Interphase-Mitose-Meiose Flashcards
Phasen Zellzyklus
- Interphase
- G1-Phase (8-10 h) –> G0-Phase (ruhende Zelle) möglich, 2N 2C
- S-Phase (8-10 h) –> DNA Replikation, Zentrosom-Verdoppelung 2N 2-4C
- G2-Phase (2-4 h) –> Synthese RNA/ Proteine für Mitose, 2N 4C
- Mitose (Teilung Chromosomen) + Cytokinese (Teilung Zelle) (1 h)
Mitose
- Prophase
- zwei Zentrosomen trennen sich und wandern an Zellpole
- Chromsomen kondensieren und werden sichtbar
- Kernhülle fragmentiert
- Prometaphase:
- Spindelfasern dringen ins Karyoplasma ein
- Kinetochor-Mikrotubili setzen am Zentromer an, können Chromosomen bewegen
- Metaphase:
- Ausrichtung der Chromosomen in der Äquatorialebene
- Anaphase:
- Chromatiden werden getrennt und zu Spindelpolen gezogen
- Telophase:
- Spindelapparte löst sich auf
- Kernhülle 2x bildet sich
- Chromosomen dekondensieren –> Arbeitsform wieder hergestellt
Zellzyklus
Kontrollpunkte und Regulation
- nächster Schritt wird erst eingeleitet, wenn vorheriger Schritt abgeschlossen ist
- an den Checkpoints kann der Zyklus unterbrochen werden (arretiert) oder auch die Apoptose eingeleitet werden (programmierter Zelltod)
- man nimmt an, dass die Konrtollpunkte durch Zellzyklusproteine und Cycline dargestellt werden, deren Konzentration im Zyklus stark schwankt
In welcher Phase findet die Replikation der DNA statt?
S-Phase
Replikation der DNA
Prinzip | Entdecker
Theorien: konserativ, dispers, semikonserativ
Bei der semikonservativen Replikation würde der ursprüngliche DNA Doppelstrang
in zwei Einzelstränge aufgetrennt, die dann jeweils als Vorlage für
die Synthese eines neuen Strangs dienen.
Bewiesen durch Versuche von Matthew Meselson und Franklin Stahl
(Versuch Bakterien in Nährmedium aus unterschiedlichen Stickstoffisotopen gezogen und nach den Replikationsrunden jeweils analysiert –> Sedimentationebene genau zwischen schwer und leicht, F2 zwischen und leicht)
Replikation der DNA
chemisch
Charakteristisch für die DNA‐Replikation ist, dass die Nukleotide beim wachsenden
Strang immer am 3‘‐Ende angehängt werden. Dieses Ende besitzt eine freie
Hydroxylgruppe (‐OH) am 3‘‐Kohlenstoffatom der endständigen Deoxyribose.
Die Substrate der DNA‐Polymerase, die den Strang verlängert, sind Deoxy‐
Nukleosid‐Triphosphate (dNTPs), die drei endständige Phosphatgruppen am 5’‐CAtom
des Zuckers tragen. Wenn die DNA‐Polymerase ein passendes dNTP in
Kontakt mit dem 3’‐Ende eines wachsenden DNA‐Strangs bringt, reagiert die freie
Hydroxylgruppe des Strangs mit der ersten der drei Phosphatgruppen des dNTPs.
Dabei lösen sich die beiden endständigen Phosphatgruppen als Pyrophosphat‐Ion
ab. Die einzelne Phosphatgruppe, die sich noch am Nukleosid befindet, wird Teil
des Zucker‐Phosphat‐Rückgrats des wachsenden DNA‐Moleküls.
Replikation der DNA
mechanisch
- origins of replication (ori) Interaktion mit Initiationsproteinen
- Abstand oris etwa Chromatinschleife
- Replikationsgabel
- 5’ in 3’ Richtung - IMMER, daher auf dem Sinnstrag (lagging strand) Okazaki‐Fragmente und auf dem Matrizenstrang (leading strang) durchgängig
- DNA bewegt sich durch Replikationskomplexe
- Einzelstränge rein –> Doppelstränge raus
Proteine an der Replikationsgabel
DNA-Polymerase III: verlängert die Stränge
Helikase: entspiralisiert die Doppelhelix, 6 UE, ATP Verbauch
Topoisomerasen: entspannen Torsionsspannungen, die durch Entspiralisierung entstehen
Primase: erzeugt Primer, Leitstrang nur einen, Folgestrang viele
Einzelstrang bindende Proteine: mach die Matrizen für Primase und Polymerase zugänglich, halten Gabel offen
Ligase: verknüpft die Fragmente durch Austausch Primer gegen DNA
Topoisomerasen
Topoisomerase Typ I: verursacht Einzelstrangbruch (ohne ATP)
Rotation ermöglicht
and anschließend der Bruch wieder verschlossenDaraus resultiert eine
Entspannung um eine Windung.
Topoisomerase Typ II: Doppelstrangbruch (ATP)
Durch die Erzeugung eines temporären DNA‐Doppelstrangbruchs kann ein benachbarter Teil der Doppelhelix die entstandene Lücke passieren, wonach der DNA‐Doppelstrangbruch wieder geschlossen wird. Dies ermöglicht umfassende Umordnungen des Chromatins.
Telomere
Enden der doppelsträngigen DNA
besondere Anforderungen an
Telomere haben am 3‘‐Ende einen einzelsträngigen Überhang von 50 bis 500
Nukleotiden, der im doppelsträngigen Bereich des Telomers eine Stranginvasion
macht. Der dadurch verdrängte DNA‐Strang wird D‐Loop genannt. Das so
formierte geschlossene Chromosomenende wird durch den Proteinkomplex
Shelterin stabilisiert.
Telomerase
Die Telomerase ist ein Enzym im Zellkern, welches aus einem Protein‐ (TERT) und
einem langen RNA‐Anteil (TR) besteht und somit ein Ribonukleoprotein ist. Dieses
Enzym ist in der Lage, die Telomere der Chromosomen zu verlängern.
Kondensationsstufen des Chromatins
Stufe 1:
- DNA Faden wird 1,75 mal um Histonpartikel (8 Histonproteine) gewunden
- Histon-Octamer plus DNA Spule = Nucleosome Core (Kernpartikel)
- DNA zwischen Kernpartikeln = Linker-DNA
Stufe 2:
- Nukleosomen‐Kette spiralisiert und bildet ein sogenanntes Solenoid, eine Chromatinfaser mit einem Durchmesser von 30 nm bildet
Stufe 3: Chromatinschleifen
Dies erfolgt über die stufenweise Organisation von Nukleosomen, Chromatinfasern,
Chromatindomänen (bestehend aus Chromatinschleifen) und Kompartimenten bis hin zum kondensierten Chromosom.
Aufbau eines Nukleosoms
Kernstück des Nukleosoms ist ein Octamer (Kernpartikel) aus je zwei Molekülen
der Histonproteine H2A, H2B, H3 und H4 (Core Histone). Die Histonproteine
haben einen hohen Anteil an basischen Aminosäuren (AS; Arginin, Lysin, Histidin)
und sind daher bei physiologischem pH‐Wert positiv geladen. Die DNA ist
aufgrund der Phosphatgruppen unter diesen Bedingungen negativ geladen, was
zu einer elektrostatischen Wechselwirkung mit den Histonproteinen führt.
Nucleosome core + Linker-DNA = Nukelosom
Aufgaben Nukleosom
Regulation Zugänglichkeit
Verkürzung Strang - kompakt verpackt
Schutz des Erbguts
Aufbau eines Chromosoms
Beschreibung Chromosomen
Eine einfache Beschreibung bzw. Differenzierung von Chromosomen basiert auf
der Lage des Zentromers.
metazentrisch - submetazentrisch - akrozentrisch - telozentrisch
p/q-Arm
Darüber hinaus können Chromosomen über Längenverhältnisse und – nach
geeigneter Anfärbung – Bänderungsmuster differenziert werden.
euchromatisch/ heterochromatisch (fest/ locker verpackt.
Wesentliche epigenetische Mechanismen
Biochemische Veränderungen der Histonproteine
Methylierung der DNA
Nicht‐kodierende RNAs, unter anderem microRNAs (miRNAs)
DNA-Methylierung
- epigenitischer Mechanismus zur Regulation von Genaktivitäten
- Cytosin und Adenin können methyliert werden
- zwei wesentliche Mechanismen:
- Methylierungen im Bereich von Promotoren können dazu führen, dass Transkriptionsfaktoren nicht binden können
- im Bereich methylierter DNA werden Histon-Deacetylasen rekrutiert –> Histone werden basischer und Chromatin verdichten sich
Genomisches Imprinting
Genomisches Imprinting (Prägung) sorgt dafür, dass bei bestimmten Genen nur ein Allel exprimiert werden kann. Chemisch betrachtet erfolgt die Stilllegung des jeweils anderen Allels durch Methylierung.
Die Markierung (Imprint) zur funktionellen Inaktivierung eines Gens wird während der Keimzellbildung. Konflikthypothese.
Sinn der Telomere
Offene Chromosomenenden würde die Zelle wie DNA‐Doppelstrangbrüche
wahrnehmen und daher DNA‐Reparaturmechanismen und einen Zellzyklus‐Arrest
verursachen. Die repetitiven Telomersequenzen (TTAGGG) verhindern dies, in dem
sie nach innen klappen und ein geschlossenes Chromosomenende formieren.
Meiose | Ziel
Rekombination väterlicher und mütterlicher homologer Erbanlagen
Reduktion auf einen haploiden Chromosomensatz
Meiose I
= Reduktionsteilung
Prophase I
Metaphase I
Anaphase I
Telophase I
im Grunde analog Mitose, nur werden nicht Chromatiden, sondern homologe Chromosomen verteilt
Interkinese
Stadien Prophase I
Leptotän: Kondensation der Chromosomen
Zygotän: Paarung der homologen Chromosomen
Pachytän: Crossing over
Diplotän: Paare homologer Chromosomen mit Chiasmata and CO Stellen
Diakinese: Kernmembran löst sich auf, Chromosomen trennen sich, Spindelapparat baut sich auf
Meiose II
wie Mitose nur sind die Chromatiden wg Crossing over nicht mehr zwangsläufig identisch
im Ergebnis 4 Spermien oder
1 Eizelle mit drei Polkörperchen
Anzahl Chromosomen Hsgt.
Rind, Ziege 60
Schaf 54
Pferd 64
Hausschwein, Katze 38
Hund, Huhn 78
