DerZellkern

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

DerZellkernistdasältesteZellorganell

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)

DerZellkernistvoneinerDoppelmembranumhüllt

Nukleolus=“Kernchen”:OrtderSynthesevonRibosomen(merken,beliebtePhysikumsfrage!)

Kernhülle:Doppelmembran(äussereMembran,perinukleärerRaum,innereMembran)

PerinukleärerRaum: stehtmitendoplasmatischemRetikulumindirektemKontakt(sieheVorlesungER)

Kernporen:KomplexezumMolekültransportinKernmembran

PorenkomplexevermittelndenMolekültransportzwischenZellkernundCytosol

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)

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

Frage: Wo gibt es in der Zelle noch DNA, welche NICHT in

Chromosomen geordnet ist?

ImZellkernistdieDNAinChromosomengeordnet

ChromosomenhabeneinespezifischeForm

Wozu?StabilitätundReplikation

AnsatzstellefürMikrotubuliwährendZellteilung

VerhindernVerkürzenderChromosomen

beiVerdopplungderDNA

ChromosomenhabeneinespezifischeForm

Menschliche Mitose-Chromosomen 22 autosomale Chromosomen(paare) X-Chromosom Y-Chromosom

Centromere

Giemsa-Färbung Dunkle G-Banden: Reich an Adenin, Thymin (AT)

Aufbau der Chromosomen

FISH:FluoreszenzinsituHybridisierung,mitHilfeChromosome-spezifischerDNA-Sonden

In der Interphase wird die Chromosomenstruktur aufgelockert um Transkription zu ermöglichen

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

Nucleosomen: Pearls on a string

Perlenschnur-Struktur bleibt auch in der Interphase erhalten

DNA

Nucleosom- kern

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

Verpackung des Chromatins: von der Perlenschnur zum Chromosom

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

DasBarr-KörperchenbeinhaltetdasinaktivierteweiblicheX

aktivesX-ChromosomkanninmanchenZelleneine“Drumstick”(Trommelschlegel)-Formannehmen

GeschlechtserkennungperBarr-Körperchen

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