Alternativer Bildtext:

Transkription. spezifische Transkriptionsfaktoren Enhancer: O O O O O Sie liegen ohne direkten Orientierungsbezug zum Promotor auf der DNA, beeinflussen diesen aber in seiner Aktivität und steigern die Transkriptionsrate (höhere Affinität des Promotors für RNA- Polymerase, gesteigerte Ableserate der RNA-Polymerase). O Sequenzabschnitte, die die Transkription verstärken und ihre zeitliche und räumliche Spezifität bestimmen Silencer: Enhancer können vor, in oder hinter dem zu regulierenden Gen sitzen. An Enhancer-Sequenz binden Aktivatorproteine Aktivtorproteine erhöhen die Transkriptionsrate Enhanceosom кост Enhancer AVAVA TAFS TBP TATA-BOX Aktivatorproteine Pol II AFH IIE xxx Sequenzabschnitte, die die Transkription reprimieren (hemmen) und ihre räumliche Spezifität bestimmen an Silencer binden Repressorproteine Repressorproteine unterdrücken die Transkriptionsrate Sie arbeiten (im Gegensatz zum Promoter) orientierungs- und positionsunabhängig! Aktivator oder Repressorproteine integrieren mit den basalen Transkriptionsfaktoren am Promoter O Über die Coaktivatoren binden die Aktivtorproteine und prä-mRNA Posttranskriptionale Prozessierung Kontrolle: ● ILL. Silencerproteine mit der RNA-Polymerase Protein-Interaktionen vermitteln oft „Loop"-Bildung der DNA So können weit entfernte Silencer, Enhancer usw. Mit dem Transkriptionskomplex in Kontakt treten ● alternatives Spleißen (zielgerichteter Vorgang) Introns werden durch Spleißenzyme (und Schleifenbindung) entfernt O Exons zum Leserahmen verbunden O O O Erzeugung eines durchgehenden Leserahmens -> alternatives O Spleißen Das Spleißen (herausschneiden der nicht codierenden Introns und Zusammenfügen der für mRNA codierenden Exons) der prä-mRNA (Vorstufe der mRNA im Nukleus) ist variabel und daher ein entscheidender Einflussfaktor für die Regulation der Proteinbiosynthese. O 5 Cap 5 Cap RNA-Editing DNA-Matrize Poly-Adenylierung Länge des Poly-A-Schwanzes neuentstehende RNA ATP- Poly - A Schwanz wird an das 3`-Ende synthetisiert O zum Schutz vor Abbau durch Enzyme AAUAAA PP 5' -Spaltungssignal Spaltung durch eine spezifische Endonuclease Cap Cap polyadenylierter mRNA-Vorläufer Introns e Anfügen des Schwanzes durch die Poly(A) Polymerase B-Globin gene O Insertion von Nukleotiden: Beseneinschub O Deletion von Nukleotiden: Basenausfall Konvertierung von Nukleotiden Primary transcript Splicing AAUAAAAAAAAA)-OH 3 RNA-Polymerase B-Globin mRNA Transcription, cap formation, and poly(A) addition 3′ (A)n Translation Proteine Definition: ● ● Kontrolle: ● ● Mikro-RNA: kurzes RNAs, die kein Protein codieren, sondern die Translation und Existenzdauer der mRNA regulieren sind komplementär zu einer Ziel mRNA und können Translation hemmen O O Polysomen viele Ribosomen / eine mRNA O Translation mit mehreren Ribosomen Translationsfaktoren TL-Faktoren sind für die richtige Zusammensetzung des Translations- Initiations-Komplexes verantwortlich. O Epigenetik (als Teil der Genregulation bei Eukaryoten) Proteasom: → Protein soll abgebaut werden Das Protein Ubiquitin wird an Protein befestigt Proteasom erkennt Ubiquitin und lagert sich am Protein an Proteasom hydrolysiert Protein und führt zu dessen Abbau Epigenetische Mechanismen beruhen auf chemischen Modifikationen der DNA, die durch Umwelteinflüsse hervorgerufen werden sie werden in der Regel an die Nachkommen weitergegeben. Diese Modifikationen führen zu einer strukturellen Veränderung der DNA ohne in den genetischen Code einzugreifen sie sind reversibel über DNA-Methylierung und Chromatin Status (also Histon-Modifikation) 3 Mechanismen der Epigenetik: Weitergabe von Merkmalen durch nicht direkt an die DNA-Sequenz gebundene Mechanismen bezeichnet man als EPIGENETISCHE VERERBUNG DNA-Methylierung (Demethylierung) Histon-Acetylierung (Deacetylierung) RNA Interferenz Mechanismus 1: DNA-Methylierung nur bei Eukaryoten Erfolgt an CpG-Inseln, durch Methyl-Transferasen, sind reversibel an der Cytosin-Basen CpG-Inseln: kurze Basensequenzen, die vermehrt Cytosin und Guanin besitzen. O Oft in Promotorregionen Anheftung einer Methylgruppe an eine Cytosinbase, dadurch entsteht eine chemische Modifikation der DNA an die modifizierte DNA binden sich Proteine Proteine an Repression der Transkription beteiligt (unterdrücken) Methylgruppen stoppen die Transkription, da die RNA-Polymerase daran gehindert wird den Doppelstrang zu öffnen Die Methylgruppen können durch Demethylierung entfernt werden, das Gen wird dadurch O reaktiviert. DNA-Methylierung wird vererbt bei der Zellteilung durch Epigenetik („Gedächtnis der Genregulation") ist aber auch reversibel O Methylgruppe: 1 - C - H 1 H H Mechanismus 2: Histon Acetylierung nur bei Eukaryoten Durch Histon-Acetyltransferasen werden Acetlyreste auf Lysin-Reste der Histone übertragen bzw. transferiert Dadurch werden die positiven Ladungen der Histone verringert Die negativ geladene Phosphat-Gruppe in der DNA werden weniger stark gebunden Die Histone wird gelockert Methylgruppe: Durch die Lockerung werden die DNA-Abschnitte ablesbar für die RNA-Polymerase Das Heterochromatin wird also unter anderem durch Acetylierung in Euchromatin überführt. Die Umkehrung, dh die Umwandlung von Euchromatiden in Heterochromatiden, erfolgt durch Deacetylierung Heterochromatin = Histone dicht bepackt Euchromatin = Histone locker bepackt H // / C - C 1 H CHROMOSOM DNA Epigenetische Mechanismen werden beeinflusst von: • Entwicklung (im Uterus, Kindheit) • Umweltchemikalien • Medikamente • Alter • Diät varr Methylgruppe DNA-Methylierung Eine Methylgruppe kann die DNA markieren und Gene inaktivieren. Histone sind Proteine, um die sich die DNA winden kann. Dies dient dem Verpacken und der Genregulation. Gen Histon CHROMATIN DNA unzugänglich, Gen inaktiv Epigenetischer Faktor (z. B. Acetylgruppe) DNA zugänglich, Gen aktiv Histon-Modifikation Das Binden epigenetischer Faktoren an Histone verändert die Zugänglichkeit eines Gens. RNA Interferenz RNAi dient vor allem zur Abwehr fremder RNA, z.B. von Viren. Bei dieser Form der Genregulation kann die Translation bestimmter mRNA-Moleküle dadurch verhindert werden, dass sie im Zytoplasma durch spezifische RNA-Protein-Komplexe zerlegt werden. ● Antisense-RNA (asRNA), doppelsträngige RNA (dsRNA) und durch RNA abhängige DNA Methylierung sind epigenetische Phänomene asRNA ist ein beliebtes Mittel in der Forschung zur Inaktivierung der Gene Das antisense Transkript stellt das inaktivierende Agens nicht dar, sonders die kontinuierliche dsRNA die Injektion von stöchiometrischen Mengen der dsRNA liefert besseren Silencingeffekt als große Mengen der antisense Transkripte O diese Art der Geninhibation wird RNA Interferenz (RNAI) genannt die nicht immer vollständige Repression durch RNAi wird ,,Knock Down" bezeichnet RNAi ist der eigentliche Mechanismus der asRNA O O Komponenten der RNA Interferenz und deren Fkt:: Am Promotor eines protein- codierenden Gens dockt eine Polymerase an und transkribiert eine mRNA. Gleichzeitig werden Gene aktiviert, die für die Produktion von mikro-RNA (mRNA) codieren 1) Schritt O 100 Basen vom Gen werden transkribiert und es bildet sich eine komplementäre Schleifenform bzw. Schleifenstruktur 2) Schritt O Enzym Drosha schneidet Schleifenform und es entsteht prä-mikroRNA (pmRNA) O Enzym Dicer schneidet Haarnadelkopf der pmRNA und es entsteht eine fertige, doppelsträngige mikroRNA 3) Schritt mikro-RNA setzt sich mit Argonauten- Proteinen zusammen und bilden ein prä-RISC Komplex O mikro-RNA spaltet den Komplex in einen Einzelstrang und bildet so den Leitstrang 4) Schritt O RISC-Komplex häftet sich komplementär an die mRNA und zerschneidet oder blockiert so die Translation miRNA or shRNA Target degradation/ P-body sequestration and/or Translational repression Drosha Target degradation DGCR8 miRNP Transcriptional gene silencing Pre-miRNA or processed shRNA Ago RISC Ago Target transcript Ago2 Target transcript Exp5 Martin SE, Caplen NJ. 2007. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 8:81-108 Genomic DNA Degradation of targeted nuclear RNA NUCLEUS CYTOPLASM Dicer RISC/miRNP loading Mature miRNA/ shRNA or Synthetic siRNA Zellzyklus Interphase: ● Tochterzellen durchlaufen physiologische unterschiedliche, nicht umkehrbare Phasen vor der Zellteilung O die werden als Intermitosezyklus oder Interphase bezeichnet ● Intermitosezyklus besteht aus 3 Phasen: O G1-Phase O S-Phase Intermitosezyklus: Während der 3 Phasen O wächst die Zelle weiter, indem sie neue Proteine u. neue cytoplasmatische Organellen (z.B. Mitochondrien) erzeugt O wird auch das endoplasmatische Retikulum (eR) erweitert G1-Phase (1-Zwischenphase): Zelle wächst Organellen und andere Bestandteile des Cytoplasmas vermehren sich O G2-Phase S-Phase (Synthesephase): O chromosomale DNA wird repliziert (Synthese der DNA) Signal zur erneuten Zellteilung wird erhalten G2-Phase: O wächst weiter O Vorbereitung zur Teilung Übergang in die M-Phase O M-Phase (Mitosephase): Kernspaltung/Teilung - Zellwachstum, - RNA & Proteinsynthese -Vorbereitung zur Mitose 4n Chromosomen - Synthese-Phase -DNA-Replikation - Chromatiden- verdopplung G, PHASE G₂ S-PHASE (DNA Replikation) Mitose (Kern- teilung) M INTERPHASE M-PHASE Cytokinese (Teilung des Cytoplasmas) G₁ -Zellwachstum - Organellen verdoppeln sich - RNA-/ Protein- synthese - Vorbereitung der DNA- Replikation G₁-PHASE 2n Chromosomen G=gap, Lücke GO G1 sich nicht teilende Zellen G1 Telophase Interphase Anaphase Mitose S-Phase -Prophase Metaphase G2 • Restriktionspunkte G2-Phase Vorbereitung der Mitose, Kontrolle der Replikations- genauigkeit, Fehlpaarungs-Reparatur G2-Phase: M-Phase Bildung des Spindelapparats, Chromatidentrennung, Zellteilung 3 M-Phase (Mitose/Karyokinese) + Cytokinese: O S-Phase M-Phase/Karyokinese: Kernteilung Prophase: DNA-Replikation, Zentriol-Teilung. Chromosomenverdopplung GO-Phase keine Zellteilung G1-Phase RNA- und Proteinsynthese, Zellwachstum Kernhülle umschließt den Kern Kern enthält 1 oder mehrere Nucleoli Aus 1 Centrosom haben sich 2 Centrosomen gebildet Centrosomen: Regionen in eukaryotischen Zellen, die die Mikrotubuli organisieren O Jedes Centrosom enthält 2 Centriolen Chromosomen, die während der S-Phase verdoppelt wurden, sind nicht einzeln sichtbar, da sie noch nicht kondensiert sind Chromatinfasern kondensieren in aufgewundene, diskrete Chromosomen (die mit einem Lichtmikroskop beobachtet werden können) Nucleoli verschwinden Jedes duplizierte Chromosom besitzt 2 identische Schwesterchromosomen, die an den Centromer verbunden sind mitotische Spindel bildet sich aus O Sie besteht aus den Centrosomen und den von ihnen ausgehenden Mikrotubuli O Die radialen Bündel kürzerer Mikrotubuli, die von den Centrosomen ausgehen, werden als Astralmikrotubuli bezeichnet Centrosomen bewegen sich von einander fort, zum Teil angetrieben von den wachsenden Mikrotubuli Centrosomen (mit Centriolenpaar) Nucleolus Kernhülle Plasmamembran G₂ in der Interphase Spindelapparat in einem frühen Zustand Chromatin (verdoppelt) Prophase 10. Jan Varn Asteren Chromosom mit Schwesterchromatiden Centromer Prometaphase: ● Kernhülle fragmentiert Mikrotubuli, die von den Centrosomen ausgehen, wandern jetzt in die Kernregion ein Chromosomen kondensieren noch stärker Jedes der beiden Chromatiden eines Chromosoms besitzt jetzt ein Kinetochor, eine spezielle Proteinstruktur am Centromer Einige der Mikrotubuli, die an die Kinetochor binden, werden zu ,, Kinetochtor-Mikrotubuli", die die Chromosomen hin und her bewegen Polare Mikrotubuli wechselwirken mit den Mikrotubuli des ● gegenüberliegenden Pols Metaphase: Centrosomen befinden sich jetzt an den gegenüberliegenden Enden der Zelle Die Chromosomen sind alle an der Metaphasenplatte angekommen, der Ebene, die genau in der Mitte zwischen den beiden Spindelpolen liegt Die Centromere der Chromosomen liegen auf der imaginären Metaphasenplatte Die Kinetochore der Schwesterchromatiden eines jeden Chromosoms sind mit den Kinetochtor-Mikrotubuli der gegenüberliegenden Pole verbunden Anaphase: Fragmente der Kernhülle Prometaphase te Kinetochor Die Anaphase ist die kürzeste Phase der Mitose und dauert oft nurti wenige Minuten Die Anaphase beginnt mit der Spaltung der Kohäsin-Proteine Dies ermöglicht die schnelle Trennung der 2 Schwesterchromatiden Dadurch wird jedes Chromatid zu einem vollwertigen Chromosom Die beiden getrennten Schwesterchromosomen bewegen sich zu den entgegengesetzten Enden der Zelle, dabei werden sie von den sich verkürzenden Kinetochor-Mikrotubuli gezogen Die Zelle wächst in die Länge, weil sich die polaren Mikrotubuli verlängern Gegen Ende der Anaphase besitzen die beiden Enden der Zelle gleichwertige und vollständige Chromosomensätze Metaphase Spindelapparat Metaphase Anaphase VU Tochter- chromosomen Anaphase nicht mit dem Kinetochor assoziierte Mikrotubuli Mikrotubulus mit Kinetochor-Bindung Centrosom an einem der Spindelpole Phragmoplast (tellplatte) Metaphasenplatte K Toch chro Anap Telophase 2 Tochterkerne bilden sich in der Zelle Die Kernhüllen bilden sich aus Fragmenten der Eltern-Kernhülle und anderen Teilen der Endomembransystems Nucleoli bilden sich Der Grad der Kondensation der Chromosomen nimmt ab Alle Spindel-Mikrotubuli depolymerisieren Die Mitose, die Teilung eines Kerns in 2 identische Kerne, ist jetzt abgeschlossen Cytokinese Teilung des Cytoplasmas beginnt normalerweise schon in der späten Telophase, so dass die beiden Tochterzellen schon kurz nach dem Ende der Mitose erscheinen Cytokinese: Teilung des Cytoplasmas Bei Eukaryoten wird das Cytoplasma aktiv durch einen aus Aktin und Myosin bestehenden kontraktilen Ring durchschnürt (Teilungsfurche). O Aktin = Strukturprotein, das in allen 1 O as eukaryotischen Zellen vorkommt. Es ist Bestandteil des Zytoskeletts und eines der fünf häufigsten Proteine in Eukaryoten; in Muskelzellen ist jedes zehnte Proteinmolekül ein Aktinmolekül, in anderen Zellen beträgt der Anteil 1-5 % Myosin = bezeichnet eine Familie von Motorproteinen in eukaryotischen Zellen. Myosin ist als ein wesentlicher Bestandteil im Muskel auch an der Umwandlung von chemischer Energie in Kraft und Bewegung beteiligt Im Bereich der ehemaligen Äquatorialebene findet die Bildung einer Zellplatte (Phragmoplast) statt. Sie wird zur Mittellamelle, auf die beiderseits Primärwände abgelagert werden. O Mittellamelle = die dünne Schicht, die die Zellwände benachbarter Pflanzenzellen miteinander verbindet und sich in ihrer Zusammensetzung von diesen unterscheidet. Die M. ist reich an Pectinen. Sie geht aus der während der Zellteilung entstehenden Zellplatte hervor Telophase und Cytokinese Teilungs- furche sich bildende Kernhülle Telophase 2 sich bildender Nucleolus Kontrolle des Zellzykluses und Entstehung von Krebs 3 Kontrollpunkte: G1-Kontrollpunkt G1-Kontrollpunkt G2-Kontrollpunkt M-Kontrollpunkt G2-Kontrollpunkt Metaphase-Kontrollpunkt ● Proteinkinasen: Cycline: ● ● Aktivierung der Proteinkinasen: ● Regulation des Zellzykluses durch 2 Arten von Proteinen: Cyclin Lage: am Phasenübergang von G1- und S-Phase Größe der Zelle Umgebung günstg DNA beschädigt Lage: am Phasenübergang von G2- und Mitosephase Replikationsgrad der DNA Größe der Zelle aktiviert Mitose-Maschenerie kontrolliert, ob DNA vollständig repleziert Cyclin-abhängige Proteinkinasen (cdk) Lage: zwischen M und G1-Phase Chromosomen richtig angeordnet in der Äquitorialebene? Kinetochoren mit Mikrotobuli verbunden und unter Zugspannung? phosphorylieren andere Proteine und führen zur Aktivierung oder Hemmung des Zellzykluses andere Gruppen von Proteinkinasen vermitteln Signale an den Kontrollpunkten der G1 und G2 zur Fortschreitung des Zellzykluses zur Aktivierung es bildet sich Cdk-Cyclin-Komplex Kinasemoleküle binden mit dem Protein Cyclin deren Konzentration im Verlauf des Zellzykluses unterliegt zyklischen Schwankungen neu synthetisiertes Cyclin B CDK1 2. Dephosphorylierung Cyclin- Degradation aktiver Komplex M Assoziation Phosphorylierung MITOSE 1. Dephosphorylierung Phosphorylierung zellulärer Substrate Kontrolle des Zellzykluses durch Cyclin und Cdk: ,,Akteure" benötigt ● Ablauf: 1) mitotische Cyclin bindet während G2-Phase an Cdk-Molekül bildet Mitosephase- Förderfaktor (MPF) 2) Spaltung von ATP wird Phosphat angelagert O löst die nachgeordneten Ereignisse aus für die Mitose 3) Abbau von mitotischem Cyclin am Übergang zwischen Metaphase u. Anaphase inaktiviert MPF 4) G1-Cyclin koppelt während G1-Phase an Cdk-Molekül bildet START-KINASE !!! 5) Start-Kinase wird für den Übergang in S-Phase benötigt, indem sie DNA-Replikation auslöst 6) Abbau von G1-Cyclin inaktiviert Start-Kinase Tumorsuppressoren und Tumorsuppressorgene Cyclin Cdk MPF (Mitosephaseförderfaktor) - Bildung der Cyclin-Cdk-Komplexe wird von Signalen aus der Umgebung gesteuert, die in den Zellen verarbeitet werden u. Den Zellzyklus beeinflussen. Start-Kinase - periodische Zusammenlagerung, Aktivierung u. Auseinandergehen von Cyclin-Cdk-Komplexe sind zentrale Ereignisse, die Zellzyklus am Laufen halten ATP Onkogene und Protoonkogene codierende Gene für Proteine, die die Zellteilung hemmen Tumorsuppressor-Gene hindern Zellen an einer unkontrollierbaren Vermehrung Mutationen, die die Aktivität der Tumorsuppressor-Proteine vermindern, regen die Zelle zum Wachstum an und können zur Krebsentstehung führen O Fkt. Der Tumorsuppressor-Proteine: Reparatur der DNA und Verhinderung von Anhäufungen von Mutationen im Genom (die z.B· kriegsauslösend sind) Vermittlung von Anheftungen von Zellen untereinander oder an der extrazellulären Matrix Entstehung von Onkogenen: Krebsverursachende Gene = Onkogene zelluläre Version dieser Gene (die unschädlichen) heißen Proto-Onkogene Mutationen im Proto-Onkogenen führt zur Entstehung eines Onkogens Genetische Veranlagerung bei Krebs ATP O durch z. B. einen Überschuss vom Gen codierenden Protein O oder gesteigerter Aktivität des Proteins Genetische Veränderungen durch Umwandlung eines Proto-Onkogens in Onkogen in 3 Klassen geteilt: ATP ras-Protein ATP Verschiebung von DNA-Abschnitten innerhalb 1 Genoms O Vervielfältigung des Proto-Onkogens (Amplifikation) O Auftreten von Punktmutationen in Kontrollelementen oder im codierenden Bereich des Proto-Onkogens Da Mutationen im ras-Gen zur Bildung von Krebs führen können, bezeichnet man das ras-Gen auch als Proto-Onkogen, die durch Mutationen zu Onkogenen werden O Onkogene u Mutantenallele eines Tumorsuppressorgens sind vererbbar u. Erhöhen das Krebsrisiko genetische Veranlagerung Prädisposition ATP Ablauf: Rezeptor Akteure Ran benötigt 2 ATP ATP GDP 2 nakt Phasphate ADP extrazelulites Signal, B ein Wachstumsfaktor Ras Konformationsänderung Strukturänderung gesamten Proteins GDP inakt 3 extrazellulares Signal, zB. ein Wachstumsfaktor Rasprotein- Proto- Onkogen Abb. 4: Signalweg 1: Die Funktion von Ras und die Regulation seiner Aktivität ATP GTP GDP Ras des Die Spaltung von GTP Rezeptor Ras-Protein GDP inaktiv zu GDP und anorg. Phosphat und damit Inaktivierung von Ras erfolgt Ras-abhängig GTP extrazelluläres Signal P GDP Rus extrazellulär Signalkaskade Außenmembran GTP 3 Phosphate I dedaktische Reduktion 1 letztlich Aktivierung eines Transkriptions- aktivators intrazellulär Zellkern Genexpression von Genen, deren Genprodukte für die Zellteilung benötigt werden (z.B. Cyclin-Gene) 1) Ein Wachstumsfaktor (z. B. EGF) bindet sich extrazellulär an das aktive Zentrum eines EGF- Rezeptors. 2) der Rezeptor wird daraufhin intrazellulär phosphoryliert. Es findet ATP-Hydrolyse statt Konformationsänderung des Rezeptors (komplette 3) Der Rezeptor ändert die Konformation strukturelle Änderung des Rezeptors) 4) Das inaktive GDP-gebundene Ras bindet am phosphorylierten Rezeptor 5) Durch Austausch von JDP zu GTP wird das inaktive Ras in die aktive Ras-GTP Form übertragen 6) das aktive Ras-GTP setzt eine Signalkaskade in Gang 7) Signalkaskade endet mit Transkriptionsaktivator im Zellkern 8) Transkriptionsaktivator wird gefördert + Expression von Zellzyklusprotein (z. B. Cyclin) wird aktiviert 9) Zellenvermehrung 10) Prozess ist reversibel: aktives Ras kann in inaktives Ras übergeführt werden O Ras-GTP spaltet selbst GTP in GDP O Ras-GDP (inaktiv) O (Signalkaskade: Bei der Wahrnehmung von externen Signalen wirken die verantwortlichen Rezeptoren in der Regel über Signalkaskaden (second-messenger-pathway). Dabei wirken verschiedene Signalproteine hintereinander, wobei jede Stufe zu einer Verstärkung führt, da einzelne Signalproteine einer Stufe mehrere Signalproteine der nächsten Stufe aktivieren) p53-Protein Zellkern inaktiv Transkriptionsfaktor p53 Signal: DNA ist be schädigt oder fehlerhaft aktiv DNA Transkription u.a. der mRNA für das Protein p21 Herstellung des p21-Proteins p21 p53-Protein Inaktivierung der Start-Kinase spezifischer Abb. 5: Signalweg 2: Die Funktion von p53 -> Transkriptions faktor u. Trankniptionsaktivator u. Tumor-repressor stoppt Zellzyklus. wenn DNA beschädigt Falls die DNA Schäden aufweist, wird der Transkriptionsfaktor p53 aktiviert und fördert die Expression von Genen, die den Zellzyklus hemmen (z.B. 921 → hemmt Startkinase) gleichzeitig wird die Apophase (der programmierte Zelltod) eingeleitet, so dass sich die Zelle selbst zerstört wenn die DNA nicht repariert werden kann. p53 ist ein Tumor-Repressor, da durch die Vermehrung von schadhafter DNA, Tumore entstehen können p53 hemmt das Ablauf: Akteure benötigt ● p21 p53 Intrazelluläres oder extrazelluläres Signal mRNA 9 1) Transkriptionsfaktor p53 liegt in der Ausgangsposition in einer inaktiven Form vor 2) Durch ein Signal, das die DNA beschädigt oder fehlerhaft ist, wird p53 aktiviert 3) die Transkription (für u.a. p21) wird eingeleitet 4) p21 inaktiviert die Start-Kinase, zwischen der G1- u. S-Phase, außerhalb des Zellkerns 5) so kann DNA-Replikation aus gezögert werden, bis die Schäden an der DNA behiben sind 6) oder Zelle wird in GO-Phase und damit in Apophase überführt Krebs Krebsentstehung 1 Zwei Gewebe, die durch eine so- genannte Basal- membran getrennt sind. 2 In einem der Gewebe vermehren sich Zellen unkon- trolliert, die mehrere Fehler in ihrer Bau- anleitung haben. 3 Die Krebszellen durchdringen die (Basal-) Membran und wachsen zer- störend in das darunterliegende Gewebe ein. 4 Die Krebs- zellen streuen über Blut und/oder Lymphe in andere Organe... 5 ... und bilden Meta- stasen. Einen Tumor mit Krebszellen, die in andere Gewebe einwachsen und auch in entfernte Or- gane streuen können, nennt man ,,bösartig". multiple-hit-Theorie: Krebs entsteht durch mind 2 Mutationen in relevanten Genen Glosar Begriff Gen Allel Merkmal Merkmalszustand Dominantes Allel Rezessives Allel Genotyp Phänotyp Homozygot Heterozygot Rückkreuzung Einfaktorkreuzung Aussage ● Humangenetik Eine Vererbungseinheit, die ein Merkmal festlegt Sie kann in unterschiedlichen Formen vorkommen Alternative Version (Variante) eines Gens Ein erbliches Merkmal, das von Individuum zu Individuum variiert Eine Merkmalsvariante Kreuzung zwischen Hat bei Heterozygoten keinen Effekt auf den Phänotyp Die genetische Konstitution eines Individuums Erscheinungsbild beziehungsweise beobachtbare Merkmalsausprägungen eines Lebewesens Besitzt 2 identische Allele eines Gens Besitzt 2 verschiedene Allele eines Gens Kreuzung zwischen einem Individuum unbekannten Genotyps mit einem homozygot-rezessiven Individuum Kreuzung von Individuen, (Merkmalsausprägung) die heterozygot für ein einzelnes Merkmal sind Vererbung - Mendelsche Regeln 1. Mendelsche Regel: Uniformitätsregel Bei der Kreuzung von Individuen, die sich in einem Merkmal reinerbig unterscheiden (Parentalgeneration P), zeigt die nachfolgende Generation (Filialgeneration F1) dieses Merkmal phänotypisch in gleicher Ausprägung. 2. Mendelsche Regel: Spaltungsregel Kreuzt man die F1-Generation untereinander, so erhält man Nachkommen in der F2- Generation, welche die Merkmale in einem bestimmten Zahlenverhältnis widerspiegeln. 3. Mendelsche Regel: Unabhängigkeitsregel Kreuzt man reinerbige Individuen, die sich nicht nur in einem, sondern in zwei Merkmalen reinerbig unterscheiden, spalten sich die Merkmale in der F2-Generation unabhängig voneinander auf. Sie sind somit frei kombinierbar und es entstehen neue Kombinationen. Meiose Meiose ist in 2 Reifeteilungen aufgeteilt Phasen der Meiose Reifeteilung 1 Reifeteilung 2 ● Reduktionsteilung Interphase Prophase 1 Metaphase 1 Anaphase 1 Telophase 1 und Cytokinese Metaphase 2 Anaphase 2 Telophase 2 und Cytokinese Produkt der Meiose: 4 haploide Tochterzellen, die genetisch nicht identisch mit der Mutterzelle sind Interphase Prophase I Synapsis und Crossing-over erfolgen. Tetrade (gepsarte homologe Chromosomen mit je zwei Chromatiden) Metaphase I Tetraden ordnen sich in der Meta- phaseplatte an Anaphase I die homologen Paare trennen sich Telophase I MEIOSE I Cytokinese I EX M zur Prophase II Prophase II Metaphase II Chromosomen ordnen sich in der Metaphase- platte an Anaphase II Schwester- chromatiden trennen sich Telophase II MEIOSE II COOO Cytokinese II @@ Es werden vier haploide Tochterzellen gebildet, die jeweils nur ein Chromosom jedes homologen Paares aufweisen. Interphase Prophase 1 Metaphase 1 Anaphase 1 Telophase 1 + Cytokinese Prophase2 Metaphase 2 ● ● ● ● ● Chromatidpaarung Chromosomen legen sich dicht aneinander und übereinander Es bilden sich Spindelphasern aus Es bilden sich Chromatin-Tetrade an Äquatorialebene An Centromeren docken Spindelphasern an Die Spindelfasern trennen die homologen Chromosomen voneinander auf jede Seite der Zelle wandert also ein Chromosomensatz. - Die Zellen teilen sich es entstehen zwei Zellen mit je einem haploiden (und unterschiedlichem!) Chromosomensatz. Eine zweite Zellteilung wird eingeleitet, indem die Centromere den Spindelapparat aufbauen. Die Chromosomen ordnen sich auf der Äquatorialebene an und der Spindelapparat bildet sich erneut. Die Spindelfasern heften sich an die Centromer der Chromatiden. R \!!/// VAT X 8 0 00 CON Anaphase 2 Telophase 2 + Cytokinese Ausgang Produkte Vergleich Mitose + Meiose Bedeutung ● Ablauf: Phasen ● ● Mitose Die Spindelfasern verkürzen sich, trennen die Chromatiden voneinander und ziehen jeweils einen der Chromatiden zu den Polen. Phasen: Bei der Spermatogenese (der Keimzellbildung bei männlichen Lebewesen) teilt sich das Cytoplasma gleichmäßig und es entstehen vier Spermien. ● Bei der Oogenese hingegen (der Keimzellbildung bei weiblichen Lebewesen) wird fast das gesamte Cytoplasma einer der vier Zellen zugeteilt. Hier entstehen dann eine Eizelle und drei kleine Polkörperchen, die keine Funktion als Keimzelle haben. Somatische Zellen Am Ende der Telophase bilden sich neue Zellwände aus. Vermehrung von Zellen 2 diploide Tochterzellen sind genetisch identisch mit der Mutterzelle Die Tochterzellen sind dabei identisch zur Mutterzelle Prophase Metaphase Anaphase Telophase Meiose Keimzellen ● 0: Phasen: LI V!!!! TH1/ Bildung von Keimzellen 수ㅊ A' Unterschiede bei männlichen und weiblichen Keimzellen 4 haploide Tochterzellen genetisch nicht mit der Mutterzelle identisch Erzeugt durch Neukombination des elterlichen Erbguts die genetische Variabilität der Nachkommen Prophase 1 Metaphase 1 Anaphase 1 Telophase 1 und Zellteilung Rekombination / genetische Variabilität Rekombination bezeichnet die Neukombination von Genen O Interchromosomale Rekombination O Intrachromosomale Rekombination O Rekombination durch Befruchtung Mar gesund Stammbaumanalyse / Vererbungsgänge || Interchromosomale Rekombination: O Zufallsbedingte Verteilung ursprünglich mütterlicher und väterlicher Chromosomen der homologen Chromosomenpaare in der 1. Reifeteilung beim Menschen 2 x 23 Chromosomen Kombinationsmöglichkeiten der Chromosomen 4 Arten von Erbgängen: IV Intrachromosomale Rekombination mittels Crossing-over: Chromosomenstückaustausch zwischen homologen väterlichen und mütterlichen Chromosomen während der 1. Reifeteilung Austausch von Chromosomenteilstücken zwischen Nicht-Schwester-Chromatiden AUTOSOMAL REZESSIV : Rekombination durch Befruchtung: O Zufall, welche Spermienzelle welche Eizelle befruchtet autosomal-rezessiv autosomal-dominant gonosomal-rezessiv gonosomal-dominant Frau gesund Elemper 9 16 23 Geschwister 10 24 Merkmahträger Erkrankter 17 18 Merkmaltrigem Verwandenhe Erkrankte 179₂ 26 19 20 = 9,0,0,0. 13 27 Metaphase 2 Anaphase 2 Telophase 2 und Zellteilung 21 223 (= 8388608) 28 14 22 29 15 Mutiertes rezessives Allel liegt auf Autosomen: Genotypen der