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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)
4) Keimzellbildung (Meiose)
5) Rekombination und Genkartierung
Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
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Zellkern
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Zellkern (Nucleus)
Der Zellkern ist die genetische Steuerzentraleeukaryotischer Zellen.
Er enthält die genetische Information in Formdoppelsträngiger DNA
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Weitergabe der genetischen Information
Die Replikation der DNA erfolgt im Kern
Durch Transkription (im Kern) undTranslation (im Cytoplasma) wird die genetische Information umgesetzt
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Aufbau des Zellkerns
Im Kernplasma befinden sich keine Membranen
Prominenteste Struktur ist der Nucleolus,in dem die Synthese der Ribosomen statt-findet
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Nukleolus
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Aufbau des Zellkerns
Der Kern ist umgeben von einer Kernhülle
Diese besteht aus einer äußeren und einerinneren Membran, dazwischen befindet sich der perinukleäre Raum
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Kernhülle
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Aufbau des Zellkerns
Der perinukleäre Raum steht mit dem endoplasmatischen Retikulum (ER) in Verbindung
In der Kernhülle befinden sich komplexaufgebaute Kernporen
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Kernporen
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Kernporen
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Aufbau des Zellkerns
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Kern-Import und Kern-Export
Kernproteine tragen ein Kernlokalisierungs-signal (NLS), das von einem Importapparaterkannt wird
Das Kernlokalisierungssignal wird beim Importnicht prozessiert, damit die Kernproteine auchnach der Mitose wieder in den Kern gelangenkönnen
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NLS
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Laminschicht
Unterhalb der Kernhülle befindet sich eineLaminschicht, die die Stabilität des Kerns bewirkt
Die Laminschicht setzt sich aus drei verschiedenenProteinen zusammen (Lamin A, B, C), von denenLamin B mit den Chromosomen in Verbindung steht
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Lamin A
Lamin B
Lamin C
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Aufbau der Chromosomen
Das Erbmaterial liegt im Kern als Chromosomen vor
Chromosomen sind DNA-Protein-Komplexe, diezu 1/3 aus DNA und zu 2/3 aus Protein bestehen.
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Aufbau der Chromosomen
Die negativ geladene DNA ist in den Chromsomenmit basischen Proteinen assoziiert
Dazu gehören auch die Histone, die dieNukleosomen bilden
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Nucleosomen
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Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Aufbau der Nucleosomen
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Aufbau der Nukleosomen
Die Nukleosomen sind aus vier verschiedenenHistonmolekülen aufgebaut (H2A, H2B, H3 und H4),von denen je zwei Kopien in einem Nukleosom vor-kommen
Zwischen den Histonkomplexen befindet sich nochHiston H1 (Linkerhiston)
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Kondensierung der Chromosomen
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Aufbau der Chromosomen
Im Zellkern liegen die aktiv transkribierten Geneals lockeres Euchromatin vor
Inaktive Chromsomenabschnitte, aber auch einesder beiden X-Chromosomen bei Frauen liegen alshochkondensiertes Heterochromatin vor
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Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Barr-Körperchen (inaktiviertesX-Chromosom)
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Verkürzung der Chromosomen
Während der Kernteilung und im Heterochromatin liegen die Chromosomen sehr stark verkürzt vor
Dabei bilden sich geordnete Superstrukturen, die eine geordnete Verteilung auf die Tochterzellenerlauben
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Aufbau der Nukleinsäuren
Die DNA und RNA sind lange Polynukleotide, dieaus einem Zuckerrest (Ribose bzw. Desoxyribose),einer Phosphatgruppe und einer organischen Base aufgebaut sind
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5’
3’
DNA
H
H
H
H
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RNA
OH
OH
OH
OH
5’
3’
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Aufbau der DNA
Die DNA besteht aus zwei Polynukleotidsträngen,die über komplementäre Basenpaarungenmiteinander verbunden sind
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GC-Basenpaar AT-Basenpaar
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Struktur der DNA
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Cambridge, 1953
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Aufbau der DNA
Die DNA liegt als gepaarte Doppelhelix vor
Auf der Oberfläche kann man eine „major groove“und eine „minor groove“ unterscheiden
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„minor groove“
„major groove“
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Replikation der DNA
Bei der Replikation der DNA wird anhand einesStranges (Matrize) der komplementäre Gegenstrang gebildet (semikonservative Replikation)
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Replikation der DNA
Die Replikation der DNA erfolgt immer nur in 5’-3’-Richtung
Deswegen unterscheidet man bei der Replikationdes Doppelstranges einen kontinuierlichen Strangund einen diskontinuierlichen
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Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Replikation der DNA
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Vorlesung Biologie für Mediziner (Bölker FB17)
Die DNA Replikation startet an mehrerenOrten gleichzeitig
Replication bubbles
Origins of replication
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Aufbau eukaryotischer Gene
Exon1 Exon2 Exon3 Exon4
Intron1 Intron2 Intron3
EnhancerTATA-
Box
Promoter
ORF AAAAAAn5‘-capmRNA: