Enzymfunktionen &

INA

Zellkern

CHROMATINSTRUKTUR / LAGE IM ZELLKERN

WAS FINDET WANN UND WO STATT:

KONTROLLE DER CHROMATINSTRUKTUR

Histonmodifikation

(Methylierung)

Euchromatin :

Zugänglich

für Enzyme

Lage

der Chromosomen

Euchromatin ist der transkriptionsaktive ,

Gen-reiche Anteil des Chromatins .

Infor S

im

Zellkern :

Zentrum-aktiv

Heterochromatin :

Nicht

zugänglich für Enzyme

Lage

der Chromosomen

Als Heterochromatin wird verdichtetes Chromatin

Infor 3

im

Zellkern :

Peripherie

: inaktiv

im Zellkern bezeichnet ,

das sich

gut

anfärben lässt.

Translation

IM

ZELLKERN Replikation

DNA

MRNA

(Proteinsynthese)

/an

der DNA

1

T

M M - G

· Kontrolle durch

u

&

I

5

·

mRNA

IM CYTOPLASMA

Transkriptionsfaktoren Transcription

Ritosom

RNA-Synthese

Protein /am

Protein

·

Lage

der Chromosomen

im

Zellkern

-[

DNA · RNA Protein 1

Proteinaktivierung

S

·

Kontrolle der

I

/-inaktivierung

Chromatinstruktur

·

Proteinmodifikation

g

IM ZELLKERN

RNA-Editing ·

Proteinumsatz

/an der RNA

g

RNA-Prozessierung

·

RNA-Umsatz

Zugängliche

DNA

,

aktive Gene

·

Anheften von Acetylgruppen

an die

⑨

⑨

Histonschwänze (Acytelierung)

↑ Histonschwänze ⑳

↑

&

20

DNA ist zugänglich für RNA-Polymerase,

S

.

S

da sie etwas lockerer

gepackt liegt ⑨

Histone Acetylgruppe

·

Anheften von Methylgruppen

an Cytosinbasen (Methylierung)

dichte

Verpackung

der DNA TF und DNA-Polymerase

können

sich nicht anlagern

Histone

Histonschwänze

·

Anheften von Methygruppen

an Histonschwänze

i

..

O

⑧

& & &

h

• &&

O

⑧... Signal für

Proteine

,

die die DNA verdichten

&..

O

2

D

: :

·

I :

i

Nicht zugängliche

DNA

, Methylgruppe

inaktive

Gene