Praxis-Biowissenschaftliche Forschung - Cheatsheet.pdf

Struktur und Funktion von DNA, RNA und Proteinen

Definition:

DNA: doppelhelikale Struktur, speichert genetische Information; RNA: einsträngige Struktur, überträgt genetische Information; Proteine: Polypeptide mit vielfältigen Funktionen

Details:

• DNA: Phosphat-Zucker-Rückgrat, Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C), Guanin (G)
• RNA: Phosphat-Zucker-Rückgrat, Adenin (A), Uracil (U), Cytosin (C), Guanin (G)
• Proteine: Polypeptidkette aus Aminosäuren, Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur
• Transkription: DNA zu mRNA
• Translation: mRNA zu Protein
• Funktionen von Proteinen: Katalyse (Enzyme), Struktur (Kollagen), Transport (Hämoglobin), Signalübertragung (Hormone)

PCR und Gel-Elektrophorese

Definition:

PCR: Amplifikation spezifischer DNA-Sequenzen. Gel-Elektrophorese: Trennung von DNA-Fragmenten nach Größe.

Details:

• PCR (Polymerase-Kettenreaktion): DNA-Denaturierung, Primer-Annealing, DNA-Synthese durch Taq-Polymerase.
• Ablauf: Denaturierung bei ca. 95°C, Annealing bei ca. 50-65°C, Verlängerung bei ca. 72°C, wiederholte Zyklen.
• Ergebnisse in Form von exponentieller Vervielfältigung der Ziel-DNA-Sequenz.
• Gel-Elektrophorese: Nutzung eines Agarose- oder Polyacrylamidgels.
• Einfluss elektrisches Feld trennt Moleküle aufgrund ihrer Größe und Ladung.
• Kleiner Fragmente bewegen sich weiter durch das Gel (+Kammer).
• Quantitative und qualitative Analyse durch Bandenmuster.
• Visualisierung meistens durch Ethidiumbromid oder andere DNA-Färbemittel unter UV-Licht.

Regulation von Stoffwechselwegen auf molekularer Ebene

Definition:

Regulation von Stoffwechselwegen auf molekularer Ebene - Kontrollmechanismen zur Feinabstimmung biochemischer Prozesse innerhalb der Zelle.

Details:

• Enzymatische Regulation: Allosterische Modulation, kovalente Modifikationen (z.B. Phosphorylierung).
• Genexpression: Transkriptionsregulation, mRNA-Stabilität.
• Substratverfügbarkeit: Feedback-Hemmung, Produkthemmung.
• Zelluläre Energiestatus: AMP/ATP-Quotient.
• Signaltransduktion: Hormonelle Regulation, second messenger.
• Kompartimentierung: Organellespezifische Regulation.
• Epigenetische Faktoren: DNA-Methylierung, Histonmodifikationen.
• Konzentration von Ionen und Cofaktoren.

Molekulare Genetik und Genomik

Definition:

Analyse von Genen und Genomen auf molekularer Ebene.

Details:

• Gene: DNA-Abschnitte, die für Proteine oder RNA-Sequenzen kodieren.
• Genom: Gesamtheit aller Gene eines Organismus.
• Techniken: PCR, Sequenzierung, Genom-Editing (CRISPR).
• Bioinformatik: Analyse und Interpretation genomischer Daten.
• Epigenetik: Modifikationen, die Genexpression beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz zu ändern.
• Regulation: Promotoren, Enhancer, Transkriptionsfaktoren.
• Mutationen: Punktmutationen, Deletionen, Insertionen und ihre Auswirkungen.

Genetische Mutationen und ihre Auswirkungen

Definition:

Defekte im Erbgut; verändern die DNA-Sequenz von Genen.

Details:

• Spontane oder durch Umweltfaktoren induzierte Veränderungen
• Typen: Punktmutationen, Deletionen, Insertionen, Duplikationen, Translokationen
• Folgen: Stille Mutationen, missense/nonsense-Mutationen, Leserastermutationen
• Erbkrankheiten, Krebs, evolutionäre Anpassungen
• Mutationsrate beeinflusst durch Mutagene wie Strahlung und Chemikalien
• Reparaturmechanismen: z.B. DNA-Polymerase, Exzisionsreparatur
• Genomische Instabilität kann zu Krebs führen: \text{p53}, \text{BRCA1/BRCA2}

Ethik in der biologischen und biomedizinischen Forschung

Definition:

Ethik in der biologischen und biomedizinischen Forschung befasst sich mit moralischen Prinzipien und Richtlinien, die bei der Planung, Durchführung und Veröffentlichung von Forschung zwingend zu beachten sind.

Details:

• Gewährleistung des Wohlergehens und der Rechte von Versuchspersonen und Tieren
• Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften und ethischen Standards
• Vermeidung von Interessenkonflikten
• Sicherstellung der Transparenz und Nachvollziehbarkeit von Forschungsprozessen
• Verpflichtung zur Berichterstattung über Forschungsergebnisse und Fehlverhalten
• Einholen informierter Einwilligungen
• Förderung des wissenschaftlichen Fortschritts durch ethisch verantwortliches Handeln

Datenanalyse und Interpretation

Definition:

Verarbeitung und Auswertung biologischer Daten, um Muster und Bedeutungen zu identifizieren.

Details:

• Erhebung und Bereinigung von Daten
• Statistische Analyse (z.B. Mittelwerte, Standardabweichung)
• Visualisierung der Daten (Graphen, Diagramme)
• Hypothesentests: t-Test, ANOVA
• Verwendung von Software: R, Python, Excel
• Dateninterpretation im Kontext der biologischen Forschung