Der Zellkern - uniklinikum-jena.de
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DerZellkern
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DerZellkern:DieBibliothekderZelle
Erfüllt fundamentale Aufgaben des Lebens
Verantwortlich für Replikation von Zellen
Enthält gesamte Information für Herstellung von Enzymen und anderen Proteinen zur Energiegewinnung, Kompartmentierung etc.
Rudimentäre Zellkerne selbst in den frühesten Eukaryonten
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DerZellkernistdasältesteZellorganell
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DerZellkern:DieBibliothekderZelle
- Genetische Steuerzentrale eukaryotischer Zellen - Enthält die genetische information in Form doppelsträngiger DNA
- Jede Körperzelle eines Menschen enthält die gleiche DNA - 2m langer, sehr dünner Faden, geordnet verpackt
- Bibliothek mit 4 Buchstabenalphabet Replikation: Kopieren der Information (z.B. für Zellteilung) Transkription: Ablesen der Information (z.B. für Proteinherstellung)
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DerZellkernistvoneinerDoppelmembranumhüllt
Nukleolus=“Kernchen”:OrtderSynthesevonRibosomen(merken,beliebtePhysikumsfrage!)
Kernhülle:Doppelmembran(äussereMembran,perinukleärerRaum,innereMembran)
PerinukleärerRaum: stehtmitendoplasmatischemRetikulumindirektemKontakt(sieheVorlesungER)
Kernporen:KomplexezumMolekültransportinKernmembran
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PorenkomplexevermittelndenMolekültransportzwischenZellkernundCytosol
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LokalisationssignalesteuernIn-undExportausdemZellkern- Proteine, welchen in den Zellkern importiert werden sollen, tragen
Kernlokalisierungssignal
- das Kernlokalisierungssignal wird beim Import nicht abgespalten -> Nach der Zellteilung (bei der sich die Kernmembran auflöst), können
die Kernproteine zurück in den Zellkern sortiert werden - Vergleich: Beim Import in andere Organellen (z.B. ER) werden Signalpeptide oft
abgeschnitten (ER bleibt während Zellteilung intakt) - Bindung des Kernlokalisierungssignals durch Kernimportrezeptor und nukleäre
Poren-Komplexe (NPCs) - Export von Proteinen aus dem Zellkern verläuft genau anders herum
(mit Kernexportsignal) – z.B. Teile von Ribosomen - Export von mRNA nach Transkription dank poly-A-Schwanz (siehe Transkription)
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DieKernlaminastabilisiertdieKernmembran
- ähnliches Prinzip wie Zellkortex
- Besteht aus Zytoskelettprotein Laminin (A,B,C)
- Stabilisiert die Kernmembran
- Laminin B bindet Chromosomen -> Räumliche Anordnung von Chro-
mosomen im Zellkern
Mutation in Proteinen der Kernlamina können zu Krankheiten (Laminopathien) führen z.B. Progeria, Muskeldystrophie
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Frage: Wo gibt es in der Zelle noch DNA, welche NICHT in
Chromosomen geordnet ist?
ImZellkernistdieDNAinChromosomengeordnet
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ChromosomenhabeneinespezifischeForm
Wozu?StabilitätundReplikation
AnsatzstellefürMikrotubuliwährendZellteilung
VerhindernVerkürzenderChromosomen
beiVerdopplungderDNA
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ChromosomenhabeneinespezifischeForm
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Menschliche Mitose-Chromosomen 22 autosomale Chromosomen(paare) X-Chromosom Y-Chromosom
Centromere
Giemsa-Färbung Dunkle G-Banden: Reich an Adenin, Thymin (AT)
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Aufbau der Chromosomen
FISH:FluoreszenzinsituHybridisierung,mitHilfeChromosome-spezifischerDNA-Sonden
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In der Interphase wird die Chromosomenstruktur aufgelockert um Transkription zu ermöglichen
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Verpackung der DNA
- Die negativ geladene DNA ist mit basischen Proteinen assoziiert
- Dazu gehören die Histone, welche die Nukleosomen bilden
Aufbau Nukleosom - 8 Histonmoleküle - Je 2x Histon 2A, 2B, H3, H4 - aus dem Nukleosom hängen die Schwänze
der Histone hinaus à Werden von Enzymen reguliert um die
Transkription zu regulieren
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Nucleosomen: Pearls on a string
Perlenschnur-Struktur bleibt auch in der Interphase erhalten
DNA
Nucleosom- kern
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Nucleosomen: Pearls on a string
Das Histon-Octamer (2x: H2A, H2B, H3, H4), um welches die DNA gespult ist, werden von Histon 1 zusammengeheftet
8 Histon-Moleküle pro Nucleosom
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Verpackung des Chromatins: von der Perlenschnur zum Chromosom
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Chromatin = DNA + damit assoziierte Proteine Chromosomale DNA kann als Eu- oder Heterochromatin vorliegen
Euchromatin: schwach kondensiert, Transkription ist möglich Heterochromatin: stark verdichtet, Erbinfo weitgehend inaktiv
Nucleolus = “Zellkernchen” - Ort der Ribosomensynthese - keine Membranabgrenzung
Es gibt weitere Domänen, welche z.T. in besonderen Zelltypen auftreten
Cajal-Körper (in schnell replizierenden Zellen, z.B. Tumor) Bestehen aus RNA und Proteinen Wichtig für Telomererhaltung, Histonsynthese Kernflecken (nuclear speckles) Enthalten Splicing-Faktoren für Reifung der mRNA
MikroskopischeChromatinstrukturen
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DasBarr-KörperchenbeinhaltetdasinaktivierteweiblicheX
aktivesX-ChromosomkanninmanchenZelleneine“Drumstick”(Trommelschlegel)-Formannehmen
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GeschlechtserkennungperBarr-Körperchen
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ZusammenfassungZellkern
Funktion - Speicher der Erbinformation der Zelle - Herstellung von RNA für Proteinsynthese Aufbau - Doppelmembran, gestützt von Kernlamina - Kernporenkomplexe zum In- und Export von Proteinen / RNA - Eu- / Heterochromatin und Nucleolus
Geordnete Struktur des 2 Meter langen DNA-Stranges - Histon-Octamer - Perlenschnur mit Histonen - Chromatinfaser mit Schleifen - Chromosomen, an Kernlamina geheftet Interphase-Chromosomen: entpackt Mitose-Chromosomen: stark verpackt