Was versteht man unter „Gendichte“?
Die Gendichte ist ein Maß für die Verteilung der Gene in einem Genom. Sie wird in kb/Gen angegeben und ist bei Eukaryoten aufgrund des deutlich höheren Anteils nicht codierender DNA sehr viel größer als bei Prokaryoten.
Welche Fragestellungen untersuchen die einzelnen Teilbereiche der Genomik?
Aufgaben der strukturellen Genomik sind Genomsequenzierungen, die Suche nach Genen oder ORF’s und die Untersuchung von Struktur, Größe und Zusammensetzung von Genomen. Aufbauend auf diesen Daten analysiert die funktionelle Genomik die Genexpression und die Funktion der codierenden und nicht codierenden Sequenzen in einem Genom.
Wie verläuft die Transposition von Transposons und Retrotransposons?
Sie unterscheiden sich durch den Mechanismus, mit dem ein DNA-Abschnitt an eine andere Stelle desselben oder eines anderen Genoms versetzt wird. Bei Transposons wird mithilfe der Transposase der entsprechende DNA-Abschnitt entweder aus der Donor-DNA ausgeschnitten und direkt in die Ziel-DNA eingebaut oder er wird repliziert und die Kopie anschließend in die Ziel-DNA eingebaut (replikative Transposition). Bei Retrotransposons wird der betreffende DNA-Abschnitt in RNA transkribiert, die dann einer Reversen Transkriptase als Matrize für eine DNA-Kopie dient. Diese DNA-Kopie wird anschließend in die Ziel-DNA integriert. Retrotransposons stammen wahrscheinlich von Retroviren ab.
Was versteht man unter „repetitiver DNA“?
„Repetitive DNA“ besteht aus DNA-Sequenzen, die sich in einem Genom vielfach wiederholen. Hochrepetitive Sequenzen werden in der Regel nicht transkribiert. Zu ihnen gehören z.B. die Alpha-Sequenzwiederholungen an den Centromeren der Chromosomen. Die ebenfalls zu den hochrepetitiven Sequenzen gehörenden Mini- und Mikrosatelliten werden zur Erstellung genetischer Fingerabdrücke genutzt. Mittelrepetitive Sequenzen werden in der Regel transkribiert und sind aktiv oder passiv transponierbar, zu ihnen gehören die SINE’s und LINE’s.
Was sind Pseudogene und Genreste und wie können sie entstehen?
Pseudogene und Genreste sind Genfragmente, die die Funktion des ursprünglichen Gens verloren haben. Genresten fehlt entweder der 3’- oder der 5’-Bereich des ursprünglichen Gens. Sie entstehen durch Deletion oder durch die Teilung eines Gens im Verlauf einer Rekombination. Konventionelle Pseudogene enthalten ein Stopp-Codon, das durch eine Nonsens-Mutation entstanden ist. Wegen des dadurch verursachten vorzeitigen Kettenabbruchs kann meist kein funktionsfähiges Protein mehr synthetisiert werden. Prozessierte Pseudogene entstehen vermutlich über reverse Transkription. Dabei wird die DNA-Kopie einer prozessierten mRNA ins Chromosom integriert. Wegen der fehlenden Promotor-Region kann sie jedoch nicht transkribiert werden.
Was sind Multigenfamilien? Wie unterscheiden sich einfache und komplexe Multigenfamilien?
Multigenfamilien sind besondere Organisationsformen für identische oder ähnliche Gene, die entweder gemeinsaman geordnet sind oder über das gesamte Genom verstreut. Einfache Multigenfamilien bestehen aus untereinander identischen Genen, deren Produkt zeitweise in großen Mengen benötigt wird (z.B. 5S-rRNA-Gene, Histongene). Komplexe Multigenfamilien bestehen aus nichtidentischen, aber sehr ähnlichen Genen, deren Produkte meist in unterschiedlichen Entwicklungsphasen erforderlich sind (z.B. die Globingene von Wirbeltieren).
Welcher Vorgang wird als „Exon shuffling“ bezeichnet?
Als „Exon shuffling“ wird die Neukombination von Exons verschiedener Gene bezeichnet. Auf diese Weise könnten im Verlauf der Evolution neuartige Proteine aus der Kombination von Teilfunktionen entstanden sein, die von unterschiedlichen Genen codiert wurden.
Was wird durch „alternatives Spleißen“ bewirkt?
Viele eukaryotische Gene sind gestückelt, sie bestehen aus mehreren codierenden Exons, die von nicht codierenden Introns unterbrochen sind. Die einzelnen Exons codieren für bestimmte Domänen, die in einem Protein jeweils eine definierte Funktion haben. Zunächst werden Exons und Introns als Gesamtheit in eine monocistronische RNA transkribiert. Nachfolgend werden die Introns durch Spleißen entfernt und die Exons zur reifen RNA verknüpft, die dann translatiert wird. Durch alternatives Spleißen werden die Exons eines Gens unterschiedlich kombiniert, sodass ein Gen für mehrere verschiedene Proteine codieren kann.
Was sind Plasmide und welche Funktion haben sie?
Plasmide sind ringförmige, seltener auch lineare doppelsträngige DNA-Moleküle, die unabhängig replizieren und bei den meisten Prokaryoten und einigen Eukaryoten vorkommen. Plasmide codieren für Eigenschaften, die der Zelle unter bestimmten Bedingungen einen Selektionsvorteil verschaffen, z.B. Antibiotikaresistenzen, Pathogenitätsfaktoren oder Enzyme für den Abbau komplexer Verbindungen.
Nennen Sie die unterschiedlichen prokaryotischen Transposons und beschreiben Sie ihren jeweiligen Aufbau!
Bei prokaryotischen Transposons unterscheidet man IS-Elemente, komplexe und zusammengesetzte Transposons. IS-Elemente bestehen aus einem von IR-Paaren flankierten Transposase-Gen. Komplexe Transposons (Klasse-II-Transposons) enthalten zusätzlich mindestens ein weiteres Gen. Komplexe Transposons mit einem Resolvase-Gen transponieren replikativ. Zusammengesetzte Transposons (Klasse-I-Transposons) bestehen aus zwei IS-Elementen, zwischen denen ein oder mehrere Gene liegen, z.B. für Antibiotika-Resistenzen. Beide IS-Elemente enthalten ein Transposase-Gen.
Durch welche besondere Struktur wird eine Hitzedenaturierung der DNA von hyperthermophilen Archaea und Bacteria verhindert?
Die DNA aller hyperthermophilen Archaea und Bacteria ist im Unterschied zu der von thermophilen und mesophilen positiv überspiralisiert. Die positiven Supercoils werden durch die Topoisomerase Reverse Gyrase eingeführt und bewirken die hohe Hitzestabilität der DNA.
In welcher Form sind die meisten Gene bei Bacteria und Archaea organisiert?
Bei Prokaryoten sind die meisten Gene zu einem Operon zusammengefasst, bei dem mehrere funktionell zusammenhängende Strukturgene von einer gemeinsamen Promotor/Operator-Region gesteuert werden. Das gesamte Operon wird in eine polycistronische RNA transkribiert.
Wie sind die bei einigen Prokaryoten vorkommenden linearen Chromosomen vor dem Abbau durch Nucleasen geschützt?
Lineare Chromosomen von Prokaryoten besitzen an ihren Enden entweder eine Haarnadelstruktur oder sind durch kovalent gebundene Proteine vor Nucleasen geschützt.
Wie unterscheiden sich Virusoide und Viroide?
Virusoide sind infektiöse Nucleinsäuremoleküle, die für ihre Vermehrung ein Helfervirus benötigen, das sie von Zelle zu Zelle begleiten. Man unterscheidet Satelliten-RNA, die gemeinsam mit dem Genom des Helfervirus in dessen Capsid transportiert wird, und Satellitenviren, deren meist lineares RNA-Genom in ein eigenes Capsid verpackt ist. Viroide sind kleine zirkuläre, infektiöse RNA-Moleküle ohne Proteinhülle, die aufgrund ihrer hohen Selbstkomplementarität durch zahlreiche intramolekulare Basenpaarungen eine typische Stäbchenstruktur ausbilden. Viroide verursachen verschiedene Pflanzenkrankheiten und benötigen kein Helfervirus. Sowohl Virusoide als auch viele Viroide sind Ribozyme und zeigen nach Ausbildung der katalytisch aktiven Hammerkopfstruktur Selbstspleißung.
Nennen Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Retroviren und Pararetroviren!
Retroviren und Pararetroviren sind virale Retroelemente, deren Replikation eine RNA-abhängige DNA-Synthese durch die Reverse Transkriptase beinhaltet. Retroviren sind RNA-Viren, das von der Reversen Transkriptase synthetisierte dsDNA-Intermediat kann in das Wirtsgenom integrieren (Beispiel: HIV). Pararetroviren sind DNA-Viren, Intermediat ist hier die ssRNA, die nachfolgend als Matrize für die Reverse Transkriptase dient (Beispiel: Hepatitis-B-Virus).
Welche Funktion haben überlappende Gene?
Überlappende Gene dienen der optimalen Platzausnutzung in sehr kleinen Genomen, z.B. bei den Bakteriophagen MS2 und φX174. Dabei liegen einzelne Gene komplett oder teilweise innerhalb des selben DNA-Bereichs.
Wie reguliert der E. coli-Bakteriophage T4 seine Genexpression?
T4 reguliert seine Genexpression mithilfe von frühen und späten Genen. Die frühen Gene werden von der wirtseigenen RNA-Polymerase transkribiert, da sie E. coli-Promotor-Sequenzen enthalten. Ihre Genprodukte modifizieren anschließend die wirtseigene RNA-Polymerase so, dass die E. coli-Transkription abgeschaltet wird und gleichzeitig die späten T4-Gene transkribiert werden.
Welche Besonderheit zeigt das RNA-Genom der Reoviridae?
Das segmentierte Genom der Reoviridae besteht aus doppelsträngiger RNA.
Welches viruseigene Enzym benötigen RNA-Viren zu ihrer Vermehrung?
RNA-Viren besitzen eine RNA-abhängige RNA-Polymerase. Bei ssRNA-Viren mit positiver Polarität (Plus-Strang, fungiert direkt als mRNA) erfolgt die Replikation mithilfe dieses Enzyms, bei ssRNA-Viren mit negativer Polarität (Minus-Strang) auch die Transkription des Minus-Strangs.
Was versteht man unter dem C-Wert-Paradox und wodurch wird es verursacht?
Als C-Wert-Paradox wird die Diskrepanz zwischen Genomgröße und Anzahl der Gene bei den meisten Eukaryoten bezeichnet. Ursache ist der hohe Anteil nicht codierender DNA in diesen Genomen.
Was beschreibt der C-Wert? Wozu dient er?
Der C-Wert beschreibt den DNA-Gehalt eines haploiden Chromosomensatzes als Anzahl der Nucleotide (bp). Wegen der unterschiedlichen Kopienzahl der Chromosomen in den Zellen verschiedener Organismendient der C-Wert als Bezugsgröße zum Vergleich unterschiedlicher Genome.
Definieren Sie die Begriffe „Genom“ und „Plasmon“! Wie stehen sie zueinander in Beziehung?
Das Genom ist die Gesamtheit des genetischen Material seiner Zelle und umfasst sämtliche chromosomalen undextrachromosomalen DNA-Moleküle. Das Plasmon besteht aus dem Mitochondriengenom und dem Plastom der Plastiden und ist Bestandteil des Genoms.
