Zellzyklus
Zellbiologie
Zellbiologie
- die Studenten sind in der lage:
- die einzelnen Stadien der Mitose zu benennen und zu erklären was in diesen Stadien abläuft
- die einzelnen Stadien des Zellzyklus zu benennen und zu erklären was in diesen Stadien abläuft
siehe Kartei aus dem ersten Semester ;-)
erkläre die Kontrollmechanismen des Zellzyklus
- extrazellulär
- Wachstumsfaktoren
- Restriktionspunkt
- G1-Phase
- regeln den Übertritt der Zelle von der G1 in die S-Phase
- wenn nicht vorhanden, geht Zelle in G0-Phase
- G0: nur noch metabolisch aktiv
- Kontrolle auf DNA-Schäden
- Restriktionspunkt
- Wachstumsfaktoren
- intrazellulär
- Checkpoints mit Feedback-Kontrollen
- Verhinderung, dass unvollständige oder beschädigte Chromosomen repliziert und auf Tochterzelle übertragen werden
- DNA-Damage-Checkpoints
- G1: DNA-Schäden werden repariert
- S: Zellzyklus wird gestoppt, wenn Okazaki-Fragment während Replikation auf dem lagging Strand ist
- G2: Mitose wird erst gestartet, wenn DNA-Replikation komplett ist
- Spindle-Checkpoints
- M-Checkpoint: Fehler an Spindelfaser
- unsaubere Anornung der Spindel
- Einleitung der Apoptose, wenn Schaden irreparabel ist
- Checkpoints mit Feedback-Kontrollen
=> Checkpoint benötigen für Kontrollfunktion eine vielzahl von Proteinen. Genetische Mutationen bei diesen Proteinen könnten Krebs verursachen (=Onkogene)
=> wichtiges Protein: p53
Kontrollfrage:
Die Mechanismen zur Regulation der Kontrollpunkte werden meist durch negative intrazelluläre Signale vermittelt – warum nicht durch positive?
- negative Signale sind einfacher zu steuern
- Bsp. Inhibitor
- positive Signale sind schwieriger, da positiv ein, zwei, drei usw. Moleküle sein können; negativ ist immer kein Molekül
was sind Cycline resp CDK's?
- Regulieren den Zellzyklusablauf
- CDK's (Cyclin-dependent kinase)
- stabile, katalytische Kinase-Untereinheit
- unstabiler Regulator => Cyklin
- Spezifität und Timing des Zellzyklus ist abhängig von Art des gebundenen Cyclin am CDK-Komplex
- in HEfen werden CDK's CDC's genannt
- werden in verschiedene Grupen eingeteilt
nenne die wichtigsten Cykline und CDK's der einzelnen Phasen
- je nach Periode im Zellzyklus sind andere Cycline resp. CDK's vorherrschend.
- Cykline werden dabei akkumuliert
wie werden CDK's aktiviert/ inaktiviert?
Bild
wie wirken CDI's?
- = Zellzyklusinhibitoren = CDK-Inhibitoren
- Kombination der Wirkungsweisen der verschiedenen CDK-Kontrollen verantwortlich für den richtigen Ablauf an den Checkpoints
- universale CDI's
- Cip/kip-Familie
- steuern Zellzyklus in allen Stadien von Übergang von G1 zu S
- spezifische CDI's
- Ink4-Familie
- wirken auf Komplexe von CDK 4 und 6 mit Cyclin D
- regulieren somit nur Restriktionspunkt beim Übergang von G1 zu S
erkläre wie p53 in der Regulation des Zellzyklus wirkt
- Promotor
- synthese wird durch beschädigte DNA induziert
- induziert Apoptose, wenn Zelle zu viele DNA-Schäden hat und folglich Konzentration von p53 erhöht ist
- p53 aktiviert Transkription des Gens für CDK-Inhibitor p21
- p21 bindet an CDK/Cyclin-Komplexe oder hemmt die DNA-Synthese direkt indem es auf PCNA (UNtereinheit von DNA-Polymerase) einwirkt
wie stellt die Zelle sicher, dass die DNA repliziert ist und kene Fehler vorhanden sind bevor sie aus der S-Phase in die G2-Phase ¨übertritt?
Die Zelle nimmt die Anwesenheit von Okazaki-Fragmenten während der Replikation auf dem lagging DNA-Strang wahr. Solange das Element vorhanden ist, ist der Zellzyklus gestoppt
wie erfolgt die Kontrolle auf DNA-Schäden am Checkpoint in der späteren G2-Phase?
Ein Komplex von Checkpointproteinen erkennt nicht replizierte und beschädigte DNA und aktiviert die Kinase Chk1, die die Cdc25-Phosphatase phosphoryliert und inhibiert. Ist Cdc25 inaktiv, ist der Zellzyklus gestoppt.
wie wirken Tumorsuppressor Gene? Erkläre anhand des Bsp von Rb.
- sind Anti-Onkogene (=Tumorsuppresorgen)
- unterdrücken Tumorbildung
- hemmen Mitose
- verhalten sich rezessiv
- Bsp: p53 oder Rb
- Retinablastom (Rb)
- Hauptregulator des Zellzyklus
- Tumorsuppresorgen (Inaktivierung führt zu Krebsentwicklung)
- bindet an E2F (Transkriptionsfaktor) und unterdrückt DNA-Transkription
- wird Rb/E2F Komplex von CDK4/Cyklin D phosphoriliert, wird E2F abgelöst
- Cyclin D-Produktion wird von WF gesteuert. Fehlen die EF, kann die Zelle nicht von der G1 in die S übertreten
- E2F leitet dann Transkription von zuständigenen Genen für den Übergang in die S-Phase ein.
wie werden CDK's reguliert? (4)
- CDK ist nur aktiv mit gebundenem Cyclin
- Aktivierung durch Phosphorilierung von Threonin 160
- Inhibition durch Phosphorylierung vin Threonin 14 und Tyrosin 15
- Inhibition durch CDI
wie wird sichergestellt, dass nureine DNA-Kopie pro Zellzyklus synthetisiert wird?
- G1
- Positive Kontrolle durch MCM-Proteinen (MiniChromosome Maintenance)
- Origin Recognition Complex (ORC) bindet an den Origin of Replication
- 6 MCM lagern sich an DNA an
- nur MCM-gecoatete DNA wird repliziert
- G2
- Geminin-Protein verhindert, dass sich MCM an frisch synthetisierte DNA anlagert
- Geminin wird wieder abgebaut, sobald Mitose vollzogen ist
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Lernkarten
- die Studenten sind in der lage:
- die einzelnen Stadien der Mitose zu benennen und zu erklären was in diesen Stadien abläuft
- die einzelnen Stadien des Zellzyklus zu benennen und zu erklären was in diesen Stadien abläuft
siehe Kartei aus dem ersten Semester ;-)
erkläre die Kontrollmechanismen des Zellzyklus
- extrazellulär
- Wachstumsfaktoren
- Restriktionspunkt
- G1-Phase
- regeln den Übertritt der Zelle von der G1 in die S-Phase
- wenn nicht vorhanden, geht Zelle in G0-Phase
- G0: nur noch metabolisch aktiv
- Kontrolle auf DNA-Schäden
- Restriktionspunkt
- Wachstumsfaktoren
- intrazellulär
- Checkpoints mit Feedback-Kontrollen
- Verhinderung, dass unvollständige oder beschädigte Chromosomen repliziert und auf Tochterzelle übertragen werden
- DNA-Damage-Checkpoints
- G1: DNA-Schäden werden repariert
- S: Zellzyklus wird gestoppt, wenn Okazaki-Fragment während Replikation auf dem lagging Strand ist
- G2: Mitose wird erst gestartet, wenn DNA-Replikation komplett ist
- Spindle-Checkpoints
- M-Checkpoint: Fehler an Spindelfaser
- unsaubere Anornung der Spindel
- Einleitung der Apoptose, wenn Schaden irreparabel ist
- Checkpoints mit Feedback-Kontrollen
=> Checkpoint benötigen für Kontrollfunktion eine vielzahl von Proteinen. Genetische Mutationen bei diesen Proteinen könnten Krebs verursachen (=Onkogene)
=> wichtiges Protein: p53
Kontrollfrage:
Die Mechanismen zur Regulation der Kontrollpunkte werden meist durch negative intrazelluläre Signale vermittelt – warum nicht durch positive?
- negative Signale sind einfacher zu steuern
- Bsp. Inhibitor
- positive Signale sind schwieriger, da positiv ein, zwei, drei usw. Moleküle sein können; negativ ist immer kein Molekül
was sind Cycline resp CDK's?
- Regulieren den Zellzyklusablauf
- CDK's (Cyclin-dependent kinase)
- stabile, katalytische Kinase-Untereinheit
- unstabiler Regulator => Cyklin
- Spezifität und Timing des Zellzyklus ist abhängig von Art des gebundenen Cyclin am CDK-Komplex
- in HEfen werden CDK's CDC's genannt
- werden in verschiedene Grupen eingeteilt
nenne die wichtigsten Cykline und CDK's der einzelnen Phasen
- je nach Periode im Zellzyklus sind andere Cycline resp. CDK's vorherrschend.
- Cykline werden dabei akkumuliert
wie werden CDK's aktiviert/ inaktiviert?
Bild
wie wirken CDI's?
- = Zellzyklusinhibitoren = CDK-Inhibitoren
- Kombination der Wirkungsweisen der verschiedenen CDK-Kontrollen verantwortlich für den richtigen Ablauf an den Checkpoints
- universale CDI's
- Cip/kip-Familie
- steuern Zellzyklus in allen Stadien von Übergang von G1 zu S
- spezifische CDI's
- Ink4-Familie
- wirken auf Komplexe von CDK 4 und 6 mit Cyclin D
- regulieren somit nur Restriktionspunkt beim Übergang von G1 zu S
erkläre wie p53 in der Regulation des Zellzyklus wirkt
- Promotor
- synthese wird durch beschädigte DNA induziert
- induziert Apoptose, wenn Zelle zu viele DNA-Schäden hat und folglich Konzentration von p53 erhöht ist
- p53 aktiviert Transkription des Gens für CDK-Inhibitor p21
- p21 bindet an CDK/Cyclin-Komplexe oder hemmt die DNA-Synthese direkt indem es auf PCNA (UNtereinheit von DNA-Polymerase) einwirkt
wie stellt die Zelle sicher, dass die DNA repliziert ist und kene Fehler vorhanden sind bevor sie aus der S-Phase in die G2-Phase ¨übertritt?
Die Zelle nimmt die Anwesenheit von Okazaki-Fragmenten während der Replikation auf dem lagging DNA-Strang wahr. Solange das Element vorhanden ist, ist der Zellzyklus gestoppt
wie erfolgt die Kontrolle auf DNA-Schäden am Checkpoint in der späteren G2-Phase?
Ein Komplex von Checkpointproteinen erkennt nicht replizierte und beschädigte DNA und aktiviert die Kinase Chk1, die die Cdc25-Phosphatase phosphoryliert und inhibiert. Ist Cdc25 inaktiv, ist der Zellzyklus gestoppt.
wie wirken Tumorsuppressor Gene? Erkläre anhand des Bsp von Rb.
- sind Anti-Onkogene (=Tumorsuppresorgen)
- unterdrücken Tumorbildung
- hemmen Mitose
- verhalten sich rezessiv
- Bsp: p53 oder Rb
- Retinablastom (Rb)
- Hauptregulator des Zellzyklus
- Tumorsuppresorgen (Inaktivierung führt zu Krebsentwicklung)
- bindet an E2F (Transkriptionsfaktor) und unterdrückt DNA-Transkription
- wird Rb/E2F Komplex von CDK4/Cyklin D phosphoriliert, wird E2F abgelöst
- Cyclin D-Produktion wird von WF gesteuert. Fehlen die EF, kann die Zelle nicht von der G1 in die S übertreten
- E2F leitet dann Transkription von zuständigenen Genen für den Übergang in die S-Phase ein.
wie werden CDK's reguliert? (4)
- CDK ist nur aktiv mit gebundenem Cyclin
- Aktivierung durch Phosphorilierung von Threonin 160
- Inhibition durch Phosphorylierung vin Threonin 14 und Tyrosin 15
- Inhibition durch CDI
wie wird sichergestellt, dass nureine DNA-Kopie pro Zellzyklus synthetisiert wird?
- G1
- Positive Kontrolle durch MCM-Proteinen (MiniChromosome Maintenance)
- Origin Recognition Complex (ORC) bindet an den Origin of Replication
- 6 MCM lagern sich an DNA an
- nur MCM-gecoatete DNA wird repliziert
- G2
- Geminin-Protein verhindert, dass sich MCM an frisch synthetisierte DNA anlagert
- Geminin wird wieder abgebaut, sobald Mitose vollzogen ist
