Biologie Semester 2 Zusammenfassung: Eukaryotenentstehung PDF

Zusammenfassung Biologie Semester 2 Verschiedene Möglichkeiten, um die Domänen Beziehungen im Lebensbaum zu sehen A: Drei Domänen Baum: Basierend auf rRNA Phylogenie, Gleichrangige Domänen B: Zwei Domänen Baum: Bakte...

Zusammenfassung Biologie Semester 2 Verschiedene Möglichkeiten, um die Domänen Beziehungen im Lebensbaum zu sehen A: Drei Domänen Baum: Basierend auf rRNA Phylogenie, Gleichrangige Domänen B: Zwei Domänen Baum: Bakterien und Archaeen. Eukaryoten sind aus den Archaeen entstanden. C: Symbiose mit Mitochondrien: Weil Eukaryoten nicht nur evolvierte Archaeen sind, LECA hatte Mitochondrien. Sobald die Mitochondriale DNA miteinbezogen wird handelt es sich nicht mehr um einen gegabelten Graph. D: Symbiose mit Mitochondrien und Plastiden: Wenn Plastide ebenfalls miteinbezogen wird, entsteht eine neue Domäne mit Photosynthese betreibenden Eukaryoten. Diese Eukaryoten besitzen auch Gene von einem Plastid Vorfahren. Eukaryoten sind vermutlich aus Prokaryoten entstanden, die Eng miteinander Interagiert haben. Dies passiert oft, somit hätte es viele dieser Symbiosen geben müssen. Aber der Eukaryotische Phylogenetische Baum ist monophyletisch (haben alle den gleichen Vorfahren), es hat also nur einen Event gegeben, wo Eukaryoten entstanden sind. Entstehung von Eukaryoten: Textbuch Ansicht Eine Eukaryotische Zelle (oder Protoarchaeon) enstand aus einem Archaeon. Später wurde ein Alphaproteo- bakterium aufgenommen, welches zum Mitochondrium wurde und das Protoarchaeon aerob machte (-> Vorfahre heutiger Eukaryoten). Eine dieser aeroben Eukaryoten ging dann eine Endosymbiose mit einer Cyanobakterie ein, die dann zu den Plasmiden wurde. (-> Vorfahre heutiger Pflanzenzellen). Dies ist das klassische Modell, es gibt aber einige Probleme damit und es gibt mehr Modelle. Es wurde aber relativ lange angenommen, da es Eukaryoten ohne Mitochondrien gibt. Allerdings besitzen diese Eukaryoten Gene, die von Mitochondrien stammen (den Bauplan von Mitochondrien im Gen im Nukleus). Somit mussten diese früher auch Mitochondrien besitzen. Die Textbuchversion scheint somit doch falsch zu sein. Seite 60 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Endosymbiose Modelle Phagotropischer Ursprung Ein Alphaproteobakterium wurde von einer Phagozytose fähigen eukaryotischen Zelle gefressen aber nicht verdaut. Dadurch wurde es zu einem Organell. Syntrophischer / MDV Ursprung Ein Bakterium und ein Archaeon sind eine Symbiose eingegangen. Dadurch ist das Bakterium in das Archaeon aufgenommen worden. Der Nukleus hat sich erst später entwickelt. Inside Out Model Ein Archaeon hatte eine enge Symbiose mit einem Alphaproteobakterium (A). Das Archaeon entwickelte dann Strukturen, die die engere Zusammenarbeit mit dem Bakterium ermöglichen (B). Diese extrazellulären Domänen mussten schon Proteinsynthesen durchführen können, um optimal mit dem Bakterium interagieren zu können, was die Separation von Transkription und Translation begünstigt hätte können. Da die Proteinsynthese die meiste Energie benötigte fand sie immer mehr in der Nähe der Bakterien statt, während sich die extrazellulären Domänen immer mehr ausbreiteten (C, D). Die Bakterien wurden mit der Zeit die Mitochondrien (E) und an einem gewissen Punkt gab es eine Abgrenzung zwischen der neu entstandenen Eukaryotischen Zelle und der Umgebung (D). Das was wir heute als Nukleus kennen sind die Überbleibsel des ehemaligen Archaeons und das Zytoplasma sind die entstandenen Verlängerungen. Welches Modell stimmt? - Mitochondrien zuerst oder Später? - Outside-in oder inside-out? Seite 61 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Probleme: 1. Eukaryoten ohne Mitochondrien besitzen Gene von Mitochondrien in ihrem Genom. 2. Eukaryotische Lipide (z.B. für Nukleus Membran, ER, Golgi- Bakteriellen Ursprung. Archaeen besitzen andere Membranen und auch nicht die Maschinerie, um solche Membranen herstellen zu können (Bakterien schon). Diese Informationen hätten von Bakterien übertragen werden müssen, bevor die Zelle entstehen hätte können. 3. Woher kommen die Introns? 4. Was war der selektive Druck, welcher zur Bildung des Nukleus führte? -> Mitochondrien später Modelle scheinen falsch zu sein Zusätzlich zu 2: Argument für Mitochondrium first Modell Archaeen sowie Bakterien können keine Vesikel nach innen Formen und durch diese Stoffe transportieren. Sie können sie aber nach aussen bilden. Archaeen besitzen eine relativ ähnliche Maschinerie wie die Escort Maschinerie der Eukaryoten. Ein Alphaproteobakterium innerhalb eines Archaeons kann Vesikel mit Lipiden bilden (A). Archaeale und Bakterielle PM sind gut löslich ineinander und so könnte sich zuerst ein Mix aus Beiden gebildet haben (B). Später hat die Bakterielle PM die archaeale dann vollständig ersetzt (B+C). Dasselbe System könnte dann auch den Nukleus erschaffen haben, sowie das gesamte Lipidhandel System, dass nötig ist für Exozytose und Endozytose (D+E). Endosome (= Sortieren Vesikel) sind später entstanden, da weder Archaeen noch Bakterien ähnliche Systeme besitzen. -> Argumente, dass das Mitochondrium first Modell stimmt. Zusätzlich zu 2: Argument für Inside Out Modell Membrankontaktstellen zwischen den Extensionen des Archaeons und den Bakterien könnten schon sehr früh entstanden sein (LECA hatte die benötigten Proteine dafür schon). Durch diese haben die Bakterien ihre Lipide an die Wirtszelle übertragen, wodurch sich die bakterielle Lipid Die archaeale Membran wurde vollständig durch bakterielle ersetzt, da die archaeale Membran zwar sehr stabil ist, aber nur schlecht Stoffe hindurchdiffundieren lassen, was bei der bakteriellen Membran viel besser geht. Seite 62 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Zusätzlich zu 3: Typ II Introns (Bakterien) Typ II Introns (Introns = Stellen in der DNA, die nicht codiert sind) sind eine Art von selfish DNA, welche sich nach der Transkription durch seine Sequenz automatisch aus der prä-rRNA spliced und einen Ring formt. Die zwei encodierenden rRNA stücke können sich verbinden und werden zur mature- rRNA. Dies ist ein guter Weg für selfish DNA, sich ins Genom des Hosts zu implementieren, ohne ihm zu schaden oder ihn zu töten. Die heutigen Spliceosome haben sich vermutlich aus diesen Typ II Introns entwickelt. Die Introns in dem eukaryotischen Genom müssen daher von Bakterien stammen. Zusätzlich zu 4: Selektiver Druck für Nukleus Die Introns hatten vermutlich mit der Bildung des Nukleus zu tun. Seite 63 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Angenommen die Syntrophische Theorie stimmt: Bakterien wachsen viel schneller als Archaeen -> Viele Bakterien bildeten sich im Archaeon. Dies führte zu Kämpfen, was zu Lysis einiger dieser Bakterien führte. Die freie, bakterielle DNA fusionierte dann mit der archaealen DNA. Da Intron Transposone nicht in Archaeen vorkommen, hatte die archaeale Zelle keine Verteidigungsmaschinerien gegen diese und das Genom wurde stark von diesen angegriffen und Introns konnten sich an vielen Stellen niederlassen. Mit der Zeit haben gewisse dieser Introns andere gespliced und gewisse haben dadurch mit der Zeit ihre Eigenschaft zum selbst splicen verloren. Da Transsplicing eine gewisse Zeit dauert, wurden mit der Zeit fehlhafte Proteine gebildet (Introns wurden mit translatiert). In diesem Moment hat sich ein starker selektiver Druck aufgebaut, der zur Ausbildung des Nukleus geführt haben könnte. Mit ihm, haben die Splice Gene genug Zeit um ihre Arbeit zu machen, bevor die mRNA mit Ribosomen in Kontakt kommt (Transkription / Translation räumlich getrennt). Zusätzlich zu 4: Entstehung Nukleus beim Inside Out Modell Hier hat sich der Nukleus aus der ehemaligen archaealen Zelle gebildet. Die Abgrenzung des Nukleus von den extrazellulären Bestandteilen war wichtig, da es vermutlich auch hier Angriffe von Intron II Transposonen von den Bakterien gegeben hat. Zusammenfassung LECA besass vermutlich Mitochondrien und Eukaryoten sind ein Produkt der Symbiose zwischen einem Archaeon und einem Alpha-Proteobakterium. Es entwickelte sich: 1. Seperation von Translation und Transkription 2. 3. Den Nukleolus, um die Ribosom Biosynthese zu beschränken 4. Breit erweiterte Faltungs- und Proteinregulierungsmaschinerien 5. Generalisierte die Post-Translationale Regulation von Proteinen durch Modifikation (Phosphorylierung, Acetylierung) 6. Die RNAi Maschinerie 7. Das Cytoskelett: Seperation der Trnslation von der Transkription erlaubte vermutlich die Ausbildung des Cytoskeletts in dem Cytoplasma, um mit der Zellvergrösserung, der Chromosom Segregation und der Zellteilung klar zu kommen All dies war vermutlich möglich durch die enorme Erhöhung von verfügbarer Energie durch die Mitochondrien. Folgende Fragen bleiben unbeantwortet: Wieso gibt es mehrere lineare Chromosome? Was hat zu der Erhöhung der Genomgrösse geführt? Vorlesung 2 Es gibt 8 Reiche bei den Eukaryoten, die sich sehr früh (nach LECA) gebildet haben. Es gibt noch andere Modelle, um die Reiche zu beschreiben. Z.B. Nummer der Flagellen: Unikonts haben eine Flagelle, Bikonts besitzen 2 Flagellen und Intermediates scheinen auf den ersten Blick Unikonts zu sein, besitzen aber noch weitere kleinere Flagellen. Seite 64 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Nach LECA hat es viele Seperationen in Phylogenetischen Baum gegeben. Alle heute lebenden Organismen sind die auf dem linken Bild gezeichneten Dreiecke. Diese haben sich alle vor weniger als 650 Millionen Jahren entwickelt. Es scheint dort also einen Event gegeben haben, nach welchem nur einige Eukaryoten überleben konnten. Die Entstehung von Landpflanzen scheint ein wichtiges Ereignis zu sein (Glukose an Land verfügbar in deren Früchten). Reiche der Eukaryonten Orphans Sehr kleine, multizelluläre Organismen. Z.B: Coccolithophyceae formten unsere Erde, da die Felsen aus dessen Hüllen (CaCo3) bestehen. A: Die Hülle hilft den Organismen bei der CO2 Anreicherung und Reflektiert das Sonnenlicht um sie bei der Photosynthese zu unterstützen. B: Sie schützt vor UV Strahlung C: Die Hülle schützt ausserdem vor Viraler oder Bakterieller Infektion sowie davor, vor anderen, grösseren Protisten gefressen zu werden Rhizaria Grundsätzlich Heterotroph, Zwei grosse Kladen (= Monophyletische Gruppe) 1. Foraminifera: Grosse Hülle (0.5 20mm) mit diversen Kompositionen im Normalfall aus CaCo3, 10 000 lebende Spezies, einer oder zwei Nuclei, sehen aus wie Schnecken, bestehen aber nur aus einer einzigen Zelle 2. Radiolaria: Durchschnittliche Zellgrösse (0.1 0.2 m), internes Skelett aus Silikaten, wenn sie sterben und im Meer sinken, verdichten sie sich und bilden Feuerstein (war mal sehr wichtig für die Menschheit) Seite 65 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Alveolata Neben ihrem Flagellum befinden sich einige Alveolen, wessen Funktion noch nicht ganz klar ist. 3 Grosse Kladen: 1. Dinoflagellate: Plankton, Zellwand aus Zellulose, 1500 lebende Spezies, produzieren Toxine, Autotroph/Mixotroph 2. Apicomplexa: Leben als Parasiten in Tieren (z.B. Plasmodium = Erreger von Malaria) 3. Ciliate: Plankton in Salz- und Süsswasser, Autotroph/Mixotroph, Symbiont in der Darmflora einiger Tiere, Mehr als 40 000 lebende Spezies Ciliate (Teufeltierchen) Ist relativ gross (200 m = 0.2 mm) und besitzt einen Mund, der Phagozytose erlaubt. Die Cilia erlauben die Fortbewegung. Besitzen eine Contractile Vakuole und zwei Nuklei: Den Makronukleus, worin sich das die Genexpression abspielt und einen Mikronukleus, in welchem sich eine Kopie des Genoms befindet. Diese Mikroorganismen können Algen in ihren Vakuolen lagern ohne diese zu töten. Diese Algen betreiben Fotosynthese und versorgen ihren Wirt mit Energie, und der Wirt schützt die Algen vor Fressfeinden. Stramenophile Bicons, welche einen Pilus besitzen, welcher mit vielen kleineren Pili ausgestattet ist. Es gibt 3 Kladen in diesem Reich: 1. Diatome: Autotroph, 20 000 lebende Spezies, Unizelluläres Plankton, 2-200 aus Silikaten, Produzieren 20-50% des Sauerstoffs weltweit, erzeugen Diatomit (Kieselgur) 2. Gold (Süsswasser) und Braunalge (Salzwasser): Autotroph, gross, Multizällular 3. Oomycete (Algenpilz): Heterotroph, Filamentöse (= Fadenförmig) Organismen, die aussehen wie Pilze aber keine sind. Gamete besitzen Flagellen, Einige leben als Pflanzen pathogene. Seite 66 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Archaeplastida Viele unizelluläre und multizelluläre Kladen, alle autotroph (Photosynthese). Besitzen einem grünen Chloroplast. Wichtige: 1. Rhodophyta (Rotalge): 7000 lebende Spezies, die meisten multizellulär 2. Chlorophyta: 7000 lebende Spezies, unizelluläre und multizelluläre grüne Algen in Süss- und Salzwasser 3. Embryophyta (Landpflanzen): >350 000 Spezies Excavata Unizelluläre Protisten mit Flagellen, normalerweise heterotroph (ausser Euglena) 1. Euglenozoa: Freilebend oder Parasitär 2. Metamonada: Besitzen keine Mitochondrien, heterotroph, leben im Darm von Insekten oder sind Parasiten von Säugetieren Amoebozoa Die meisten von ihnen haben das Flagellum verloren. Mayorella besitzt Pseudopods, mit welchem es Sandkörner (um abzusinken) oder andere kleine Organismen aufnehmen können. Das Zytoplasma besteht aus zwei Teilen: Das Endoplasma ist sehr Dicht und das Ectoplasma ist nicht sehr dicht und nur mit Flüssigkeit gefüllt. Seite 67 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Opisthokonts Grundsätzlich Multizellulär, besitzen flagellen und sind heterotroph. Drei Hauptgruppen: 1. Pilze: 150 000 lebende Spezies, grundsätzlich ohne Flagellum, aber einige haben noch eins. Formen netzwerke (Mycelia, ein, zwei oder hunderte Nuklei pro Hypha) oder bleiben unizellulär (Hefe). Besitzen eine Chitin enthaltende Zellwand. Grundsätzlich Saprophyte, können in mutualistischen Beziehungen mit Insekten, (Ameisen und Termiten kultivieren Pilze als Nahrungsquelle) Algen (Lichen) oder Parasiten (Candida albicans) leben 2. Choanoflagellate: Nächste Verwandte der Tiere, welche noch immer unizellulär sind. Leben in Kolonien mit verschiedenen Zellen. 3. Tiere Symbiose in Eukaryoten Endosymbiose: Sekundäre Endosymbiose: Durch sekundäre Symbiose eines Eukaryoten mit einer Rotalge oder einer Grünalge enstanden Plastide, die es den Eukaryoten ermöglichte, Photosynthese zu betreiben. Kleptoplastie: Eine Schnecke frisst Grünalgen, die als Chloroplasten wirken und sich auf dem Rücken der Schnecke befinden. Mikrobiom: Gewisse Mikroorganismen werden von einem Host nicht getötet und können diesem sogar helfen. Z.B. Darmflora LECA Wenn man sich die Eigenschaften der heute Lebenden Eukaryoten anschaut (besitzen sie ein Flagellum, schliessen, dass wenn alle oder die meisten etwas besitzen, dass auch LECA dies besass. Es scheint, dass LECA alles hatte und sich Eukaryoten seitdem spezialisiert haben, Strukturen anpassten oder verloren haben, wie es am besten zu ihrem Lifestyle passt anstelle komplett neuer Strukturen zu erfinden. Was führte zu dieser Explosion der Diversität? Seite 68 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Vorlesung 3 Der Sexuelle Zyklus Beispiele Diatome Bei pennaten Diatomen (nicht männlich oder weiblich, isogamos) werden die Zellen immer Kleiner, da sie bei der Zellteilung eine normalgrosse und eine kleinere Schale bilden müssen. An dem Punkt, an dem die Zellen zu klein sind, gehen 2 von Diploid (= Infos von beiden Elternteilen, 2n) zu Haploid (= Infos von einem Elternteil, n) über und betreiben zu zweit Meiose. Dabei formen sie 4 Nuklei und jeder der Zelle bekommt 2 unterschiedliche, welcher dann wieder zu einem Nukleus fusioniert wird. Ab diesem Zeitpunkt werden 2 wieder Diploide Auxosporen gebildet, die zu Initialen Zellen werden, die grössere Zellschalen billden, welche dann wieder zu normalen vegetativen Zellen werden. Diese haben dann wieder die Anfangsgrösse und der Zyklus beginnt von vorn. Bei zentrischen Diatomen (anisogamos) gibt es einen ähnlichen Kreislauf. Aber einige Zellen sind männlich und bilden Spermzellen, die zu den fertilen Zellen schwimmen können und dort eine Meiose bilden. Ciliate Paramecium besitzen einen Makronukleus und einen Mikronukleus und können maximal 200 Zellteilungen durchführen, dann werden die Zellteilungen immer langsamer und immer mehr Zellen sterben (sie «altern»). Zwei Zellen, die mindestens 75 Zellteilungen durchgeführt haben kommen zusammen und führen eine Konjugation durch (= die beiden Zellen verbinden sich) und führen dann eine Meiose durch. Es bildet sich in jeder Zelle zusätzlich 3 Mikronuklei (also insgesamt 4 haploide Mikronuklei aus einem diploiden Mikronukleus pro Zelle). Jede Zelle tötet dann 3 davon und kopiert den verbleibenden, sodass noch 2 Mikronuklei in jeder Zelle vorhanden sind. Dann wechseln die Zellen je einen, sodass jede Zelle 2 unterschiedliche Mikronuklei besitzt, welche dann fusionieren (Syngamie) und das Matingpaar teilt sich. Der fusionierte, wieder diploide Mikronukleus wird druch 3 Mitosen geteilt, wodurch 8 identische Mikronuklei entstehen. Der Makronukleus zerfällt und 4 Mikronuklei werden die neuen Makronuklei. Durch Zellteilung entstehen 4 identische Tochterzellen mit je einem Mikronukleus und einem Makronukleus und der Kreislauf beginnt wieder von vorne. Bei diesem Prozess gibt es 7 Zelltypen und man benötigt einen anderen Zelltyp für ein Matingpaar. Wenn die 200 Zellteilungen abgeschlossen sind, und die Zelle kein Partner gefunden hat, so teilen sich die zwei Mikronuklei von Paramecium aurelia durch Meiose in 8 haploide Mikronuklei, wovon 7 zerstört werden und der Makronukleus löst sich auf. Der verbleibende Makronukleus wird durch Mitose verdoppelt und durch einen Temorären Protoplamsmatischen Kegel zu einem diploiden Seite 69 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Nukleus fusioniert. Dieser wird 2-mal geteilt (4 Nuklei insgesamt) und 2 werden zu Mikronuklei und 2 zu Makronuklei. Die entstandene Zelle kann nun geteilt werden und es entstehen 2 identische Tochterzellen. Chlamydomonas Es gibt zwei haploide Vegetative Zellen (n, + und -), die je bei der Zellteilung 4 neue haploide Zellen bilden (2 Mitosen). Wenn kein Stickstoff mehr vorhanden ist, so bilden die Gameten (n) eine Zygospore mit Schale (2n) durch Verbindung der Flagellen, welche sehr wiederstandsfähig ist. Sobald wieder Stickstoff vorhanden ist, so betreibt diese Spore Meiose und entlässt 4 Gameten (n), welche dann wieder selbständig leben können. Diese können also nicht als Diploide Individuen leben (wie z.B. Tiere). Knospenhefe Können Haploid ( oder a) oder durch Konjugation der haploiden Zellen Diploid leben. Wenn die Diploide Zelle hungert, so bildet sie Sporen bestehend aus zwei und zwei a Zellen. Diese Sporen können sich dann in besseren Umgebungen mit ausreichend Nährstoffen wieder teilen, sodass die haploiden Zellen wieder beginnen können zu leben. Seite 70 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Vergleichung der Lebensweisen Haploid Diploid Vorteile - Mutationen haben eine unverzügliche - Mutationen sind gepuffert, bis sie Änderung des Phänotyps zur Folge, nützlich werden wodurch sie schnell eliminiert werden - Reparation von DNA Schaden in G1 - Weniger DNA indem Homologe als Vorlage genommen - Kein Wettbewerb zwischen werden Chromosomen - Genexpression ist robuster Nachteile - Toleranz zu genetischer Variation und - Mer DNA zu Replizieren Evolvierbarkeit ist reduziert - Problematische Mutationen werden - Genexpression ist «noisy» (= Level der fixiert («Hitchhiking») Variation der entstehenden Produkte - Chromosome kämpfen gegeneinander der Genexpression) Die Möglichkeit, zwischen Haploid und Diploid zu wechseln kann sehr Vorteilhaft sein für Organismen Schlüsselfähigkeiten des Sexuellen Zyklus Der Sexuelle Zyklus benötigt fusion von Partner / Gameten, abhängig von der Situation, wir sprechen von Fertilisation (Embryonischer Zyklus), Konjugation (Isogamie) oder Syngamy allgemein. Dazu notwendig ist die gegenseitige Erkennung von kompatiblen (= Mating Typen, Geschlechtern) Partnern. Das Geschlecht ist nicht zu verwechseln mit der Sozialen Seite des Geschlechts: Dem Gender. Es gibt grundsätzlich zwei Matingtypen, welche nicht mit Partnern desselben Typs fusionieren können. Einige Spezies haben viele Matingtypen (> 1000 in einigen basidiomyceten Pilzen, 7 in Ciliaten ), bei welchen obigen geschriebene Regel (dass Fusion mit demselben Matingtypen nicht möglich ist) ebenfalls gilt. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, einen kompatiblen Partner zu finden. Partnererkennung benötigt Zelle-Zelle Signalisation und muss mit Ploidie (= Anzahl Chromosomen) variieren. Dabei gibt es viele Modelle. 1. Pheromon Signalisierung (weitverbreitet in unizellulären Eukaryoten). Jeder Mating Typ stellt ein bestimtes Pheromon sowie den Rezeptor für das Pheromon des kompatiblen Partners her. Diese können gleich aussehen (Isogamie). Der Diploid verhindert die Expression von Pheromonen und Rezeptoren aber aktiviert die Fähigkeit der Meiose. 2. Oberflächenproteine, wie Reziproke Agglutine (Chlamydomonas, keine diploiden, vegetativen Zellen) 3. Viele andere: Visuelle (Tiere), vermittelnde - In allen Fällen benötigt es ein genetisches System, welches die Geschlechts- / Matingidentität prüft. In Tieren wird die die sexuelle Identität durch den Organismus (Diploid) verliehen, in unizellulären organismen durch haploide (Gameten oder Gametophyten) - Dies führte anschliessend zur Ausbildung deutlicher Geschlechter mit verschiedenen Gameten (anisogamie, asymmetrische Syngenie) Seite 71 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Entstehung des Geschlechtersystems in Eukaryoten Archaeen genauso wie wenige Bakterien können miteinander fusionieren in Form von Parasexualität, es gibt dabei aber keine oder nur geringe Partnerdiskrimination. Das könnte der Haupt Horizontal Gentransfer Weg in Archaeen sein und könnte zu der starken Erhöhung der Genomgrösse in LECA geführt haben. Dies hat aber auch einige Nachteile: - Die Karyotypen ändern sich regelmässig und können nicht fixiert werden, ungewollte Gene co-evolieren (In Prokaryoten werden co-evolierende Gene in Operons zusammengehalten, was die Grösse von solchen co-evolvierten Systemen klein hält - Es begünstigt die Verbreitung von selfish DNA Elementen (Transposone, Introns...) Aus diesen 2 Gründen formte das Kompatibilitätssystem von Eukaryoten zwei neue Funktionen: o Mating ist nur mit derselben Art Organismus möglich (Erfindung der Spezies) o Unterscheidung zwischen Haploiden und Diploiden Stadien (keine Zufällige Ploidie (= keine Zufällige Anzahl Chromosomen)) Sobald die Partner fusioniert sind, ist das erzeugte Objekt diploid. Es kann die Hauptform im Zyklus sein oder nur vorübergehend (siehe Chlamydomonas). Um in den haploiden Zustand zurückzukehren, können verschiedene Mechanismen eingesetzt werden: - Parasexuelle Zyklen (zum Beispiel hat die Hefe Candida albicans die Gene für Meiose verloren): nach der Paarung und bei der Diploidisierung beginnt das Diploid, Chromosomen auf halbzufällige Weise progressiv zu verlieren, bis es wieder haploid ist (Mechanismus unklar). - Meiose (alle Gene waren bereits in LECA vorhanden): die Induktion einer reduktiven Teilung, zu der die Zellen zurückkehren Haploidie in einem Zyklus (erste Division der Meiose) Mitose und Meiose Schlüsselkonzepte Meiose Die Homologen Chromosomen werden gepaart, was dessen Separation voneinander erlaubt. Die zufällige Orientierung der Chromosomen zwischen zwei homologen Paaren erlaubt die zufällige Verteilung von Chromosomen von beiden Elternteilen. Allel Austausch zwischen den homologen Chromosomen durch Rekombination. Seite 72 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Links: Die Chromosomen können in der Metaphase I durch ihre Position zufällig verteilt werden. Rechts: In der Metaphase II können zwischen zwei gleichen Chromosomen durch Rekombination Teile von Chromosomen ausgetauscht werden. Je länger die Distanz zwischen zwei Punkten auf dem Chromosom ist, desto grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass auf dieser Distanz Rekombination stattfindet. Z.B. AB > BC -> P(Rekombination AB) > P(Rekombination BC). Mendelsche Regeln Gelten nur für Eukaryoten 1. Merkmale werden durch gepaarte Faktoren bestimmt: Gene, die paarweise in Diploide, d.h. vor der Meiose 2. Prinzip der Dominanz: Bei heterozygoten Individuen erlegt ein Allel das Phänotyp; es wird das dominante Allel genannt 3. Die Gameten enthalten nur eine Kopie jedes Faktors (erstes Gesetz der Trennung): Gameten sind haploide und enthalten nur ein Allel von jedem Ort / Gen 4. Unabhängige Merkmale werden in den Gameten unabhängig voneinander sortiert (zweites Gesetz der Segregation) Mitochondrien Menschen: Informationen von Mitochondrien werden komplett von der Mutter übernommen. Wenn die Mutter also eine Erbkrankheit der Mitochondrien besitzt, werden alle ihre Kinder krank, besitzt jedoch der Vater eine Erbkrankheit, so werden alle Kinder gesund zur Welt kommen. Hefe: Normalerweise wird bei der Meiose eine Mutation halb / halb vergeben. Ist die Mutation in einem Mitochondrium, so werden die Nachkommen nach der Meiose alle nicht betroffen sein (durch Kompetition, die stärkeren Mitochondrien setzen sich durch). Es gibt aber mutierte Mitochondrien, die die Mutation vollständig an alle Nachkommen abgeben (suppressiv, die schwächeren Mitochondrien gewinnen die Kompetition). Seite 73 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 In unizellulären Lebewesen handelt es sich um einen Sexuellen Zyklus. Da bei multizellulären Lebewesen der sexuelle Weg die einzige Möglichkeit ist, sich zu vermehren, spricht man bei ihnen von sexueller Reproduktion. Die Auswahl wirkt sich zugunsten des Sexualzyklus aus 1- Säuberung von Mutationen: Haploide mit einer schädlichen Mutation verschwinden durch Gegenselektion (der Sexualzyklus kann waren eine Reaktion auf eine hohe Mutationsrate während des Auftretens von LECA, beispielsweise aufgrund von Introns) 2- Lösung des Problems von Müllers Ratsche: Schädliche Mutationen, die mit essentiellen oder vorteilhaften Genen verbunden sind, können dies nicht verloren gehen, es sei denn, die Verknüpfung wird unterbrochen. Das zufällige Sortiment stellt sicher, dass einige Personen eine geringere genetische Belastung haben als andere, so dass natürliche Auslese wirken kann. 3- Erzeugung von Vielfalt: Eine neue Kombination von Genen hilft im Falle einer sich ändernden Umgebung oder bei der Eroberung von a neue Nische Kosten des Sexualzyklus 1- Verringerung der Populationsgröße bei Syngamie 2- Trennung von gemeinsam entwickelten Allelen 3- Ermöglicht es egoistischen Elementen, sich zu verbreiten 4- Erforderte die Entwicklung ausgefeilter Signalwege und die Etablierung alternativer zellulärer Zustände (Ursprung der Zellidentität und Differenzierung?) Konsequenzen des Sexualzyklus: Chromosomenstruktur Der Sexualzyklus (die Meiose) könnte zu linearen Chromosomen geführt haben. Dies führt zu einer sehr grossen Genomgrösse bei multizellulären Eukaryoten. Konsequenzen des Sexualzyklus: Speziation Vertikaler Gentransfer und kleiner horizontaler Gentransfer in Eukaryoten könnte zu Speziation (= Artenbildung) geführt haben. Seite 74 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 D: Eukaryotische Genexpression (F. Allain) Vorlesung 1 DNA Gepackt im Nukleus Achtung: DNA kommt in Chromosomen vor (für Zellteilung) und in Chromatin (linear). Im Nukleolus (nicht mit einer Membran vom Rest getrennt) befindet sich dicht gepackte DNA und wird rRNA transkribiert, prozessiert und gepackt. Rund um den Nukleus sowie an vereinzelten stellen befinden sich dichtere stellen, das Heterochromatin, an welchem keine Transkription stattfinden (10% der DNA). An den helleren stellen befindet sich nicht so dicht gepackte DNA (Euchromatin), welche transkribiert wird. Menschliche DNA Es gibt 23 doppelte (= Diploid) Chromosomen Exon: Stellen in der DNA, welche für die Proteinexpression benötigt werden Intron: Werden bei der mature mRNA herausgeschnitten Das Menschliche Genom dekodiert 24 000 Gene, das Hefegenom 6 000. Aber das Menschliche Genom ist 200-mal grösser als das der Hefe, somit ist die Genverteilung im Menschlichen Genom viel grösser (15-mal). Dazwischen sind Genomweite Repetition Sequenzen (welche für die Regulierung wichtig sind). Seite 75 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Wichtig zum Lernen von der Tabelle Durchschn. Exonlänge: ca. 200 Nucleotides Nur 1,5 % des menschlichen Genoms decodiert Proteine, 3,5 % ist konserviert. Chromatin Das Chromatin besteht zu 1/3 aus DNA, 1/3 aus Histonen (die für die Form der DNA verantwortlich sind) und 1/3 aus nicht-Histon Proteinen (die der Regulierung dienen). Nucleosome Ein Komplex aus DNA und Histon wird Nucleosom genannt. Ein Histon besteht aus 8 Untereinheiten (2 von jedem Typ) mit je 1 Tail (also insgesamt 8 Tails pro Histon). Seite 76 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Die Histon Proteine bestehen aus einem Helix-Turn-Helix-Turn-Helix Element. Immer Zwei zusammen bilden einen Viertel und je zwei Tails. Die Tails sind auf dem N Terminalen Ende der Proteine. Je zwei Histon Proteine werden mit dem Phosphat Rückgrat der DNA (beide Stränge) verbunden. Diese Verbindung zwingt die DNA, sich zu beugen. Die Kontaktstellen sind somit nicht DNA Sequenzspezifisch. Ausserdem ist sowohl der Minor Grove als auch der Major Grove der DNA noch immer erreichbar. Struktur höherer Ordnung Die Tails sind positiv oder negativ geladen und spielen eine wichtige Rolle bei der Kompensation. Immer zwei Nukleosome werden zusammengenommen, das Chromatin bindet um das erste, dann an das zweite, dann geht es weiter. Diese Nukleosome bilden ein Element in der höheren Struktur des Chromatins. Diese höhere Struktur sieht dann wieder aus wie eine Doppelhelix der Nucleosome. Histone H1 verbindet die DNA und gibt ihr die Form, sodass die Doppelhelix gebildet werden kann. Histon Modifikationen Diese Modifikationen definieren den Chromatinstatus. Epigenetik = Die Lehre von Modifikationen, die die Genaktivitäten beeinflussen. Seite 77 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Wie man im Bild links sehen kann, können alle Histon Protein Tails Acetyliert und Phosphoryliert werden, und H2B, H3 und H4 können zusätzlich Methyliert werden. Einige AS können auch die eine oder die andere Modifikation haben (A oder M). Dies führt zu mehr / weniger Kompaktisierung. (A für offenes Chromatin, M für kompakteres Chromatin). Histone können auch Modifiziert werden in den - Helix Teilen. Diese Modifikationen führen zu der Rekrutierung und Bindung von Enzymen am Chromatin, die die Öffnung oder Schliessung des Chromatins bewirken (z.B. ING PHD Domain). Lysin / Serine Modifikationen Regulierung Gewisse Proteine besitzen z.B. eine PHD Domain (erkennt methyliertes Lys) und eine Bromo Domain (erkennt acetyliertes Histon). Dies garantiert, dass das Protein an gewissen Stellen binden kann und dass an diesen Stellen z.B. die Transkription eingeleitet werden kann. Diese Proteine können dann Enzyme rekrutieren, die z.B. eine Transkription durchführen oder Gene silencing betreiben. Links einige Beispiele, zu was Modifikation führen kann (z.B. zu Öffnung oder Schliessung Seite 78 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Histon Tail Reader und Writer Diese Reader und Writer können durch das Chromatin gehen (Spreading Heterochromatin). Z.B. im Bild links wird Chromatin durch eine Kombination aus Reader Proteinen und einem Writer Protein konserviert und führt zu einem silencing des Chromatins. Diese Kondensation kann durch 3 Arten von Barrieren Proteinen gestoppt werden: - Ein Protein blockt das spreading - Ein Protein «schützt» das Euchromatin - Ein Protein, welches die Modifikation der Histone ändert Hetero- und Euchromatin Vererbung Wenn sich eine Zelle Teilt, so wird der Chromatinstatus an die Tochterzelle vererbt. Die Histone werden halb, halb aufgeteilt auf die Tochterzellen. Die Histon Modifikationen werden bei der Replikation vollständig übernommen. Sobald die Zellteilung abgeschlossen ist, so werden neue Heterochromatin Proteine gebildet, welche dann durch die Modifikationen wieder am Heterochromatin binden können. Weitere Packung Während der Meiose werden Chromosomen benötigt. An diesem Punkt ist die dichteste Packung des Chromatins gegeben. Die DNA ist dann 10 000 mal kürzer als seine normale Länge. Seite 79 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Transkription Die Transkription passiert nicht in hoch kondensiertem Chromatin, lediglich in nicht so dichten Teilen des Chromatins (Loops). Die Transkription passiert lokal, wie man an der Abbildung eines Nukleus links sehen kann. Dabei befinden sich die homologen Chromosomen nicht an derselben Stelle und werden aus diesem Grund auch nicht an derselben Stelle transkribiert. Wie man an der Abbildung links (Humanes X Chromosom) sehen kann, gibt es verschiedene Gene (dunkelgraue Gruppen) mit verschiedenen Grössen und verschiedenen Längen von Introns. Die Hellblaue Grafik gibt dabei an, wie konserviert die Gene in Bezug auf Wirbeltiere sind. Dabei fällt auf, dass Exons immer sehr konserviert sind. Aber auch gewisse Introns sind sehr konserviert -> kann eine wichtige regulatorische Sequenz für die Genexpression sein. Seite 80 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Wichtige RNAs die transkribiert werden: 1. mRNA Messenger RNA 2. rRNA Ribosomale RNA 3. tRNA Translation RNA 4. snRNA nur in Eukaryoten, wichtig für die Splicing Maschinerie 5. snoRNA hilft bei der chemischen Modifizierung von rRNA 6. miRNA nur in Eukaryoten, regulieren Genexpression 7. siRNA unterdrückt die Genexpression 8. piRNA Schützt die Keimbahn vor transposablen Elementen 9. lncRNA Regulieren diverse Zellprozesse, inaktivieren ein X-Chromosom Die 3 RNA Polymerasen in eukaryotischen Zellen - RNA Polymerase I transkribiert 5.8S, 18S und 28S rRNA Gene (die zahlenmässig häufigsten RNA in Eukaryotischen Zellen) - RNA Polymerase II Transkribiert alle Protein-decodierenden Gene und alle oben genannten ausser rRNA, tRNA Gene. - RNA Polymerase III Transkribiert tRNA Gene, 5S rRNA Gene und einige snRNA Gene. Ausserdem Gene für andere kleine RNAs. Bemerkung: S bei rRNA = Sedimentationsrate, wie schnell sie sedimentieren in einer Ultrazentrifuge. Je grösser der S Wert, desto grösser die rRNA. Dies, um die rRNA zu unterscheiden. Hefe Polymerase II Die Hefe Polymerase II ist im Gegensatz zu der prokaryotischen Polymerase II etwas grösser (sie besteht aus der Prokaryotischen und zusätzlichen Strukturen). Ausserdem enthält sie 12 Subunits, nicht wie die Bakterielle 5. Links ist der Pol II-mRNA-DNA Komplex in der Hefe. In der Mitte sieht man, wie die Polymerase die DNA in zwei Einzelstränge aufgeteilt hat. In Gelb sieht man die entstehende mRNA, welche mit ca. 8 BP mit des template Strangs der DNA gebunden ist und dann Stück für Stück seperiert wird. An der Katalytischen Stelle wird eine komplementäre Base an den template Strang binden. 2 Magnesium Ionen an der Aktiven stelle sorgen dafür, dass das Triphosphat vom Sauerstoff angegriffen werden und so eine Phosphat-Sauerstoff Bindung entstehen kann (siehe Teil von N. Ban). Seite 81 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Transkription Initiation (mRNA) Dass eine Transkription in der eukaryotischen Zelle stattfinden kann benötigt der Promotor die 4 oben gezeigten Elemente an genau den gezeigten Stellen. Ein TFIID (12 Subunits mit Tatabox) Protein mit einer TBP (Tatabox Binding Protein) Subunit müssen die TATA Box (TBP) und die BRE Sequenz (TFIID) erkennen (A), dass überhaupt eine Transkription stattfinden kann. Diese Binden dann an der DNA (B). Dann wird ein TFIIB (1 Subunit) Protein dazukommen, welches das BRE Element erkennt und an dieser Stelle an die DNA Bindet (C). Wenn dieses Protein bindet, so wird TFIIF (3 Subunits) die RNA Polymerase II bringen und TFIIE (2 Subunits) sowie TFIIH (9 Subunits) kommen hinzu. Wenn alle diese Proteine anwesend sind (D), so wird der TFIIH die DNA am Startpunkt entwickeln und das Ser im CTD der RNA Polymerase II Phosphorylieren (E), die Transkription Faktoren werden sich lösen und die Transkription beginnt. Also die RNA Polymerase II kommt nicht zuerst, sondern gewisse Transcription Factors checken erst, ob es sich um einen Promotor handelt. Der Abstand zwischen TATA Box und INR Element ist nötig, da zwischen der Stelle, wo sich die DNA befindet und der Aktiven Stelle von Pol II ca. 30 BP Länge befindet. Es gibt auch noch einen TFIIA (2017 erst entdeckt). Seite 82 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Vorlesung 2 Die DNA wird durch das TBP geknickt, dies ist nur möglich, weil T und A besser geknickt werden können als C und G. Ausserdem gibt es Aromatische Gruppen am TBP die diesen Knick ermöglichen. Die Verbindung DNA zu TBP befindet sich im Minor Groove, was schwerer ist zum Binden. Transkription Initiation ist Reguliert Mediator: Grosser Proteinkomplex, welcher Proteine zur DNA Bindung oder Modifikation beherbergt. Diese Faktoren kontrollieren, ob und wie Transkription stattfindet. Enhancer können sehr weit entfernt sein. Transkription findet in Loops statt, wie man ihn auch auf der Abbildung links gut sehen kann. Transkription variiert von Zelle zu Zelle Ein Gen (oben) wird von allen betrachteten Zellen gleichermassen exprimiert, ein Anderes (unten) nur von Leberzellen. Es gibt also Transkriptionsfaktoren, die verhindern, dass das Gen in nicht-Leberzellen exprimiert wird. Seite 83 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Transkriptions- und Posttrankriptionskontrollen Regeln Anzahl Proteine (Überblick) Transkription Faktoren binden an DNA Sequenzspezifisch -Helix passt perfekt in den major Groove der DNA. Durch die Gruppen am minor/major Groove lassen sich Sequenzen erkennen, ohne die DNA aufspalten zu müssen. Vorallem am major Groove ist dies gut möglich, der minor Groove erlaubt weniger Erkennung. Homeodomain Proteine Eine Helix (Recognition Helix) eines DNA Bindungs Proteins passt perfekt in den Major Groove der DNA. Diese Helix besitzt 3 Seitenketten, welche dann ein AT oder TA Basenpaar «erkennen» können. Dies geschieht in der Reihenfolge TAA (oder TTA von der anderen Seite), das Protein kann dann (sequenzspezifisch) an dieser Stelle an diese Sequenz binden durch Wasserstoffbrücken. Dieses Protein kann dann einen Mediator rekrutieren und so zu der Initiation der Transkription führen. Durch andere Aminosäuren an der Recognition Helix können auch andere Sequenzen erkannt werden. Diese können auch Kombiniert werden, sodass die Erkennung spezifischer wird (TAA kommt im - -Faltblätter verbunden sein, benötigen aber in jedem Fall einen Abstand von 3.4 nm (einen Turn in der DNA). Seite 84 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Andere Typen von DNA Bindungsmotiven Cis-regulatory Sequenze: Sequenz zur Regulierung, die sich auf demselben Molekül wie das Gen befindet. A: Die Sequenz kann aus Teilen bestehen, die zwingend benötigt werden (grosse Buchstaben) oder solchen, die weniger dringend benötigt werden und auch vom TF akzeptiert werden. Je grösser die Buchstaben, desto mehr werden sie benötigt. B: Der Transcription Regulator kann sich dann an die Sequenz im Genom binden. (Je länger die Sequenz, desto selektiver für genau die Stelle ist auch der Regulator) C: Diese Regulatoren können auch für noch bessere Selektivität aus Homodimeren (zwei gleiche Regulatoren) oder Heterodimeren (zwei unterschiedliche Regulatoren) bestehen. Gewisse dieser Heterodimere sind von Beginn an aneinander gebunden und dies garantiert, dass sie schon bereits ab einer geringen Konzentration an Heterodimer stark an die cis-regulatory Sequenzen binden. Andere können auch für sich alleine sein und müssen zuerst aneinander binden, dass sie an die cis-regulatory Sequenz binden können. Dies erlaubt ein fine-tuning, da wenn nur eines der beiden Proteine bindet, auch die Bindung an die DNA schwach ist. Das garantiert eine graduellere Funktion der Bindung. Seite 85 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Nukleosom Struktur sind wichtig für die Bindung von Transkriptionfactors Wo sich eine cis-regulatory Sequenz befindet beeinträchtigt die Affinität von Bindungsproteinen stark (je mehr geknickt die DNA, desto schlechter die Affinität). Durch «breating» kann das Histone die Sequenz von sich wegschieben, und so die Bindung erleichtern (20-mal grössere Affinität, wenn sich Sequenz nicht in der Nähe des Nukleosoms befindet). Befindet sich die Sequenz im Nukleosom, ist die Affinität 200-mal kleiner. Ein Transkription Regulator kann das Nukleosom destabilisieren, und so die Bindung eines anderen erlauben. Genregulierung durch spezielle cis-regulatory Sequenzen durch Transcription Regulatoren Je mehr dieser Transkriptionsregulatoren binden, desto stärker ist auch die Transkription eines Gens. Wichtig zu sehen: Anders in Bakterien, wo man dieses Set von Operons hat, die die menge an Transkription vorgeben, hat man in Eukaryoten diese Transkription Regulatoren. Je mehr dieser Regulatoren, desto mehr von einem Gen wird transkribiert. Einige Transkription Factors Arbeiten in Gruppen und zum Teil mit RNA um die Transkription fein zu tunen. Coaktivatoren und Corepressoren binden nicht direkt an die DNA sondern an die an DNA gebundenen Transkriptionsregulatoren Diese Komplexe sorgen dann für die Aktivierung oder die Unterdrückung der Transkription. Seite 86 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Initiation Machinery und Transkription Faktors Kommunikation Funktionsweise von Transkription Repressoren Es gibt 6 Möglichkeiten, die DNA Expression zu unterdrücken: A. Competition B. Aktivirungsstelle verdecken C. Direkte Interaktion mit Transkriptionsfaktor D. Rekrutierung von Chromatin Modeling Komplexen E. Rekrutierung von Histon Deacetylasen F. Rekrutierung von Histon Methyl Transferasen Insulator Ein Insulator sind zwei Sequenzen vor und nach einem Gen. Durch ein Protein Dimer (CTCF, Insulator Binding Protein) können die Beiden Sequenzen aneinandergehalten werden. Dadurch kann ein Gen (in unserem Beispiel das gene B) von einem anderen isoliert werden, mit dem Ziel, dass zum Beispiel Seite 87 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 eine cis-regulatory Sequenz nicht ein anderes Gen (in unserem Beispiel das gene A) beeinflusst. So können Transkriptionseinheiten geschaffen werden (Loops), die unabhängig voneinander reguliert werden können. Wie bei den DNA Bindungsmotiven besteht diese Sequenz aus zwingenden BP und aus weniger Zwingenden. Ein anderes Protein (Cohesin) bindet sich dann um die DNA an dieser Bindungsstelle um mehr Stabilität zu gewährleisten. Transkriptionskontrolle ist wichtig für Zellteilung und Zellwachstum Beispiel aus Drosophile (Fliegenart) Der Embryo dieser Fliege besteht aus einer Zelle mit vielen Nuclei und lokal verteilten Transkriptionsfaktoren mit eigenen Namen (siehe Links). Dies ist wichtig, dass z.B. die Proteine für die Organe am richtigen Ort transkribiert werden. In diesem Beispiel wurde das Eve 2 Gen (das Gen, welches den 2. Strich im Bild oben produziert) in eine Reporter DNA eingesetzt, welche einen Blauen Farbstoff exprimiert. Das Ergebnis ist ein blauer Strich am selben Ort, wo der Eve 2 Strich war. Grund dafür, dass dieser sich genau an dieser Stelle befindet ist, dass Giant und Krüppel TF als Repressoren für dieses Gen und Bicoid und Hundback als Aktivatoren wirken (vergleichen mit Bild oben). Seite 88 von 219 Zusammenfassung Biologie Semester 2 Aktivierung von Transkriptionsfaktoren Möglichkeiten A. Direkt durch Proteinsynthese B. Ligandenbindung C. Kovalente Modifikation (z.B. Phosphorylierung) D. Anfügen einer zweiten Subunit E. Entfernung von Inhibitoren (z.B. durch Phosphorylierung) F. Entfernung von Inhibitoren an einer Membran (z.B. Nukleus Membran) G. Entfernung von der Membran Zellen Differenzierung Es gibt in Eukaryoten 3 Master Transkriptionsfaktoren (Masterregulatoren): - Oct4 - Sox2 - Klf4 Diese sind an der Expression von extrem vielen Genen beteiligt, können sich selbst oder einander Regulieren und können bestimmen, welche Zelle gebildet werden soll. Einige Gene werden auch durch 2 von diesen Faktoren und einige durch alle 3 exprimiert. Kreisläufe Die Faktoren werden «Memorisiert» durch einen positiven Feedbackloop: Dadurch, dass sie sich selbst regulieren können, gibt es Gene, die diese Transkriptionsfaktoren exprimieren und durch diese aktiviert werden. Dadurch werden auch die Tochterzellen die Transkriptionsfaktoren enthalten. Der negative Feedbackloop sorgt dafür, dass die Konzentration an TF konstant gehalten wird. Seite 89 von 219