Vorlesung Zellbiologie Teil Biologie:

Evolution – Zellbiologie – Entwicklung

Institut für Biologie II

Jörg Mey

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Jörg Mey

Institut für Biologie IIRWTH Aachen

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma Alberts, Kapitel 11 (Membranstruktur)

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Biomembranen

Membranen dienen als Barrieren - zwischen der Innen- und Außenseite der Zelle oder- zwischen zwei intrazellulären Kompartimenten.

Zellmembranen setzen sich aus Lipiden und Proteinen zusammen.

Wie sind Biomembranen aufgebaut?

Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Biomembranen?

Aufbau von Biomembranen

Zusammensetzung: biochemisch: Lipide + globuläre Proteine

Gewicht: 1:1-4, Molekülzahl 10-100:1

Lipide: Membranstruktur – Proteine: Membranfunktion

Wie sieht die Membranstruktur aus?

Sie wird bestimmt von den physikalischen Eigenschaften der Membranlipide.

Aufbau von Biomembranen

Lipide + globuläre ProteineLipide in Membranen: Glycolipide, Phospholipide, Cholesterin

2 FS + Glyzerin + Phosphat ++ Cholin (Lecithin)+ Ethanolamin+ Serin+ Myoinosit

Sphingosin + 1 FS + Phosphat ++ Cholin (Sphingomyelin)

Aufbau von Biomembranen

Lipide + globuläre ProteineLipide in Membranen: Glycolipide, Phospholipide, Cholesterin

2 FS + Glyzerin + Phosphat ++ Monosaccharid

Sphingosin + 1 FS (= Ceramid) ++ Monosaccharid (z.B. Gal: Cerebroside )+ Sialinsäure-Reste (Ganglioside)

Aufbau von Biomembranen

Aufbau von Biomembranen

Lipide + globuläre ProteineLipide: Neutralfette, Glycolipide, Phospholipide, Cholesterin

Glycolipide undPhospholipide sindamphipatisch.

wasserlöslich(hydrophil)

fettlöslich(lipophil/hydrophob)

Aufbau von Biomembranen

In wässriger Umgebung bilden amphipatische Lipide membranartige Doppelschichten: Mizellen, Liposomen

EM-Bild und Schema: Mizelle, Membran

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Struktur imTransmissions-EM:

Zwei elektronendichte Linien im Abstand von etwa 5 nm

bei allen Membranen gleich5 nm Spalt = Abstand der hydrophilen Köpfeauf beiden Seiten elektronendichtes Material

EM-Bild, Membran

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Computersimulation der Lipid-Doppelschicht in wässriger Umgebung(Die Phospholipid-Doppelschicht bildet ein abgeschlossenes Kompartiment, ein Vesikel)

Wo sind die Proteine?

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Konzept der unit membrane (Danielli & Harvey 1935)

Proteinschicht

Lipid-Doppelschicht

Dieses Modell hat sich als falsch herausgestellt (u.a. Gefrierbruchtechnik im EM).

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Unit-Membrane-Konzept:

richtig: • Membran als Lipid-Doppelschicht• amphipatische Struktur der Bestandteile

falsch:• Lage der Proteine nur außen• Gleichförmigkeit aller Membranen• Gleichartigkeit von innerer und äußerer Seite

Schema: Flüssigkeitsmosaikmodell

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Flüssigkeitsmosaik-Modell (Singer & Nicolson, 1970)

• integrale und periphere Membranproteine

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Flüssigkeitsmosaik-Modell:

• Membran als Lipid-Doppelschicht• amphipatische Struktur der Bestandteile

• Lipid-Dopppelschicht als zweidimensionale Flüssigkeitlaterale Diffusion ca. 500 nm/sNachbarschaftstauch ca. 1 Mio/s selten: flip-flop über die Membran

• Membranen sind asymmetrisch

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Flüssigkeitsmosaik-Modell

außen: Phosphatidylcholin, Sphingomyelin, Glykolipide,in der Membran: Cholesterininnen: Phosphatidylserin, Phoysphatidylinositol, Phosphatidylethanolamin

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Flüssigkeitsmosaik-Modell

•Temperatur und chemische Zusammensetzung entscheiden über die Viskosität der Membran.

gesättigt > ungesättigt („Härten von Fetten“)Cholesterin reduziert die Membranfluidität.

• Austausch zwischen den Schichten (flip-flop) wird durch Flippasen katalysiert.

• Entstehung der Asymmetrie des Plasmalemmas: Glykolipide werden in Golgi-Zisternen synthetisiert und an die Membranproteine geknüpft.

Glykosyl-TransferasenGalaktosyl-Transferasen etc.

Innenseite des Golgi wirdzur Außenseite der Zelle

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Flüssigkeitsmosaik-Modell

• durchlässsig für Wasser und kleine polare Moleküle (z.B. Ethanol)• durchlässig für kleine unpolare Moleküle (z.B. Gase)• durchlässig für lipophile Substanzen (z.B. Steroidhormone)• undurchlässig für Ionen (die eine Hydrathülle haben)• undurchlässig für größere polare und hydrophile Moleküle,

also für wasserlösliche Stoffe

Membranproteine

• können Substanzen durch die Membran transportieren, Kanalproteine, Carrier

Hypothese zum Aufbau von Biomembranen

Flüssigkeitsmosaik-Modell

Lipidanteilhoch: Myelin – niedrig: innere Mitochondrienmembran

Proteinanteila) integrale Membranproteine:• Transmembranproteine (alpha-Helices in der Membran)• mit einem Lipid verknüpfte Proteine an der Membranb) periphere Membranproteine• durch nicht-kovalente Bindungen an andere Membranproteine assoziierte Proteine

Bacteriorhodopsin

Funktion:in Gegenwart von Licht pumpt es H+-Ionen aus dem Bakterium heraus

Struktur:• sieben alpha-Helices• Retinal als Chromophor• Protonen-Kanal

• Homologie!

Schema:Bakteriorhodopsin

Die Plasmamembran wird vom Zell-Cortex verstärkt:

• Netzwerk aus fibrillären Proteinen, das über Transmembranproteine mit der Plasmamembran verknüpft ist• Netzwerk aus Spectrin und Actin

Die Zelloberfläche ist mit Kohlenhydraten bedeckt: Glykocalyx.

Schema und EM-Bild: Zellcortex

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen Alberts, Kapitel 14-3 bis 14-5, Kompartimente

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

LM: fluoreszierendes ER im Innern einer Pflanzenzelle

gentechnisch verändert)• Chloroplasten zeigen Eigenfluoreszenz

EM: rER der Pankreaszelle eines Hundes

• Funktion: Sekretion von Verdauungsenzymen• Größenverhältnisse beachten• Kernmembran

LM und EM-Bilder: ER

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

rER

sER

RNA im rER: Nissl-Schollen (Histologische Färbetechnik)

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

Proteinbiosynthese am rER:1. Transmembranproteine 2. lysosomale Proteine 3. exportable Proteine

alle anderen Proteine: an freien Ribosomen

Schema: Synthese von Trans-Membranproteinen

rER: Synthese und Integration eines Transmembranproteins in die Membran

aminoterminales ER-Signalpeptid: Start-Transfersignal; später: Stopsignal und ggf. weitere Signale

rER und sER: Glykosylierung von Proteinen

Schema: Übertragung von Zuckerrestenan Proteine (Asn-Reste)

Endoplasmatisches Retikulum• kontinuierlicher Membranraum: Kernmembran – ER - Golgi• Membranfluss, Endozytose, Exozytose• Ribosomen am rough (r)ER, smooth (s)ER

Funktionen des rER:

Proteinbiosynthese: Membranproteine, lysosomale Proteine, exportable Proteine

Signalsequenzen in Primärstruktur, SRP, Andocken der Ribosomen, Transkription, Chaperon

Glykosylierung von Proteinen: an Asparagin-Resten, Übertragung eines Oligosaccharids von Dolichol

Endoplasmatisches Retikulum• kontinuierlicher Membranraum: Kernmembran – ER - Golgi• Membranfluss, Endozytose, Exozytose• Ribosomen am rough (r)ER, smooth (s)ER

Funktionen des sER:

Posttranskriptionale Modifizierung: Glykosylierung

Synthese von Lipiden: Steroide, Phospholipide, Glykolipide, Sphingomyelin der Membranen

Speicherfunktion: Ca2+, Proteine, Lipide, Glykogen

ZellkernrER, sER

andere KompartimenteZelloberfläche

Bewegung der Zelle

Bild: Golgi-IR

Golgi-Apparat• Membransystem: ER – Golgi - Lysosomen• Golgi-Zisternen, Dictyosomen, Transportvesikel

Funktionen des Golgi:

Transport und Verteilung in der Zelle: lösliche Proteine, Membransegmente, Endo-/Exozytose-Vesikel

Modifikation und Sortierung von Proteinen: Glykosylierung, Modifikation der Oligosaccharidketten

Produktion von Lysosomen: Verdauung und intrazellulärer Abbau (zweiter Weg: Proteasomen)

Vesikeltransport in der ZelleER- Golgi; Golgi – Plasmalemma; Golgi - Lysosomen

dann: Anlagern von FusionsproteinenVesikel-Fusion

Schema: t-SNARE und v-SNARE

Golgi-Apparat

konstitutive SekretionErsetzen der Zellmembran ECM-Proteine (Proteoglykane,

Elastin, Fibronektin, Kollagenvorstufen)

Plasma-Proteine (Albumine, Transferrin, IgGs)

regulierte Exocytose Zymogengranula Hormone (Glukose-regulierte

Insulinfreisetzung aus -Zellen des

Pankreas)Neurotranmitter

EM-Bild: Golgi

ExozytoseSekretion durch Membranfluss nach außena) konstitutive Sekretionb) regulierte Exozytose

Endozytosea) Phagozytose

spezialisierte Zellen können sich große Partikel einverleiben:Nahrungsaufnahme bei Einzellern: Phagosomen – Lysosomenim Darm: extrazelluläre Aufspaltung von MolekülenMakrophagen: Schutz gegen Infektionen, Beseitigung von Zelldebris

b) PinozytoseInternalisierung der Plasmamembran, MembranturnoverAufnahme von Flüssigkeitsgefüllten Bläschen

kleine Vesikel am Ende von Grubenc) Rezeptor-vermittelte Endozytose

spezifische Aufnahme von Substanzenz.B. LDL-Partikeln aus dem Blut, Cholesterin-Recycling

5 µm

Makrophage,der zwei Erythrocyten phagozytiert

Endozytose: clathrinbedeckte Gruben und Vesikel(coated pits and vesicles)

• selektive, rezeptor-vermittelte Endozytose, z.B. Cholesterin• von außen nach innen: Aufzunehmendes Protein – Membranrezeptor – Adaptin – Clathrin; Dynamin

Bild: Endozytose von coated vesicles

sekundäres Lysosom

primäres Lysosom

Saure HydrolasenER, cis-Golgi: Mannose-6-Phosphat trans-Golgi: Mannose-6-P-Rezeptor

Phagosom

pH 7

pH 5Lysosomen

Lysosomen

Funktion:Hydrolase-Reaktion: A-B + H2O A-H + B-OHA-B: Esterbindung, Peptidbindung, glykosidische BindungLipasen, Proteasen, Glykosidasen, Phosphatasen, Sulfatasen

Enzymtargeting: Mannose-6-Phosphat pH-Optimum: ca. 5 (dagegen Cytosol pH 7,2), Protonenpumpen

Heterolysosomen Phagozytose durch Einzeller, Makrophagen, Leukozyten bei der ImmunabwehrAutolysosomen normales turnover von Organellen: t ½ von Mitochondrien in der Leber

nur 10 d; Regenerations und MetamorphoseprozesseAlterspigment, nicht abbaubare Reste in Lysosomen: Lipofuscin

Lysosomen

Medizinische Probleme:Autolyse (selten): Toxine von Bakterien, Harnsäurekristalle bei Gicht, Asbestpartikel in der Lunge; Zerstörung der Membran von Lysosomen, zerstörerische Enzyme gelangen ins Zytosol

Lysosomale Speicherkrankheiten: Anhäufung von gefüllten Lysosomen, deren Inhalt wegen Fehlens bestimmter Enzyme nicht abgebaut werden kann – Zelltod

Beispiele:Tay-Sachs-Disease (autosomal rezessiv, Gangliosid GM2, „amaurotische

Idiotie“, verbreitet bei Ashkenazi-Juden)I-Zell-Erkrankung (Fehlen vieler Enzyme in Lysosomen von Fibroblasten, keine Mannose-6-Phosphorylierung aufgrund eines Enzymdefekts, Enzyme ins Blut statt in die Lysosomen)

Proteasosomen

• Multienzymkomplexe (nicht von Membranen umgeben)• zweiter Abbauweg von Proteinen: Ubiquitin-Markierung als Signal

EM-Bilder und Schema: Proteasom

Peroxisomen

Peroxysomen

• Oxidation von toxischem Material• Leitenzym: Katalase

EM-Bild

Peroxisomen

• membranumschlossene Vesikel, d = ca. 0.5 µm (microbodies)• enthalten Oxidase, Leitenzym: Katalase

Funktion:Katalase-Reaktion: 2 H2O2 2 H2O + O2

beteiligt an• Fettsäureoxidation zu Acetyl-CoA (-Oxidation in Mitochondrien)• Aminosäure-Stoffwechsel• Abbau der N-haltigen Basen der Nukleinsäuren

Adenin XanthinGuanin Hypoxanthin Harnsäure Allantoin

(bei den meisten Säugern; beim Menschen Ausscheidung von Harnsäure)

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, ZytoskelettAlberts, Kapitel 16, Das Cytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Intermediärfilamente Mikrotubuli Actinfilamente

d = 10 – 11 nm d = 21 – 24 nm d = 6 – 7 nm> 40 verschiedene dicke Röhren Mikrofilamente

Schemata: Intrazelluläre Filamente

Mikrotubuli

Einzelbestandteile: Dimere aus - und -Tubulinschraubige Röhre

Polarität: +Ende, schneller Abbau und Aufbau

Schema: Aufbau der Mikrotubuli

Intermediärfilamente

• seilartige Fasern, d = ca.10 nm; große Zugfestigkeit• viele verschiedene:

• Keratine: Epithelien• Vimentin: Bindegewebe, Muskel, Glia• Neurofilament: Neurone• Kernlamina: Kernlamine im Zellkern

• Verankerung an Desmosomen• Polarität:

• Myosin-Filamente: Muskelkontraktion• Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastung

NH2COOH

coils – coiled coils Dimere - Oligomere

Actinfilamente

• G-Actin: Globuläres Actin (Monomer)• F-Aktin: gewundene Helices aus vielen

G-Actin-Molekülen• ein Actin-Filament: zwei ineinander

verdrillte Ketten• d = ca.7 nm (dünnn)

• Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastung

• im Cortex der Zelle, in Mikrovilli• Muskelkontraktion: Myosinköpfchen

binden an Actin-Filamente (Gleitfilamenttheorie)

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

1. Zytoskelett1. Mechanische Festigkeit der Zelle2. Fixierung von Organellen und Molekülen in der Zelle

2. Mitwirkung an Bewegungsprozessen1. amöboide Bewegung2. Muskelkontraktion3. Geißeln und Zilien

3. Beteiligung bei der Zellteilung (Mitose, Meiose)

4. Intrazelluläre Transportprozesse

Aktinfilamente Mikrotubuli Intermediärfilamente

1. Zytoskelett

• Form und mechanische Festigkeit der Zelle, Stützfunktion • Fixierung von Organellen im Innern der Zelle

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

Fluoreszenzbilder

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

1. Zytoskelett

• Fixierung von Organellen in der Zelle• Stützfunktion: Zellcortex

Bild: Zell-Cortex

• Anbindung der Zelle an die extrazelluläre Matrix

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

2. Mitwirkung an Bewegungsprozessen

• Geißeln und Zilien: Mikrotubuli

• amöboide Bewegung: Actinfilamente

• Muskelkontraktion:Aktinfilamente und Myosin-Filamente gleiten aneinander, Beteiligung anderer Proteine,

Tropomyosin, Troponin, Calmodulin etc.

Geißeln und Zilien

Geißel (Flagellen): lang, wenigeBeispiel beim Menschen: Spermien

Wimpern (Cilien): kurz, vieleBeispiele beim Menschen:

Ependymzellen; bewimpertes Epithel im in den Atemwegen:

Bilder: bewimpertes Epithel, Cilien

Mikrotubuli

• Querschnitt durch eine Geißel• universelle 9 + 2 -Struktur

EM-Bild und Schema: 9+2-Struktur

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

2. Mitwirkung an Bewegungsprozessen

• amöboide Bewegung

• Muskelkontraktion

Actinfilamente

Alberts, Kapitel 16.3; wird in der Physiologie besprochen• viele Funktionen bei der Bewegung von Zellen• viele modifizierende Proteine

• Centriolen, Spindelfasern • Aufteilung der Chromosomen

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

3. Zellteilung

Bild und Schema

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

4. Intrazelluläre Transportprozesse: Mikrokrotubuli

• Beispiel: axonaler Transport, meist in Vesikeln verpackt• lange Distanzen

Schema: axonaler Transport in beide Richtungen

Grundfunktionen der intraplasmatischen Filamente

4. Intrazelluläre Transportprozesse

Schema: axonaler Transport in beide RichtungenDynein, Kinesin

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und Chromosomen

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Zellbiologie

1. Biomembranen, Plasmalemma

2. GERL: Golgi-Apparat, ER, Lysosomen

3. Geißeln und Zilien, Zytoskelett

4. Zellkern und ChromosomenAlberts, Kapitel 8.1, 14.2.3

Institut für Biologie II

Jörg Mey

Zellkern

Grün: Immunfärbung gegen ein mitochondriales Protein

Blau: DAPI-Färbung der DNA, Zellkern

Zellkern

Poren (d: 10 nm)Porenkomplex

Nucleoli

Kernhülle, Doppelmembran

Matrix

EM-Bild

Morphologie des Zellkerns

Karyoplasma(Nucleoplasma)

Schema Zellkern

Morphologie des Zellkerns

• kugelförmig• gelegentlich andere Formen: Ciliaten, neutrophile Granulozyten• d = 5 – 10 µm, große Variabilität bei verschiedenen Zellen; embryonale

Zellen, die sich teilen, haben oft mehr Nucleoplasma

FunktionIm Kern befindet sich das Erbmaterial der Zelle: Chromosomen,diese bestehen aus DNA-Molekülen, die mit Proteinen verpackt sind.

Kernhülle mit KernporenKernlaminaNucleoplasmaNucleoliChromosomen

Morphologie des Zellkerns

Kernhülle

• Hohlraumsystem in Verbindung mit den ER-Zisternen

• innere/äußere Membran mit variablem Abstand, Lumen

• oktogonale Poren

Schemazeichnung: Kernhülle

Morphologie des Zellkerns

Kernporen• über hundert Proteine, Gesamtmasse 120 Mio Da (30x Ribosom)• weitlumige Pore, ca. 10 nm

• acht Einheiten um die Pore herum• Zentralkomplex auf der Innenseite

Aufsicht auf die Kernporen im Elektronenmikroskop

Morphologie des Zellkerns

Kernporen• über hundert Proteine, Gesamtmasse 120 Mio Da (30x Ribosom)• weitlumige Pore, 10 nm

Zentralkomplex auf der Innenseite

Zytoplasma

Nucleoplasma

Seitenansicht auf zwei Kernporen, EM-Aufnahme

100 µm

EM-Bild: Kernmembran mit Poren

Morphologie des Zellkerns

Kernporen

Schemazeichnung: Kernmembran mit Poren

kontrollierter Austausch von Makromolekülen• Proteine aus dem Zytoplasma ins Nucleoplasma, z.B. Histone, Enzyme wie DNA-, RNA-Polymerasen, Topoisomerasen etc.; Proteine für die

Ribosomen• Ribosomen-Untereinheiten aus dem Kern ins Zytoplasma –Untereinheiten werden im Kern zusammengesetzt und fertig gefaltet herausgeschleust• mRNA aus dem Kern ins Zytoplasma (nur fertig gespeißte RNA)• freie Diffusion bis ca. 40 kDa

Import von Proteinen, die für den Kern bestimmt sind • Kernlokalisierungssignale: positiv geladene Lys, Arg• Rezeptoren für nukleären Import • Bindung an Kernfibrillen• aktiver Transportmechanismus: GTP-Hydrolyse

Funktion der Kernporen

peripheres HeterochromatinKernhülle

Nucleolus

Nucleoplasma(Kernmatrix)

auf der Innenseite der Kernmembran: Lamina

2 µm

EM-Bild: Zellkern

Chromatin

Interphasekern im Lichtmikroskop: nur der Nucleolus ist sichtbarChromatin: DNA mit gebundenen Proteinen (Name: Anfärbbarkeit mit histologischen Farbstoffen, z.B. Feulgenfärbung, DAPI)Proteine: basische Histone (Lys, Arg, His) bilden stabile Komplexe mit

der negativ geladenen DNA, Verhältnis DNA/Histone = 1:1über 400 andere Proteine

Chromatin (deskriptiver Begriff): Summe aller Chromosomen1. Heterochromatin

stärker kondensiert, daher in der Färbung besser sichtbarAbschnitte einzelner Chromosomen oder ganze Chromosomen, Centromere,

hochrepetitive Sequenzen2. Euchromatin

aufgelockert, daher schlechter anfärbbaraktive Teile der Chromosomen, Transkription

einzigartige bis mittelrepetitive Sequenzen

Zellkern

Bei der Zellteilung kondensieren die Chromosomen und werden lichtmikroskopisch sichtbar.

Zellen aus der Lunge eines Molches, kurz vor der Zellteilung

Centromer - Kinetochor

Länge der Metaphase-Chromosomen:

µm-Bereich

Länge der DNA des menschlichen Chromosomensatzes:

ca. 2 m

Kondensation der Chromosomen

EM-Bilder:DNA und Chromosom

Chromosomen

Karyogramm

• Die Erbsubstanz ist auf mehrere DNA-Moleküle verteilt: Chromosomen

• artkonstante Anzahl• haploider Satz: = 1n (bei den meisten Eukaryoten: 10 < n < 100)• Mensch: n = 23• Prokaryoten: haploid, Chromosom ringförmig + Episomen (Plasmide)• Tiere: diploid (außer Foraminiferen)

Karyogramm

• Centromere• Telomere• p-Arm• q-Arm

Nucleolus-Organisator

• sekundäre Einschnürung• Gene für 28S, 18S und 5,8S rRNA: hochmolekulare rRNA-Vorstufe, ausschneiden von Spacern; rRNAs 1:1:1• 5S rRNA an den Telomeren

Chromosomen

Karyogramm

• Centromere• Telomere• p-Arm• q-Arm

Nucleolus-Organisator

• sekundäre Einschnürung• Gene für 28S, 18S und 5,8S rRNA: hochmolekulare rRNA-Vorstufe, ausschneiden von Spacern; rRNAs 1:1:1• 5S rRNA an den Telomeren

2 µm

Nucleolus

Synthese ribosomaler RNA

self assembly der Ribosomen-Untereinheiten

5S rRNA

ribosomaleProteine

28 S, 18S und 5,8S rRNA

Export von Ribosomen-Untereinheiten

+ mRNA

Kondensation und Zusammenlagerung der DNA mit Proteinen

DNA-Doppelhelix d = 2 nm

EM: Fibrillen von d = 10 nm und d = 30 nm

PerlenketteNucleosomen

Schema: Kondensation und Verpackung der DNA zu Chromosomen

Kondensation und Zusammenlagerung der DNA mit Proteinen

Nucleosomen im EM

Linker-DNA, H1 Histonoctamer aus2 x (H2A + H2B + H3 + H4), um das sich die DNA-Doppelhelix windet

30 nm-Fibrille

10 nm-Fibrille

Nucleosomen im Abstand von 200 bpHistone: basisch, sehr konserviert

Kondensation der DNA Chromosomen vor der Zellteilung

• DNA ist verdoppelt, daher 2 Chromatiden/Chromosom• Centromer; Kinetochor

In der aktiven Zelle, die sich nicht teilt, sind die Chromosomen nicht kondensiert.

• Transkription am Euchromatin (ca. 10%)• Heterochromatin ist transkriptionell inaktiv

Chromatinschleifen

EM-Bild von zwei Chromatiden