Biologie

DNA liegen nicht in einem Stück vor, sondern ist in mehreren Abschnitten unterteilt, den Chromosomen. Zudem ist der DNA-Faden an Eiweissmolekülen, den Histonen, gebunden. Zusammen mit der eigentlichen Nukleinsäure (DNA) bilden sie das Chromatin.

Gameten (Geschlechtszellen) enthalten einen einfachen Chromosomensatz, sie sind haploid (n).

Bei der Befruchtung verschmelzen Gameten zur Zygote, der ersten Körperzelle. Die Zygote und alle aus ihr entstehenden Körperzellen enthalten dementsprechend einen doppelten Chromosomensatz; sie sind diploid (2n) $

In einer Körperzelle (=Somazelle) ist also jedes Chromosom zwei Mal vorhanden. Diese Chromosomenpaare bestehen aus zwei homologen Chromosomen.

Will sich eine Zelle verdoppeln (Mitose), so verdoppelt sie zuerst die Chromosomen, verkürzt sie und verteilt sie auf zwei neue Tochterzellen. Da die Kopien (Schwesterchromatiden) zuerst noch am Znetromer miteinander verbunden sind, sieht ein typisches Chromosom von der Mitose X-förmig aus. (Die Chromosomen sind im Lichtmikroskop nur in diesem Zustand extremer Verkprzung zu erkennen; häufig sind sie deshalb x-förmig dargestellt).

Gap1, Synthese, Gap2, Mitose (Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase), Cytokinese / G0

Sie dient zur Erneuerung und Reperatur von Geweben und Organen.

Einzeller

10-24 h

Die Zellen des Herzmuskels, der Augenlinse, Gehrinzellen haben ihre Teilungsfähigkeit verloren.

Aus der Zellteilung gehen zwei genetisch identische Zellen hervor.

Dazu werden die Zellbestandteile zusammen mit dem Cytoplasma gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. Die DNA nimmt hierfür eine Transportform ein.

Damit jedoch überhaupt genetisch identische Zellen entstehen können, muss die Erbsubstanz zuvor verdoppelt werden. Zellwachstum. Die DNA liegt hierbei nicht in ihrer Abreitsform, sondern in ihrer Transportform vor.

Die Interphase/Wachstumsphase

Die Teilungsphase/Mitosephase

In der Mitophase lässt sich die Kernteillung (Mitose) von der eigentlichen Zellteilung (Cytokinese) --> herstellung des Zellplasma unterscheiden.

ruhig und ereignislos, längste Zeit. Die Zeit zwischen Zellteilung ist eine Abreitsphase mit intensiver Stoffwechselaktivität(Gap1 / Gap2). Im mittleren Zeitabschnitt wird die Erbinformation verdoppelt = S-Phae, Synthese von DNA. In den Gap Abschnitten wachsen die Zellen stark. Hierfür werden die genetischen Informationen abgelesen und in Proteine umgesetzt. Als G0 Phase wird eine Zelle bezeichnet, die ihre Teillungsaktivität ganz eingestellt hat und in der Arbeitsphase verharrt.

In der Mitosephase entsehen durch Kern- und Zellteillung zwei neue Zellen. Die Schwesterchromatiden jedes Chromosoms, die genetisch identische Informationen tragen, werden auf die beiden entgegengesetzten Zellpole verteilt.

Nach der Kernteillung findet die eigentliche Zellteilung oder Cytokinese statt.Tierische Zellen werden im Bereich der Zellmitte durchgeschnürt. (wie Gurt mit AKtin und Myosin) In Pflanzenzellen, die von einer festen Zellwand umgeben sind, teilt sich das Cytoplasma, indem senkrecht zwischen den entstehenden Tochterzellen eine Zellwand aufgebaut wird.

Kern- und Zellteillung sind normalerweise gekoppelte Vorgänge.

Aber auch bei optimaler Nährstoffversorgung teilen sich die Zellen nur, wenn zusätzlich ein als Wachstumsfaktor bezeichneter Regulatorstoff vorhanden ist. Eine hohe Zelldichte hemmt die Zellteilung. Die Abnahme der Zelldichte regt die Teilung an.

Der korrekte Ablauf des Zellzyklus ist für das Überleben eines Organismus von entscheidender Bedeutung. In der Zelle finden offenbar nach jedem Übergang von einer Phase zur nächsten Qualitätsprüfungen statt. Diese Kontrollpunkte werden nur dann passiert, wenn der vorhergehende Arbeitsschritt vollständig und korrekt ausgeführt wurde. --> Schalter = Enzyme --> Restriktionspunkt

Kontrollpunkt liegt bei G1 und G2 wenn Kriterien nicht erfüllt, dann in  G0 Phase.

die Vermehrung wird nicht unbegrenzt fortgesetzt (in Zellkulturen). Die Zylken verlaufen immer langsamer und kommen schliesslich zum Stillstand. --> Zellalterung

Bei Tumorzellen sind die Regulationsmechanismen des Zellzyklus ausser Kraft gesetzt.

Das Kernplasma wird durch eine Hülle aus zwei Membranen abgegrenzt. Die Kernhülle ist mit dem ER (Endoplasmatischen Ritikulum) verbunden. Sie besitzt Poren, die einen kontrollierten Stoffaustausch zwischen Kern und Cytoplasma ermöglichen.

Das Kernplasma enthält feine Fäden, die wegen ihrer Färbbarkeit als Chromatinfasern (chroma gr. Frabe) bezeichnet werden. Die Chromatinfasern bestehen aus DNA und Eiweissen. Chromatin = mehrere Fäden.

Der Kern einer menschlichen Zelle besitzt 46 solche DNA-Fäden mit einer Gesamtlänge von 2.5 m. Jeder DNA-Faden ist mit Eiweiss zu einer Chromatinfaser zusammengepackt. Die DNA enthält die Information, die Eiweisse spielen beim Lesen dieser Informationen eine Rolle. Wegen Länge = spiralisiert.

Wenn sich eine Zelle teilt, muss sich zuerst der Kern teilen. Dazu werden die Chromatinfasern in eine besser transportierbare Form gebracht. Sie verkürzen und verdicken sich durch mehrfache Spiralisierung zu gut sichtbaren Würstchen, die Chromosomen genannt werden. Die Zahl der Chromosomen ist in allen Körperzellen aller Lebewesen derselben Art gleich gross. So besitzten Menschen 46, Honigbienen 16, Kartoffeln 48.

Neben dem Chromatin enthalten die Zellkerne mindestens ein kleines Körperchen, das auch im LM sichtbar ist: das Kernkörperchen. Es bildet Bauteile für die Ribosome. Kerne pflanzlicher Zellen besitzen meist mehrere Kernkörperchen.

Er bewahrt das Erbgut.

Er steuert mit dem Erbgut die Entwicklung und die Aktivität der Zelle.

Er verdoppelt das Erbgut, bevor sich die Zellle teilt.

Er ist der Hauptträger des Erbguts, der DNA.

Die Herstellung von Enzymen.

Die Aktivitäten der Zellen basieren letztlich alle auf chemischen Reaktionen. Diese verlaufen grundsätzlich nur, wenn die entsprechenden Enzyme vorhanden sind. Da jede Reaktion durch ein spezifisches Enzym katalysiert wird, lässt sie durch die Herstellung dieses Enzyms in Gang setzen und durch den Abbau des Enzyms ausschalten. Der Kern steuert also die Reaktion in der Zelle über die Herstellung von Enzymen.

Enzyme = Eiweisse

Ihre Moleküle werden - wie alle Eiweiss-Moleküle - an den Ribosomen durch die Verknüfung von vielen Amionsäure-Molekülen zu unverzweigten Ketten hergestellt. Dabei benutzen die Zellen 20 verschiedene Sorten von Amionsäuren. Jedes Eiweiss hat eine definierte Primärstruktur mit einer spezifischen Sequenz der Aminosäuren. Darum benötigen die Ribosomen für die Synthese eines bestimmten Eiweisses ein Rezept, das beschreibt, welche Amionsäuren in welcher Reihenfolge verknüpft werden müssen.

Dieses Rezept ist eine RNA (Ribonucleinsäure), die man nach ihrer Funktion als Boten-RNS oder messengar-RNA kurz mRNA bezeichnet. Die Makromoleküle der RNA bestehen wie die DNA-Moleküle aus vielen Nucleotid-Molekülen, wobei auch vier Nucleotid-Sorten vorkommen. Die Abfolge dieser vier Bausteinsorten (Sequenz) in einem mRNA-Molekül enthält die Information für den Bau eines Eiweisses. Die mRNA wird im Kern hergestellt, indem der Abschnitt der DNA (das Gen) mit der Information für das entsprechende Eiweiss abgeschrieben wird. Die mRNA wird zu den Ribosomen gebracht und dient als Rezept für den Aufbau eines Eiweisses.

Ein Abschnitt der DNA, der die Information für den Bau eines Eiweisses enthält, wird als ein Gen bezeichnet. Das menschliche Erbgut umfasst schätzungsweise 30'000 Gene.

Der Kern steuert also die Zelle über die Enzyme, die alle Reaktionen katalysieren. Um eine bestimmte Reaktion in Gang zu bringen, lässt er an den Ribosomen das betreffende Enzym herstelen. Wir fassen die vier Schritte kurz Zusammen:

- Im Kern wird eine mRNA als Rezept für ein Enzym hergestellt, indem das Gen, d.h. der Abschnitt der DNA, der die Information für dieses Enzyms enthält, abgeschrieben wird.

- Die mRNA gelangt vom Kern zu den Ribosomen und leitet hier den Aufbau des Enzyms aus den Amionsäuren. Die mRNA Sequenz der Amionsäuren im Enzym.

- Das produzierte Enzym katalysiert die Reaktion, die das gewünschte Produkt liefert.

- Das Enzym wird durch andere Enzyme gespalten und verliert dabei seine Wirkung, die katalysierte Reaktion kommt wieder zum Erliegen.

Die Erbinformationen

Der Kern bewahrt das Erbgut, das in der Reihenfolge der Nucleotide (A,C,G,T) der DNA gespeichert ist.

Beschleunigung durch Herabsetzen der Aktivierungsenergie einer Reaktion

Ein Enzym

-Bausteine der Proteine sind 22 Amionsäuren die wir mit unserer Nahrung aufnehmen.

Sie katalysieren die chemische Reaktion.

Durch chemische Reaktionen.

Ihr bestimmtes Enzym als Katalysator.