Verpackung und Lokalisierung des gen. Materials (VL4) Flashcards
Eigenschaften von DNA Topoisomerasen
Topoisomerasen
- Enzyme die die Topologie der DNA verändern
- nur Bakterien besitzen ein Enzym (Topoisomerase), das aktiv (-) Superhelikalität einführen kann
- Fluoroquinolone sind Gyrase-Inhibitoren (verhindern Ligation nach Doppelstrangbruch)
Typ IA Topoisomerasen
schneiden einen der beiden Einzelstränge und führen den anderen durch die Lücke und verknüpft sie wieder (verändern Lk um +1)
Typ IB Topoisomerasen
schneiden einen Strang und lassen das freie Ende rotieren und verknüpfen dann wieder den geschnittenen Strang (mehrfache Veränderung der Lk -1 oder +1)
Typ II Topoisomerasen
- schneiden einen Doppelstrang und führen einen anderen durch die Lücke
- verändert die Lk in 2er-Schritten
- bestehen aus mehreren Untereinheiten und brauchen ATP
- können verschiedene Strukturen auflösen (zb. Plasmide)
Das Genom von E. coli ist strukturiert – wie?
Genomorganisation von Prokaryoten: Proteinkern von dem superspiralisierte DNA Schleifen ausgehen
Wichtige Genomgrößen
Mensch, E.coli, Hefe
Genomgröße:
- Mensch: 3,3 miliar. Basenpaare, 20,500 Gene
- Hefe (S. Cerevisia): 12 mil. (haploid), 6300 Gene
- E.Coli: Genomgröße: 4,5 mil. Basenpaare, 4400 Gene
Das menschliche Genom (und die meisten eukaryotischen Genome) besteht nur zu einem kleineren Teil aus Genen
Ein Großteil der nicht-genischen Bereiche entfällt auf repetitive Sequenzen (welche?)
Komplexität des Genoms
- viele repetitive Sequenzen (50%) zu unikalen
- Repetitive DNA : Mittelrepetitiv: 10- 106 Kopien/Genom (Mini-, Microsatelliten DNA, Transposons
Hochrepetitive DNA : > 106 Kopien/Genom = Satelliten DNA
Genomorganisation in Eukaryoten
Aufbau eines Chromosoms
Genomorganisation
- Die ganz überwiegende Menge der Gene befindet sich in den Chromosomen des Zellkerns
- Eukaryoten besitzen zusätzliche Gene in den Mitochondrien sowie in den Plastiden (Algen, Höhere Pflanzen)
Funktion des Zentromers:
- Anheften von Mikrotubuli bei der Mitose
- Zentromere sind artspezifisch
Struktur eines Telomers
- bilden sogenannte T-Loops aus
- die Sequenzmotive im Telomerbereich eukaryotischer Chromosomen liegen repetitiv vor
Chromosomenbereiche und Chromatin
- Euchromatin: ist der transkriptionsaktive, Gen-reiche Anteil des Chromatins (gelockert)
- Heterochromatin: hochspiralisierte und Gen-armer Anteil der DNA (verdichtet)
Sonderhistone im Centromer: Funktion?
- Das Chromatin des Centromers ist cytologisch vom Rest des Chromosoms verschieden und besteht aus Heterochromatin
- es erfolgt eine Einlagerung von Histonen (Sonderproteine), die eine Schicht aufbauen, die Kontakt zu Mikrotubuli aufnehmen (Transportmaschiene der Zelle) und diese können Chromosomen ziehen
Verpackung von DNA in Chromosomen: was weiß man, was nicht?
Verpackung von DNA
- Chromosomen bestehen aus Chromatinfasern, die an einem „Scaffold“ befestigt sind (Proteinkern mit DNA Loops)
- die DNA ist spiralförmig aufgewickelt in 30 nm (Existenz nicht bewiesen) oder 10 nm Fasern
- man vermutet dass es sich bei den 30 nm Fasern einfach um eine dichtere Verpackung der 10 nm Fasern handelt (umstritten)
Cohesine
- Proteine die beide Schwesterchromatiden zsmhalten
- beim Übergang der Metaphase zur Anaphase werden sie gespalten
Condensine:
- halten die nebeneinanderliegenden Schleifen zsm
Der Zellzyklus (Mitose)
Prophase
- Zelle ist rund und besitzt einen Zellkern
- die Chromosomen liegen kondensiert vor
- Bildung des Spindelapparats
Metaphase
- vollständige Ausbildung des Spindelapparats
- Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an
- Spindelfasern binden an die Centromere der Chromosomen
Anaphase:
- die Chromatiden werden zu den Polen des Spindelapparats gezogen
- Zelle ovalförmig
Telophase:
- 2 neue Zellkerne bilden sich (2 Kernmembrane)
Interphase (kein Teil der Mitose):
- die Chromosomen der entstandenen Zellen werden verdoppelt
- die Zelle wächst
- aufgelockerte Chromosomen = Chromatin
Zellzyklus nach der Mitose:
- Schwesterchromatide dekondensiert –> Zelle wächst (G1) –> Austeigen aus dem Zellzyklus (G0) oder Synthese von DNA durch Replikation (S-Phase) –> Kondensation der verdoppelten DNA (G2) –> Mitose
- Wie ist ein Nukleosom aufgebaut?
- Was sind Histone?
Histone
- stark basische Proteine. die aus mehreren Proteinen bestehen
Nukleosom:
- Entstehen durch die Bindung der Histone an die chromosomale DNA (DNA ist um Histone aufgewickelt)
- Ein Nukleosom wird von vier verschiedenen Histontypen, H2A, H2B, H3 und H4 gebildet
- Von jedem dieser Histone sind je zwei Moleküle im Nukleosom vorhanden, die vier Histone bilden ein Oktamer
- Die Kontakte zwischen Histon und der DNA finden an der kleinen Furche und dem Phosphatrückgrat statt
- Das Linkerhiston H1 bindet im Bereich des Austritts der DNA aus dem Nukleosom und führt zur Kompaktierung des Chromatins
Nukleosomen können ihre Lage verändern: wozu ist das gut?
**Regulation des Chromatins:**
Die Zugänglichkeit für Bindestellen von DNA bindenden Proteinen muss gewährleistet sein: Abwicklungen von DNA von dem Kern ermöglicht Zugänglichkeit
Histoncode oder epigenetischer Code
Histoncode
- Die terminalen Bereiche der Histone dringen aus dem Nukleosom nach außen, sodass sie zu Interaktionen mit anderen Molekülen in der Lage sind, also reversibel posttranslational modifiziert werden können
- Diese Histonbereiche unterliegen jedoch Modifikationen, die ihre Konformation und damit auch Funktion beeinflussen.
- Histonmodifikationen verändern den Nukleosomenzustand
- Acetylierung (offene Konformation)
- Methylierung (kondensiert Chromatin, mehr Interaktion zw. N-termini der Nukleosomen)
- Förderung oder Hemmung der Bindung von Faktoren
- Direkte Änderung der DNA Histon Struktur
- Es erfolgt auch eine Wechselwirkung zwischen den N-terminalen Domänen der Histone benachbarter Nukleosomen in 30 nm Fasern
