Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation...
-
Upload
oswalda-haupt -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
Transcript of Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation...
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
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Zellteilung und Zellzyklus
Bei der Vermehrung von Zellen wechseln sichZellwachstum (kontinuierlich) und Zell-teilung (diskontinuierlich) ab
Den Ablauf der Zellteilung kann man als einenwiederkehrenden zyklischen Prozeßbetrachten (Zellzyklus)
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Zellzyklus
Mikroskopisch kann man die Interphase
(Chromosomen nicht sichtbar) von der Mitose
(Chromosomen sichtbar) unterscheiden
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Interphase
(G0-Phase: Ruhezustand teilungsinaktiver Zellen)
G1-Phase: Vorbereitung zur DNA-Replikation
S-Phase: DNA-Synthese
G2-Phase: Vorbereitung der Mitose
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Eukaryotischer Zellzyklus
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Mitose
Nur während der Mitose sind die Chromosomensichtbar
Damit eine Aufteilung erfolgen kann, werdendie Chromosomen durch Kondensation starkverkürzt
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Mitosestadien
Prophase: Kondensation der ChromosomenAbbau der Kernhülle
Metaphase: Aufbau des Spindelapparates
Anaphase: Trennung der Chromatiden
Telophase: Entspiralisierung der Chromo-somen Wiederaufbau der Kernhülle
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Interphase
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Prophase
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Späte Prophase
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Metaphase
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Aufbau des Spindelapparates
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Anaphase
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Telophase
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Film zur Mitose(siehe online-media)
Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor “Graphics”
benötigt.
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Mitosis-promoting factor (MPF)
Mitotische Zellen enthalten eine aktiveKomponente, die in den Kernen mitotischeVeränderungen (Auflösung der Kernhülle,Chromosomenkondensierung) hervorruft.
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Nachweis von MPF(Mitosis promoting factor)
MitotischeZelle
G1-PhaseZelle
MitotischeZelle
S-PhaseZelle
MitotischeZelle
G2-PhaseZelle
Kondensierteschromatin
Kondensierteschromatin
Kondensierteschromatin
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Cycline
Während der Zellteilung wird eine zyklischeVeränderung der Konzentration bestimm-ter Proteine (Cycline) beobachtet
Die MPF-Aktivität korreliert mit der beob-achteten Cyclin-Menge
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Aufstieg und Fall von MPF
Cyclin-abhängige Kinasen (Cdks)
MPF ist ein Komplex aus einer Cyclin-abhängigen Kinase (Cdk) und einem Cyclin
Cdk ist eine Proteinkinase, die andere Proteinephosphoryliert
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Cyclin-abhängige Kinase (Cdk)
mitoticcyclin
cyclin-dependent kinase
Cdc2
MPF
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Kontrollpunkte (checkpoints)
Der Zellzyklus wird an bestimmten Kontrollpunktenvon verschiedenen Cdk-Cyclin-Komplexengesteuert:
Eintritt in die S-Phase (Start)
Eintritt in die Mitose
Beendigung der Mitose (Metaphase-Anaphase Übergang)
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Initiation der DNA-Replikation
Start der Mitose Metaphase-Anaphase-Übergang
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
G1-Cyclin
Cdk
Start-Kinase
Initiation der DNA-Replikation
Initiation der Mitose
mitotisches Cyclin
M-phase-promoting factor
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Regulation von Start in eukaryotischenZellen
Durch Phosphorylierung des Rb (Retinoblastoma)-Proteins kommt es zur Freisetzung einesTranskriptionsfaktors, der Gene für die Initiationdes Zellzyklus aktiviert
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
aktives Rb-Protein
inaktiver Transkriptionsfaktor
Zielgen Zielgen
Transkription
aktiver Transkriptionsfaktor
inaktivesphosphoryliertesRb-Protein
G0-Zelle Teilungsaktive Zelle
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Onkogene und Tumorsuppressorgene
Die Teilungsaktivität wird von Proto-Onkogenenund Tumorsuppressorgenen gesteuert
Zu einer unkontrollierten Vermehrung kommt es,wenn entweder beide Kopien des Tumor-suppressors defekt sind oder
eine dominante Mutation in einem Proto-Onkogeneine Hyperaktivierung des Zellzyklus bewirkt
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
NormaleZellteilung
Zwei Kopien eines Tumor-suppressor-Gens
Zwei Kopien eines Proto-Onkogens
ZellzyklusKontroll-System
AUSWIRKUNG:
Kontrolle des Zellzyklus
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
NormaleZellteilung
UnkontrollierteZellteilung
Mutation eines der beidenProto-Onkogene führt zur Hyperaktivierung (Onkogen)
Zwei Kopien eines Proto-Onkogens
ZellzyklusKontroll-System
AUSWIRKUNG:
Zwei Kopien eines Tumor-suppressor-Gens
Tumorsuppressor
Kontrolle des Zellzyklus
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
NormaleZellteilung
UnkontrollierteZellteilung
UnkontrollierteZellteilung
Mutation eines der beidenProto-Onkogene führt zur Hyperaktivierung (Onkogen)
Beide Kopien des Tumor-suppressors inaktiviert
Zwei Kopien eines Proto-Onkogens
ZellzyklusKontroll-System
AUSWIRKUNG:
Zwei Kopien eines Tumor-suppressor-Gens
Tumorsuppressor
Zwei Kopien eines Proto-Onkogens
Kontrolle des Zellzyklus
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Meiose
Bei der Keimzellbildung kommt es in der Meiosezu einer Reduktion der Chromosomensätze
Die Meiose besteht aus einer Reduktionsteilung(Meiose I) und einer anschließenden Mitose(Meiose II)
Aus einer diploiden Ausgangszelle entstehenvier haploide Keimzellen
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Drei nicht-homologeChromosomen
Drei Paare homologerChromosomen
Eine Kopie des genetischen Materials aufgeteilt auf
Chromosomen
Zwei Kopien des genetischen Materials
aufgeteilt auf Chromosomen
Haploid (1N) Diploid (2N)
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Meiose
In der ersten meiotischen Teilung (Reduktions-teilung) lagern sich die homologen Chromosomenaneinander und bilden den synaptonemalenKomplex
Dies geschieht während der Prophase, diesehr lange dauert und in verschiedene Stadieneingeteilt wird
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Leptotän
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Zygotän
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Pachytän
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Diplotän
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Diakinese
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Film zur Meiose(siehe online-media)
Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor „Video“ benötigt.
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Synaptonemaler Komplex
Die Zusammenlagerung der homologenChromosomen erfolgt im synaptonemalenKomplex, der sich während der Prophase derMeiose I bildet
Im synaptonemalen Komplex kommt es zuChromosomenbrüchen, die zur Ausbildung von Crossing over-Strukturen (Chiasmata) führen
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Synaptonemaler Komplex
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Chiasmata
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Interchromosomale Rekombination
Chiasma„Crossover“
Intrachromosomale Rekombination
A
A b
b
a
a
B
B
Intrachromosomale Rekombination
Drosophila melanogaster
Thomas Hunt Morgan
Einheit der Rekombinationsfrequenz
A B C D E
1 cM (centiMorgan) entspricht 1 % Rekombination
42 cM
28 cM20 cM5 cM 3 cM
StammbaumanalyseD/- D/d
D/d D/d
D/d D/-
d/dd/d d/dD/- D/- D/- D/- D/-
D/-D/-
? ? ? ? ?
D
d
„Variable number tandem repeats (VNTR)“
Kartierung mit Hilfe von DNA-Markern
d DD/d d/dD/D
Sonde
Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus (RFLP)
D/- D/d
D/d D/d
D/d D/-
d/dd/d d/dD/- D/- D/- D/- D/-
D/-D/-
Kartierung mit Hilfe von DNA-Markern
D/d D/d
D/d
RFLP-Muster