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Unterschiede zwischen

Prokaryoten und

Eukaryoten

• Prokaryoten lassen sich in 2 Reiche unterteilen: Eubakterien und Archaebakterien

• Eukaryoten werden in 4 Reiche unterteilt: Protozoen (Einzeller), Pilze, Pflanzen und Tiere

Unterschiede prokaryotische –eukaryotische Zelle

vorhandenfehltPlasmid

fehltvorhandenGolgi-Apparat

fehltvorhandenEndoplasmatisches Reticulum

vorhanden (70S)vorhanden (80S)Ribosomen

fehlt: MesosomvorhandenMitochondrium

fehlt: DNA frei im Plasma

vorhanden: Kernhülle

Zellkern

ProkaryontEukaryontMerkmal

gekoppelt im Cytoplasma

RNA-Synthese im Kern; Proteinsynthese im Cytoplasma

RNA- und Proteinsynthese

Bakterien und Cyanobakerien

Tier- und PflanzenzellenEinteilung in:

ca. 1 – 10 µmca. 10 – 100 µmZellgrösse

vorhanden: Mureinbei Pflanzen: CelluloseZellwand

fehltbei Pflanzen: vorhandenChloroplast

ProkaryontEukaryont

Zellaufbau Prokaryoten1. Zellmembran

2. Zellplasma

3. DNA (ringförmiges Bakterienchromosom) frei im Plasma

4. Zellwand aus Murein

5. Plasmid (zusätzlicher kleiner DNA-Ring)

6. Membraneinstülpung (für Zellatmung: Mesosom bzw. Photosynthese bei Cyanobakterien)

7. 70S-Ribosomen

8. Bakterien-Geißel (nur manche Arten)

Zellaufbau Eukaryoten

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Zellwand Prokaryoten Murein-Schicht

• Mauerwerk aus Zuckerketten

• Quervernetzung durch Oligopeptide

• Lysozym (Enzym aus Tränenflüssigkeit und Speichel) spaltet diese Quervernetzung im Murein = natürlicher Abwehrmechanismus

Gram-Färbung (H.C.J. Gram; 1884)1. Grampositive Bakterien:

(gramfest) bleiben nach Anfärbung mit bestimmten Farbstoffen (z.B. Gentiana-violett) und kurzem Spülen mit Alkohol violett gefärbt (dicke Mureinschicht)

2. Gramnegative Bakterien: (gramfrei) werden durch Alkohol entfärbt (dünne Mureinschicht); Nachfärbung mit Fuchsinrot

Zellformen bei Prokaryoten

1. Kokken: kugel- oder eiförmig (A, B, C, E, J); z.B. Staphylo-, Strepto- und Pneumokokken

2. Stäbchen: zylindrische Form (D); z.B. Anthrax, Bacillus

3. Spirillen: gekrümmt oder spiralförmig (F, G, H, I)

Zellmembran Eukaryoten • Lipiddoppelschicht aus Kopf (wasserlöslich) und Schwanz (fettlöslich) bildet die Zellmembran

• feste Hülle aus Cellulose(Pflanzen) oder Chitin (Pilze) bildet die Zellwand

• Abgrenzung und Stabilität

• langes fadenförmiges Molekül aus 1000 - 10 000 Glucose-Einheiten = Polysaccharid

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Pantoffeltierchen

Euglena

Das Skelett der eukaryotischen Zelle (Cytoskelett)

• kein Skelett wie z.B. Wirbelsäule, eher Baugerüst (Stützfunktion)

• wichtig für Bewegung von Mitochondrien, Chloroplasten, Vesikel, mRNA oder Proteinen zu bestimmten Orten innerhalb der Zelle

• Trennung der Chromosomen während der Meiose (Zellteilung) und Transport in 2 verschiedene Zellen entlang der Microtubuli

• Veränderung der Gestalt von Zellen sowie Bewegung durch Microtubuli

3 Haupttypen von Filamenten1. Actinfilamente

(dynamische Netze unterhalb der Zellmembran)

2. Mikrotubuli (aus Tubulin bestehend, Transport auf „Schienen“)

3. Intermediärfilamente(z.B. Keratin; fangen mechanische Belastungen auf, z.B. Muskelzellen)

Kompartimentierung

Mitochondrium („Kraftwerke der Zelle“; 1,5 µm gross; Zellatmung)

Endoplasmatisches Reticulum: Stapel von Membranen mit (rauh) oder ohne (glatt) Ribosomen an der Aussenseite; Transport- und Kanalsystem

Chloroplast: doppelte Membranumhüllung mit Thylakoiden (Ausstülpungen der inneren Membran; münzenartige Stapel); Orte der Photosynthese

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Golgi-Apparat: Lamellensystem mit abgeplatteten, schüsselförmig übereinandergelagerten Membransäckchen (Diktyosomen); Empfang und Versand von Vesikeln mit unterschiedlichem Inhalt (z.B. Lysosomen)

Zellkern

• von Doppelmembran umgeben, dadurch Trennung von Kernplasma und Zellplasma

• Kernporen innerhalb der Kernmembran für kontrollierten Stoffaustausch mit dem Zellplasma

• Chromatingerüst in Kernplasma eingebettet, bestehend aus DNA, Proteinen und Histonen

• nur Eukaryoten besitzen Zellkern, Einteilung von Organismen nach Vorhandensein eines Zellkerns:

Prokaryoten

ohne Zellkern

Eukaryoten

mit Zellkern

Genomgrössen und Anzahl der Gene

15%20004580 0003 400 000Mensch

15%20024580 0003 500 000Maus

25%19991213 000160 000Drosophila

40%199636 60020 000Hefe

60%199714 2884 000E.coli

Gene bekannter Funktion

Sequenz. bis

kb pro GenGeneGenom-grösse (kb)

Organismus

Molekulargenetische Unterschiede1. Genomanordnung• Eukaryoten: ein Gen pro Promotor (monocistronisch)

• Prokaryoten: Anordnung in Operons (polycistronisch)

• Cistron = Bezeichnung für ein Gen

2. Introns• nicht-codierende Sequenzen innerhalb der mRNA, werden

im Prozess des Spleissens entfernt

• Eukaryoten: häufig grosse Introns

• Prokaryoten: keine Introns

Entfernung der Introns bei Eukaryoten

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3. Gendichte• Eukaryoten: gering; Genom enthält viele nicht-codierende

Bereiche; z.B. Human-Genom enthält nur 15% Gene mit bekannter Funktion, 85% „Schrott“)

• Prokaryoten: hohe Gendichte (z.B. E.coli 60% Gene mit bekannter Funktion)

4. RNA-Polymerasen (Proteinbiosynthese)• Prokaryoten: nur 1 RNA-Polymerase, die aus 5 Untereinheiten

besteht

• bestehend aus 2 x α, β, β‘, und ω, die zusammen das Kern-Enzym (Core) bilden und der σ-Untereinheit

• Kern-Enzym und σ-Untereinheit bilden das komplette Enzym (Holoenzym)

• RNA-Polymerasen wandeln Basensequenz der DNA in mRNA (Boten-RNA) um

• Bindung an DNA erfolgt über σ-Untereinheit, die anschliessend vom Enzym abgespalten wird

• Eukaryoten: bestehen aus 3 Polymerasen, die aus 8-12 Untereinheiten aufgebaut sind

• RNAPI synthetisiert ribosomale RNA, sitzt im Zellkern

• RNAPII transkribiert Gene, die für Proteine codieren (Synthese der mRNA, Boten-RNA)

• RNAPIII synthetisiert kleine RNAs, wie z.B. tRNA

• Synthese in 5‘-3‘-Richtung

• keine Korrektur-Lesefunktion

5. Promotoren

• Synthese der RNA beginnt an einer ganz bestimmten Stelle im Genom

• Polymerase bindet bevorzugt an Stelle, die etwas vor dem Genanfang (Startpunkt der Transkription) liegt

• Erkennungs- und Bindestelle = Promotor

• Bindungsstellen für eukaryotische und prokaryotische Polymerasen unterscheiden sich

• Prokaryotische Polymerase erkennt Sequenzabfolge 5‘-TATAAT-3‘ (Pribnow-Box oder –10-Region)

• als +1-Region gilt das Nucleotid am Startpunkt der RNA-Synthese

• 35 Nucleotide vor Start liegt weiterer AT-reicher Abschnitt (-35-Region), ebenfalls wichtig für Bindung

• nach Bindung an die DNA wird die σ-Untereinheit entfernt

• Erkennungsstelle der eukaryotischen Polymerase wird TATA-Box genannt (-25-Region, AT-reich), bestimmt auch die Position +1 als Startpunkt der Transkription

• zusätzlich Verstärker (Enhancer)-Sequenzen, liegen vor Promotor; Stimulation der Trankription durch Proteine, die an die DNA binden

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6. Ribosomen (Orte der Translation)

Eukaryoten• 80 S Ribosomen

• 60S und 40S Untereinheit

• Molmasse: 4 200 000 Da (2 820 000 + 1 400 000)

• Grösse: 32 x 22 nm

Prokaryoten• 70S Ribosomen

• 50S und 30S Untereinheit

• Molmasse: 2 500 000 Da (1 590 000 + 930 000)

• Grösse: 29 x 21 nm

• Multienzymkomplex aus RNA und vielen verschiedenen Proteinen

• ribosomale RNA ist Hauptbestandteil der Ribosomen

• Kontakt zwischen Codon der mRNA und Anticodon der tRNA

7. Translation (mRNA-Protein)

Eukaryoten

findet nach der Transkription im Cytoplasma statt

keine Shine-Dalgarno-Sequenz

erste Aminosäure ist Methionin (AUG)

Prokaryoten

Transkription und Translation laufen fast zeitgleich im Cytoplasma ab (kein Kern)

Ribosom bindet an Shine-Dalgarno-Sequenz

erste Aminosäure ist Methionin, welches modifiziert wird (N-Formylmethionin)

8. Shine-Dalgarno-Sequenz (Prokaryoten)

• kleine 30S Ribosomenuntereinheit lagert sich an das mRNA-Molekül an einer bestimmten Stelle an

• Shine Dalgarno Sequenz: wenige Basen (5‘-Richtung) vor dem Translationsstartcodon (AUG) in der mRNA

• SD geht vorübergehende Basenpaarung mit einem Teil der 16S rRNA (rRNA ist Bestandteil der Ribosomen) ein und ermöglicht der 30S Untereinheit, an die mRNA zu binden

• nach Bindung der ersten tRNA mit der Startaminosäure (N-Formylmethionin) lagert sich die grosse Untereinheit an

9. Kozak-Sequenz (Eukaryoten)

• nach der Transkription wird die mRNA verändert: Capping(Anhängen einer Kappe aus Guaninresten an das 5‘-Ende) und Polyadenylierung (Anhängen von Adeninen an das 3‘-Ende)

• Bindung der kleinen 40S Untereinheit an die mRNA wird durch Proteine (z.B. eIF4E), die an die Cap-Struktur binden, ermöglicht

• Kozak-Sequenz: 5‘-nicht translatierte Region vor AUG

• Ribosom wandert an mRNA entlang bis sie auf ein Startcodon (AUG) trifft

• dann wird 60S Untereinheit angefügt

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ENDE