X-förmige Darstellungen von Chromosomen haben einen hohen Wiedererkennungswert, aber
eigentlich ist diese stark kondensierte Transportform die Ausnahme: In jedem Zellteilungszyklus, der beim Menschen ungefähr 19,5 Stunden dauert, entfallen etwa 18,5 Stunden auf die Interphase, in der die Chromosomen fädig sind.
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Der Zellteilungszyklus beginnt mit der Prophase (bei 1 Uhr) und läuft über die Metaphase (3 Uhr) und die Anaphase (7 Uhr) zur Telophase (8 Uhr). In diesen Phasen ist die Kernhülle aufgelöst, damit die Tochterchromosomen auseinandergezogen werden können. Das besorgen die sogenannten Spindeln. Anschließend schnürt sich die Zelle durch, und beide Tochterzellen bauen wieder Kernhüllen auf (9 Uhr). In der langen Zeit zwischen zwei Zell- und Zellkernteilungen, der Interphase (12 Uhr, Sternchen), liegen die Chromosomen nicht in ihrer kompakten Transportform vor, sondern als dünne Schnüre, die den Kern ausfüllen.
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An einer sogenannten Replikationsgabel entstehen aus einem DNA-Doppelstrang zwei, die genau dieselben Erbinformationen enthalten: Die Abfolge der Puzzleteile – Nukleotide genannt – bleibt gleich. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker, einer Phosphatgruppe und einer Base (s. o.). An der Verdopplung sind zahlreiche Enzyme beteiligt: Die Topoisomerase (T) windet die Doppelhelix auseinander, damit der Doppelstrang zugänglich wird. Die Helikase (H) mach aus dem Doppelstrang zwei Einzelstränge. Die Polymerasen (P) ergänzen jedes Nukleotid um das passende Gegenstück. Dabei wachsen beide neuen Einzelstränge in 5′-zu-3′-Richtung: in Richtung der Puzzleteil-Pfeile. Die Gabelung verschiebt sich allmählich nach links. Der obere der beiden neuen DNA-Stränge wächst einfach in dieselbe Richtung. Der untere neue Strang muss von links nach rechts wachsen, also notgedrungen stückchenweise. Dazu stellt die Primase
(PR) in bestimmten Abständen sogenannte Primer bereit, an denen jeweils ein neues Fragment beginnt. Wenn ein Fragment an den vorhergehenden Primer stößt, werden die Stücke verbunden. Weiter rechts (nicht im Bild) winden sich die beiden neuen Doppelstränge wieder zu Doppelhelices.
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Ausschnitt aus einem DNA-Einzelstrang mit den immer gleichen verketteten Zucker- und Phosphat-Einheiten (links) sowie vier unterschiedlichen Nukleobasen (rechts). Das obere
Ende, an dem eine Phosphatgruppe am 5. Kohlenstoffatom des letzten Zuckers hängt, wird 5′-Ende genannt. Am 3′-Ende unten ist das 3. Kohlenstoffatom des Zuckers mit der nächsten
Phosphatgruppe verknüpft. An den DNA-Strang mit der Basenfolge TAGC kann sich ein komplementärer Strang anlagern: T verbindet sich stets mit A, C mit G. Da die Basen nicht genau plan zu den Zuckern stehen, windet sich der Doppelstrang zur Schraube auf, der berühmten Doppelhelix.
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Im entspannten, fädigen Zustand nimmt jedes Chromosom einen eigenen Bereich im Zellkern ein, überwiegend am Rand, also an der Kernhülle. Hier habe ich nur ein Chromosom als Faden dargestellt und ansonsten nur die Grenzen der Bereiche. Die Unterbrechungen in der Kernhülle sind die Kernporen, durch die Kern und Zytoplasma Stoffe austauschen.
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Das Chromatin in unseren Zellkernen besteht aus DNA (hier als schwarzes Kabel dargestellt; bei höherer Auflösung wäre die Doppelhelix zu erkennen) und Nukleosomen: kurzen Zylindern aus verschiedenen Histonen, die als Kabelrollen dienen. (a) Die DNA ist im Ruhezustand knapp zweimal gegen den Uhrzeigersinn um jedes Nukleosom gewickelt. Soll ein Gen abgelesen werden, lösen Zellkern-Enzyme die DNA von den Nukleosomen (sogenannte Dekondensation): Entweder rollen sie die Nukleosomen beiseite (b), oder sie drücken sie aus den DNA-Windungen heraus (c).
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Oben: Einige Botenstoffe des Immunsystems können nur von Zellen in der direkten Nachbarschaft empfangen werden: Sie legen nur kurze Strecken zurück, da sie kurzlebig sind. Zu ihnen zählt Stickstoffmonoxid (NO), ein Molekül, das nur aus einem Stickstoff- und einem Sauerstoff-Atom besteht. Es ist so klein, dass es durch Zellmembranen diffundiert (Zickzackpfad). Blutgefäße weiten sich, wenn sie NO wahrnehmen, zum Beispiel bei einer Entzündung.
Unten: Andere Botenstoffe setzen keinen direkten Kontakt zwischen Sender und Empfänger voraus. Sie können weitere Strecken zurücklegen, da sie chemisch stabiler sind. Zu ihnen zählt Interleukin-10 (IL-10), ein Protein aus zwei Ketten mit je 160 Aminosäuren. Da es so groß ist, kann es nicht durch eine Zellmembran diffundieren, sondern muss an einen spezifischen Rezeptor in der Membran binden. Dazu später mehr.
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Unsere Zellen – hier als amöboide Figuren mit rundem Zellkern dargestellt – kommunizieren
durch Botenstoffe. Links eine Zelle, die Signale aussendet, rechts mehrere Empfänger. Manche Botenstoffe wirken nur auf kurze Distanz, zum Beispiel, weil sie schnell zerfallen. Andere können auch in größerer Entfernung empfangen werden.
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Frauen haben insgesamt ein höheres Risiko als Männer, eine Autoimmunerkrankung zu bekommen. Unter den Autoimmunerkrankungen der Leber trifft die primär biliäre
Zirrhose (PBC) zu etwa 90 Prozent, die primär sklerosierende Cholangitis (PSC) aber nur zu gut 30 Prozent Frauen.
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Mit der Santa Maria und den übrigen Schiffen Kolumbus‘ kamen neue Krankheitserreger und Allergene nach Europa – darunter vielleicht der immer noch unbekannte Auslöser der rheumatoiden Arthritis.
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