Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation und Funktion eukaryotischer Gene 3)Zellteilung (Mitose)

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


Zellkern

Zellkern (Nucleus)

Der Zellkern ist die genetische Steuerzentraleeukaryotischer Zellen.

Er enthält die genetische Information in Formdoppelsträngiger DNA


Weitergabe der genetischen Information

Die Replikation der DNA erfolgt im Kern

Durch Transkription (im Kern) undTranslation (im Cytoplasma) wird die genetische Information umgesetzt


Aufbau des Zellkerns

Im Kernplasma befinden sich keine Membranen

Prominenteste Struktur ist der Nucleolus,in dem die Synthese der Ribosomen statt-findet


Nukleolus


Der Kern ist umgeben von einer Kernhülle

Diese besteht aus einer äußeren und einerinneren Membran, dazwischen befindet sich der perinukleäre Raum

Kernhülle


Der perinukleäre Raum steht mit dem endoplasmatischen Retikulum (ER) in Verbindung

In der Kernhülle befinden sich komplexaufgebaute Kernporen

Kernporen

Kernporen



Kern-Import und Kern-Export

Kernproteine tragen ein Kernlokalisierungs-signal (NLS), das von einem Importapparaterkannt wird

Das Kernlokalisierungssignal wird beim Importnicht prozessiert, damit die Kernproteine auchnach der Mitose wieder in den Kern gelangenkönnen

NLS

Laminschicht

Unterhalb der Kernhülle befindet sich eineLaminschicht, die die Stabilität des Kerns bewirkt

Die Laminschicht setzt sich aus drei verschiedenenProteinen zusammen (Lamin A, B, C), von denenLamin B mit den Chromosomen in Verbindung steht


Lamin A

Lamin B

Lamin C

Aufbau der Chromosomen

Das Erbmaterial liegt im Kern als Chromosomen vor

Chromosomen sind DNA-Protein-Komplexe, diezu 1/3 aus DNA und zu 2/3 aus Protein bestehen.



Die negativ geladene DNA ist in den Chromsomenmit basischen Proteinen assoziiert

Dazu gehören auch die Histone, die dieNukleosomen bilden


Nucleosomen


Aufbau der Nucleosomen

Aufbau der Nukleosomen

Die Nukleosomen sind aus vier verschiedenenHistonmolekülen aufgebaut (H2A, H2B, H3 und H4),von denen je zwei Kopien in einem Nukleosom vor-kommen

Zwischen den Histonkomplexen befindet sich nochHiston H1 (Linkerhiston)


Kondensierung der Chromosomen


Im Zellkern liegen die aktiv transkribierten Geneals lockeres Euchromatin vor

Inaktive Chromsomenabschnitte, aber auch einesder beiden X-Chromosomen bei Frauen liegen alshochkondensiertes Heterochromatin vor


Barr-Körperchen (inaktiviertesX-Chromosom)

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 Tochterzellenerlauben

Aufbau der Nukleinsäuren

Die DNA und RNA sind lange Polynukleotide, dieaus einem Zuckerrest (Ribose bzw. Desoxyribose),einer Phosphatgruppe und einer organischen Base aufgebaut sind

5’

3’

DNA

H

H

H

H

RNA

OH

OH

OH

OH

5’

3’

Aufbau der DNA

Die DNA besteht aus zwei Polynukleotidsträngen,die über komplementäre Basenpaarungenmiteinander 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

„minor groove“

„major groove“

Replikation der DNA

Bei der Replikation der DNA wird anhand einesStranges (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 Replikationdes Doppelstranges einen kontinuierlichen Strangund einen diskontinuierlichen


Replikation der DNA


Die DNA Replikation startet an mehrerenOrten gleichzeitig

Replication bubbles

Origins of replication


Aufbau eukaryotischer Gene

Exon1 Exon2 Exon3 Exon4

Intron1 Intron2 Intron3

EnhancerTATA-

Box

Promoter

ORF AAAAAAn5‘-capmRNA:

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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)