Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation...

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Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)

1) Aufbau und Funktion des Zellkerns

2) Organisation und Funktion eukaryotischer Gene

3) Zellteilung (Mitose)

4) Keimzellbildung (Meiose)

5) Rekombination und Genkartierung

Zellteilung und Zellzyklus

Bei der Vermehrung von Zellen wechseln sichZellwachstum (kontinuierlich) und Zell-teilung (diskontinuierlich) ab

Den Ablauf der Zellteilung kann man als einenwiederkehrenden zyklischen Prozeßbetrachten (Zellzyklus)

Zellzyklus

Mikroskopisch kann man die Interphase

(Chromosomen nicht sichtbar) von der Mitose

(Chromosomen sichtbar) unterscheiden

Interphase

(G0-Phase: Ruhezustand teilungsinaktiver Zellen)

G1-Phase: Vorbereitung zur DNA-Replikation

S-Phase: DNA-Synthese

G2-Phase: Vorbereitung der Mitose

Eukaryotischer Zellzyklus

Mitose

Nur während der Mitose sind die Chromosomensichtbar

Damit eine Aufteilung erfolgen kann, werdendie Chromosomen durch Kondensation starkverkürzt

Mitosestadien

Prophase: Kondensation der ChromosomenAbbau der Kernhülle

Metaphase: Aufbau des Spindelapparates

Anaphase: Trennung der Chromatiden

Telophase: Entspiralisierung der Chromo-somen Wiederaufbau der Kernhülle

Interphase

Prophase

Späte Prophase

Metaphase

Aufbau des Spindelapparates

Anaphase

Telophase

Film zur Mitose(siehe online-media)

Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor “Graphics”

benötigt.

Mitosis-promoting factor (MPF)

Mitotische Zellen enthalten eine aktiveKomponente, die in den Kernen mitotischeVeränderungen (Auflösung der Kernhülle,Chromosomenkondensierung) hervorruft.

Nachweis von MPF(Mitosis promoting factor)

MitotischeZelle

G1-PhaseZelle

MitotischeZelle

S-PhaseZelle

MitotischeZelle

G2-PhaseZelle

Kondensierteschromatin

Cycline

Während der Zellteilung wird eine zyklischeVeränderung der Konzentration bestimm-ter Proteine (Cycline) beobachtet

Die MPF-Aktivität korreliert mit der beob-achteten Cyclin-Menge

Aufstieg und Fall von MPF

Cyclin-abhängige Kinasen (Cdks)

MPF ist ein Komplex aus einer Cyclin-abhängigen Kinase (Cdk) und einem Cyclin

Cdk ist eine Proteinkinase, die andere Proteinephosphoryliert

Cyclin-abhängige Kinase (Cdk)

mitoticcyclin

cyclin-dependent kinase

Kontrollpunkte (checkpoints)

Der Zellzyklus wird an bestimmten Kontrollpunktenvon verschiedenen Cdk-Cyclin-Komplexengesteuert:

Eintritt in die S-Phase (Start)

Eintritt in die Mitose

Beendigung der Mitose (Metaphase-Anaphase Übergang)

Initiation der DNA-Replikation

Start der Mitose Metaphase-Anaphase-Übergang

G1-Cyclin

Start-Kinase

Initiation der DNA-Replikation

Initiation der Mitose

mitotisches Cyclin

M-phase-promoting factor

Regulation von Start in eukaryotischenZellen

Durch Phosphorylierung des Rb (Retinoblastoma)-Proteins kommt es zur Freisetzung einesTranskriptionsfaktors, der Gene für die Initiationdes Zellzyklus aktiviert

aktives Rb-Protein

inaktiver Transkriptionsfaktor

Zielgen Zielgen

Transkription

aktiver Transkriptionsfaktor

inaktivesphosphoryliertesRb-Protein

G0-Zelle Teilungsaktive Zelle

Onkogene und Tumorsuppressorgene

Die Teilungsaktivität wird von Proto-Onkogenenund Tumorsuppressorgenen gesteuert

Zu einer unkontrollierten Vermehrung kommt es,wenn entweder beide Kopien des Tumor-suppressors defekt sind oder

eine dominante Mutation in einem Proto-Onkogeneine Hyperaktivierung des Zellzyklus bewirkt

NormaleZellteilung

Zwei Kopien eines Tumor-suppressor-Gens

Zwei Kopien eines Proto-Onkogens

ZellzyklusKontroll-System

AUSWIRKUNG:

Kontrolle des Zellzyklus

NormaleZellteilung

UnkontrollierteZellteilung

Mutation eines der beidenProto-Onkogene führt zur Hyperaktivierung (Onkogen)

AUSWIRKUNG:

Tumorsuppressor

NormaleZellteilung

UnkontrollierteZellteilung

Mutation eines der beidenProto-Onkogene führt zur Hyperaktivierung (Onkogen)

Beide Kopien des Tumor-suppressors inaktiviert

AUSWIRKUNG:

Tumorsuppressor

Meiose

Bei der Keimzellbildung kommt es in der Meiosezu einer Reduktion der Chromosomensätze

Die Meiose besteht aus einer Reduktionsteilung(Meiose I) und einer anschließenden Mitose(Meiose II)

Aus einer diploiden Ausgangszelle entstehenvier haploide Keimzellen

Drei nicht-homologeChromosomen

Drei Paare homologerChromosomen

Eine Kopie des genetischen Materials aufgeteilt auf

Chromosomen

Zwei Kopien des genetischen Materials

aufgeteilt auf Chromosomen

Haploid (1N) Diploid (2N)

Meiose

In der ersten meiotischen Teilung (Reduktions-teilung) lagern sich die homologen Chromosomenaneinander und bilden den synaptonemalenKomplex

Dies geschieht während der Prophase, diesehr lange dauert und in verschiedene Stadieneingeteilt wird

Leptotän

Zygotän

Pachytän

Diplotän

Diakinese

Film zur Meiose(siehe online-media)

Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor „Video“ benötigt.

Synaptonemaler Komplex

Die Zusammenlagerung der homologenChromosomen erfolgt im synaptonemalenKomplex, der sich während der Prophase derMeiose I bildet

Im synaptonemalen Komplex kommt es zuChromosomenbrüchen, die zur Ausbildung von Crossing over-Strukturen (Chiasmata) führen

Synaptonemaler Komplex

Chiasmata

Interchromosomale Rekombination

Chiasma„Crossover“

Intrachromosomale Rekombination

Drosophila melanogaster

Thomas Hunt Morgan

Einheit der Rekombinationsfrequenz

A B C D E

1 cM (centiMorgan) entspricht 1 % Rekombination

28 cM20 cM5 cM 3 cM

StammbaumanalyseD/- D/d

D/d D/d

D/d D/-

d/dd/d d/dD/- D/- D/- D/- D/-

D/-D/-

? ? ? ? ?

„Variable number tandem repeats (VNTR)“

Kartierung mit Hilfe von DNA-Markern

d DD/d d/dD/D

Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus (RFLP)

D/- D/d

D/d D/d

D/d D/-

d/dd/d d/dD/- D/- D/- D/- D/-

D/-D/-

Kartierung mit Hilfe von DNA-Markern

D/d D/d

RFLP-Muster

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