Das Bakteriengenom





Untersuchung des Bakteriengenoms
 Lerneinheit 2: Abgrenzung von Genkategorien

Name ___________________________

Kurs ___________________________

Datum ___________________________

Beantworten Sie die folgenden Fragen:
1. Teilen Sie die folgenden Haushaltsgegenstände in Kategorien ein (und stellen Sie dazu beliebig Kategorien auf, die Sie brauchen).

    Hut. Kategorie: __________________
    Computer. Kategorie: __________________
    Schuh. Kategorie: __________________
    Stuhl. Kategorie: __________________
    Buch. Kategorie: __________________
    Toaster. Kategorie: __________________
    Hemd. Kategorie: __________________
    Diskette. Kategorie: __________________
    Brot. Kategorie: __________________
    Fernsehgerät. Kategorie: __________________
    Bett. Kategorie: __________________
2. Nennen Sie von den unten angegebenen „Kategorien der Stoffwechselfunktionen“ diejenigen, die am besten zu den Positionen der folgenden Liste passen:
    Ein Enzym, das den Abbau des Zuckers Glucose zur Herstellung von ATP katalysiert. ___
    Ein Enzym, das die Aminosäure Serin synthetisiert. ___
    Ein Protein, mit dessen Hilfe Milchzucker (Lactose) die Zellmembran passieren kann. ___
    Ein Enzym, das an einer DNA-Matrize ein RNA-Molekül herstellt. ___
    Ein Enzym, das an der Replikation eines DNA-Moleküls beteiligt ist. ___
    Eine Transfer-RNA, die eine Aminosäure zu den Ribosomen transportiert. ___
    Ein kleines Protein, welches das Gewebe des Wirtes abbauen kann, wenn der Organismus ein Krankheitserreger ist und heranwächst. ___


Kategorien der Stoffwechselfunktionen
1. Biosynthese von Aminosäuren
2. Biosynthese von Cofaktoren, prosthetischen Gruppen und Trägermolekülen
3. Zellhülle mit Membran, Zellwand und anderen Oberflächenstrukturen
4. Zellvorgänge wie Zellteilung, Tötung von Zellen und andere
5. Zentraler Intermediärstoffwechsel:
Enzyme für die Umsetzung und Synthese vieler biochemischer Zwischenstufen
6. Energiestoffwechsel
7. Fettsäure- und Phospholipidstoffwechsel
8. Purine, Pyrimidine, Nucleoside und Nucleotide
9. Regulationsfunktionen
10. Replikation:
Synthese, Reparatur und Abbau von DNA
11. Transkription:
Synthese, Modifikation und Abbau von RNA
12. Translation:
Bestandteile des Apparates zur Proteinsynthese
13. Transport- und Bindeproteine:
Bestandteile für den Substanztransport durch Zellmembranen
14. Andere Kategorien:
ein "Gemischtwarenladen" für Funktionen, die nicht in die zuvor genannten Kategorien passen
15. Hypothetische Funktionen:
Kategorie für Gene, die man aufgrund der Sequenzierung mit dem Computer vorhersagen kann, die aber biochemisch nicht identifiziert wurden.
3.
    Sind alle Gene gleich groß? ____

    Welches ist das größte Gen, das Sie finden können? ________(Führen Sie es mit seiner Nummer auf.)
    Aus wievielen Basen besteht es? _________

    Welches ist das kleinste Gen, das Sie finden können? ________(Führen Sie es mit seiner Nummer auf.)
    Aus wievielen Basen besteht es? _________

    (Ein Tip: Sie können auf jeden Pfeil der Genkarte klicken und sich weitere Informationen über das jeweilige Gen anzeigen lassen. Die Differenz zwischen den Positionen von "Ende 5" und "Ende 3" ist die Basenzahl des betreffenden Gens. Ist beispielsweise Ende 5 = 28651 und Ende 3 = 29544, enthält das Gen 29554-28651 = 893 Basen (plus eine - insgesamt sind es 894, denn die Zahlen schließen die erste und letzte Base des Gens ein.)

    Welche Schwankungen gibt es bei der Größe? Sind die größten Gene doppelt, fünfmal oder hundertmal so groß wie die kleinsten? (Eine ungefähre Antwort reicht aus.) ________________________

    Wenn die Gene sehr unterschiedlich groß sind, könnte unsere anfängliche Berechnung von 580 "durchschnittlichen" Genen ziemlich weit daneben liegen. Wieviele Gene sind es wirklich?______
    (Ein Tip: Denken Sie daran, dass die Gene in ihrer Reihenfolge nummeriert sind.)

    Wie nahe sind wir mit der ursprünglichen Schätzung von 580 Genen den wirklichen Verhältnissen gekommen? ________

4. Liegen alle Gene einer bestimmten Kategorie gehäuft zusammen, oder verteilen sie sich über die gesamte DNA? Greifen wir für unsere Analyse einmal ein paar Kategorien heraus.

(a) Gene, die an der Replikation beteiligt sind, das heißt an der Verdoppelung der Zell-DNA. (Ein Tip: Diese Gene sind in der Tabelle der Kategorien gelb gekennzeichnet.) Sehen Sie die Tabelle durch.

    Liegen sie gehäuft in einem bestimmten Bereich, verteilen sie sich zufällig, oder bilden sie mehrere Ansammlungen? ___________________

    Wenn Ansammlungen vorhanden sind: Wie groß ist die maximale Zahl der Gene einer einzigen Kategorie, die gehäuft zusammen liegen?___________________

(b) Gene, die an der Translation mitwirken und Bestandteile des Apparates für die Proteinherstellung codieren. Diesmal gibt es keinen Tip. Sie müssen es allein schaffen.
    Liegen sie gehäuft in einem bestimmten Bereich, verteilen sie sich zufällig, oder bilden sie mehrere Ansammlungen? ___________________

    Wenn Ansammlungen vorhanden sind: Wie groß ist die maximale Zahl der Gene einer einzigen Kategorie, die gehäuft zusammen liegen?___________________

    Welche Funktion haben die Gene in dieser Gruppe? ________________
    (Ein Tip: Klicken Sie auf mehrere Pfeile und sehen Sie sich die Beschreibung der Gene an.)

(c) Gene, die am Energiestoffwechsel mitwirken, dem Abbau der Nährstoffe, durch den die Zelle Energie gewinnt.
    Liegen sie gehäuft in einem bestimmten Bereich, verteilen sie sich zufällig, oder bilden sie mehrere Ansammlungen? ___________________

    Wenn Ansammlungen vorhanden sind: Wie groß ist die maximale Zahl der Gene einer einzigen Kategorie, die gehäuft zusammen liegen? ___________________

5. Werden die meisten Gene nur von einem der beiden DNA-Stränge codiert?
    Das heißt: Weisen die Pfeile in ihrer Mehrzahl nach rechts oder nach links? _________

    Wenn beide Stränge genutzt werden: Beobachtet man eine Häufung, das heißt, weisen die Gene in einer bestimmten Region des Genoms bevorzugt nach links oder nach rechts? ______________________________________

    Gibt es Gene, die sich überlappen? ___________

6. Betrachten Sie die Liste der Kategorien am unteren Ende der Tabelle. Wenn Sie auf die einzelnen Kästen klicken, erhalten Sie eine vollständige Liste aller Gene, die zu der jeweiligen Kategorie gehören. Die Gene sind mit Namen wie MG203, MG377 usw. gekennzeichnet; MG ist dabei die Abkürzung für Mycoplasma genitalium, und die Zahl besagt, wo das jeweilige Gen auf dem Chromosom liegt.

An den Listen können Sie bequem abzählen, wie viele Gene die einzelnen Kategorien umfassen. (Oder rollen Sie die Listen nach unten und sehen Sie sich an, welche am längsten ist.)

    Welche Kategorie umfasst die meisten Gene? ___________

    Was ist nach Ihrer Ansicht der Grund, dass es in dieser Kategorie so viele Gene gibt? ______________

7. Wie viele Gene konnte man, ganz grob gesagt, nicht identifizieren? ________

Um diese Frage zu beantworten, müssen Sie sich die Kategorie "unbekannt" ansehen. Wenn Sie auf diesen Kasten klicken, erhalten Sie leider keine Liste; Sie müssen selbst die Genkarte durchsehen.

8. Wir hatten angenommen, dass jedes Gen ein Protein codiert. Aber alle Zellen enthalten drei Typen von RNA. Die Messenger-RNA (mRNA) dient zur Herstellung von Proteinen und ist demnach ein vorübergehender Informationsträger, aber die beiden anderen Typen bleiben als stabile Moleküle in der Zelle erhalten.

Einer dieser Typen ist die ribosomale RNA (rRNA), die in den Ribosomen vorkommt. Es gibt drei rRNA-Gene mit den Bezeichnungen 5S-, 16S- und 23S-rRNA.

    Wo liegen sie im Genom? ___________________ (Nennen Sie die nächstliegenden nummuerierten Gene.)

    Liegen sie gehäuft oder in großen Abständen? ____________

Ein weiterer Typ ist die Transfer-RNA (tRNA), eine große Familie kleiner RNA-Moleküle, welche die Aminosäuren zu den Ribosomen transportieren, wo sie dann in die Proteine eingebaut werden. Die zugehörigen Gene sind auf der Karte mit dem Symbol T gekennzeichnet. Es gibt bei diesem Organismus 33 verschiedene Typen von tRNA.
    Stellen Sie im Genom fest, ob sie verstreut ___oder in Gruppen ___liegen (Kreuzen Sie eine Möglichkeit an).
9. Gibt es DNA-Abschnitte, die keine RNA und damit auch kein Protein codieren?
    Durchsuchen Sie die Karte nach solchen Regionen und schätzen Sie ungefähr ab, welcher Prozentsatz der DNA keine Codierungsfunktion hat:
    0% ___ 1% ___10% ___ 50% ___ 90% ___(Wählen Sie eine Möglichkeit).

    Lässt Ihr Befund darauf schließen, dass M. genitalium seine DNA sehr effizient oder sehr ineffizient nutzt? ___________