Biologie für Mediziner WS 2007/08
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- Alexandra Steinmann
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1 Biologie für Mediziner WS 2007/08 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg 1. Endozytose 2. Lysosomen 3. Zellkern, Chromosomen 4. Struktur und Funktion der DNA, Replikation 5. Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) 6. Reifeteilung (Meiose) 7. Zellkommunikation 8. Signalmoleküle, Rezeptoren 9. Signalantwort 10. Apoptose, Nekrose Folien zum download:
2 Zellkern (Nucleus) Der Zellkern ist die genetische Steuerzentrale eukaryotischer Zellen Er enthält die genetische Information in Form doppelsträngiger DNA Nucleus
3 Zellkern Mensch ZK Durchmesser: 5-8 µm enthält 2 m DNA entspricht einem Tennisball mit 20 km feinen Fäden!
4 Weitergabe genetischer Information Replikation = Herstellung einer Kopie einer DNA erfolgt im Kern Durch Transkription (im Kern) und Translation (im Cytoplasma) wird die genetische Information umgesetzt DNA DNA RNA Proteine
5 Aufbau des Zellkerns Im Kernplasma befinden sich keine Membranen Prominenteste Struktur ist der Nucleolus, in dem die Synthese der Ribosomen stattfindet Nucleus Nucleolus
6 DNA-Schlaufen zur Produktion ribosomaler RNA erstrecken sich in den Nucleolus
7 Kernhülle besteht aus einer äußeren und einer inneren Membran dazwischen: perinucleärer Raum Kernhülle
8 Kernhülle Der perinucleäre Raum steht mit dem endoplasmatischen Retikulum (ER) in Verbindung In der Kernhülle befinden sich komplex aufgebaute Kernporen (Pfeil) ER
9 Kernporen
10 Kernimport, Kernexport Kernproteine tragen ein Kernlokalisierungssignal (NLS = nuclear localization signal), das von einem Importrezeptor erkannt wird. Das Kernlokalisierungssignal wird beim Import nicht entfernt, damit Kernproteine auch nach der Mitose wieder in den Zellkern gelangen. Zum Export vorgesehen Proteine werden mit einem Exportsignal (NES) versehen Exportrezeptor Import- und Exportrezeptoren werden recylced Transportrichtung wird durch Energie-liefernden Ran-GTP/Ran-GDP Zyklus vorgegeben Ran (ras-related nuclear protein): Mitglied einer Familie von G- Proteinen
11 Kernimport Kernexport Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle
12 Kernlamina Unterhalb der Kernhülle befindet sich die Kernlamina, die die Stabilität des Kerns bewirkt: = Geflecht aus Intermediärfilamenten Die Kernlamina setzt sich aus drei verschiedenen Proteinen zusammen (Lamin A, B, C), von denen Lamin B mit den Chromosomen in Verbindung steht.
13 Kernlamina
14 Zusammenfassung: Zellkern-Struktur während der Interphase
15 Biologie für Mediziner WS 2007/08 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg 1. Endozytose 2. Lysosomen 3. Zellkern, Chromosomen 4. Struktur und Funktion der DNA, Replikation 5. Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) 6. Reifeteilung (Meiose) 7. Zellkommunikation 8. Signalmoleküle, Rezeptoren 9. Signalantwort 10. Apoptose, Nekrose Folien zum download:
16 Struktur eukaryotischer Chromosomen Eukaryotische DNA ist zu Chromosomen verpackt Chromosomen = Erbmaterial im Zellkern
17 Struktur eukaryotischer Chromosomen Chromosomen liegen während der Lebensdauer einer Zelle in verschiedenen Stadien vor Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle
18 Fädige Interphasechromosomen
19 Menschliche Mitosechromosomen Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle
20 Menschliche Mitosechromosomen Centromere Giemsa- Färbung dunkle Banden AT-reich
21 Wichtige DNA-Sequenzelemente
22 Interphasechromosomen Euchromatin wird aktiv transkribiert Heterochromatin inaktiv, elektronendicht
23 Gene in der Nähe des Telomers sind inaktiv Positionseffekte Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle
24 Inaktivierung eines X-Chromosoms
25 Barr-Körperchen (inaktiviertes X-Chromosom)
26 Aufbau der Chromosomen Die negativ geladene DNA ist in den Chromsomen mit basischen Proteinen (u.a. Histone) assoziiert: Histone bilden die Nucleosomen
27 Aufbau der Nucleosomen Alberts et al. (2004) Molekularbiologie der Zelle
28 Aufbau der Nucleosomen Nukleosomen sind aus vier verschiedenen Histonmolekülen aufgebaut (H2A, H2B, H3 und H4), von denen je zwei Kopien in einem Nukleosom vorkommen Zwischen den Histonkomplexen befindet sich Histon H1 (Linkerhiston)
29 30 nm Kondensierung Chromatinfaser der Chromosomen
30 Verkürzung der Chromosomen Während der Kernteilung und im Heterochromatin liegen die Chromosomen sehr stark verkürzt vor Dabei bilden sich geordnete Superstrukturen, die eine geordnete Verteilung auf die Tochterzellen erlauben
31 Verpackungsstufen im Chromatin
32 Interphasechromosom Mitosechromosom
33 Zusammenfassung: Struktur und Aufbau der Chromosomen: Eukaryotische DNA: zu Chromosomen verpackt Interphase- oder Mitose-Chromosomen Interphase-Chromosomen: Hetero-, Euchromatin Spezielle DNA-Sequenzen: effiziente Replikation Aufbau und Verpackung von Chromatin
34 Biologie für Mediziner WS 2007/08 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg 1. Endozytose 2. Lysosomen 3. Zellkern, Chromosomen 4. Struktur und Funktion der DNA, Replikation 5. Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) 6. Reifeteilung (Meiose) 7. Zellkommunikation 8. Signalmoleküle, Rezeptoren 9. Signalantwort 10. Apoptose, Nekrose Folien zum download:
35 Aufbau der DNA Die DNA (und RNA) sind aus Nukleotiden aufgebaut. Ein Nukleotid besteht aus einem Zuckerrest (Ribose bzw. Desoxyribose), einer Phosphatgruppe und einer organischen Base (N-haltig).
36 Nucleotid Cytidinmonophosphat N-haltige Base, 5-Kohlenstoff-Zucker, Phosphatgruppen
37 Phosphate
38 Zucker
39 Base-Zucker-Bindung
40 Basen
41 Nucleoside und Nucleotide
42 Nucleotide Energieträger (ATP) Coenzyme (Coenzym A) Signalmoleküle (camp)
43 Nucleotide werden durch Phosphodiesterbindungen verknüpft
44 5 H H DNA H 3 H
45 5 OH OH RNA OH 3 OH
46 Aufbau der DNA Die DNA besteht aus zwei Polynukleotidsträngen, die über komplementäre Basenpaarungen miteinander verbunden sind
47 Basenpaare GC-Basenpaar AT-Basenpaar
48 Struktur der DNA 1953 James Watson and Francis Crick
49
50 Cambridge, 1953
51 DNA-Modell Watson/Crick
52 DNA-Doppelhelix
53 Major groove Minor groove
54 major groove minor groove
55 Zusammenfassung: Aufbau der DNA DNA = Doppelhelix Zwei komplementäre Polynukleotidstränge durch komplementäre Basenpaarung: A-T, G-C Eine Doppelhelix gewunden um Nukleosomen = ein Chromatid = ein haploides Chromosom Replikation = konservative DNA-Verdopplung durch DNA-Polymerasen
56 Biologie für Mediziner WS 2007/08 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg 1. Endozytose 2. Lysosomen 3. Zellkern, Chromosomen 4. Struktur und Funktion der DNA, Replikation 5. Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) 6. Reifeteilung (Meiose) 7. Zellkommunikation 8. Signalmoleküle, Rezeptoren 9. Signalantwort 10. Apoptose, Nekrose Folien zum download:
57 Replikation der DNA Bei der Replikation der DNA wird anhand eines Stranges (Matrize) der komplementäre Gegenstrang gebildet (semikonservative Replikation)
58 Die DNA = Matrize für ihre Replikation
59 Replikation der DNA Modell falsch!
60 Anfügen neuer Nucleotide an das 3 -Ende einer Polynucleotidkette Strang wächst in 5-3 -Richtung
61 Replikation der DNA Die Replikation der DNA erfolgt immer nur in 5-3 -Richtung Deswegen unterscheidet man bei der Replikation des Doppelstranges einen kontinuierlichen Strang (Leitstrang) und einen diskontinuierlichen Strang (Folgestrang) Beginnt an bestimmten Stellen (Replikationsursprung)
62 Die DNA Replikation startet an mehreren Orten gleichzeitig Replikationsursprung Replikationsgabel
63 Asymmetrische Replikationsgabeln Okazaki-Fragment
64 Replikationsgabeln in eukaryotischen Chromosomen
65 Replikation der DNA Die DNA wird durch die DNA-Polymerase repliziert. Die DNA-Polymerase katalysiert die Verknüpfung von Desoxyribonukleotiden in Richtung Sie hat proofreading-aktivität DNA-Po.
66 Replikation der DNA
67 Zusammenfassung: DNA-Replikation DNA wird durch DNA-Polymerasen repliziert DNA-Polymerasen katalysieren Phosphodiester-Bindung DNA-Polymerasen haben proofreading-aktivität = sie korrigieren sich selbst DNA-Synthese beginnt am Replikationsursprung (mehrere Replikations-origins) DNA-Synthese an der Replikationsgabel durch Replikationsmaschine
68 Gene bestehen aus DNA Die Vererbung basiert auf der Struktur der DNA
69 Aufbau eukaryotischer Gene Enhancer TATA- Box Exon1 Exon2 Exon3 Exon4 Promoter Intron1 Intron2 Intron3 mrna: 5 -cap ORF AAAAAA n
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