BIO112 - Zusatz
Zusätzliche Begriffe zu BIO112 UZH
Zusätzliche Begriffe zu BIO112 UZH
Sinneszellen - Gehör
Die Tektorialmembran ist keine Lipidmembran sondern eine gallenartige extrazelluläre Matrix. Sie besteht aus Collagen und Glycoproteinen. Die Sinneszellen im Ohr, die Haarzellen, werden bei Säugetieren nur einmal im Leben gebildet. Bei anderen Vertebraten werden sie erneuert.
Was besitzen die Haarzellen im Gehör an der apikalen Membran?
Die Haarzellen besitzen an der apikalen Membran spezialisierte Zellfortsätze, die Mikrovilli (Auch Sinneshärchen oder Stereocilien genannt). Mikrovilli sind Actin-basiert, ähnlich Filopodien aber stabil. Dienen auch zur Vergrösserung der Darmepithelzelloberfläche. Nicht verwechseln mit Mikrotubuli-basierten Flagellen und Cilien. Schallwellen bewegen die Basilarmembran -> Bewegung der Mikrovilli relativ zur Tektorialmembran -> Mikrovilli kippen seitlich ab. Abkippen öffnet via spezialisierte Cadherin mechanisch gelenkte Ionenkanäle. Ioneninflux verändert das Membranpotential und setzt an der basalen Synapse der Haarzelle Neurotransmitter frei. Jede Tonlage, hat eigene Dimensionen der Basalmembran- und Mikrovillistruktur. Das System muss extrem präzise gebaut sein!
Sinneszellen - Sehen
Im Auge ist die lichtempfindliche Schicht, die Retina (Netzhaut), aus mehreren Neuronenschichten gebaut. Das Licht muss erst durch zwei Neuronenschichten passieren, bevor es auf die sensorische Zellen, die Photorezeptoren trifft. Die äusseren Ganglionenzellen sind mit dem Gehirn verbunden, die darunterliegenden Interneuronen kontrollieren und koordinieren die Reize. Die Photorezeptoren werden nach ihrer Form in Stäbchen und Zapfen eingeteilt. Zapfen-Photorezeptoren reagieren entweder auf rote, grüne oder blaue Wellenlängen. Stäbchen-Photorezeptoren sind besonders lichtempfindlich, sehen aber nur schwarz/weiss.
Aufbau der Photorezeptorzellen
Die hochspezialisierten Photorezeptorzellen = Photorezeptoren haben mehrere Hauptbereiche. Der photosensitive Teil ist das äussere Segment. Ist wohl ein spezialisiertes Cilium da dessen Basis die typische 9+2 Mikrotubuliorganisation zeigt. Das "Cilium" ist gefüllt mit Membranscheiben, welche die photosensitiven Moleküle enthalten. Das innere Segment besitzt viele Mitochondrien und ist die Fabrik wo die photosensitiven Moleküle hergestellt werden. Am anderen Ende der Zelle ist eine Synapse die ein Signal an die Interneuronen weitergibt. Die Photorezeptorzellen sind nicht erneuerbar wohl aber die lichtsensitiven Moleküle welche laufend erneuert werden müssen. In Stäbchen ist die Erneuerung linear geordnet: ER - Golgi - proximale Scheiben - distale Scheiben.
Die Membranscheiben der Photorezeptorzellen
Die Membranscheiben enthalten die Sehpigmente aus dem lichtabsorbierenden Retinal und einem Opsin Protein, welches die spektrale Empfindlichkeit steuert, bestehen.
Im Dunkeln hält cyklisches GMP Kationenkanäle in der Plasmamembran offen. Dies bewirkt eine Sekretion hemmender Neurotransmitter.
Im Lichteinfall geht der Retinal von cis- in trans-Form. cGMP Hemmung, Ioneninflux stoppt, Plasmamembran hyperpolarisiert. Die Neurotransmittersekretion wird gehemmt -> Aktivierung.
Der Verdauungstrakt
Das Endoderm ist der Ursprung verschiedener Zellsysteme wie z.B dem Verdauungstrakt. Der Verdauungstrakt verdaut und absorbiert Nahrung ohne sich selber zu verdauen.
Trick 1: Viel Schleim (Mucus) sekretieren um die Zellen zu schützen.
Trick 2: Zellen fortwährend und schnell ersetzen.
Zuerst wird die Nahrung in einem spezialisierten Teil, dem Magen, verkleinert. Der Magen ist ebenfalls aus mehreren Zellschichten aufgebaut. Aussen Muskelzellschicht, dann Bindegewebeschicht, dann Schleimhaut. Die Magensäure (pH 1-5) aktiviert Verdauungsenzyme und tötet Krankheitserreger. Die Magenschleimhaut enthält v.a. Zellen die proteolytische Enzyme, Säure und Mucine (Proteine mit langen Polysaccharidketten) sekretieren.
Beim Austritt aus dem Magen wird von den Zellen der Bauchspeicheldrüse und der Brunner'schen Drüse Bicarbonat sekretiert -> neutralisiert Säure. Im Dünndarm geschieht die eigentliche Verdauung und die Nahrungsaufnahme. Das Gewebe ist stark gefaltet -> Oberflächenvergrösserung. Die gefaltete Oberfläche besteht aus zusätzlich gefaltetem Gewebe wobei die Berge Zotten und die Täler Krypten heissen. Zusätzlich haben die Zellen an ihrer apikalen Oberfläche Mikrovilli
Die 5 Zelltypen des Darms
Saumzelle (Enterocyt): Absorption von Nahrtung und Enzymsekretion
Becherzelle: Sekretion von Mucus
Panett-Zelle: Sekretion von Enzymen und anti-bakteriellen Proteinen
Enteroendokrine Darmzelle: Hormonsekretion zur Regulation der Verdauung
Der 5. Zelltyp des Darms
Stammzellen sind der 5. Zelltyp des Darms.
Wegen des Darmkrebses ist die Zellerneuerung des Darmepithels durch Stammzellen recht gut studiert. Der Umsatz der gesamten Schleimhaut dauert etwa 3-5 Tage! Die Stammzellen liegen gut geschützt in den Krypten. Amplifikation via Übergangszellen, welche sie schnell, aber limitiert teilen. Durch die Zellteilungen wandern die Zellen nach und nach in Richtung Zottenspitze. Auf dem Weg differenzieren die Zellen. Nicht alle neu generierten Zellen wandern gleich weit. Einige Zellen, beispielsweise die Paneth-Zellen, bleiben in den Krypten und differenzieren da.
Die Zellen der Leber
Die Leber stülpt sich, neben einer Hauptvene, vom Urdarm aus. Sie ist so direkt mit dem Blutstrom aus dem Darmsystem verbunden und verarbeitet die aufgenommene Nahrung weiter. Dabei wird eine riesige Anzahl Substanzen abgebaut, aufgebaut, umgebaut und gespeichert. Die Leber ist so wichtig für den Lipid- und den Kohlenhydratstoffwechsel und sie sekretiert die meisten Blutplasmaproteine.
Alkoholmissbrauch, Überernährung und Medikamente erhöht Anzahl Triacylglyceridtröpfchen in den Leberzellen. Dies führt mit der Zeit zu Entzündungen und in 10% der Fälle zu einer Leberzirrhose. Wir kennen das auch von der Gänseleber. Die Leber besteht vorwiegend aus Hepatocyten, einem Zelltyp der alles kann!
Hepatocyten in der Leber
Hepatocyten sind grosse, polyploide Zellen, die unregelmässig in Platten und Balken angeordnet sind. Die Hohlräume zwischen den Hepatocyten sind Blutgefüllt und werden Sinusoide genannt. Das Blut ist durch eine dünne Schicht poröser "gefensteter" Endothelzellen von den Hepatocyten getrennt. Zusätzlich kleine Kanäle, die Caniculi sind direkt mit dem Darm verbunden. -> Entledigen Abfallstoffe und liefern Galle, die der Fettaufnahme im Darm dient.
Die Spezielle Gabe der Leber
Sie kann die Grösse des Organs auch im adulten Zustand flexibel anpassen. Es kann ein Teil der Leber entfernt werden, welche nach gewisser Zeit wieder nachwächst.
Die Zellen der Lunge
Die Lunge ist ein stark verzweigtes Röhrensystem. Die Röhren enden in mehreren hundert Millionen Luftbläschen, den Alveoli.
Damit die exponierten Zellen nicht austrocknen, aber gleich genug Raum besitzen, damit wieder Luft "refillt" werden kann müssen zwei Zelltypen zusammen arbeiten: Ein Plattenepithel aus dünnen TypI-Alveolus-Epithelzellen bildet die Alveolioberfläche und ist verantwortlich für den Gasaustausch. Dazwischenliegende TypII-Alveolus-Epithelzellen sezernieren eine phospholipidreiche Substanz, das Surfactant. Dies erniedrigt die Oberflächenspannung des Wassers, dies verhindert das Zusammenkleben und Austrocknen.
Das Surfactant wird erst nach dem 5. Schwangerschaftsmonat sezerniert. Früher geborene Embryonen können ihre Lungen noch nicht mit Luft füllen.
Wie filtert die Lunge den Schmutz und die Keime aus?
Ein dickes Respirationsepithel kleidet die grösseren, äusseren Atemwege aus. Darin arbeiten Becherzellen und Cilienzellen zusammen. Die Becherzellen sekretieren Schleim, der Luftpartikel bindet. Cilienzellen transportieren Schleim und Luftpartikel raus. Makrophagen fressen was trotzem in die Alveoli gelangt.
Stündlich werden mehrere Millionen tote, mit Fremdstoffen beladene Makrophagen mit dem Schleim ausgestossen! Endokrine Zellen regulieren Schleimproduktion, Cilienschlagfrequenz und Muskeln zur Atemverengung.
Die Blutzellen
Es bestehen viele verschiedene Blutzellen mit verschiedenen Funktionen. Sie alle werden aus einer Art von endodermalen Stammzellen hergestellt. Die Determinierung geschieht stufenweise. Alle Blutzellen werden im Knochen-mark hergestellt, ausser T-Zellen die erst im Thymus reifen.
Funktion der Extrazellulären Matrix
Verankerung und Polaritätsvorgabe für Zellen, Regeneration
Signaltransduktion in Geweben
Formgebung von Geweben und Organen
Wassergehalt der Gewebe
Elastizität der Gewebe
Zugfestigkeit und Stabilität der Knochen, Sehnen und Bänder
Form, Gestalt und Polarität der Pflanzenzellen
Die Basallamina
Die Basallamina ist ein dünner (40-120nm) aber wichtiger Teil aller Epithelien und einiger nicht-epithaler Gewebe (Beispiel: Muskeln).
Evolutionär konserviert in allen Metazoen (Laminin, Kollagen IV, Nidogen, Perlecan)
Bestimmt Zellpolarität, beeinflusst den Metabolismus, reguliert Zellteilung, -differenzierung und -migration
Modell der Basallamina
Chemische Komponenten der Extrazellulären Matrix
Kollagen I-III: Zugfestigkeit der Gewebe (Fibrillen -> Fasern)
Kollagen IV,VII: Bildet Netzwerke, e.g in Basallamina
Fibrillin/Elastin: Bildet elastische Fibrillen (Beispiel: In Bindegewebe und Knorpel)
Glycosaminoglycane (GAGs): Lange, unverzweigte Polysaccharide, die ein Gel bilden (Druckresistenz)
Proteoglycane: Proteine mit GAGs
Glycosaminoglycane (GAGs) - Heparansulfat
Glycosaminoglycane (GAGs) - Hyaluronsäure
Ubiquintierung
Posttranslationale Modifikation bestimmter Proteine bei Eukaryoten. Besitzt verschiedene Funktionen, Bsp: Selektive Degradation
Cholesterin (Zusammensetzung)
- apolarer Schwanz
- polarer Kopf (OH)
- apolare Steroidringe
Mikrotubuli
Sind aus Alpha- und Beta-Proteinen aufgebaut und brauchen Chaperone für die richtige Faltung und Zusammensetzung. Beta-Tubuli kann GTP hydrolisieren, Alpha nicht. Es entsteht eine Krümmung bei der Bildung des Tubulus. Sie sind polar -> Das Beta-Ende ist positiv (wächst hauptsächlich hier, kann aber auch am minus-Ende wachsen.)
- Dynamische Stabilität -> Wachsen und schrumpfen fast gleichzeitig
- Dient zum intrazellulären Transport mit Motorproteinen
Auf ihnen findet der Transport der
Chaperone
Protein welches bei der Faltung der Proteine extern mithilft.
Aktinfilamente
Besteht aus Aktin, welches ATP bindet (G-Aktin). Diese binden aneinander und bilden ein F-Aktin.
- Das Plus-Ende wächst schnell, während das Minus-Ende sehr langsam wächst.
-> Dynamisches Gleichgewicht: ATP wird mit der Zeit hydrolisiert -> Filament wird labil und fällt auseinander -> am Plus-Ende wird weiterhin Aktin mit ATP angebunden.
Intermediärfilamente
Organisieren sich ohne Hilfe von ATP -> Besitzen eine Doppelwendel.
- Polypeptide welche ein NH3 und COOH Ende besitzen und sich immer zu zweit parallel anordnen.
Transmembranproteine und Periphere Membranproteine
Lipidanker
Bindet das Protein peripher an die Membran.
DNA Replikation
DNA -> DNA
- Bestandteil des Central Dogma und wird in der Vermehrung von Zellen (Mitose) gebraucht, um das Genmaterial zu replizieren.
Was haben alle Zellen gemeinsam?
- Alle Zellen speichern ihre Erbinformation im gleichen, linearen, chemischen Code
Desoxyribonukleinsäure (DNS/DNA)
- Alle Zellen replizieren ihre Erbinformation durch matrizengesteuerte Polymerisation
- Alle Zellen transkribieren Teile ihrer Erbinformation in die gleiche Zwischenform
Ribonukleinsäure (RNS/RNA)
- Alle Zellen übersetzen RNA auf die gleiche Weise in Protein
- Alle Zellen verwenden Proteine als Katalysatoren
- Alle Zellen arbeiten als (bio)chemische Fabriken, die die gleichen Grundbausteine
handhaben
- Alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben durch die Nährstoffe und
Abfallstoffe passieren
- Alle Zellen haben Gene, die Abschnitte der Erbinformation, die jeweils einem Protein
entsprechen (zum leben braucht es weniger als 500 Gene!)
- Alle Zellen brauchen (viel) freie Energie
Wieso braucht es Kompartimente in den eukaryotischen Zellen?
Kompartimente ermöglichen die intrazelluläre Arbeitsteilung. Dies ermöglicht eine enorme Differenzierung und Leistungssteigerung. Kompartimentierung ist Voraussetzung für die Entstehung komplexer,
differenzierter Organismen.
Typische Kompartimente einer Eukaryotenzelle
Cytoplasma
Zellkern (Nukleus)
Nukleolus
Golgi Apparat
Centrosom (nur tierische
Zellen und niedere Pflanzen)
Endoplasmatisches Reticulum
Verschiedenste Vesikelarten
Mitochondrien
Zilien/Microvilli
Vakuolen (Pflanzen, Pilze)
Plastiden (Pflanzen)
Was sind Organellen?
Intrazelluläre, membranumhüllte Kompartimente. Sie besitzen eine bestimmte Struktur und Funktion.
Weitere Komponenten der einer typischen Eukaryotenzelle?
Zytoskelett (Aktin, Mikrotubuli, Intermediärfilamente)
Zentriolen
Spindelpolkörper (Pilze)
Extrazelluläre Matrix (Tierische Zellen)
Zellwand (Pflanzen und Pilze)
Chromosomen/DNA
RNA
Lipide
verschiedenste Proteine/
Proteinkomplexe (z.B. Ribosomen)
Nährstoffe/Mineralien/Salze
Wasser!
Eigenschaften von Wasser
- In festem Zustand leichter als in flüssigem
- Netzwerk von Wasser extrem dynamisch
- Es ist polar
- Ionen lösen sich in Wasser
Organische Moleküle in der Zelle
Bausteine:
- Zucker -> Polysaccharide
- Nukleotide -> Nukleinsäuren DNA/RNA
- Aminosäuren -> Proteine
- Lipide/Fettsäuren -> Fette/Membranen
Oligosaccharide
Kurze Zuckerketten welche meist an andere Biomoleküle (Proteine, Lipide) angehängt werden. Dies ist wichtig für die Zell-Zell-Erkennung. Wichtig für die Zell-Zell-Erkennung, wird aber auch von Viren missbraucht.
- Beispiel: Blutgruppensystem (A und B-Typen exprimieren verschiedene Glycosyltransferasen welche die Zuckeranhängsel Proteinen verschieden modifizieren. Das Immunsystem bekämpft uinbekannte Zuckeranhängsel.
Polysaccharide
Lange Zuckerketten.In tierischen und Pilzen als Glykogen bezeichnet (Pflanze: Stärke -> andere Verzweigung). Glykogen wird in den Muskel- und Leberzellen gespeichert.
Lange Zuckerketten -> Kohlenhydrate
Kohlenhydrate
- Lange Zuckerketten welche als natürliches Produkt in der Photosynthese hergestellt werden. Die Ketten (Disaccharide, Oligosaccharide, Stärke) werden bei der Verdauung in Monosaccharide zerteilt.
- Sie sind der Hauptlieferant der meisten Zellen, weil sie anaerob über die Glycolyse abgebaut werden können. Das Endprodukt (Pyruvat) wird dann noch in den Mitochondrien durch Oxidierung noch in 15x Energie verwertet.
Nucleotide als Energielieferanten
ATP -> Adenosintriphosphat, entsteht in der Glycolyse und Oxidation
GTP -> Guanintriphosphat, entsteht während dem Citratzyklus
- Sie binden nicht kovalent an ihre Zielenzyme und generieren durch Abostossung eines Phosphates Energie. (Hydrolyse)
- Die Anhydridbindungen bei den Triphosphaten zwischen den Phosphaten kann sehr leicht hydrolisiert werden und generiert viel Energie.
-
- 1 / 423
-
Lernkarten
Historischer Zufall (WGD)
WGD -> Whole Genome Duplication
Historischer Zufall und nur eine Momentaufnahme dieses Falles.
Regulatorische oder funktionelle Spezialisierung (Bezüglich Pflanzenzytoskelett)
In Wurzelhaaren können verschiedene Aktine ein mutantes Aktin2 ersetzen -> keine funktionelle Spezialisierung aber zellspezifische Expression (Aktin1 in reproduktiven Organen)
Dazu kann ein Versuch durchgeführt werden: Verschiedene Actinsequenzen geprüft ob sie den Phänotyp retten können.
Zeigt nun: Es handelt sich bei der Arabidoxis um eine regulatorische Flexibilität, während es sich bei der Drosophila um eine funktionelle Divergenz handelt.
Funktionen der nukleären Lamina
Die nukleäre Lamina ist wichtig für die Interaktion der Zellkernhülle mit Chromatin und reguliert somit die Genexpression. Dies ist wichtig für die Transkriptionsfaktoren.
Reverse fountain streaming
Cytoplasmatisches Streaming -> Grosse Partikel nicht in der Spitze, nur kleine Vesikel an der Spitze. (Am Beispiel des Pollenschlauchs)
Die Pollenschlauchspitze
Sekretorische Vesikel werden an Aktinfilamenten zur Spitze transportiert. Andere Organellen sind von der Spitze ausgeschlossen.
Regulation der Aktindynamik
In der Pollenschlauchspitze befindet sich eine hohe Konzentration an Ca2+. Dies führt zu kurzen Actinfilamenten in der Spitze und je weiter hinten im Pollenschlauch desto länger die Actinfilamente (weniger Ca2+)
Aktinabhängige Mobilität: Chloroplasten
Je nachdem wie gross die Lichteinstrahlung auf ein Chloroplast ist, muss sich der Chloroplast vertikal drehe um die Oberfläche gegenüber dem Licht zu vermindern.
Ein grosser Chloroplast. Je stärker das Licht, desto mehr dreht sich der Chloroplast bis er vertikal liegt und möglichst wenig Licht aufnimmt.
Wie kann Ich wissen ob Actin dafür zuständig ist? Element hinzufügen welches Actin hemmt.
Kortikale Mikrotubuli
Sie orientieren die Zellpolarität und -elongation. Sie sind unterhalb der Zellmembran sehr parallel angeordnet. Kortikale MT (Zellkortex) und Zellulose Mikrofibrillen (Zellwand) haben die gleiche Orientierung.
Die Pflanzenzelle kann sich nur durch den Turgodruck ausdehnen, wenn auch Mikrotubuli anwesend sind welche sich ausdehnen können. Die Aufnahme von Wasser in die Vakuolen produziert einen hohen Turgodruck auf die Zellwand. Wenn diese aufgelockert wird, beispielsweise durch Zellwandproteine, kann sich die Zelle ausdehnen (Streckenwachstum). Die Mikrofibrillen sind immer senkrecht zur Elongationsrichtung.
Wie orientieren sich Mikrotubuli nach aus in der Pflanzenzelle?
Die Orientierung wird durch mechanische Kräfte reguliert. Sie regulieren sich meist dem Stress aus.
Wovon hängt die Reorientierung der Mikrotubuli ab?
Sie hängt von der Minus-End Dynamik ab.
Auch hängt sie vom Gen SPIRAL2 (SPR2) ab. Dies markiert das Minus-Ende der MT und verlängert die Lebenszeit potentieller "severing sites". Die dadurch erhöhte MT Dynamik erlaubt die schnelle Reorientierung des MT Arrays. Sie besitzen nun die Möglichkeit sich 90 Grad zu drehen und gegen das Licht zu wachsen. Siehe Video (Vorlesung)
Mitose in Tier- und Pflanzenzelle
Sie besitzen eine unterschiedliche Spindelpolstrukturen. Die tierischen Zellen besitzen eine Fokus der Spindel, während die Pflanzenzellenspindel verteilt sind.
Centrosom-Zyklus in Tierzellen
Vergleich Interphasen und Mitotischer Extrakt beüzglich Astern
Es wird ein Extrakt aus Xenopus Eiern genommen. Ein Extrakt in der Interphase und der andere in mitotischer Phase. Durch Taxol-induzierte Polymerisation können sich Mikrotubuli bilden. Im Interphasenextrakt entstehen Mikrotubuli aber keine radiale Astern. Beim mitotischen Extrakt entstehen radiale Astern. Diese Mikrotubuli funktionieren sogar, wenn Spermien dazugegeben werden, es bildet sich eine Äquatorialplatte mit Bipolarität.
Bildung der Spindel in Pflanzenzellen
Präprophasen-Band in Wurzelzellen
Vergleich Tier- und Pflanzenzellen Prophase, Prämetaphase
Metaphase und Anaphase, Tier- und Pflanzenzelle
Telophase und Zytokinese in Tier- und Pflanzenzelle
Ausbildung des Phragmosoms
Ein Phragmosom ist ein Teil der Zelle der freigemacht wird um die Vakuole während der Mitose dort zu platzieren. Die Vakuolen zerkleinern sich erst.
Wie wird die neue Zellwand bestimmt?
Durch das Präprophasen-Band. Es bestimmt die Lokalisation der neuen Zellwand.
Zytokinesische Organelle der Pflanzenzelle: Phragmoplast
MT und Actin im Phragmoplasten
Zusammenfassung Phragmoplastenbildung
Die Zellteilung (M-Phase)
Die zentrale Aufgabe der Zellteilung ist die Komponenten einer Zelle in zwei Teile aufzuteilen so, dass beide Tochterzellen alles Notwendige zum überleben und wachsen erhalten. Das funktioniert nur, wenn alle Funktionen mindestens im Doppel vorliegen und gerecht aufgeteilt werden.
In der frühen Embryogenese ist soviel Material, dass viele Zellteilungen hintereinander geschene, ohne die Notwendigkeit von Zellwachstum. Der Vorteil darin besteht, dass eine schnelle Entwicklung ohne Ernährung möglich ist. Ohne Wachstum werden die Zellen immer kleiner.
Aufteilung der Zellteilung
Kernteilung und Cytokinese.
Während der Kernteilung wird die DNA mit der Erbinformation ganz präzise in zwei Teile aufgeteilt. Man unterscheidet dabei die Mitose, die ungeschlechtliche DNA Teilung und die Meiose, welche zur geschlechtlichen DNA Teilung notwendig ist.
Die Cytokinese teilt das Cytoplasma mit der separierten DNA auf und schliesst die Zellteilung ab. Die DNA muss präzise aufgeteilt werden, während die Organellen +/- verteilt werden können.
Was haben alle Spindelformen gemeinsam?
Bipolare Struktur
Die mitotische Spindel - eine Mikrotubulimaschine
Die Spindeln sind ein System, in dem Mikrotubuli und Motorproteine eine Kräftebalance generieren.
Die Phasen der Mitose (Pro-, Prometa-, und Metaphase)
Prophase: Verdoppelte DNA wird verdichtet und Spindelaufbau beginnt. -> Duplizierte Centrosomen werden separiert.
Prometaphase: In meisten Eukaryotenzellen bricht der Zellkern auf. Die Centromere mit den Kinetochoren der Schwesterchromatide sind nun frei für die +Enden. Je nach Zellart öffnet sich der Zellkern nicht vollständig oder gar nicht.
Metaphase: Chromosomenpaare sind in der Spindelmitte angeordnet. Je ein Centromer ist über die Mikrotubuli mit jeweils einem Spindelpol verbunden.
Die Phasen der Mitose (Ana- und Telophase, Cytokinese)
Anaphase: Die Schwesterchromatiden werden getrennt und auseinandergezogen zu den Spindelpolen. Gleichzeitig entfernen sich die Centrosomen voneinander.
Telophase: Ein neuer Zellkern bildet sich, was die Mitose abschliesst. Gleichzeitig beginnt die Cytokinese.
Cytokinese: Sie trennt nun die beiden neuen Zellkerne und den Rest der Zelle ab und schliesst somit die Zellteilung ab.
Die Prophase - Verdichtung
Die DNA wird so fest verdichtet, dass sie in form von Chromosomen im Lichtmikroskop sichtbar wird. Die Verdichtung dient zur sauberen Auftrennung der DNA.
DNA in Interphase
Nucleosomen sind die Grundeinheiten der eukaryotischen Chromosomenstruktur.
Prophase - Kondensation der DNA
Nach der Replikation sind die zwei DNA Stränge durch Cohesinkomplexe verbunden. Um die DNA weiter zu entflechten und verdichetn, werden die Histone modifiziert und die Cohesinkomplexe lagern sich an die Schwesterchromatiden.
Prophase - Entstehung der mitotischen Spindel
Die Centrosomen mit den Centriolen wurden vor der Mitose dupliziert und dienen nun meist als zwei unabhängige Zentren der Mikrotubulikeimbildung via den r-Tubulin-Ring-Komplex (r-TuRC). Noch ausserhalb des Zellkerns entsteht eine erste bipolare Struktur. Dabei produzieren mehrere Mikrotubulimotoren die notwendige Kräfte. Die -Enden sind Richtung Spindelpole und die +Enden können somit davon wegwachsen.
Die Mikrotubuli wachsen in einem dynamischen Gleichgewicht.
Dynein hält sich an der Membran fest. Sobald es ein Mikrotubuli erfasst hat, will es zum anderen Ende laufen. Da es aber fixiert ist, zieht es automatisch am Mikrotubuli.
Prometaphase - Die Zellkernmembran entfällt
Die Aktivierung der M-Cdk (Eine Kinase: Zentraler Regulator der Zellteilung) verändert die Proteinkomposition der Kernhülle (v.a. Kernporenproteine und Lamina). Die Lamina wird phosphoryliert, weswegen die Kernhülle zerfällt. Die sich bildende Spindel kann nun die geschwächte Kernhülle mittels Dynein zerreissen. Die Kernhülle wird vom Endoplasmatischen Retikulum absorbiert.
Prometaphase - Die Chromosomenausrichtung I
Kinetochor: Grosser Proteinkomplex im Bereich der Centromere, der Mikrotubuli und Chromosomen verbindet. Der innere Kinetochor verbindet mit der DNA mittels einer speziellen H3 Histonvariante. Der äussere Kinetochor verbindet mit den Mikrotubuli +Enden. (Bei uns 40/Kinetochor)
Auf was muss beim Verbinden geachtet werden? Bipolare Ausrichtung, damit während der Anaphase je ein Chromosom an die beiden Spindelpole gezogen werden kann.
Ndc80 produziert einen Hohlraum, darin können die Mikrotubuli noch wachsen
Prometaphase - Die Chromosomenausrichtung II
Die freigelegten mitotischen Chromosomen rekrutieren ein GEF (RCC1) -> MERKEN!
Dieses GEF aktiviert die Ran GTPase. Da Ran das GTP global hydrolysiert, entsteht ein RanGTP Gradient um die Chromosomen.
RanGTP: Fördert das Mikrotubuliwachstum in der Nähe der Chromosomen und aktiviert ein Protein welches die Keimbildung neuer Mikrotubuli um die Chromosomen fördert. Chromosomen können sich auch mit Hilfe der Chromokinesine über die Chromosomenarme mit den Mikrotubuli verbinden.
Prometaphase - Die Spindelbildung ohne Centrosom
Spindeln ohne Centrosomen: Sie nutzen die lokale Keimbildung um Mikrotubuli an den Kinetochor zu binden. Motoren werden rekrutiert und der Rest ist Selbstorganisation.
Die Spindelbildung mit Centrosom
In Spindel mit Centrosomen: Hier werden die Chromosomen auch von centrosomalen Mikrotubuli in einem "Such und Fang" Mechanismus gefunden. Auch hier werden Motoren rekrutiert.
Prometaphase - Chromosomen und Spindel verbinden sich
Interpolare Mikrotubuli: Verbinden die beiden Spindelpole indem sie mit den +Enden eine antiparallele Überlappzone generieren.
Astrale Mikrotubuli: Sie verbinden die SPindel mit dem Zellcortex.
Kinetochormikrotubuli: Verbinden +Enden mit den Kinetochoren auf den Chromosomen (erst ab Prometaphase)
Prometaphase - Kräfte die auf Chromosomen wirken
Drei Hauptkräfte können während der Prometaphase auf die Kinetochoren wirken.
1) Mikrotubulidepolymerisation
2) Mikrotubulipolymerisation
3) Kinesin 4 und 10
