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
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Zellkern
Zellkern (Nucleus)
Der Zellkern ist die genetische Steuerzentrale
eukaryotischer Zellen.
Er enthält die genetische Information in Form
doppelsträngiger DNA
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Weitergabe der genetischen Information
Die Replikation der DNA erfolgt im Kern
Durch Transkription (im Kern) und
Translation (im Cytoplasma) wird die
genetische Information umgesetzt
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Aufbau des Zellkerns
Im Kernplasma befinden sich keine Membranen
Prominenteste Struktur ist der Nucleolus,
in dem die Synthese der Ribosomen stattfindet
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Nukleolus
Aufbau des Zellkerns
Der Kern ist umgeben von einer Kernhülle
Diese besteht aus einer äußeren und einer
inneren Membran, dazwischen befindet sich der
perinukleäre Raum
Kernhülle
Aufbau des Zellkerns
Der perinukleäre Raum steht mit dem
endoplasmatischen Retikulum (ER) in Verbindung
In der Kernhülle befinden sich komplex
aufgebaute Kernporen
Kernporen
Kernporen
Aufbau des Zellkerns
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Kern-Import und Kern-Export
Kernproteine tragen ein Kernlokalisierungssignal (NLS), das von einem Importapparat
erkannt wird
Das Kernlokalisierungssignal wird beim Import
nicht prozessiert, damit die Kernproteine auch
nach der Mitose wieder in den Kern gelangen
können
NLS
Laminschicht
Unterhalb der Kernhülle befindet sich eine
Laminschicht, die die Stabilität des Kerns bewirkt
Die Laminschicht setzt sich aus drei verschiedenen
Proteinen zusammen (Lamin A, B, C), von denen
Lamin B mit den Chromosomen in Verbindung steht
Lamin A
Lamin B
Lamin C
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Aufbau der Chromosomen
Das Erbmaterial liegt im Kern als Chromosomen vor
Chromosomen sind DNA-Protein-Komplexe, die
zu 1/3 aus DNA und zu 2/3 aus Protein bestehen.
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Aufbau der Chromosomen
Die negativ geladene DNA ist in den Chromsomen
mit basischen Proteinen assoziiert
Dazu gehören auch die Histone, die die
Nukleosomen bilden
Nucleosomen
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Aufbau der Nucleosomen
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Aufbau der Nukleosomen
Die 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 noch
Histon H1 (Linkerhiston)
Kondensierung der Chromosomen
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Aufbau der Chromosomen
Im Zellkern liegen die aktiv transkribierten Gene
als lockeres Euchromatin vor
Inaktive Chromsomenabschnitte, aber auch eines
der beiden X-Chromosomen bei Frauen liegen als
hochkondensiertes Heterochromatin vor
Barr-Körperchen (inaktiviertes
X-Chromosom)
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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
Aufbau der Nukleinsäuren
Die DNA und RNA sind lange Polynukleotide, die
aus einem Zuckerrest (Ribose bzw. Desoxyribose),
einer Phosphatgruppe und einer organischen Base
aufgebaut sind
5’
H
H
H
DNA
3’
H
5’
OH
OH
OH
RNA
3’
OH
Aufbau der DNA
Die DNA besteht aus zwei Polynukleotidsträngen,
die über komplementäre Basenpaarungen
miteinander verbunden sind
GC-Basenpaar
AT-Basenpaar
Struktur der DNA
Cambridge, 1953
Aufbau der DNA
Die DNA liegt als gepaarte Doppelhelix vor
Auf der Oberfläche kann man eine „major groove“
und eine „minor groove“ unterscheiden
„major groove“
„minor groove“
Replikation der DNA
Bei der Replikation der DNA wird anhand eines
Stranges (Matrize) der komplementäre Gegenstrang
gebildet (semikonservative Replikation)
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
und einen diskontinuierlichen
Replikation der DNA
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Die DNA Replikation startet an mehreren
Orten gleichzeitig
Origins of replication
Replication bubbles
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Aufbau eukaryotischer Gene
Enhancer
TATABox
Exon1
Exon2
Intron1
Exon3
Intron2
Exon4
Intron3
Promoter
mRNA:
5‘-cap
ORF
AAAAAAn
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