Überblick
Die Vorlesung behandelt die Rolle von Restriktionsenzymen in der Gentechnik, deren Funktionsweise beim Schneiden und Kombinieren von DNA sowie den Einsatz von Vektoren zum Transfer genetischer Informationen.
Grundlagen der Gentechnik
- Gentechnik beschäftigt sich mit gezielter Veränderung der DNA von Organismen.
- DNA-Abschnitte werden mithilfe von Vektoren von einem Organismus auf einen anderen übertragen.
- Ziel ist oft die Herstellung rekombinanter DNA durch Kombination unterschiedlicher DNA-Fragmente.
Restriktionsenzyme: Funktion und Bedeutung
- Restriktionsenzyme sind molekulare Werkzeuge zum Schneiden von DNA an spezifischen Schnittstellen.
- Sie kommen natürlich in Bakterien vor und erkennen palindromische DNA-Sequenzen (Vorwärts- und Rückwärtslesen identisch).
- Beispiel: ECO-R1 schneidet bei der Abfolge G-A-A-T-T-C.
- Schneiden erfolgt an beiden DNA-Strängen, meist innerhalb von 4-8 Basenpaaren.
- Ergebnis sind glatte Enden oder klebrige Enden („Sticky Ends“), die das Verknüpfen mit anderer DNA ermöglichen.
Herstellung rekombinanter DNA
- Sticky Ends verbinden sich über Wasserstoffbrücken mit komplementären Enden anderer DNA-Fragmente.
- DNA-Ligase katalysiert das Verknüpfen der Fragmente.
- So entstehen neue DNA-Moleküle unterschiedlicher Herkunft (rekombinante DNA).
Anwendung: Klonierung von Genen
- Rekombinante DNA ermöglicht das Klonieren wichtiger Gene zur Produktion nützlicher Proteine.
- Beispiel: Produktion des menschlichen Wachstumshormons in Bakterien oder in der Milch transgener Kühe.
- Notwendig ist das Einschleusen rekombinanter DNA in eine lebende Wirtszelle.
Übertragung rekombinanter DNA
- Vektoren transportieren die rekombinante DNA in Zielzellen.
- Plasmide (kleine DNA-Ringe in Bakterien) und Viren dienen oft als Vektoren.
- Plasmide und Viren besitzen Erkennungssequenzen für Restriktionsenzyme zum Einfügen der Fremd-DNA.
Schutzmechanismen in Bakterien
- Bakterien schützen sich durch Methylierung der eigenen DNA an den Schnittstellen.
- Restriktionsenzyme schneiden dadurch nur die nicht-methylierte, fremde Virus-DNA.
- Viren dienen als natürliche Vektoren, da sie Zellen selbstständig infizieren.
Wichtige Begriffe & Definitionen
- Restriktionsenzym — Enzym, das DNA an spezifischen, meist palindromischen Sequenzen schneidet.
- Sticky Ends — Überhängende DNA-Enden, die sich mit komplementären Enden verbinden können.
- Ligase — Enzym, das DNA-Bruchstücke miteinander verknüpft.
- Vektor — Transportmolekül (z.B. Plasmid, Virus) zur Übertragung von DNA in eine Zelle.
- Methylierung — Anhängen von Methylgruppen zum Schutz der eigenen DNA vor Restriktionsenzymen.
Action Items / Nächste Schritte
- Siehe das nächste Video zur Einschleusung rekombinanter DNA mithilfe von Vektoren in Wirtszellen.