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Chronobiologie … und Genetik Quelle  u.a .
Beteiligte Gene  (bei Drosophila) ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Ablauf: X =  per(iod) =  tim(eless) Translation PER TIM Gene: Proteine: Es wird dunkel, dann … Chromosom 2: X-Chromosom: Transkription Zellkern Cytoplasma und
Was geschieht? ,[object Object],[object Object],[object Object]
Bildlich: Wenn viel vorhanden, dann … TIM PER Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene ab …  … und werden von Enzymen abgebaut X x x
Timelag ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Wenn es hell wird: TIM PER X x x Wenn viel vorhanden, dann … Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene ab …  … und werden von Enzymen abgebaut
Wenn es dunkel wird: PER TIM Proteine: X =  per(iod) =  tim(eless) Gene: Chromosom 2: X-Chromosom: Zellkern Cytoplasma Transkription Translation
tim -Boten-mRNA ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
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Was aktiviert eigentlich die Gene  per  und  tim  am Anfang des Zyklus?  ,[object Object],[object Object],[object Object]
Bei Mäusen: Translation Transkription CLOCK (Protein/Transkriptionsfaktor) Transkription Translation PER =  clock Gen X
Bei Fliegen: + wenn: dann: X =  clock Gen =  cycle Translation Translation TIM PER Translation Transkription von clock Transkription von cycle Transkription von per Transkription von tim CLOCK (Protein) CYCLE (Protein)
…  und wie funktioniert die „innere Uhr“? ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
 
Abb. 1: Phasenkarte des Menschen ,[object Object],[object Object]
Zwei innere Uhren? ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

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  • 5. Bildlich: Wenn viel vorhanden, dann … TIM PER Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene ab … … und werden von Enzymen abgebaut X x x
  • 6.
  • 7. Wenn es hell wird: TIM PER X x x Wenn viel vorhanden, dann … Diese wandern in den Zellkern … … bilden sie Komplexe. … schalten die Gene ab … … und werden von Enzymen abgebaut
  • 8. Wenn es dunkel wird: PER TIM Proteine: X = per(iod) = tim(eless) Gene: Chromosom 2: X-Chromosom: Zellkern Cytoplasma Transkription Translation
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12. Bei Mäusen: Translation Transkription CLOCK (Protein/Transkriptionsfaktor) Transkription Translation PER = clock Gen X
  • 13. Bei Fliegen: + wenn: dann: X = clock Gen = cycle Translation Translation TIM PER Translation Transkription von clock Transkription von cycle Transkription von per Transkription von tim CLOCK (Protein) CYCLE (Protein)
  • 14.
  • 15.  
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Hinweis der Redaktion

  1. Die maximalen Konzentrationen der PER- und TIM-Proteine sind zum maximalen Gehalt an per- und tim -mRNA zeitlich verschoben.
  2. period -Gen: Als sie es mit Fluoreszenzmarkern koppelten, erhielten sie Fliegen, die zur großen Überraschung der Wissenschaftler am ganzen Körper im 24-Stunden-Takt gelb aufleuchteten und wieder erloschen. Selbst in abgeschnittenen Körperteilen setzte sich das Lichtspiel fort.
  3. PER und TIM bilden ein Heterodimer, das am Ende der Lichtphase aus dem Cytoplasma in den Zellkern gelangt und dort die Expression von per und tim hemmt.
  4. Zu Beginn der Lichtphase findet dadurch keine Transkription dieser Gene mehr statt. Im Tagesverlauf werden diese beiden Proteine wieder abgebaut, so daß die Expression von per und tim wieder beginnt, um einen neuen Zyklus einzuleiten
  5. TIM verschwindet bei Licht Wenn Die Produktion setzt nun früher ein
  6. Wesentlich für die Regelkreise der rhythmischen Proteinsynthese bei Eukaryoten sind Transportvorgänge zwischen Kern und Cytoplasma, die die circadian-rhythmische Verfügbarkeit von Transkriptionsfaktoren steuern.
  7. Quelle: Spektrum der Wissenschaft
  8. Abb. 7: Flußdiagramm zur Veranschaulichung von Regelkreisen, die der circadian-rhythmischen Steuerung von Stoffwechsel und Verhalten auf zellulärem Niveau zugrunde liegen. Im Basis-Regelkreis steuert eine circadiane Rhythmik der Energietransduktion die circadian-rhythmischen Empfindlichkeitsänderungen von membrangebundenen Photorezeptoren, während im Gegenzug membrangebundene Photorezeptoren oder nachgeschaltete Signalmoleküle über Konformationsänderungen der Membranen die circadiane Rhythmik der Energietransduktion mit dem Licht-Dunkel-Wechsel synchronisieren. Die Koordinierung der Stoffwechselnetze erfolgt über circadian-rhythmische Änderungen im Phosphorylierungs- und Redoxpotential sowie der Hydrophobizität. Eine circadiane Rhythmik der Proteinsynthese erfolgt durch Autoregulation der Verfügbarkeit von Transkriptionsfaktoren wie PER und TIM und deren Phosphorylierung im Cytoplasma zum transportkompetenten Heterodimer zur Transkriptionskontrolle im Zellkern.