Kapitel 4 Zellkern&Zellzyklus

Question 1

In welche Phasen lässt sich der Zellzyklus gliedern?

Answer 1

Interphase (G1-, S-, G2-Phase)

M-Phase (Kernteilung und Cytokinese)

Question 2

In welcher Phase des Zellzyklus wird das genetische Material verdoppelt?

Answer 2

Die Replikation der DNA erfolgt in der S-Phase

Question 3

Aus welchen Phasen besteht die Mitose und was geschieht in der jeweiligen Phasen?

Answer 3

Siehe Worddatei

Question 4

Welches sind die wichtigesten Checkpoints im Zellzyklus?

Answer 4

1. G1-Checkpoint: Ist das Umfeld für eine Zellteilung günstig?
2. G2-Checkpoint: Wurde die DNA fehlerfrei und komplett repliziert?
3. Metaphase-Checkpoint: SInd alle Chromosomen korrekt am Spindelapparat befestigt?

Question 5

Wie ist der mitotische Index definiert?

Answer 5

Miotischer Index= mitotische Zellen/alle Zellen

Question 6

Was versteht man unter einer konditionellen Mutation?

Answer 6

Konditionelle Mutationen sind Mutationen, deren Auswirkungen sind nur unter bestimmten Umständen bemerkbar machen. Eine Temperatur-sensitive Genmutation beispielsweise erschwert dem entsprechenden Protein das beibehalten seiner Konformation (und dadurch seiner Funktion) bei erhöhten Temperaturen.

Question 7

Wann ist ein M-Cdk aktiv und kann die Mitose induzieren?

Answer 7

Ein M-Cdk, also eine Cyclin-abhängige Kinase in Verbindung mit einem M-Cyclin, ist aktiv, wenn es durch die Cdc25-Phosphatase an einer bestimmten Stelle phosphorlyiert wurde und durch die CAK an einer anderen Stelle phosphoryliert wurde.

Question 8

Wie funktioniert die positive Rückkopplung eines aktiven M-Cdk?

Answer 8

Der M-Cdk-Komplex aktiviert über positive Rückkopplung seine eigene Aktivierung durch Hemmung der Wee1-Kinase und Stimulation der Cdc25-Phosphatase.
Hinweis: Die Wee1-Kinase und die Cdc25-Phosphatase sind Gegenspieler!

Question 9

Wieso ist das p27-Gen ein Tumorsupressorgan?

Answer 9

Weil das p27-Protein ein Cdk-inhibierendes Protein (CKI) ist und dadurch den Eintritt in die M-Phase inhibiert. Fällt das p27-Gen aus, so stimuliert dies die Zellproliferation.

Question 10

Sobald der Eintritt in die Mitose induziert wurde, muss M-Cyclin abgebaut werden. Wie erfolgt dieser Abbau?

Answer 10

Das Cyclin wird polyubiquitiniert durch die Ubiquintin-Ligase APC und anschliessend in einem Proteasom abgebaut.

Question 11

Beschreibe die Aktivierung der S-Phase durch den Rb/E2F-Pathway.

Answer 11

Unphosphoryliertes Rb (Retinoblastoma) inhibiert den Eintritt in den Zellteilungszyklus durch mechanische Blockierung des Transkriptionsfaktor E2F, welcher essentiell ist für die Transkription von S-Cyclinen, Wird Rb phosphoryliert (durch G1-Cdk), so kann E2F die Transkription des S-Cyclin-Gens aktivieren und das S-Cyclin in Verbindung mit einer Cdk als S-Cdk die S-Phase initiieren.

Question 12

Was versteht man in Zusammenhang mit dem Zellzyklus unter einem Arrest-Point?

Answer 12

Der Arrest-Point bezeichnet den Punkt im Zellzyklus, an dem ein Defekt erkannt wird und der Zellzyklus deshalb angehalten wird. Der Arrest-Point ist folglich ein Check-Point.

Question 13

Wie unterscheidet sich der Zellzyklus einer frühen embryonalen Zelle vom Standard-Zellzyklus?

Answer 13

Nach der Befruchtung findet eine Reihe von raschen Zellteilungen statt, ohne dass der Organismus dabei wächst (Teilung ohne Wachstum). In dieser Phase besteht der Zellzyklus praktisch nur aus der S- und der M-Phase. Dies ist möglich, weil die Eizelle viel Zellmaterial vorrätig hat (Wachstum ohne Teilung vor der Befruchtung). Die rasche Entwicklung nach der Befruchtung geht allerdings auch mit einem Verlust an Kontrolle einher.

Question 14

Koffein inhibiert den Eintritt in die M-Phase. R/F

Answer 14

Falsch. Koffein inhibiert den G2-Checkpoint und ermöglicht somit einen Eintritt in die M-Phase auch bei einer fehlerhaften DNA-Replikation. Dies kann zu einer suizidalen Mitose führen.

Question 15

Infolge M-Cdk-Aktivierungen wird der Spindelapparat assembliert. Aus welchen Typen von Mirkotubuli besteht dieser?

Answer 15

1. Kinetochor-Mirkotubuli binden an die Kinetochoren der Schwesterchromatiden.
2. astrale Mirkotubuli verbinden die Pole mit dem Zellkortex
3. Interpolare Mirkotubuli reichen bis über die Äquatorialebene hinaus und überlappen einander.
   Hinweis: Alle Spindel-Mirkotubuli gehen von einem Pol (Centrosom) aus und sind mit ihrem (-)-Enden an diesem befestigt.

Question 16

Was ist ein Nucleosom?

Answer 16

Ein Nucleosom ist ein DNA-Histon-Komplex und stellt die erste Verpackungstufe der DNA dar.

Question 17

Schwesterchromatide werden nach der S-Phase durch Condensinkomplexe zusammengehalten. R/F

Answer 17

Falsch. Condensinkomplexe helfen bei der Kondensation der DNA in der Prophase. Die Schwesterchromatide werden nach der S-Phase durch Cohesinkomplexe zusammengehalten.

Question 18

Welcher Proteinkomplex stellt das Verbindungsstück zwischen Mirkotubuli und Chromosomen dar?

Answer 18

Die Kinetochoren. Sie haften sich im Bereich der Centromere an die Chromosomen. Der innere Kinetochor verbindet den Proteinkomplex mit der DNA, der äussere Kinetochor stellt die Verbindung mit den (+)-Enden der Mirkotubuli her.

Question 19

Welche Rolle spielt der Anaphase fördernde Komplex (APC) bei der Initieerung der Anaphase?

Answer 19

Der APC führt neben der Degradation von M-Cyklin auch zur Degradation von Securin, welches eine Separase genannte Protease hemmt. Die freigewordene Separase schneidet Cohesinkomplexe auf und die Schwesterchromatide können getrennt werden und zu den Spindelpolen transportiert werden.

Question 20

Die Anaphase kann in zwei Phasen unterteilt werden. Was geschieht in der jeweiligen Phase?

Answer 20

1. Anaphase A: Die Kinetochor-Mirkotubuli verkürzen sich und ziehen so die Chromatiden in Richtung der Spindelpole.
2. Anaphase B: Durch die Aktivität von Motorproteinen in den überlappenden Regionen der interpolaren Mirkotubuli (Kinesin-5) und in den Verankerungs-Regionen der astralen Mirkotubuli am Zellkortex (Dynein) werden die Pole auseinandergestossen bzw. -gezogen.

Question 21

Wie wird in der Cytokinese die Teilungsfurche gebildet?

Answer 21

Durch einen kontraktilen Ring aus Actin- und Myosinfilamenten (auf Höhe der Metaphasenplatte)

Question 22

Was versteht man unter einer asymmetrischen Zellteilung?

Answer 22

Aus einer asymmetrischen Zellteilung gehen unterschiedliche Tochterzellen hervor. Dies geschieht durch eine asymmetrische Verteilung von cytoplasmatischen Determinaten bei der Zellteilung.
Wichitges Beispiel: Stammzelle + differenzierende Zelle

Question 23

Wieso wird die Meisose auch als Reduktionsteilung bezeichnet?

Answer 23

Weil in der Meiose die Chromosomenanzahl halbiert wird. So können schliesslich haploide Gameten entstehen, welche dann in der geschlechtlichen Fortplanzung mit einem andersgeschlechtlichen Gameten zu einer diploiden Zygote verschmelzen können.

Question 24

Was ist der Hauptunterschied zwischen der Anaphase der Meiose und derjenigen der Mitose?

Answer 24

In der Anaphase der Meiose 1 werden die homologen, also väterlichen und die mütterlichen Chromosomen voneinander getrennt, während in der Anaphase der Mitose die Schwesterchromatiden voneinander getrennt werden.

Question 25

Nenne einen Vor- und Nachteil von geschlechtlicher Fortpflanzung gegenüber ungeschlechtlicher Fortpflanzung.

Answer 25

Vorteil: genetische Rekombination ermöglicht Adaption einer Population an veränderte Umweltbedingungen.
Nachteil: Parntersuche kann aufwändig sein, wenige Nachkommen.

Question 26

In der Meiose 1 wandern Schwesternchromatide zum gleichen Pol R/F

Answer 26

Richtig. Meiotische Proteine stellen sicher, dass sich die Schwesterkinetochore wie ein Kinetochor verhalten und sich nicht trennen.
Achtung: in der Mitose ist dies strengstens verboten.

Question 27

Welche nukleären Subdomänen (“Nuclear Bodies”) kennst du?

Answer 27

Nucleoli
Cajal bodies
PML bodies
Speckles

Question 28

Wie hängen Position, Verpackunggrad und Genaktivität eines Chromosomes im Zellkern gemäss dem CT-IC-Modell zusammen?

Answer 28

Chromosomen sitzen im Zellkern in den sog. “Chromosome Territories” (CT). Genauer gesagt liegt dort inaktives Chromatin in dicht gepackter Form. Aktives Chromatin ist weniger dicht gepackt, ragt in “Interchromatin Compartments” (IC) hinein und ist dort zugänglich für Proteine wie Transkriptionsfaktoren oder Polymerasen (deshalb aktiv).

Question 29

Definiere die Begriffe Heterochromatin und Euchromatin.

Answer 29

Heterochromatin ist besonders stark kondensiertes Chromatin. Normales Chromatin bezeichnet man als Euchromatin.
Hinweis: Heterochromatin liegt meist an der Kernhülle assoziiert mit der Lamina und Proteinen der inneren Kernmembran vor und wird dann als peripheres Heterochromatin bezeichnet.

Question 30

Was ist eine Nukleolusorganisatorregion (NOR)?

Answer 30

Nukleolsorganisationregion sind die rDNA enthaltenden Abschnitte der Chromosomen.

Question 31

Wo werden im Zellkern ribosomale Untereinheiten zusammengesetzt und aus was bestehen diese?

Answer 31

Ribosomale Untereinheiten bestehen aus rRNAs und ribosomalen Proteinen und werden in Nucleoli assembliert.

Question 32

Wie ist die Kernhülle aufgebaut?

Answer 32

Die Kernhülle besteht aus einer inneren und einer äusseren Kernmembran, welche den perinukleären Raum umschliessen. Die äussere Kernmembran geht an einigen Stellen kontinuierlich ins ER über. In die Doppelmembran eingelagert sind Kernporenkomplexe (NPCs) und andere Membranproteine. An die innere Kernmembran angelagert ist ein Proteinnetzwerk aus Laminen, die Lamina.

Question 33

Beschreibe den Aufbau und Funktion von Kernporenkomplexen (NPCs).

Answer 33

NPCs bilden Permeabilitätsbarrieren zwischen dem Cyto- und dem Nucleoplasma. Sie sind oktagonal-symmetrisch aufgebaut und bestehen aus 30 verschiedenen Nucleoporinen. Der zentrale Kanal wird gebildet durch Nucleoporine mit vielen FG-Repeats und erlaubt den freien Durchschnitt von Molekülen unter 5000 Dalton.
Grössere Moleküle müssen aktiv transportiert werden.

Question 34

Welche Transportrezeptoren sind zuständig für den Transport von Markomolekülen durch NPCs? Welche Signale erkennen diese Rezeptoren?

Answer 34

Der aktive Transport durch NPCs geschieht durch Kerntransportrezeptoren (Karyophernie):

1. Importine importieren Markomoleküle mit einem Kernimportsignal (Nuclear localisation signal, NLS)
2. Exportine exportieren Markomoleküle mit einem Kernexportsignal (Nuclear export signal, NES)

Question 35

Wie wird die Direktionalität des Transportes durch NPCs generiert?

Answer 35

Durch eine asymmetrische Verteilung von RanGTP in der Zelle; die RanGTP-Konzentration ist im Kern viel höher als im Cytoplasma. Die asymmetrische RanGTP-Verteilung kommt dadurch zustande, dass RanGAP nur im Cytoplasma vorliegt (an cytosolischen Filamenten der NPCs) und Ran-GEF dagegen nur im Kern.

Question 36

Beschreibe den Kerntransportzyklus eines Importins.

Answer 36

Ein Importin bindet im Cytoplasma an die NLS-Sequenz eines Proteins (direkt oder über Adaptermoleküle) und transportiert das Substrat durch Bindungen an FG-Repeats im zentralen Kanal der Pore ins Kerninnere. Dort induziert RanGTP die Abspaltung des Substrats vom Importin. Der RanGTP-Importin-Komplexe verlässt den Zellkern wiederum durch eine NPC. Im Cytoplasma wird RanGTP (aufgrund von RanGAP) durch Hydrolyse zu RanGDP und löst sich darauhin vom Importin.

Question 37

Beschreibe den Kerntransportzyklus eines Exportins.

Answer 37

Exportine haben eine geringe Affinität zu RanGTP; durch die Präsenz eines zu exportierenden Substrats wird die Affinität allerdings erhöht und es findet eine kooperative Bildung von RanGTP und dem Export-Substrat an das Exportin statt (RanGTP als Adapter). Im Cytoplasma spaltet das Exportin das Substrat und RanGDP ab und gelangt dann alleine wieder in den Kern zurück.

Question 38

mRNA wird über Exportrezeptoren der Karyopherinfamilie aus dem Kern transporiert. R/F

Answer 38

Falsch. Der mRNA-Export geschieht RanGTP-unabhängig durch einen speziellen Exportrezeptor; einem Nxf1/Nxt1 Heterodimer.

Question 39

Wie ist der Zellkern mit dem Cytoskelett verbunden?

Answer 39

Über LINC-Komplexe (“Linker of the Nucleoskeleton to the Cytoskeleton”). Diese bestehen aus Nesperinen in der äusseren Kernmembran, welche den Nukleus mit dem Cytoskelett verbinden, und SUN-Proteinen, welche die Nesperine mit der Lamina und dem Chromatin verbinden.

Question 40

Nenne Funktionen der Kernlamina.

Answer 40

Form und Festigkeit des Zellkerns
Chromatin-Organisation
Regulation der Genexpression

Question 41

Wie bezeichnet man Krankheiten, welche eine Lamin-Mutation zugrunde liegt? Nenne ein Beispiel.

Answer 41

Laminopathien

Beispiel: Progerie (Hutchison-Gilford-Syndrom), überschnelles Altern bei Kindern.

Question 42

Woraus besteht das Präprophaseband? Wo und wann wird es gebildet?

Answer 42

Das Präprophasenband ist eine ringförmige Ansammlung von kortikalen Mirkotubuli und Actinfilamenten und wird i Pflanzenzellen vor der Prophase der Mitose gebildet. Mit der Bildung des Spindelapparates wird dieses Band zurückgebildet; genau an dieser Stelle entsteht später die Zellwand.

Question 43

Was ist der Phragmoplast?

Answer 43

Der Phragmolst (“Wandbildner”) ist die während der pflanzlichen Zellteilung entstehende Vorstufe der Zellwand und besteht aus Überbleibsel der Spindelmirkotubuli sowie aus Actinfilamenten.

Question 44

Wie unterscheidet sich die Cytokinese in tierischen und pflanzlichen Zellen?

Answer 44

Nach der Kernteilung werden tierische Tochterzellen durch einen kontraktilen Ring aus Actin-und Mysosinfilamenten voneinander abgeschnürt. In der pflanzlichen Zellen wird nach Segregation der Chromosomen und der Assemblierung der Kernhüllen durch Fusion von mit Zellwand-Material gefüllten Golgi-Vesikeln in der Teilungsebene eine neue Zellwand gebildet. Die Vesikel werden entlang des Phragmoplasten transportiert.

Question 45

Welche Vorbereitung auf die Mitose ist stark vakuolisierten Pflanzenzellen nötig?

Answer 45

Die Ausbildung eines Phragmosos. Das Phragmosem ist eine flache Cytoplasmaschicht mit Mirkotubuli- und Actinfilamenten, die in der zukünftigen Teilungsebene gebildet wird und eine zentrale Lokalisierung des Zellkerns ermöglicht.

Question 46

Die Spindelpolstruktur ist in Tier- und Pflanzenzellen gleich. R/F

Answer 46

Falsch. Pflanzen besitzten keine Centrosomen.

Question 47

Was sind Caspasen?

Answer 47

Caspasen sind Cysteinproteasen, welche Substrate an spezifischen Asparaginsäuren schneiden und durch Proteolyse körpereigener Proteine die Apotose (programmierter Zelltod) vermiitteln.

Question 48

Beschreibe den extrinsischen und den intrinsischen Pathway der Apoptose.

Answer 48

1. Extrinsich: Durch einen Killerlymphozyt wird der Fas-Death-Rezeptor auf der Zelloberfläche aktiviert, woraufhin im Zellinneren über die Assemblierung des DISC (death inducing signaling complex) Caspasen aktiviert werden.
2. Intinsisch: Mitochondrien geben in Antowort auf Stress (z.B DNA-Schäden) Cytochorm C in Cytosol ab. Dieses bewirkt dort die Assemblierung eines Apoptosoms, über welches Caspasen aktiviert werden.