Die Mitose oder mitotische Teilung ist die Teilung einer Zelle in zwei Tochterzellen. Dabei entstehen zwei identische Kopien dieser Tochterzelle.
Um dies zu erreichen werden alle Chromosomen (Mensch: 2*23) in ihre Schwesterchromatiden ("halbe Chromosomen") aufgeteilt.
Das Ergebnis sind zwei Tochterzellen mit je einem vollständigen diploiden (doppelten) Chromosomensatz an Ein-Chromatid-Chromosomen.
In der anschließenden Interphase erfolgt dabei die Verdopplung zu vollständigen Chromosomen durch den Mechanismus der DRA-Replikation.
Phasen der Mitose:
Interphase - Prophase - Metaphase - Anaphase - Telophase (- Interphase)
Hier ist eine Abbildung dazu.
Hier ist ein Animationsfilm der Mitose auf you tube von the simple biology
Hier geht es zum ausführlichen Wikipedia-Artikel.
Die Interphase ist die Arbeitsphase des Zellkerns. Man kann sie in 3 Phasen unterteilen:
Hier ist ein Artikel zur Interphase mit Abbildung aus der Wikipedia.
Würden Keimzellen auf dieselbe Art entstehen wie Körperzellen, hätte jede Eizelle und jede Spermienzelle 46 Chromosomen, somit die befruchtete Eizelle 92.
Um das zu vermeiden, muss die Anzahl der Chromosomen bei der Bildung von Keimzellen halbiert werden. Dies geschieht bei der Meiose.
Hier ist ein Animationsfilm von the simple biology
Anbei ein Auszug aus meinem Skript zum Thema Meiose.
Hier ist ein Auszug aus meinem Skript zu den Mendelschen Regeln.
Genkopplung und Kopplungsbruch
Gene werden gekoppelt vererbt, sofern sie auf demselben Chromosom sitzen.
Bei der Meiose kann es aber zu einer Aufhebung der Kopplung durch crossing-over kommen.
Wir haben verschiedene Erbgänge kennengelernt:
autosomale und gonosomale Erbgänge (z.B. Rotgrünblindheit), außerdem
Als nächstes wollen wir uns Familien-Stammbäume näher ansehen und auswerten.
Dazu gibt es hier einen interaktiven Kurs
Hier ist eine andere gut verständliche Materialsammlung zur Stammbaumanalyse
Eine einfache Zusammenfassung aus der Wikipedia gibt es hier.
Hier ist eine ausführliche
Ausarbeitung mit Beispielaufgaben zum Ausdrucken, Lösung inclusive.
Und hier eine Präsentation auf you tube.
Die Fruchtfliege Drosophila ist eines der Lieblingsobjekte der Genetiker geworden.
Vorteile:
Bei der Drosphilagenetik hat sich eine andere Schreibweise für die Merkmale durchgesetzt. Anstelle von Buchstaben in Groß- und Kleinschreibweise nimmt man immer ein + für den Wildtyp und kürzt die anderen Mermale ab.
Außerdem schreibt man die Allel eines Merkmals immer als Bruch.
Hier ist ausführliches und anschauliches Material zur Drosophilagenetik.
Einführung
Bislang haben wir uns mit der Meiose beschäftigt und in diesem Zusammenhang erfahren, dass die Chromosomen Träger der Erbinformation sind.
Als nächstes haben wir uns mit den Gesetzmäßigkeiten beschäftigt, nach denen bestimmte Eigenschaften vererbt werden - den Mendelschen Regeln. Mit der Stammbaumanalyse haben dann erfahren, dass es vererbbare Krankheiten gibt, die darauf beruhen, dass bestimmte Enzyme nicht funktionieren.
Jetzt geht es darum, auf molekulare Ebene zu verstehen, wie diese Enzyme gebildet werden.
Dazu schauen wir uns zuerst einmal den Aufbau der DNA an.
Bei jeder Zellteilung (Mitose) wird die DNA verdoppelt. Dies passiert über den Mechanismus der DNA-Replikation.
Hier gibt es einen You-tube-Film dazu.
Die PCR (Polymerase-Kettenreaktion engl.: Polymerase-Chain-Reaktion) ist ein Laborverfahren, um DNA-Fragmente im Reagenzglase zu vervielfältigen.
Hier geht es zu einem Artikel in der Wikipedia.
Hier ist ein Video von the simple biology
Video: PCR beim Corona Test (Erklärvideo)
Hier ist ein Stop-Motion-Video dazu
Kommen wir jetzt zur Proteinbiosynthese. Nach der ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese bezeichnet man den Abschnitt auf der DNA, der ein Protein - bzw. ein Enzym - codiert, als ein Gen.
Die Proteinbiosynthese besteht dann aus zwei Schritten, der Transkription und der Translation.
Hier geht es zu den Erklärfilmen von the simple Biology: Transkription und Translation
Hier sind die entsprechenden Artikel aus der Wikipedia zur
Transkription Translation Prozessierung der RNA bei Eukaryonten
Codesonne
Die Codesonne hilft bei der "Übersetzung" des genetischen Codes. Hier sind die Basentripletts der m-RNA
von 5' nach 3' von innen nach außen dargestellt.
Hier ist eine Codesonne der Wikipedia.
Mutationen sind zufällige Veränderungen des Erbguts. Grob unterscheidet man
Wenn ein Gen mutiert ist, wird häufig kein funktionierendes Enzymmolekül gebildet.
Hier ist eine genauere Auflistung der verschiedenen Mutationstypen:
Nicht alle Enzyme werden immer benötigt, nicht alle Gene sind immer aktiv.
Genregulation bei Prokaryonten
Hier gibt es eine gut verständliche Erklärung
Hier ist ein Videoclip auf you tube über das lac-Operon.
Hier ist ein Videoclip auf you tube über das trp-Operon.
Genregulation bei Eukaryonten durch Mikro-RNA
Bakterien und Viren sind typische Versuchsorganismen für die Genetiker.
Hier noch einige zusammenfassende Filme auf you tube:
Telekolleg Biologie Grundlagen der Genetik
Telekolleg Biologie Humangenetik
Sehr anschaulicher kurzer Film über die Zusammenhänge in englischer Sprache, sehr gut verständlich.
Genetischer Fingerabdruck
Anwendungsbereich:
Kriminalistik: Täterbestimmung
Vaterschaftsnachweis
Vorgehensweise:
Hier ist eine gut verständliche Erklärung
Hier ist ein Video von planet schule
Gelelektrophorese
Hier ist eine gute Erklärung mit Bild
Gen-Diagnose mit dem DNA-Chip
DNA-Chips werden auch Genchips oder Mikroarrays genannt. Es handelt sich um kleine Plättchen aus Glas, Plastik, Silikon oder Gold, deren Chipoberfläche in ein Zellenraster unterteilt ist (-> daher „arrays“ = Raster).
Darauf sitzen nebeneinandergereihte DNA - Fäden, einsträngig, die wie eine Angel passende DNA-Fragmente aus einer Probe angeln.
Die DNA Fragmente kann man aus der m-RNA des entsprechenden Gens erhalten, indem man durch eine Reverse Transkriptase eine cDNA (complementary DNA) herstellt.
Hier ist ein ausführlicher Artikel.
Epigenetik - Der Einfluss von Umweltfaktoren auf unsere Gene
Heute weiß man, dass Umweltfaktoren auf Auswirkungen auf die Gene haben können, genauer gesagt auf die Steuerung von Genen. Diese Veränderungen können auch vererbt werden.
Hier ist ein Artikel von planet-wissen.
Möglichkeit 1: Acetylierung / Deacetylierung der Histone
Die DNS ist um die Histone (Proteine) gewickelt (Kondensierung). Kondensierte DNS kann nicht abgelesen (transkribiert) werden.
Durch Enzyme werden nun an bestimmte Aminosäuren Acetylgruppen angehängt (Acetylierung) bzw. entfernt (Deacetylierung). Die Acetylierung verhindert, dass sich die DNS besonders dicht gepackt ist. Die Transkription kann leichter ablaufen.
Hier ist eine Animation der Acetylierung und Deacetylierung.
Möglichkeit 2: Methylierung der DNS
Hier hängen Enzyme (Methyltransferasen) hängen eine Methylgruppe eine der Basen (vorrangig Cytosin). Dadurch ändert sich die Raumstruktur, die Transkription wird unterbunden.
Hier ist eine Animation der Methyilerung.
Hier ist ein kurzer Erklärfilm
Hier geht es zu einem Quarks und Co zu diesem Thema
Hier ist eine ausführliche Dokumentation
RNA-Interferenz
Die RNA-Interferenz (RNA-Silencing) ist ein natürlicher Mechanismus zur zielgerichteten Abschaltung von Genen.
Im Gegensatz zur Methylierung und (De)Acetylierung der DNS setzt die RNA-Interferenz an der „fertig“ gebildeten m-RNA an.
Diese wird durch kurze komplementäre RNA-Stücke (mi-RNA oder si-RNA) blockiert und schließlich zerlegt, so dass keine Translation stattfinden kann.
Bildung der micro-RNA (mi-RNA):
Analog wird auch die small interfering RNA (si-RNA) z.B. bei einem Virusbefall von DICER geschnitten.
Mechanismus der RNA-Interferenz:
Hier ist ein guter Animationsfilm zur RNA-Interferenz
Mit Hilfe der Gentechnik versucht der Mensch, die Gene verschiedener Organismen wie Bakterien, Pflanzen und Tiere zu verändern.
Bakterien werden beispielsweise gentechnisch verändert, um bestimmte Pharmazeutika herzustellen, bei Pflanzen verfolgt man die Ziele, den Ertrag zu erhöhen bzw. sie widerstandfähiger gegenüber Schädlingen oder Herbiziden zu machen. Die Gentechnik bei Tieren setzt häufig bei Nutztieren an.
Hier sind die Links zu einigen interessanten Filmen auf you tube sowie Abbildungen:
Wie Biotechnologen Medikamente herstellen (you tube Video der Industrie)
Gentechnische Herstellung von Humaninsulin (Grafik Wikipedia)
Planet wissen zum Thema Grüne Gentechnik
Nano Spezial Grüne Gentechnik (you tube)
Telekolleg Biologie Gentechnik und Anwendungen der Gentechnik
Gentechnik bei Tieren: Aktuelle Informationen
CRISPR/Cas: Eine neue Methode revolutioniert die Gentechnik
Hier ist ein Artikel aus Spektrum der Wissenschaft
Hier ist ein Quarks und Co zum Thema Neue Gentechnik
Hier ist eine Seite von planet wissen mit Filmsequenzen
Hier ist ein Artikel: Wie funktioniert CRISPR-CAS9 ?
Erklärvideo zu Crispr-Cas9 von der Max Planck Gesellschaft
Krebs - Folge entgleister Gene?
Durch unkontrollierte Zellteilung von zu Krebszellen entarteten Zellen (somatische Mutation!) kommt es zur Bildung von Karzinomen (Krebstumoren). Diese können später Metastasen (Tochtergeschwülste) bilden.
Regulation des Zellzyklus
Proto-Onkogene (Krebsgen-Vorläufer): Ihre Produkte fördern die Zellteilung, Beispiel: Ras-Proto-Onkogen
Tumorsupressorgene: Ihre Produkte hemmen die Zellteilung
Beide werden durch Wachstumsfaktoren (Signalproteine) der benachbarten Zellen gesteuert. Beispiel: p53
Mutiertes p53
Ein intaktes p53 (ein Transkriptionsfaktor) aktiviert ein Gen, das die Zellteilungszyklus anhält. So können DNS-Schäden repariert werden, in gravierenden Fällen wird der programmierte Zelltod ausgelöst.
Ein mutiertes p53 entfaltet diese Wirkung nicht mehr , es kommt zu unkontrollierter Zellteilung auch bei gravierenden Schäden der DNS.
Zwei-Treffer-Theorie
Mind. 2 Mutationen nötig:
Gen p53 auf Chromosom 17 (Tumorsuppressorgen), beide Allele müssen mutiert sein. Häufig eine Mutation geerbt, die zweite erworben
Bei Proto-Onkogenen reicht die Mutation eines Allels.
Methoden zur Krebsbehandlung
· Operative Entfernung der Tumore
· Zellteilungshemmer (Cytostatika) (=> Chemotherapie)
· Bestrahlung
· Risikoabschätzung über Genetische Erkennung der Onkogene
· Ansatz: Immunbiologie: Aktivierung des Immunsystems, das die Krebszellen angreift, Einschleusen von cytotoxischen Stoffen über Immunzellen
Hier ist ein Film: Krebs - Wohin steuert die Wissenschaft
Klonen
Erzeugung mehrerer genetisch identischer Individuen
Formen des Klonens:
· vegetative Vermehrung (z.B. Erdbeeren: Ausläufer, Grünlinie)
·
Klonen durch Nukleustransfer:
Einer Körperzelle wird ein Kern entnommen und einer entkernten Eizelle zugefügt
· therapeutisches Klonen: Zerteilung des Embryos nach wenigen Zellteilungen (Embryonensplitting) (=> embryonale Stammzellen) zum Zweck der Forschung
· reproduktives Klonen: Die z.B. durch Embryonensplittig erzeugte Embryonen werden durch eine Leihmutter ausgetragen