Zellbiologische und genetische Grundlagen der Medizin

Zellbiologische und genetische
Grundlagen der Medizin
Zellzyklus
Robert Lindner
Abteilung Zellbiologie der MHH
Einführung Zellzyklus
Zellzyklus bei Bakterien:
Definition:
Verdopplung des genetischen Materials
verbunden mit einer nachfolgenden Zellteilung
Zellzyklus bei Eukaryonten
(stark schematisiert):
Wer teilt sich wann, wo und wie häufig?
werden fortlaufend
ersetzt (Vorläuferzellen teilen sich!)
zum Vergleich: Bakterien ! 20 min.
Der eukaryotische Zellzyklus wird in 4 Phasen
eingeteilt
G = gap; engl.: Lücke
24 Std. für einen Zyklus
ist typisch für
Säugerzellen in Kultur
(z.B. viele Tumorzelllinien!)
Wichtige Definitionen
Gen:
Chromosom:
Genom:
Chromosomenarchitektur 1: Verpackung von DNA
Histonoktamer
Chromosomenarchitektur 2: Schwesterchromatiden
Schwester
Schwesterchromatide
sind identisch
Weitere Definitionen:
Eine Zelle mit zwei Sätzen homologer Chromosomen nennt man
diploid.
Beispiel: humane Zellen enthalten zwei Sätze von je 23 (1 n = 23
also 46 = 2n) Chromosomen
Eine Zelle mit nur einem Chromosom bzw. nur einem Satz
Chromosomen ist haploid.
Beispiele: Bakterien (1 ringförmiges Chromosom), menschliche
Spermien/Eizellen (ein Satz mit 23 unterschiedlichen Chromosomen)
Eine Zelle mit mehreren homologen Chromosomen bzw. mehreren
Sätzen homologer Chromosomen (>2n) ist polyploid. Dabei kommt es
in der Regel zu einer Zunahme der Zellgröße.
Weitere Definitionen:
Was versteht man unter homolog und identisch ?
Beispiel: In diploiden somatischen Zellen (alle Zellen außer den
Keimzellen d.h. Eizellen und Spermien existieren von jedem
Chromosom zwei Ausfertigungen, eine stammt vom Vater und
die andere von der Mutter.
In diesem Falle handelt es sich um homologe Chromosomen deren
DNA-Sequenz nicht notwendigerweise identisch ist und
deshalb z.B. zu unterschiedlichen Augenfarben etc. führen kann. Die
Gene auf homologen Chromosomen liegen aber an den gleichen Stellen.
Die in der S-Phase verdoppelten DNA-Stränge (die Schwesterchromatide)
sind identisch, d.h. die Abfolge der Nukleotide (die DNA Sequenz) ist identisch!
homologe Chromosomen
identisch
identische Schwesterchromatide
Karyogramm des Menschen
Autosomen
Gonosomen
Einführung M-Phase
Mitose
Cytokinese
Stadien des Zellzyklus: Interphase
Ultrastruktur von Zentrosomen
Zentrosomen bestehen aus
das in eine dichte Proteinmatrix eingebettet ist
einem Zentriolenpaar,
!-Tubulin-Ringkomplexe: Verankerungsstellen für
Mikrotubuli
Zentriol:
• kurzes Rohr aus Mikrotubuli"Tripletts"
• 9x3 Struktur
• strukturell identisch mit den
Basalkörperchen oder
Kinetosomen der Kinozilien!
Zentrosomenduplikation
dynamische Instabilität
Golgi und ER
werden in Vesikel
zerlegt
Anordnung der Chromosomen
am Äquator
Mitotische Spindel mit Metaphasenchromosomen
Kernteilung (Mitose) und Zellteilung (Zytokinese)
einer tierischen Zelle
Kernteilung (Mitose) und Zellteilung (Zytokinese)
einer pflanzlichen Zelle
Polytänchromosomen
Vorkommen: Speicheldrüsen von Insektenlarven
DNA der vier Chromosomen
wurde 10x ohne
Mitose repliziert,was zu
210 = 1024 eng aneinander
liegenden Strängen führt.
Polytänchromosomen
Puff, Region hoher
Transkriptionsaktivität
Kontrolle der Mitose
Cdks
(=Cyclindependent
protein
kinases)
kontrollieren
den Ablauf
der Mitose