Zellzyklus und Apoptose Flashcards
1
Q
Zellzyklus
A
- beschreibt die Zellteilung einer Zelle
- eine gerade durch Zellteilung (Mitose) entstandene Zelle hat zwei Möglichkeiten: G0-Phase (Ruhezustand) oder weitere Teilung (Eintritt in G1)
- die Phase G1-, S- und G2 werden teilweise auch als Interphase zusammengefasst
2
Q
G0-Phase
A
- stellt gewissermaßen den Austritt aus dem Zellzyklus dar, Zelle will sich (erstmal) nicht mehr teilen
- terminaler Differenzierung: manche Zelle verbleiben ihr Leben lang in der G0-Phase und erfüllen ihre Aufgaben im Gewebe bis sie sterben
- andere Zellen können aus der G0-Phase in die Zellteilung zurück eintreten, bspw. wenn die Zellen in ihrer Nachbarschaft beschädigt werden oder sterben
3
Q
G1-Phase
A
- Ziel: Verdopplung der DNA ermöglichen, wichtig, damit beide Tochterzellen über die vollständige Erbinformation verfügen, Längenwachstum
- während dieser Zeit (G = Gap, Lücke) werden die benötigten Enzyme synthetisiert -> dafür wird viel RNA und Proteine synthetisiert
- außerdem wird der Spindelapparat synthetisiert
- längste Phase des Zellzyklus, Länge abhängig vom Gewebetyp
- während der G1 verfügt die Zelle über einen diploiden Chromosomensatz (23 Paare = 46 Chromosomen), jedes Chromosom eines Paares besteht aus einem DNA-Strang, ein Gen liegt in doppelter Ausfertigung vor -> 2n 2c (Gen liegt doppelt vor)
- Abschluss bildet der G1-Kontrollpunkt, hier wird die DNA auf Mutationen untersucht, findet sie Fehler muss die Zelle in die G0-Phase oder Apoptose eintreten
4
Q
S-Phase (Synthese-Phase)
A
- DNA-Replikation, Zentriol-Teilung, Synthese der Histone; Verdopplung des diploiden zu einem tetraploiden Chromosomensatz 2n4c (8 – 12h)
- es entstehen aber nicht 92 Chromosomen sondern die 46 Chromosomen bestehen nun aus zwei Chromatiden, immer noch diploiden Chromosomensatz, es gibt nun aber vier Kopien eines Gens (4c)
5
Q
G2-Phase
A
- letzter Schritt vor der Mitose
- G2-Kontrollpunkt, die DNA wird nochmal auf Fehler untersucht -> Qualitätssicherung
- kürzer als die G1- oder S-Phase, der DNA-Gehalt ist immer noch 2n4c
6
Q
Mitose
A
- DNA-Gehalt: am Anfang 2n4c am Ende nach Teilung der Zelle auf zwei Zellen wieder 2n2c
- es gibt wieder einen Kontrollpunkt: Metaphasenkontrollpunkt
- relativ kurz dauert etwa eine Stunde
7
Q
Replikation Zusammenfassung
A
- DNA wird durch die Helicase entwunden
- die Replikation startet mit einer kurzen RNA-Sequenz (Primer)
- die DNA-Polymerase verknüpft die DNA-Nucleotide in 5´-3´ Richtung
- eine andere DNA-Polymerase ersetzt den Primer durch DNA
- die DNA, die am Ort des ehemaligen Primers sitzt, wird mit dem Rest der neu synthetisierten DNA verbunden und das neue Molekül ist fertig
- da die DNA zur Hälfte aus der davorbestehenden DNA (Matrize bei Replikation) und neuer DNA besteht, bezeichnet man diesen Replikationsmechanismus als semikonservativ
8
Q
Replikation am Leitstrang
A
- findet während der S-Phase statt, da das gesamte Genom kopiert werden muss, wird die DNA an mehreren Stellen gleichzeitig neusynthetisiert
- die Orte, an denen dabei gestartet wird, nennt man ORI = Origins of Replication, im Bakteriengenom reicht oftmals ein einzelner
- die DNA-Polymerase besitzt im Gegensatz zur RNA-Polymerase keine Helicase-Aktivität
- daher muss die Helicase die DNA entwinden, es entsteht eine Replikationsgabel, damit sich diese nicht wieder durch Ausbildugn der Wsbb zusammenlagert (Fachbegriff: Annealing), werden die Einzelstränge durch Single-Stranded-Binding Proteins stabilisiert
- damit die DNA-P mit der Synthese beginnen kann, braucht sie eine kurze RNA-Sequenz (Primer) als Startpunkt, bei Prokaryonten übernimmt dies die Primase, bei Eukaryonten die DNA-P alpha
- DNA-P kann nur in 5´-3´ Richtung arbeiten, am Leitstrang funktioniert dies kontinuierlich
9
Q
Replikation am Folgestrang
A
- Anfang läuft komplett gleich zum Leitstrang ab, der DNA-Abschnitt ist hier von 5´-3´, der Folgestrang läuft demnach theoretisch von 3´-5´ so kann die DNA-P nicht arbeiten
- die DNA-P muss trotzdem von 5´-3´arbeiten, dabei stößt sie immer auf nicht entwundene DNA-Abschnitte
- sobald die Helicase ein Stück entwunden hat, am letzten Stück das noch entwunden ist, ein Primer eingebaut, an dem die DNA-P dann bis zum Primer arbeiten kann, der davor gebildet wurde
- dadurch enstehen DNA-Fragmente, die durch RNA-Primer unterbrochen werden -> Okazaki-Fragmente (Eu: 1000 - 2000 Nucleotide, Pro: etwas kürzer)
- wie beim Leitstrang werden die RNA-Primer nach Abschluss der Replikation durch DNA ersetzt, erfolgt durch die DNA-Ligase (beim Folgestrang hat sie deutlich mehr zu tun)
10
Q
Polymerase-Kettenreaktion (Polymease chain reaction PCR)
A
- dient der mehrfachen Kopierung eines bestimmten Gens
- läuft in drei Schritten ab:
1. Denatuierung: kleine Menge der DNA, die untersucht werden soll, wird auf 95 °C erhitzt, sodass die Wsbb aufgebrochen werden
2. Annealing eines Primers: wird auf 60 °C abgekühlt, damit ein Primer (DNA-Sequenz aus 10-20 Nucleotiden) an das Gen binden kann
3. Elongation: hitzestabile DNA-P kann nun die zur Verfügung gestellten Nucleotide zu einem komplementären Strang verknüpfen, erfolgt bei etwa 70 °C, verwendete DNA-P stammt aus einem Bakterium, dass an heißen Quellen lebt, Temperatur-Optimum der DNA-P - Verdopplung der DNA bzw. Gen ist abgeschlossen, beim nächsten Zyklus entstehen dann vier Kopien -> Zahl der Kopien wächst exponentiell
- soll die gesamte DNA vervielfältigt werden, müssen Primer eingesetzt werden, die unspezifisch im gesamten Genom binden
11
Q
Telomere
A
- befinden sich an den Enden der Chromosomen und bestehen aus repetitiver DNA
- bei der Replikation tritt folgendes Probelm auf: am 5´-Ende der Kopie des Folgestrangs hat die DNA-P nach Entfernung des Primers keine 3´-OH-Gruppe, an der sie anknüpfen kann, um das letzte DNA-Stück zu synthetisieren -> Folge: die Kopie ist einen Ticken kürzer als das Original
- es fehlt ein Stück vom Telomer, unterschreitet es eine kritische Länge, ist codierende DNA betroffen, die Zelle geht in die Apoptose über
- in Zellen, die sich sehr häufig teilen müssen, gibt es die Telomerase, die die Telomere verlängert
- das Enzym besteht aus einem Protein- und RNA-Anteil, die RNA der Telomerase enthält eine Sequenz die komplementär zum Telomer ist, nutzt sie als Matrize zur Synthese des Telomers
- da die Telomerase RNA als Matrize verwendet und DNA herstellt, bezeichnet man sie als RNA-abhängige DNA-P oder Reverse-Transkriptase (RT)
- sie ist auch in Krebszellen aktiv, sonst könnten sich diese nicht so oft teilen
12
Q
Unterschiede in den Polymerase und deren Abhängigkeiten
A
- RNA-abhängige DNA-P nutzen RNA als Vorlage und synthetisieren DNA -> Telomerase
- DNA-abhängige DNA-P nutzen DNA als Matrize um DNA herzustellen -> DNA-P der Replikation
- DNA-abhängige RNA-P nutzen DNA um RNA zu synthetisieren -> RNA-P die mRNAs herstellen (für Proteinbiosynthese)
13
Q
DNA-Polymerasen
A
- an der Replikation bei Pro- und Eukaryonten sind unterschiedliche Enzyme beteiligt
- Prokaryonten haben drei DNA-Polymerasen, die durchnummeriert werden, die dritte ist hauptsächlich an der Replikation beteiligt
- Eukaryonten: bezeichnet ihre DNA-Polymerasen mit griechischen Buchstaben; alpha ist für die Primersynthese zuständig, die gamma für die DNA-Synthese in Mitochondrien; es gibt: alpha, beta, gamma, delta und epsilon
- die RNA-Polymerasen des Menschen werden im Gegensatz auch durch Zahlen unterschieden
- die DNA-Polymerasen können die DNA schon Korrekturlesen und beseitigen einige ihre Fehler
14
Q
DNA-Reparatur
A
- DNA-P erkennen und beseitigen einige ihrer Fehler
- können Schäden in Einzelsträngen (dann kann der andere Strang als Matrize genutzt werden) aber auch an Doppelsträngen repararieren, bei zweiterem entstehen dann eher Fehler
- es gibt verschiedene Reparaturmechanismen, beliebtes Prinzip ist die Exzisionsreparatur bei Einzelstrangbrüchen
- DNA-Ligase ist sehr wichtig für die Reparatur der DNA, Patienten mit einem Defizit an DNA-Ligase fallen durch Immunschwäche und einer erhöhten Sensibilität gegenüber Mutagenen auf
15
Q
Exzisionsreparatur bei Einzelstrangbrüchen
A
- die veränderte/falsche Base oder gleich das gesamte Nucleotid wird entfernt, teilweise lassen die Enzyme einen Sicherheitsabstand und schneiden benachbarte Basen mit heraus
- eine DNA-Polymerase synthetisiert die Sequenz neu und nutzt dafür den unbeschädigten Strang als Matrize
- eine DNA-Ligase verbindet das neu synthetisierte Fragment mit dem restlichen Strang
- der genaue Reparaturmechanismus ist dabei sehr variabel
- manche Enzyme erkennen Änderungen in der Konformation des DNA-Strangs, die durch falsche Basen verursacht werden
- andere erkennen Basen, die in der DNA nicht vorkommen oder gleichen Informationen der beiden Stränge miteinander ab
- der Mechanismus muss auch nicht immer gleich sein, bei der Basenexzisionsreparatur werden nur Basen, bei der Nucleotidexzisionsreparatur ganze Nucleotide entfernt
16
Q
Mitose - Phasen Eselsbrücke
A
I pass my anatomy test!
- > Interphase, Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase
- Interphase ist die Phase vor der Mitose, macht sie praktisch erst möglich
17
Q
Prophase
A
- Verdichtung der Chromosomen: denn nur kondensierte DNA kann zu den Zellpolen gezogen werden
- Teilung der Zentriolen: wandern zu den entgegengesetzten Zellpolen (bilden Spindelapparat)
- Auflösung des Nucleolus: verschwindet, ist erst wieder wichtig, wenn die Tochterzellen entstanden sind und neue Proteine synthetisieren wollen
18
Q
Prometaphase
A
- hier werden Vorgänge, die in der Prophase angefangen wurden noch weitergeführt
- von den Zentriolen ausgehend entsteht die Mitosespindel (bestehend aus: Zentrosom (Spindelpol), Pol-Mikrotubuli)
- die Kernmembran löst sich auf (sonst könnte der Spindelapparat nicht die Chromosomen binden)
(- bindet ein Mikrotubuli an das Kinetochor am Chromosom, wird es Kinetochor-Mikrotubuli genannt)
