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Gentechnik/Biotechnik

Vorlesung im WS 2010/2011

Prof. Theo DingermannInstitut für Pharmazeutische Biologie

Goethe-Universität Frankfurt/MainDingermann@em.uni-frankfurt.de

Rekombinante Wirkstoffe

Dienstag, 2. November 2010

Thomas Hunt Morgan, der „Entdecker“ der

1910 gelang es dem amerikanischen Biologen Thomas Hunt Morgen durch Vererbungsversuche mit der Taufliege Drosophila melanogaster zu zeigen, dass Gene, ähnlich wie eine Perlenkette, auf den Chromosomen aufgereiht sind.

Thomas Hunt Morgan, 1866 – 1945

+/vg b/vg+/+ +/b

1. Mendel‘sche Regel(Uniformitätsgesetz)

Nachkommen homozygoter Eltern haben denselben Phänotyp

2. Mendel‘sche Regel(Spaltungsgesetz)

Segregation dominanter und rezessiver Merkmale in F2 im Verhältnis 3:1

3. Mendel‘sche RegelUnabhängige Segregation zweier dominanter und

rezessiver Merkmale in F2 im Verhältnis 9:3:3:1

Erbsen

Rund und grün

Die 3. Mendel‘sche Regel

R/R G/GRunzelig und gelb

r/r g/g

Phenotyp

R/r G/g Genotyp

Doppel heterozygote Organismen

TestKreuzung

R/r G/g r/r g/g

1 1 1 1

3. Mendel‘sche RegelUnabhängige Segregation zweier dominanter und

rezessiver Merkmale

r/gR/G r/g

rr/ggrR/gGR/g r/G

RR/gg rr/gG

R/r G/g

selfen

R/GR/G r/g

r/gRr/gG

rR/gG rr/ggRR/GG

R/g r/G

R/gr/G

RR/gGrR/GG

Rr/ggrr/Gg

RR/GgrR/ggRR/ggrR/Gg

Rr/GGrr/gGRr/gGrr/GG 1

TestKreuzung

R/r G/g r/r g/g

1 1 1 1

r/gR/G r/g

rr/ggrR/gGR/g r/G

RR/gg rr/gG

elterlichePhenotypen

nicht elterlichePhenotypen

AR r G g

R/G 1/4 1/4

r/g 1/4 R/g

1/4 r/G

1/2 1/2 0 0

R/r G/g

Elterliche Phenotypen

Nicht elterliche Phenotypen

1910 gelang es dem amerikanischen Biologen Thomas Hunt Morgen durch Vererbungsversuche mit der Taufliege Drosophila melanogaster zu zeigen, dass Gene, ähnlich wie eine Perlenkette, auf den Chromosomen aufgereiht sind.

+/vg b/vg+/+ +/b

F1+/b +/vg

+/+ +/+ b/b vg/vg

vg/vg +/+ vg/vg b/b+/+ +/+ +/+ b/b

F1+/b +/vg

+/+ +/+ b/b vg/vg

vg/vg +/+ vg/vg b/b+/+ +/+ +/+ b/b

A+ b + vg

+/+ 1/4 1/4

b/vg 1/4 +/b

1/4 vg/+

1/2 1/2 0 0

+/b +/vg

Elterliche Phenotypen

Nicht elterliche Phenotypen

TestKreuzung

1 1 1 1 b/vg

+/+ b/vgbb/vgvgb+/vg+

+/vg +/b++/vgvg bb/vg+

+/b +/vg b/b vg/vg

elterlichePhenotypen

nicht elterlichePhenotypen

965 944 206 185

206 + 185 965 + 944 + 206 +185

= 17 %

Prozentsatznicht elterliche

Phenotypen

1 1 0 0

Frederic Griffith, und sein

„transformierendes Prinzip“

Als Angestellter im britischen Gesundheitsministerium, forschte er unter sehr primitiven Bedingungen höchst kreativ.

Frederick Griffith, 1877 – 1941

mit rauer Oberfläche wachsendeS. pneumoniae

mit glatter Oberfläche wachsendeS. pneumoniae

Was verursacht eine Lungenentzündung?

Streptococcus pneumoniae

Das „transformierende Prinzip“ (1928)

Oswald T. Avery, 1877 – 1955

Die Wiederentdeckung der Griffith-Entdeckung (1944)

Erwin Chargaff, der unlucky looser

Chargaff entdeckte die Basen Adenin und Guanin sowie Thymin und Cytosin in der DNA und stellte die so genannten Chargaff’schen Regeln auf.

Erwin Chargaff, 1905 – 2002

%C = %G

%A = %T

5'-ATGCCAGG-3'3'-TACGGTCC-5'

Anzahl Basen: A: 3 T: 3 C: 5 G: 5

1016 = 62,5%

"GC-Gehalt" ist organismusspezifisch

G+CA+T+G+C [%]

Erwin Chargaff, 1905 – 2002Gattung GC-GehaltStreptomyces coelicolor 72 %Mycococcus xanthus 68 %Halobacterium sp. 67 %Homo sapiens 40 %Saccharomyces cerevisiae 38 %Arabidopsis thaliana 36 %Methanosphaera stadtmanae 27 %Plasmodium falciparum 20 %

Chargaff über Watson & Crick:

“That such pygmies should cast such giant shadowsonly shows how late in the day it is”

Chargaff hatte alles, um das Geheimnis der DNA zu lüften:

Aber: Der entscheidende Geistesblitz kam ihm nicht!

Der geniale Coup

Was Chargaff und Pauling nicht schafften, hatte Watson und Crick am 28. Februar 1953 geschafft.

Francis Crick, 1916 – 2004James Watson, 1928

"It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material."

George Emil Palade, der Entdecker der

Ribosomen

Schwerpunkt der Arbeiten von Palade waren elektronenmikroskopische Untersuchungen von Zellstrukturen wie Mitochondrien, Chloroplasten und dem Golgi-Apparat.1953 lieferte er die erste Beschreibung der Ribosomen. 1974 erhielt er gemeinsam mit Albert Claude und Christian de Duve den Medizinnobelpreis „für ihre Entdeckungen zur strukturellen und funktionellen Organisation der Zelle“.

George Emil Palade , 1912 – 2008

Arthur Kornberg, der erste, der DNA

synthetisierte

Zusammen mit Severo Ochoa erhielt er 1959 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin „für die Entdeckung des Mechanismus in der biologischen Synthese der Ribonukleinsäure und der Desoxyribonukleinsäure“

Arthur Kornberg, 1918 – 2007

Kornberg isolierte 1956 erstmals das Enzym DNA-Polymerase I aus dem Bakterium Escherichia coli. Dieses Enzym wurde auch “Kornberg-Polymerase” genannt.1967 synthetisierte Kornberg als erster ein infektiöses Virus in vitro – das ca. 5.000 Bp lange ϕX174 Virus.

Der intelligente experimentelle Beweis des Replikationsmechanismus

Matthew Meselson, 1930Franklin W. Stahl, 1929

Jacques Monod und François Jacob

zeigten erstmals die Existenz der mRNA

Die beiden Franzosen Jacques Monod und François Jacob reichten 1960 beim Journal of Molecular Biology eine Arbeit ein, in der sie bewiesen, dass eine Boten-RNA (mRNA) existiert, die ein Zwischenglied der in der DNA gespeicherten genetischen Information einerseits und der in Form der Proteine realisierten Information andererseits besteht.

François Jacob, 1920Jacques Monod,1910 – 1976

Sie entwickelten ein Modell (Operon-Modell) für das Zusammenwirken von Regulatorgenen, Operatoren, Promotoren, Strukturgenen und allosterischen Proteinen, den Repressoren, bei der Synthese von messenger-RNA.

Marshall Warren Nirenberg: Der erste

Buchstabe des genetischen Codes

Heinrich Matthaei und Marshall Warren Nierenberg planten gemeinsam das wohl bedeutendste Experiment der Genetik. Das sogenannte “Poly-U-Experiment” war der Schlüssel zur Entzifferung des genetischen Codes. Es wurde von Heinrich Matthaei allein im Mai 1961 im gemeinsamen Labor durchgeführt.Nirenberg erhielt 1968 zusammen mit Har Gobind Khorana und Robert W. Holley den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Marshall Warren Nirenberg, 1927 – 2010J. Heinrich Matthaei, 1929

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Erster Teil: Zellkern, Ribosomen und Endoplasmatisches Reticulum (ER) © 2008, Thomas J. Golnik

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