Restriktionsenzyme [sticky ends; blunt ends]- Grundlagen der Gentechnik [Biologie, Oberstufe] [2/7]
Summary
TLDRDieses Video erklärt die Funktion von Restriktionsenzymen in der Gentechnik, die DNA-Moleküle schneiden und so neue Kombinationen erstellen. Es verdeutlicht, wie diese Enzyme spezifische Sequenzen erkennen und an ihnen schneiden, um DNA-Fragmente zu erzeugen, die dann mit anderen DNA-Fragmenten verbunden werden können. Zusätzlich wird die Rolle von DNA-Ligasen bei der Verbindung von DNA-Fragmenten und die Notwendigkeit, rekombinante DNA in lebende Zellen zu übertragen, um biologische Aktivität zu gewährleisten, erläutert. Das Video bietet auch Einblicke in die natürliche Funktion von Restriktionsenzymen in Bakterien, um Viren abzuwehren, und wie diese Mechanismen für die Gentechnik genutzt werden können.
Takeaways
- 🧬 Restriction enzymes are crucial tools in genetic engineering, enabling the cutting of DNA molecules into smaller fragments.
- 🔍 These enzymes recognize specific DNA sequences, known as palindromes, that can be read the same way forwards and backwards.
- ✂️ Restriction enzymes cut DNA at specific recognition sites, often resulting in either blunt or sticky ends, which are essential for recombination.
- 🔬 DNA ligases play a significant role in recombinant DNA technology by catalyzing the joining of DNA fragments, akin to their role in DNA replication.
- 🧪 The process of creating recombinant DNA often aims to produce many identical copies of a gene, which can be useful for various biological applications.
- 🏥 In medicine, recombinant DNA technology can be used to treat diseases where a vital protein, produced by a defective gene, is not available in sufficient quantities.
- 🐄 An example of practical application is the creation of transgenic cows that produce human growth hormone in their milk, showcasing the potential of gene technology.
- 🔄 Vectors, such as plasmids, are essential for transferring recombinant DNA into a host organism or cell, facilitating the expression of the inserted gene.
- 🛡️ Bacteria possess restriction enzymes as a defense mechanism against bacteriophages, which are viruses that inject their DNA into bacterial cells.
- 🔒 Bacterial DNA is protected from being cut by their own restriction enzymes due to methylation at specific sites, which prevents enzyme binding.
Q & A
Was ist das Hauptthema des Videos?
-Das Video behandelt Restriktionsenzyme und ihre Rolle in der Gentechnik, insbesondere wie sie zur Erzeugung von rekombinanter DNA verwendet werden.
Wie funktionieren Restriktionsenzyme in der Gentechnik?
-Restriktionsenzyme erkennen spezifische palindromische DNA-Sequenzen und schneiden die DNA an diesen Stellen, was es ermöglicht, DNA in kleinere Fragmente zu zerteilen und rekombinante DNA zu erzeugen.
Was sind palindromische DNA-Sequenzen?
-Palindromische DNA-Sequenzen sind solche, die in beide Richtungen gleich gelesen werden können, wie die Wörter 'Anna' oder 'Otto'. Diese Sequenzen werden von Restriktionsenzymen erkannt und geschnitten.
Wie unterscheiden sich glatte Enden von klebrigen Enden beim Schneiden der DNA?
-Glatte Enden entstehen, wenn Restriktionsenzyme die DNA genau in der Mitte der Erkennungssequenz schneiden. Klebrige Enden entstehen, wenn die Schnitte an verschiedenen Stellen auf den beiden DNA-Strängen erfolgen, was zu überlappenden, komplementären Enden führt.
Was ist rekombinante DNA?
-Rekombinante DNA ist neu kombinierte DNA, die aus Fragmenten unterschiedlicher Herkunft, z.B. von verschiedenen Organismen, zusammengesetzt wird. Diese DNA kann dann in Wirtszellen eingeschleust werden.
Welche Rolle spielt die DNA-Ligase in der Gentechnik?
-DNA-Ligase ist ein Enzym, das DNA-Fragmente verbindet, indem es die Phosphodiesterbindungen zwischen den Basen der DNA-Stränge katalysiert. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung rekombinanter DNA.
Warum ist die Herstellung rekombinanter DNA wichtig?
-Rekombinante DNA wird hergestellt, um Gene zu klonen, z.B. um bestimmte Proteine in großer Menge zu synthetisieren, die für therapeutische Zwecke genutzt werden können, wie z.B. das menschliche Wachstumshormon.
Wie verhindern Bakterien, dass ihre eigenen Restriktionsenzyme ihre DNA zerstören?
-Bakterien schützen ihre eigene DNA durch Methylierung der Erkennungssequenzen, sodass die Restriktionsenzyme nicht an ihre DNA binden und sie zerschneiden können.
Welche Rolle spielen Vektoren in der Gentechnik?
-Vektoren wie Plasmide und Viren dienen als Transportmoleküle, die rekombinante DNA in eine Wirtszelle einschleusen, wo sie repliziert und transkribiert wird.
Warum sind Viren als Vektoren in der Gentechnik interessant?
-Viren können auf natürliche Weise Zellen infizieren und ihre DNA einschleusen. Dies bietet einen Vorteil gegenüber Plasmiden, da keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich sind, um sie in die Wirtszellen zu bringen.
Outlines
🧬 Gentechnik und Restriktionsenzyme
Dieses Video beschäftigt sich mit der Gentechnik, einem Bereich der Biotechnologie, der sich mit Methoden und Verfahren beschäftigt, um das Erbgut von Organismen gezielt zu verändern. Es erklärt, wie DNA-Moleküle in kleinere Fragmente geschnitten werden, wie diese Fragmente rekombiniert werden und wie sie in Wirtsorganismen oder -zellen eingefügt werden. Es wird auf die Rolle von Restriktionsenzymen eingegangen, die spezifische DNA-Sequenzen erkennen und schneiden, um rekombinante DNA herzustellen. Diese Enzyme sind in Bakterien natürlich vorkommend und sind essentiell für die Herstellung von rekombinanten DNA-Molekülen.
🐄 Anwendungen der Gentechnik in der Medizin
Der zweite Absatz des Videos konzentriert sich auf die Anwendung der Gentechnik in der Medizin, insbesondere zur Therapie von Krankheiten, bei denen betroffene Proteine aufgrund eines defekten Gens nicht in ausreichender Menge produziert werden. Es wird erläutert, wie man mithilfe der Gentechnik Proteine in Bakterien produzieren kann, die für die Behandlung dieser Krankheiten nützlich sind. Ein Beispiel dafür ist die Herstellung des menschlichen Wachstumshormons, das in der Vergangenheit aus der Hypophyse von Tieren isoliert wurde. Heute kann dieses Hormon durch transgene Kühe in ihrer Milch produziert werden. Der Absatz erklärt auch, wie rekombinante DNA in lebende Zellen eingefügt wird, um die DNA zu replizieren und die genetische Information zu transkribieren, um Proteinprodukte herzustellen. Der Einsatz von Transportmolekülen, sogenannten Vektoren, wird ebenfalls behandelt, die für das Eindringen der DNA in die Zelle notwendig sind.
Mindmap
Keywords
💡Gentechnik
💡Rekombinante DNA
💡Restriktionssensibilie Enzyme
💡Sticky Ends
💡DNA-Ligase
💡Vektor
💡Wirtszelle
💡Methylierung
💡Bakteriophagen
💡Genprodukte
Highlights
Das Video behandelt das Thema der Restriktion und Enzyme in der Gentechnik.
Gentechnik befasst sich mit Methoden zur gezielten Veränderung des Erbguts von Organismen.
Teile des Erbguts können mit einem Transportmoleküle, einem sogenannten Vector, auf einen anderen Organismus übertragen werden.
DNA-Moleküle werden in kleinere Fragmente geschnitten, um rekombinante DNA zu erzeugen.
Restriktionssensibilie Enzyme sind molekulares Werkzeug der Gentechnik, das rekombinante DNA herstellen lässt.
Diese Enzyme erkennen spezifische DNA-Sequenzen und schneiden an diesen Stellen.
Die Erkennungssequenzen sind palindromisch und können in beide Richtungen gelesen werden.
Restriktionssensibilie Enzyme schneiden DNA an beiden Strängen, um Doppelhelix aufzubrechen.
Es gibt verschiedene Arten von Restriktionsenzymen, die entweder glatte oder klebrige Enden erzeugen.
Klebrige Enden ermöglichen das Verbinden von DNA-Fragmenten durch Wasserstoffbrückenbindungen.
DNA-Fragmente unterschiedlichen Ursprungs können so zu rekombinanter DNA verknüpft werden.
DNA-Ligase ist ein weiteres Enzym, das die Verknöpfung von DNA-Fragmenten katalysiert.
Rekombinante DNA ist oft notwendig, um viele Kopien eines Gens zu erzeugen.
In der Medizin kann die Vervielfältigung von Proteinen, die von biologischem Nutzen sind, zur Therapie von Krankheiten beitragen.
Transgene Kühe wurden erzeugt, die das menschliche Wachstumshormon in ihre Milch ausscheiden.
Rekombinante DNA muss in eine lebende Zelle eingeschleust werden, um repliziert und transkribiert zu werden.
Transportmoleküle, sogenannte Vektoren, sind für das Einschleusen von rekombinanter DNA in Zellen erforderlich.
Plasmide sind häufig verwendete Vektoren, die rekombinante DNA transportieren können.
Bakterien haben Mechanismen, um Restriktionsenzyme nicht an ihre eigene DNA zu binden, indem sie diese methylieren.
Bakteriophagen sind Viren, die DNA in Bakterien injizieren und diese zur Virusherstellung nutzen.
Restriktionsenzyme können das DNA-Molekül von Bakteriophagen zerstören, um Bakterien zu schützen.
Viren können als Vektoren verwendet werden, da sie natürlich zur Infektion von Zellen fähig sind.
Transcripts
dieses video zum thema restriktion
enzyme ist eingebettet in eine video
reihe zum themenfeld gentechnik im
themenfeld das sich mit methoden und
verfahren beschäftigt mit denen man das
erbgut die dna von organismen gezielt
künstlich verändern kann häufig werden
dabei teile des erbguts eines organismus
mit hilfe eines transport moleküls einem
sogenannten vector auf einen anderen
organismus übertragen dieser vorgang
drängt fragen auf wie werden dna
moleküle im kleinere fragmente
geschnitten wie führt man diese
fragmente anschließend zusammen um
rekombinante das heißt neue kombinierte
dna zu erzeugen und wie kann man diese
in einen geeigneten wirtsorganismus bzw
in eine wirtszelle in eine zielzelle
einschleusen um dna moleküle in kleinere
fragmente zu schneiden nutzt man
restriktion sensibel die eigentlich so
aussehen hier entsprechend aber als
scheren dargestellt sind reaktions
enzyme sind die molekularen grund
werkzeuge der gentechnik mit hilfe derer
sich rekombinante also neu kombinierte
dna herstellen lässt es handelt sich
dabei um dna moleküle unterschiedlichen
ursprungs wie auch hier dargestellt
restriktion single kommen
natürlicherweise in bakterien vor und
sie sind in der lage spezifische dna
sequenzen zu erkennen und an ihnen zu
schneiden genauer gesagt erkennen
restriktion enzyme paltrow mische
dna-sequenzen sequenzen mit einer
spezifischen abfolge von dna basen die
von vorne nach hinten sowie von hinten
nach vorne gleich zu lesen sind denkt
beispielsweise an palme wie anna oder
otto die auch rückwärts gelesen immer
noch anhand otto sind das restriktion
sands eur1 schneidet dna innerhalb der
abgebildeten spezifische erkennungs
begrenzt wie ihr sicherlich wisst liegt
die dna in form eines doppel strangs bzw
einer doppelhelix also aus zwei einzel
strengen vor um einzelne dna fragmente
isolieren zu können ist eine solche
erkennung sequenz an nur einem der
beiden einzel strenge wenig hilfreich um
die dna doppelhelix aufzubrechen und
später einzelne dna fragmente zu
erzeugen muss die dna an beiden einzel
strengen geschnitten werden die tatsache
dass es sich bei der spezifische
erkennungs sequenz um eine pandemische
sequenz handelt die in fünf strich 3
strich richtung bei beiden einzel
strengen als
ghtc
zu lesen ist gewährleistet dass das
reaktions enzym entsprechend beide
einzel strenge erkennen und schneiden
kann
restriktion sensi schneiden die dna
immer zwischen zwei basen innerhalb
einer spezifischen erkennung sequenz die
meist vier bis acht basenpaare lang ist
einige restriktionen zu beschneiden die
dna genau in der mitte des palent roms
und erzeugen glatte enden andere
wiederum so auch das restriktion sun zu
eins von escherichia coli schneidet die
beiden dna-stränge an zwei verschiedenen
stellen durch das versetzte schneiden
besitzt jedes fragment ein überlappende
cent die sogenannten klebrigen enden
oder sticky
entweder kleben die ursprünglichen enten
wieder zusammenfügen sich also wieder
zusammen oder aber und das ist
entscheidend die sticky and verbinden
sich über wasserstoffbrücken bindung mit
den komplementär überhängenden basen
anderer dna-fragmente zum beispiel mit
den sticks eines anderen organismus hier
dargestellt durch die unterschiedliche
farbe für das dna fragmente des anderen
organismus dessen basenabfolge zwar
nicht aufgeführt ist die sich aber
unterscheidet von der des anderen
organismus
auf diese weise lassen sich dna
fragmente mit unterschiedlichen ursprung
miteinander verbinden ein fragment
menschlicher herkunft kann so mit einem
fragment das von einem bakterium stammt
verknüpft werden und rekombinante dna
ärzte neben den restriktionen enzym
spielt die dna die gase als weiteres
enzym eine bedeutende rolle bei diesem
vorgang denn sie katalysiert die
verknüpfung von dna fragmenten ebenso
wie sie das schon bei der verdopplung
der dna der dna replikation macht
mit diesen werkzeugen restriktion zügen
und dna die gase sind wissenschaftler in
der lage dna moleküle aus beliebiger
quelle zu zerschneiden und neu
zusammenzufügen warum sollte man dies
tun ein motiv rekombinante dna
herzustellen besteht darin ein oft ihr
liegendes gehen zu clown ihren also
möglichst viele identische kopien des
gens zu erzeugen es gibt gene die die
proteine synthetisieren die von so
großen biologischen nutzen sind dass man
diese gene auf eine zielzelle
transferiert mit dem ziel eine hohe
anzahl an kopien des gewünschten gehens
herzustellen man sagt auch dass gegenzug
lohn ihren die vervielfältigung eines
bestimmten gens und dessen gen produktes
spielt in der medizin zur therapie von
krankheiten bei denen betroffene ein
lebenswichtiges protein als gen produkt
infolge eines defekten gens nicht in
ausreichender menge produzieren könnte
eine wichtige rolle es gibt zum beispiel
kinder die das menschliche
wachstumshormon als protein nur
unzureichend synthetisieren mit der
folge dass sie eine geringe körpergröße
und oft auch andere anomalien aufweisen
während man die betroffenen früher mit
genau diesem protein behandelte dass man
aus dem synthese ort der hypophyse von
toten isolierte wodurch der bedarf
natürlich nicht gedeckt werden konnte
gelang es mit hilfe der gentechnik das
proteinen bakterien zu produzieren und
zwar in hoher anzahl
mittlerweile hat man transgene kühe
erzeugt die das menschliche
wachstumshormon in ihre milch sanieren
also abgeben für sich alleine hat die
künstlich hergestellte rekombinante dna
noch keine biologische bedeutung sie
muss in eine lebende zelle eingeschleust
werden welche die dna repliziert
verdoppelt und die genetische
information
transkribiert und so gehen produkte
herstellt für das einschleusen der
rekombinanten dna in eine lebende zelle
diese wird auch als wirtszelle oder
zielzelle bezeichnet wird in der regel
ein transport molekül sogenannter vector
benötigt bakterien enthalten kleine dna
dinge die man als plasmide bezeichnet
die sich so modifizieren lassen dass sie
rekombinante dna in zellen hinein
transportieren häufig sind die zur
übertragung verwendeten vektoren
plasmide wobei auch wären diese aufgabe
übernehmen können auch ein plasmid
enthält mindestens eine erkennung
sequenz für restriktion sands immer so
dass das plasmid einfach geschnitten und
die fremd dna mitsamt gehen gut
eingefügt werden kann die frage wie
genau die neue kombinierte dna mit hilfe
von vektoren in einen geeigneten
wirtsorganismus eingeschleust wird das
gegenstand eines weiteren videos
abschließend möchte ich noch kurz die
fragen klären welchen nutzen
restriktionen enzyme in bakterienzellen
die sie produzieren haben und warum sie
nicht die dna dieser bakterienzelle
schneiden bakterien müssen genau wie
jedes andere lebewesen über mechanismen
verfügung mit denen sie feinde abwehren
können ein feind von bakterien sind
ihren sogenannten bakteriophagen die die
viren an greifen indem sie ihre dna in
die bakterienzelle injizieren und sie zu
einer fabrik zur herstellung von viren
verwandelt wodurch die bakterienzelle
schließlich stirbt restriktion cime
können das eingeschleuste dna molekül
der bakteriophagen in kleinere fragmente
zerschneiden und diese somit unschädlich
machen neben diesem ausgeklügelten ab
der mechanismus verfügen bakterien über
ein ebenso effektiven mechanismus der
sie davor schützt dass die restriktion
enzyme nicht die restriktion
schnittstellen in der eigenen dna
erkennen diese sind methylierter sei es
an ihnen sind sogenannte methylgruppen
ch drei gruppen angeheftet so dass die
reaktions enzyme nicht binden können
ganz im gegensatz zu der nicht mit
alliierten dna der viren die sehr
zuverlässig erkannt und geschnitten wird
die eigenschaft von viren zählen auf
natürliche weise zu infizieren indem sie
ihre dna in diese injizieren macht sie
übrigens interessant für die nutzung als
vektoren und bietet einen entscheidenden
vorteil gegenüber plasmide als vektoren
im gegensatz zu plasmide sind bei viren
keine künstlichen maßnahmen erforderlich
um sie in eine wirtszelle zu schleusen
[Musik]
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