Mitose, Cytokinese und Zellzyklus - Ohne Teilung kein Wachstum, keine Vermehrung und keine Regeneration

Transkript

1 Mitose, Cytokinese und Zellzyklus - Ohne Teilung kein Wachstum, keine Vermehrung und keine Regeneration Prof. Dr. Ulrike Spörhase-Eichmann Pädagogische Hochschule Freiburg

2 Lehrziele Grundzüge der Bedeutung, des Ablaufs, der Mechanismen und der Steuerung von Mitose (Kernteilung) und Cytokinese (Cytoplasmateilung) verstehen. 2

3 Welche Funktion und Bedeutung hat die Zellteilung? 3

4 Erinnern wir uns Zellen sind Bausteine aller Lebewesen, wobei die meisten Lebewesen Einzeller sind Gesamtorganismus ist immer aus Zellteilung einer einzelnen Zelle entstanden Konstanz der Erbinformation Einzelzelle ist Vermittler der Erbinformation Rudolf Virchow (1855): omnis cellula e cellula (jede Zelle entsteht aus einer Zelle) Vermehrung 4

5 Vielzellige Organismen entwickeln sich durch sexuelle Fortpflanzung aus einer befruchteten Eizelle (Alberts et al. 2004) 5

6 Bedeutung und Funktion der Zellteilung Wachstum Vermehrung Regeneration Alltagsvorstellungen: größer werden mehr werden Fortpflanzung Vermehrung da mit der Fortpflanzung nicht immer eine Vermehrung einher gehen muss 6

7 Wie läuft die Zellteilung ab? 7

8 Wie lassen sich Ablauf und Mechanismen der Zellteilungen erforschen? Voraussetzung: Objekte: Gewebe / Zellen die sich häufig teilen Erforschen: Beobachten & untersuchen wie sich diese Zellen teilen Experimentell erforschen, welche Faktoren/Mechanismen an der Zellteilung beteiligt sind 8

9 Wurzelspitzenmeristem der Küchenzwiebel 9

10 Zellteilung und Zellzyklus 10

11 Ablauf der Zellteilung rekonstruieren Zellteilung in toten Zellen untersuchen Zeichnungen/Photos erstellen Zellteilung in lebenden Zellen untersuchen Zellteilung filmen/fotografieren 11

12 Filmsequenzen Zellteilung 12

13 Ablauf der Mitose bei einer typischen Tierzelle Lungenkulturzellen, Höhlenmolch. Chromatin blau; Immunmarkierung von Mirotubuli grün. (Alberts et al. 2004) 13

14 Ablauf der Mitose bei einer typischen Pflanzenzellen Lebende Lilienzelle, Interferenzkontrast. (Alberts et al. 2004) 14

15 Zellteilung und Zellzyklus Vor der Mitose: DNA Replikation Chromosom zwei Schwesterchromatiden 15

16 Zellkern in der Interphase Zwiebelzelle, Wurzelspitze 16

17 Phasen der Mitose: Prophase 17

18 Phasen der Mitose: Propmetaphase 18

19 Phasen der Mitose: Metaphase und Anaphase 19

20 Phasen der Mitose: Telophase 20

21 Phasen Zellteilung: Cytokinese 21

22 Zellteilung und Zellzyklus 22

23 Definitionen Man unterscheidet bei der Zellteilung zwei Prozesse: Mitose Kernteilung Cytokinese Cytoplasmateilung 23

24 Welche Mechanismen spielen bei der Verteilung der Schwesterchromatiden eine wichtige Rolle? 24

25 Ausbildung der Kernspindel: 25

26 Die Mitosespindel besteht aus 3 Klassen von Mikrotubuli Aufbau der Mitosespindel ist abhängig von Mikrotubuli abhängigen Motorproteinen: Kinesin-Proteine plus-ende Dynein-Proteine minus-ende 26

27 Kinetochor-Mikrotubuli Metaphasechromosom des Menschen. DNA bindender Fluoreszenzfarbstoff, und Immunmarkierung der Kinetochorproteine, die jeweils mit einem Chromatid assoziiert sind. (Alberts 2004) 27

28 Einfangen der Mirkotubuli durch die Kinetochore Rote Pfeile zeigen die Richtung des Mikrotubuliwachstums an, graue Pfeil gibt die Richtung der Chromosomenbewegung an. (Alberts 2004) 28

29 Ausrichtung der Chromosomen in der Metaphase Chromosomen in der Metaphaseplatte einer Mitosespindel. Fluorenzenzmikroskopie. Kinetochor rot, Mikrotubuli grün, Chromosomen blau. (Alberts et al. 2004) Kinetochor mit angehefteten Mikrotubuli. Elektronenmikroskopie, Anaphase einer Grünalge. (Alberts et al. 2004) 29

30 Anaphase Welches sind die Mechanismen der Trennung der Chromatiden in der Anaphase? 30

31 Trennung der Schwesterchromatiden in der Anaphase Übergang von Metaphase (links) zur Anaphase (rechts). Lichtmikroskopie von Endospermzellen der Lilie (Haemanthus), Anfärbung mit goldmarkierten Antikörpern gegen Tubulin. 31

32 Gleiten aneinander überlappender Mikrotubuli in der Anaphase Metaphase Späte Anaphase 32

33 Wichtige Kräfte, die Tochterchromosomen in der Anaphase von Säugetierzellen trennen 33

34 Modell der möglichen Funktionsweise von Motorproteinen in der Anaphase 34

35 Mögliche Modelle für den Mechanismus einer polwärtsgerichteten Kraft auf ein Chromosom 35

36 Welches sind die Mechanismen der Zytokinese? 36

37 Cytokinese einer tierischen Zelle 37

38 Cytokinese einer tierischen Zelle Links: Furchung eines befruchteten Froscheis. Unten: Der kontraktile Ring. A. Schema. B. Teilungsfurche einer Tierzelle C. Schleimpilz Amöbe, Immunmarkierung: Actin rot; Myosin II grün. 38

39 Wie steuern Zellen ihren Zellzyklus? Fortsetzung nächste Stunde 39