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Biologie der Zellen und Gewebe (Fach) / Gene bis Zellzyklus (Lektion)

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• Definition Gen EIn Gen ist die vollsdtändige/ganze Nucleinsäurensequenz, die notwendig ist, um ein funktionelles Genprodukt (Protein bze. RNA) zu synthetisieren.
• Gene von Prokaryoten EIn Gen ist ein DNA- Stück, das aus zwei funktionell unterschiedlichen Bereichen besteht: 1. DNA- Abschnitte, die für ein Genprodukt (meist ein Protein) codieren, und 2. DNA-Abschnitte, die für die Kontrolle der Expression eines Genprodukts wichtig sind  
• Transkrioptin (Bakterille Genstruktur) Transkription: durch ein Enzym, die RNA-Polymerase, katalysiert. besteht aus mehreren Untereinheiten Komplex bindet lose an jede beliebige DNA-Sequenz. Erst zusammen mir dem δ-Faktor kann das enzym spezifischen Promotor-Regionen erkennen.
• Gruppierung der Gene meist in Operons Transkription aller Gene, die für die ENzyme eines Stoffwechselwegen codieren, als eine gemeinsame EInheit
• polycistronisch mRNAs mRNA die aus den Transkripierten teilen mehrerer Gene zusammengesetzt ist (=sehr einfacher Kontrollmechanismus)
• Kontrolle der Initiation Bakterielle Transkription wird oft durch Nahrungsstoffe induziert oder reprimiert: Induktion: Nährstoffe vorhanden- Induktion der metabolischen Enzyme ("positive Kontrolle": z.B. Enzyme zur Verwertung bestimmter Zucker) Repression: Nährstoffe fehlen- Induktion der anabolen Enzyme ("negative Kontrolle": z.B. Enzyme zur AA-Synthese)
• Genstruktur und -Regulation bei Eukaryoten Transkription und Translation sind räumlich getrennt! neu synthetisierte RNA der Zellkerne zeigt eine sehr heterogene Längenverteilung             = heterogene nukleäre RNA, hnRNA RNAs im Kern und im Cytoplasma sind unterschiedlich - RNAs werden als Vorstufen erzeugt! Die meisten eukaryotischen mRNAs sind monocistronisch (codieren also für einzelne Proteine)
• Transkription (Eukaryoten) Transkription wird bei Eukaryoten durch DREI unterschiedliche RNA-Polymerasen katalysiert. Die RNA-Polymerasen bestehen aus mehreren Untereinheiten (je10-15 Proteine) Es gibt eine große Zahl von Proteinen, die den RNA-Polymerasen "helfen", die Initiationsstellen zu finden: = Transkripstionsfaktoren
• Ein typisches eukaryotisches Gen: Lysozym aus der Tränenflüssigkeit bzw. aus dem Hünereiweiß das Gen ist wesentlich größer als nur der Protein-codierende Teil der codierende Bereich ist in mehrere Teile gestückelt bei der Transkription wir zunächst ein großes Transkript erzeugt aus diesem großen Transkript werden noch im Kern die Bereiche herausgeschnitten, die nicht Teil der "reifen" mRNA sind
• mrna Prozessierung (hnRNA->mRNA) 5'Cap Bildung: 5'→5' 7-Methylguanylat Modifikation des 3' Endes: - Addition des polyA-Schwanzes von bis zu 250 bp                                                                                    Länge                                                                                -Allmähliche Verkürzung bei Alterung der mRNA Splicing: Herausschneiden nicht-codierender interner RNA-Abschnitte (zwischen Codons oder in Codons)
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• Schritte des Splicing Spliceosome assembly (schrittweise Aufbau des Spliceosoms) Splicing catalysis (strukturelle Umlagerung und Aktivierung mit darauffolgender Splice-Reaktion) snRNP recycling (Recycling der einzelnen Untereinheiten)
• Spliceosom Katalysiert das Entfernen der Introns und die Ligation der flankierenden Exons. Zusammensetzung 5 "small nuclear ribonucleoprotein particles", snRNPs, (pronounced: "snurps") plus meherere "non-snRNP-associated protein factors"(U1,U2,U4,U5,U6) Assemblierung des Splicesosoms neu auf jeder hnRNA hnRNA enthält spezifische Sequenzelemente, die erkannt werden und bei der Assembly des Spliceosoms verwendet werden (5' end splice, branch point sequence, polypyrimidine tract, 3' end splice site) Introns besitzen ein GU Dinucleotid an der 5' End Splice Site und ein AG an der 3' end splice site. 3' splice site: variable Anzahl von Pyrimidinen, bezeichnet als polypyrimidine tract (PPT) 3' PPT rekrutiert Faktoren an die 3' Splice Site und möglicherweise an die 'branch point sequence' (BPS)
• Genetischer Code Der genetische Code ist die Grundlage für die geordnete Realisierung der genetischen Information. In ihm wird geregelt, welche Aminosärue bei der Translation für welches Basentriplett in die entstehende Polypeptidkette eingebaut wird. Es gibt einen "universellen" Code, der allerdings bei manchen Organismen Abweichungen aufweist genetischer Code ≠ genetische Information Der genetische Code ist die Grundlage zur Übersetzung von der "Sprache" der Nucleinsäuren in die "Sprache" der Proteine/Aminosäuren!
• (Zellzyklus) allg Eine der grundlegenden Eigenschaften lebender Zellen ist ihre Fähigkeit zur Vermehrung jede Tochterzelle erhält eine identische Kopie des genetischen Materials. Zellwachstum, Verdopplung des Erbmaterials und dessen Weitergabe müssen präzise aufeinander abgestimmt sein
• Zellzyklus bei Einzellern (allg) einfach und unmittelbar eingängig: erwünscht ist Vermehrung so rasch wie möglich dies hängt hauptsächlich von der Menge der zur Verfügung stehenden Nahrungsmittel ab
• Vermehrung bei Einzellern (E.coli) ein zirkuläres DNA Molekül,~4x10^6 bp, ~1,4 mm lang in guten Nährmedien teilen sich diese Bakterien etwa alle 30 min. diese Zeit wird benötigt, um die DNA zu verdoppeln! die DNA ist an speziellen Membranstrukturen verankert, beim Wachstum der Zelle werden die verdoppelten DNA-Stränge auseinandergezogen, die Zellen wachsen zu etwa doppelter Größe heran, in der Mitte wird ein Zellwand-Septum gebildet                                                                     ⇒ 2 Tochterzellen
• (Zellzyklus bei Eukaryoten)|| Vielzellige Organismen bei mehrzelligen Organismen muss das Gleichgewicht der unterschiedlichen Zellarten gewahrt bleiben! Teilungen beschränken sich daher auf Wachstum, Turnover und Regenerationsvorgänge! Es muss also eine Rückkopplung auf die Vermehrungsrate geben                                               ⇒ Eine genaue Kontrolle der Vermehrungsfähigkeit ist essenziell für die Entwicklung mehrzelliger Organismen!
• Zellzyklus bei Eukaryoten die meisten eukaryotischen Zellen benötigen etwa 10-20 Stunden für eine Zellteilung viele Zellen in voll entwickelten Organismen teilen sich nicht (Nervenzellen, Muskelzellen) manche Zellen teilen sich nur, wenn dies erforderlich ist (Wundheilung) ungeregeltes, ungehemmtes Wachstum ist bei Mehrzellern tödlich (Krebs Bei Eukaryoten finden die Verdopplung nur in einem Teil des Zellteilungszeitraums statt = S-Phase (DNA-Synthese-Phase) es gibt alo einen Zeitraum (gap, "Lücke") zwischen S-Phase und Mitose = G2-Phase gleichfalls gibt es einen Zeitraum zwischen Mitose und S-Phase = G1-Phase G1-,S-, und G2-Phase bilden gemeisam die Interphase differenzierte Zellen sind aus dem Zellteilungsgeschehen ausgetreten; sie befinden sich in der G0-Phase die Länge der G!-Phase ist am variabelsten
• Zellzyklus bei Hefe entscheidet sich nicht wesentlich von dem der Säuger! 1 Zyklus dauert bei 30°C etwa 90 Minuren genetisch manipulierbar (cdc-Mutanten) leicht in großen Mengen zu züchten⇒ auch biochemischen Untersuchungen zugänglich leicht synchronisierbar Zellzyklusphasen optisch gut unterscheidbar (Größe der Knospen ist ein Indikator für das Zellzyklus-Stadium)
• Kontrolle des Zellzyklus (Hefe) →cdc- Mutanten (cell division cicle) Es gibt drei wichtige Kontrollpunkte: Restriktionspunkt: G!→S Überprüfung, ob alle Voraussetzungen gegeben sind, die Verdopplung der DNA durchzuführen. Regulation durch Wachstumsfaktoren, Zellgröße, Nährstoffe G2-M Transition Point: G2→M Überprüfung, ob z.B. die DNA verdoppelt wurde Überprüfung der 'Qualität' der DNA Metaphase-Anaphase Transition Point Anheftung der Chromosomen an die Mitosespinde Trennung der Chromatiden
• WIchtigste Steuerelemente zur Kontrolle des Zellzyklus Cycline; Cyklin-abhängige Kinasen ⇒Protein-Phosphorylierung ⇒Konformationsänderung ⇒Regulation der Aktivität von Zielproteinen
• Zellzyklus beim Menschen etwa 10^8 Zellteilungen pro Minute → dienen überwiegend dem Ersatz kurzlebiger, differenzierter Zellen (Ausnahme: Embryonalentwicklung) Die übergeordnete Steuerung erfolg witgehend durch Wachstumsfaktoren und Hormonen

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