V_DNA_Mitose_Meiose

• Kernmembran

  • Außenmembran

  • Innenmembran

• NukleOLus (Kernkörperchen)

• Nucleoplasma

• Chromatin

  • Heterochromatin

  • Euchchromatin

• Ribosome

• Kernporen

• DNA Lokalisation (die ganze genetische Information des Erbguts aufbewahrt)

• Ort der DNA-Replikation

• Ort der genetischen Kontrolle der Zellaktivitäten

• im NucleOLus beginnt der Zusammenbau der Ribosomenunterheiten aus Proteinen und rRNA-Molekülen ➡️ Transkription

Kernkörperchen

• ein nicht membranumhüllt aber trotzdem ein distinktes Organell

• enhält die aktiv transkribierten ribosomalen Gene und ca. 100 Proteine

• besteht aus

  • fibrillären Zentrum (Transkription der rDNA)

  • dichte fibrilläre Umhüllung (rRNA Prozessierung)

  • granuläre Komponenten (pre-ribosomale Partikel und Ribosomen-Untereinheiten)

• Synthese der rRNAs

• Träger genetischer Information/Erbgut

• einzigen Moleküle in lebenden Zellen, welche die Bildung ihrer selbst insturieren können

• im Zellkern der Eukaryota

• im Kernäquvalent der Prokaryota

• doppelsträngig

• a-helix (rechtsgewunden)

• dient der Realisierung des genetischen Programms, das in der DNA im Zellkern gespeichert ist

• einsträngig

Gen = definierter DNA-Abschnitt ➡️ Info für Proteinsynthese

Genom = Gesamtheit aller Gene in einem biologischen System

RNA gelangt ins Cytoplasma ➡️ setzt dort das Programm des Zellkerns in “Eiweißsprache” um

• findet in den Ribosomen statt

  • Ribosom bestehen aus RNA

  • kleinste Organellen einer Zelle

Phosphorsäure

• am C5: Alkoholische Gruppe (C-OH) ➡️ Veresterung mit Phosphorsäure negativ gelandener Phosphatrest

• OH-Gruppe von 3´ + Phosphorsäure von 5´Nachbar Nucleotid

• verestert

• Polymer

Basen

• Adenin + Thymin (Uracil)

• Guanin + Cytosin

• Basenpaarung über H-Brücken

Pentose oder Desoxyribose

Pentose + organische Base

Pentose + organische Base + Phosphorsäure

Polynucleotide (DNA, RNA)

Aggregat aus DNA und Histonen

Histon-DNA-Komplex

filamentöse Komplex aus DNA und Proteinen

DNA + Proteine, Histone, kondensiert zu Chromosomen

Chromatinfaser zu Bündeln verdichtet (vor Zellteilung)

= basische Strukturproteine

Verpackungsproteine

bilden somit ein Histon-DNA-Komplex (Nucleosom)

• Komprimierung

  Histone ➡️ positiv geladen

  DNA-Rückgrat ➡️ negativ geladen

• in eukaryotischen Zellen ist die DNA in Proteine, sogenannte Histone, verpackt, um die Instabilität der Struktur zu verhindern

• werden im Cytoplasma an freien Ribosomen synthetisiert und in großer Zahl zum Zellkern transportiert

• So liegt ein DNA-Proteinkomplex vor, das sogenannte Chromatin. Das Chromatin verpackt in diesem Sinne die große Menge eukaryotischer DNA

Information der DNA:

1. Proteinbildung im Cytoplasma

2. Verdopplung der DNA für Mitose und Meiose

• Info aus dem Zellkern aus der DNA

• Info wird durch RNA abgeschrieben (Transkription) und im Cytoplasma in “Eiweißsprache übersetzt” (Translation)

• Bildung der AS im Cytoplasma

DNA ➡️ mRNA ➡️ Protein

DNA - Transkription - mRNA - Ribosom - Translation (tRNA)

Vorbereitung für die Proteinbiosynthese im Cytoplasma

Transkription = Abschreiben der genetischen Information im Zellkern

RNA-abhängige RNA-Polymerasen (I, II, III)

3 verschiedene RNA-Hauptklassen werden gebildet

RNA liest Information von DNA (genetischer Code) ➡️ im Zellkern

Information wird durch 3 RNA-Hauptklassen weitergegeben ➡️ aus Zellkern ins Cytoplasma

• Enzymproteine

• Motorproteine (zB. Myosin)

• Transportproteine (zB. Ionenpumpen)

• Rezeptorproteine

• Strukturproteine (zB. Kollagenfasern, Filamente des Cytoskeletts)

• Speicherproteine (zB. Muskelprotein, pflanzliche Speicherproteine)

Kontrollierter Proteinabbau der Zelle

• regulatorischer Proteinabbau

• Abbau falsch gefalteter, mutierter, beschädigter Proteine

• im Proteasom (essenzielle Rolle für den kontrollierten Abbau von Proteinen in der Zelle und sind damit integraler Bestandteil der Proteinqualitätskontrolle in Zellen)

Abbau von Nahrung/Speicherproteinen

• durch Proteasen

• Tier:Verdauungstrakt, Abbau von Nahrungsprotein

• Pflanze: in Zellen, Abbau von Speicherprotein für Metabolismus

Denaturierung

• zB. in stark saurer Lösung/Erhitzen

• mRNA (messenger RNA)

  bringt Info für Eiweißbau verschlüsselt aus Zellkern ins Cytoplasma

• tRNA (transfer RNA)

  liefert einzubauende Aminosäuren aus Cytoplasma

• rRNA (ribosomale RNA)

  Aufbau von Ribosomen (Zellorganellen der Eiweißsynthese im Cytoplasma)

RNA = Steuerlement

• codierende RNA (für die Proteinherstellung)

• mRNA

nicht-codierende (nc)RNA

• tRNA

• rRNA

• miRNA (micro RNA) regulieren Zellzyklus, Zelltod, Zelldifferenzierung

• snNRPs (small nuclear ribonucleoproteins) beseitigen Introns der Prä-mRNA

• ➡️ Abschreiben der DNA in mRNA

• RNA-Polymerase entwindet DNA Doppelstrang, bewegt sich am abzulesenden DNA-Strang und fügt RNA-Nukleotide von 5´zu 3´an mRNA-Kette im Zellkern

• RNA-Prozessierung

  • Prä-mRNA (Eukaryota): 5´-G-Cap und Poly-A-Schwanz ist notwendig für Export aus Zellkern ins Cytoplasma sowie die Bindung an Ribosomen im Cytoplasma

  • Splicing (Herausschneiden von Introns, Zusammensetzung von Exons)

• mRNA Transport ins Cytoplasma

Abfolge von Nukleotiden eines Abschnitts der DNA wird umgeschrieben in die Nukleotidsequenz einer RNA und auf dieser Grundlage die mRNA hergestellt.

• im Cytoplasma und in semiautonomen Zellorganellen (Plastiden und Mitochondrien)

• keine Biomembran

• in allen Lebewesen vorkommende Zellorganellen

• Translation läuft hier im Rahmen der Proteinbiosynthese statt

• ovale bis runde Körperchen

• aus einer komplexen Verbindung von Ribonukleinsäuren und ribosomalen Proteinen

• Vorraussetzung für funktionierenden Zellstoffwechsel

• “Eiweißproduzeten” der Zelle, Eiweißverbindungen sind die Buchstaben der Zellsprache

• Das katalytische Zentrum des Ribosoms führt dir Übertragung der in Synthese befindlichen Polypeptidkette auf den Aminosäurerest einer an das Ribosom gebundenen Aminoacyl-tRNA unter Knüpfung einer Peptidbindung durch

• im Funktionszustand mit … assoziiert

  • mRNA-Molekülen

  • jeweils wechselnden tRNA-Molekülen

  • in Synthese befindlichen Polypeptidkette

Grundbaustein

• spezielle Eiweißkörper und die ribosomale RNA (eine spezifische Ribonukleinsäure = rRNA)

• aus 2 morphologisch und funktionell verschiedenen Untereinheiten

  Prokaryonten: 70S-Ribosomen aus einer 50S und einer 30S

  Eukaryonten: 80S-Ribosomen aus einer 60S- und einer 40S-Untereinheit

• gelangen durch die Kernporen ins Cytoplasma wo sie zu fertigen Ribosomen (80S) verschmelzen

• während Proteinbiosynthese entstehen am Ribosom aus den einzelnen AS langkettige Polypeptide

Untereinheiten erfüllen parallel unterschiedliche Aufgaben

• die Übersetzung der Erbinformation aus der mRNA zu AS

• jedes einzelne Ribosom arbeitet als eigenständige und unabhängige Produktionsstätte zu synthetisierenden Eiweiße

• große Untereinheit: Verknüpfung der einzeln vorliegenden Eiweißbausteine zu langen Ketten - Proteine. Dieser Prozess wird als Peptidyl-Transferase-Aktivität bezeichnet.

• kleine Untereinheit: Erkennung der mRNA. Nur so kann die richtige Reihenfolge für die Kombination der AS realisiert werden

• tRNAs binden spezifische AS

• tRNAs binden an mRNA

• tRNA-Ribosom Wechselwirkung

Funktion:

Zu Beginn: mRNA bindet an die kleine ribosomale Untereinheit

Als Präinitiationskomplex scannt die kleine Unterinheit dann die mRNA bis zum Starcodon. Hier bindet die große Untereinheit, unterstützt durch diverse Initiationsfaktoren. Die bei der Fusion beider Ribosomenteile entstehende Rinne dient der Durchspulung der RNA-Kette, daneben entstehen 3 Bindungsstellen mit teilweise katalytischer Aktivität

• Aminosäure-Stelle (A-Stelle)

• Polypeptid-Stelle (P-Stelle)

• Exit-Stelle (E-Stelle)

• tRNA + AS (Aminoacyl-tRNA) durch Synthetase + Energie

• mRNA Bindung an Ribosom (Initiation)

• Bindung tRNA Anticodon + mRNA Codon (A-Seite am Ribosom)

• Verknüpfung von AS - Bildung einer Polypeptidkette (Elongation) (P-Seite am Ribosom)

• Stop-Codon (Termination): tRNA verlässt Ribosom, E-Seite am Ribosom

• Polypeptidkette, mRNA, Ribosom freigesetzt

• wird von RNa-Polymerase III hergestellt

• kleeblattförmig

• besitzt Anticodon (= 3 ungepaarte Basen)

  
  

• kleine Untereinheit des Ribosoms bindet an mRNA

• funktionsfähiges Ribosom hat 3 Bindungstellen

  • P-Seite: Peptidylstelle (= Bindungsstelle für Start-Codon)

  • Star-Codon: AUG (auf mRNA) codiert Methionin

  • A-Seite: Aminoacyl-Stell (Akzeptor), neue, passende tRNA + AS

  • E-Seite: Exit-Stelle (Donator)

    frei gewordene tRNA gelant in E-site

    tRNA wird abgespalten, gelangt ins Cytoplasma

• Initiation

  • Initiationskomplex aus beladener tRNA, kl. Untereinheit an mRNA gebunden

• Elongation (= Kettenverlängerung)

  • Peptidbindung (unter H2O Abspaltung)

• Termination

  • wenn Stop-Codon an A-site tritt

  • release Factor

  • Polypeptid trennt sich von Ribosom

Im Cytoplasma werden die Nukleotidsequenzen der mRNA an den Ribosomen übersetzt in die AS-Sequenz der dabei gebildeten Polypeptidkette

• schematische Darstellung des genetischen Codes und dient dazu die Basentripletts der mRNA in die entsprechende AS zu übersetzen

• Zuordnung der jeweilogen Basentripletts (Codons) der mRNA zu AS/Stop-Codon

• Eine Abfolge von 3 Basen, ein Triplett, entspricht dem Codon für eine bestimmte der proteinogenen AS oder einem Stop-Codon

• bei Prokaryoten nicht korrigiert

• bei Eukaryoten korrigiert duch

  • zuerst Prä-mRNA

  • Exons (Info)

  • Introns (ohne Info)

• Introns werden herausgeschnitten (Spleißen/Splicing)

• mRNA ➡️ Cytoplasma

• je 3 Basen ergeben 1 Codon kodiert 1 AS

  
  

besteht aus SNURPS (= small nuclear ribonucleoprtoein particles)

Mitose und Interphase wechseln sich am

• Zellteilung lässt genetisch identische Tochterzellen entstehen

• Eukaryota: besitzen molekulares Kontrollsystem zur Steuerung

• Prokaryota: kein echter Zellkern, daher keine Mitose / DNA Replikation - heftet sich an Zelmembran - Membraneinschnürung - Cytokinese

Arbeitsphase der Zelle ➡️ Volumenzusahme, DNA Verdopplung

• Zyklusphase zwichen 2 Mitosen

• G1-Phase

  • Zelle nimmt an Größe zu

  • hohe Stoffwechselaktivität

  • Vermehrung von Organellen, Membransystemen, …

  • hohe Proteinsyntheserate

• S-Phase

  • DNA-Verdopplung + DNA-assoziierte Proteine (Histone)

• G2-Phase

  • letzte Vorbereitungen für Mitose

    • Centrosom verdoppelt

    • Chromatin verdoppelt (S-Phase)

Kernteilung, 1 Kern auf 2 identische Tochterzellen

Cytoplasmateilung, Teilung der Mutterzelle in Tochterzellen

Kontrollpunkte:

Check ob Bedingungen für Eintritt in nächste Phase passen

JA: weiter

NEIN: Pause, G0 (Teilungsruhestand)

G1-Kontrollpunkt

• DNA intakt?

G2-Kontrollpunkt

• DNA vollständig repliziert?

• Schäden repariert?

Metaphase/Anaphase-Kontrollpunkt

• Chromosomen an Mitosespindel angeheftet?

• korrekte Anordnung in Teilungsebene?

• Interphase

  • G1

  • S

  • G2

• Mitose

  • Prophase

  • Prometaphase

  • Metaphase

  • Anaphase

  • Telophase

  • Cytokinese

• ermöglicht die Entwicklung eines vielzelligen Organismus aus einer Zygote

• produziert Zellen für Wachstum und Geweberegeneration

• Bildung von Somazellen = Körperzellen

• Evolution?

  • aus prokaryotischer Zellteilung

  • Zwischenstadien mit Erhaltung der Kernmembran während Zellteilung

• ungeschlechtliche Vermehrung

• Bildung von Geweben

• vegatative Vermehrung

• genetisch identische Tochterzellen (= Klone)

Kernteilung erfolgt in

4 Phasen ohne Ruhephasen

• Prophase

• Metaphase

• Anaphase

• Telophase

gefolgt von Cytokinese

die Chromosomen verkürzen und verdicken sich, kondensieren, werden sichtbar

a. frühe Prophase

• werden die 4 Chromosomen als lange, über den ganzen Zellkern verstreute Fäden sichtbar

b. weiterer Verlauf

• Chromosomen verkürzen und verdicken sich, bis man erkennt, dass sie aus 2 Fäden (Chromatiden) bestehen, die am Centromer miteinander verbunden sind

c. Ende der Prophase

• zu je 2 Seiten am Centromer jedes Chromosoms wird je ein Kinetochor gebildet. Schließlich lösen sich Nucleolus und Kernhülle auf

• Auftreten einer Kernteilungsspindel im Bereich des früheren Zellkerns

• Chromosomen wandern zur Äquatorialebene der Spindel

• am Höhepunkt der Metaphase liegen die Centromere aller Chromosomen genau in der Äquatorialebene

• beginnt wenn sich die Centromere teilen und die Schwesterchromatide (= Tochterchromosomen) wandern zu den Polen der Spindel.

• Bildung der Kernhülle

• Spindelapparat zieht Schwesterchromatiden zu den Polen:

• Tochterchromosomen beenden ihr Wanderung

• Abwicklung der Chromosomen

• Chromosomen dekondensieren wieder

• Bildung neuer Kernhülle und Nucleolus

• Teilung des Zellplasmas

• beginnt während der späten Anaphase und der frühen Telophase

• Teilung der Mutterzelle in zwei Tochterzellen

  
  

• Teilungsfurche

• kontraktiler Ring aus Aktinfilamenten

Phragmoplast

• “Wandbilder”

• Zylinder/Komplex aus Mikrotubuli, Mikrofilamenten, ER

• bildet die Zellplatte, welche die Zelle in 2 Tochterzellen teilt.

• entsteht in der Telophase

  
  

zwei Elternorganismen bringen gemeinschaftlich Nachkommen mit einzigartigen Allelkombinationen an den homologen Genorten ihres diploiden Genoms hervor

• Reduktionsteilung, Gametenbildung

• 
  

• gewährleisten, dass nachfolgende Generation wieder diploiden Chromosomensatz hat

• Austauch des genetischen Materials (Rekombination des Erbguts)

• Fusion von weiblichen und männlichen Gameten

  • 2 Gameten (haploid) verschmelzen zu Zygote (diploid)

    
    

    
    

Meiose

• Erhöhung der genetischen variabilität

  • Genetische Rekombination, Neukombination von Erbinformationen

  • Verbreitung von rezessiven, positiven Mutationen

• Veränderungen im Erbgut: führen zu voneinander abweichenden, alternativen Versionen der Gene = Allele

durch Verschmelzung zweier haploiden Gameten entstandene diploide Zelle, befruchtete Eizelle

• Gameten werden nach Eintritt der Geschlechtsreife durch Meiose (Reduktionsteilung) gebildet

• haploider Chromosomensatz

• Meiose findet nur in Gonaden (=Keimdrüsen) statt

• eine replikative DNA-Polymerase beginnt mit der DNA-Synthese

• der strikte 5´➡️3´-Mechanismus der DNA-Polymerasen führt dazu, dass die DNA-Synthese nur auf einem Strang, dem Leitstrang, kontinuierlich erfolgt

• auf dem anderen Strang (Folgestrang) enstehen beim Fortschreiten der Replikationsgabel immer neue Lücken, da die DNA-Polymerase in entgegengesetzter Richtung synthetisiert. Die DNA-Synthese muss daher regelmäßig erneut durch die Primase initiiert werden. Die Lücken werden dann durch kurze Abschnitte gefüllt, die als Okazaki-Fragmente bezeichnet werden

• Die RNA-Primer werden aus der DNA entfernt und das Rückgrat der DNA durch eine Ligase verschlossen

• Prophasen

• Metaphase I

• Anaphase I

• Metaphase II

• Anaphase II

• Telophase II

im ersten Teilungsschritt trenn sich die homologen Chromosomen und wandern zu entgegengesetzten Polen

• die Chromosomen werden als lang gestreckte Fäden sichtbar

• die DNA jeder dieser Fäden ist bereits verdoppelt, eine tatsache, die aber erst in der späten Prophase I lichtmikroskopisch sichtbar ist, dann erkennt man das jedes Chromosom aus 2 Schwesterchromatiden besteht

• die homologen Chromosomen paaren sich, umschlingen einander und die gepaarten Chromosomen verkürzen sich sehr stark

die gepaarten Chromosomen (je 2 Schwesterchromatiden) ordnen sich mit ihren Cetromeren gleichmäßig beiderseits der Äquatorialebene der Spindel an

die gepaarten Chromosomen trennen sich und wandern zu entgegengesetzten Polen

• zweite Teilungsschritt

• verläuft im wesentlichen wie eine normale Mitose

die Chromosomen haben ihre Wanderung beendet. Es bilden sich 4 neue Kerne mit je einem haploiden Chromosomensatz

Haploidie

• einfacher Chromosomensatz in Zellen

• 1n oder auch n

• Chromosomensatz in Gameten

Diploidie

• doppelter Chromosomensatz, homologe (mütterliche und väterliche) Chromosomen in Zellen

• 2n

• Ergebnis der Verschmelzung zweier haploider Gameten zur diploiden Zygote bei der Befruchtung

• beim Menschen alle Körperzellen (= somatische Zellen)

Polyploidie

• es gibt Lebewesen mit 3n, 4n (gewöhnlicher Löwenzahn), 6n (Saatweizen) und mehr

• ist dieselbe in allen Zellen eines Organismus (außer Gameten)

• Mensch: 23 Chromosomenpaare (46 Chromosomen)

• Zellen von männlichen und weiblichen Induviduen einer Spezies

• Darstellung von Chromosomen

• zur Feststellung von Chromosomenanormalien

• Erscheinungsbild des gesamten Chromosomensatzes dargestellt in eimem Karyogramm ➡️ Anzahl der Chromosomen einer Zelle

• lässt sich im kondensierten Zustand beobachten

• strukturgleiche Chromosomen von väterlicher bzw. mütterlicher Herkunft

• können als unterschiedliche Allele vorliegen (in diploider Zelle können sich Chromosomen väterlicher bzw. mütterlicher Herkunft unterscheiden)

• Varianten eines Gens

• homologe Chromosomen haben auf identischen Abschnitten definitionsgemäß immer die gleichen Gene, entweder als identische Allele (Homozygotie) oder durch verschiedene Allele vertreten (Heterozygotie)

• am Centromer

• zusammenhängende Spalthälften der Chromosomen

• ein Chromosom kann aus einem (ein-Chromatid-Chromosom) oder aus 2 Chromatiden (zwei-Chromatid-Chromosom) bestehen, je nach Stadium des Zellzyklus vor/nach Zellteilung

Variabilität der Nachkommen

• unabhängige Verteilung der Chromosomen

• Rekombination durch Crossing-Over

• Gametfusion bei Befruchtung

Nachweis eines genetischen Austausch zwischen 2 Chromatiden

• unabhöngige Verteilung

• 16 möglichen Kombinationen der Gameten ➡️ 9 unterschiedlichen Genotypen

• vier Phänotypen da R und Y dominater sind als r und y

  (9:3:3:1)

• beiden Gene segregieren unabhängig voneinander

Die Meiose

• Tetradenbildung homologer Chromosomen

• fortdauernde Assoziation der Schwesterchromatiden am Ende der Metaphase I