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Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation und Funktion eukaryotischer Gene 3)Zellteilung (Mitose)

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Präsentation zum Thema: "Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation und Funktion eukaryotischer Gene 3)Zellteilung (Mitose)"—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) 1)Aufbau und Funktion des Zellkerns 2)Organisation und Funktion eukaryotischer Gene 3)Zellteilung (Mitose) 4)Keimzellbildung (Meiose) 5)Rekombination und Genkartierung Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)

2 Zellteilung und Zellzyklus Bei der Vermehrung von Zellen wechseln sich Zellwachstum (kontinuierlich) und Zell- teilung (diskontinuierlich) ab Den Ablauf der Zellteilung kann man als einen wiederkehrenden zyklischen Prozeß betrachten (Zellzyklus)

3 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Zellzyklus Mikroskopisch kann man die Interphase (Chromosomen nicht sichtbar) von der Mitose (Chromosomen sichtbar) unterscheiden

4 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Interphase (G 0 -Phase: Ruhezustand teilungsinaktiver Zellen) G 1 -Phase: Vorbereitung zur DNA-Replikation S-Phase: DNA-Synthese G 2 -Phase: Vorbereitung der Mitose

5 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Eukaryotischer Zellzyklus

6 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Mitose Nur während der Mitose sind die Chromosomen sichtbar Damit eine Aufteilung erfolgen kann, werden die Chromosomen durch Kondensation stark verkürzt

7 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)

8 Mitosestadien Prophase: Kondensation der Chromosomen Abbau der Kernhülle Metaphase: Aufbau des Spindelapparates Anaphase: Trennung der Chromatiden Telophase: Entspiralisierung der Chromo- somen Wiederaufbau der Kernhülle

9 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Interphase

10 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Prophase

11 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Späte Prophase

12 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Metaphase

13 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Aufbau des Spindelapparates

14 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Anaphase

15 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Telophase

16 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Film zur Mitose (siehe online-media)

17 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Mitosis-promoting factor (MPF) Mitotische Zellen enthalten eine aktive Komponente, die in den Kernen mitotische Veränderungen (Auflösung der Kernhülle, Chromosomenkondensierung) hervorruft.

18 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Nachweis von MPF (Mitosis promoting factor) Mitotische Zelle G1-Phase Zelle Mitotische Zelle S-Phase Zelle Mitotische Zelle G2-Phase Zelle Kondensiertes chromatin Kondensiertes chromatin Kondensiertes chromatin

19 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Cycline Während der Zellteilung wird eine zyklische Veränderung der Konzentration bestimm- ter Proteine (Cycline) beobachtet Die MPF-Aktivität korreliert mit der beob- achteten Cyclin-Menge

20 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Aufstieg und Fall von MPF

21 Cyclin-abhängige Kinasen (Cdks) MPF ist ein Komplex aus einer Cyclin- abhängigen Kinase (Cdk) und einem Cyclin Cdk ist eine Proteinkinase, die andere Proteine phosphoryliert

22 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Cyclin-abhängige Kinase (Cdk) mitotic cyclin cyclin- dependent kinase Cdc2 MPF

23 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Kontrollpunkte (checkpoints) Der Zellzyklus wird an bestimmten Kontrollpunkten von verschiedenen Cdk-Cyclin-Komplexen gesteuert: Eintritt in die S-Phase (Start) Eintritt in die Mitose Beendigung der Mitose (Metaphase-Anaphase Übergang)

24 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Initiation der DNA-Replikation Start der Mitose Metaphase-Anaphase- Übergang

25 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) G1-Cyclin Cdk Start-Kinase Initiation der DNA-Replikation Initiation der Mitose mitotisches Cyclin M-phase-promoting factor

26 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Regulation von Start in eukaryotischen Zellen Durch Phosphorylierung des Rb (Retinoblastoma)- Proteins kommt es zur Freisetzung eines Transkriptionsfaktors, der Gene für die Initiation des Zellzyklus aktiviert

27 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) aktives Rb- Protein inaktiver Transkriptionsfaktor Zielgen Transkription aktiver Transkriptionsfaktor inaktives phosphoryliertes Rb-Protein G 0 -Zelle Teilungsaktive Zelle

28 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Onkogene und Tumorsuppressorgene Die Teilungsaktivität wird von Proto-Onkogenen und Tumorsuppressorgenen gesteuert Zu einer unkontrollierten Vermehrung kommt es, wenn entweder beide Kopien des Tumor- suppressors defekt sind oder eine dominante Mutation in einem Proto-Onkogen eine Hyperaktivierung des Zellzyklus bewirkt

29 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Normale Zellteilung Zwei Kopien eines Tumor- suppressor-Gens Zwei Kopien eines Proto-Onkogens Zellzyklus Kontroll- System AUSWIRKUNG: Kontrolle des Zellzyklus

30 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Normale Zellteilung Unkontrollierte Zellteilung Mutation eines der beiden Proto-Onkogene führt zur Hyperaktivierung (Onkogen) Zwei Kopien eines Proto-Onkogens Zellzyklus Kontroll- System AUSWIRKUNG: Zwei Kopien eines Tumor- suppressor-Gens Tumorsuppressor Kontrolle des Zellzyklus

31 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Normale Zellteilung Unkontrollierte Zellteilung Unkontrollierte Zellteilung Mutation eines der beiden Proto-Onkogene führt zur Hyperaktivierung (Onkogen) Beide Kopien des Tumor- suppressors inaktiviert Zwei Kopien eines Proto-Onkogens Zellzyklus Kontroll- System AUSWIRKUNG: Zwei Kopien eines Tumor- suppressor-Gens Tumorsuppressor Zwei Kopien eines Proto-Onkogens Kontrolle des Zellzyklus

32 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Meiose Bei der Keimzellbildung kommt es in der Meiose zu einer Reduktion der Chromosomensätze Die Meiose besteht aus einer Reduktionsteilung (Meiose I) und einer anschließenden Mitose (Meiose II) Aus einer diploiden Ausgangszelle entstehen vier haploide Keimzellen

33 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Drei nicht-homologe Chromosomen Drei Paare homologer Chromosomen Eine Kopie des genetischen Materials aufgeteilt auf Chromosomen Zwei Kopien des genetischen Materials aufgeteilt auf Chromosomen Haploid (1N)Diploid (2N)

34 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Meiose In der ersten meiotischen Teilung (Reduktions- teilung) lagern sich die homologen Chromosomen aneinander und bilden den synaptonemalen Komplex Dies geschieht während der Prophase, die sehr lange dauert und in verschiedene Stadien eingeteilt wird

35 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Leptotän

36 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Zygotän

37 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Pachytän

38 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Diplotän

39 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Diakinese

40 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Film zur Meiose (siehe online-media)

41 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Synaptonemaler Komplex Die Zusammenlagerung der homologen Chromosomen erfolgt im synaptonemalen Komplex, der sich während der Prophase der Meiose I bildet Im synaptonemalen Komplex kommt es zu Chromosomenbrüchen, die zur Ausbildung von Crossing over-Strukturen (Chiasmata) führen

42 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Synaptonemaler Komplex

43 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Chiasmata

44 Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17) Interchromosomale Rekombination

45 Chiasma „Crossover“ Chiasma „Crossover“ Intrachromosomale Rekombination

46 A Ab b a a B B

47 Drosophila melanogaster

48 Thomas Hunt Morgan

49 Einheit der Rekombinationsfrequenz ABCDE 1 cM (centiMorgan) entspricht 1 % Rekombination 42 cM 28 cM20 cM5 cM 3 cM

50 Stammbaumanalyse D/-D/d D/- d/d D/- ?????

51 D d „Variable number tandem repeats (VNTR)“

52 Kartierung mit Hilfe von DNA-Markern dD D/dd/dD/D Sonde Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus (RFLP)

53 D/-D/d D/- d/d D/- Kartierung mit Hilfe von DNA-Markern D/d RFLP-Muster


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