Was sind die wichtigsten allgemeinen Merkmale von allen Zellen?
speichern und replizieren ihre Erbinformation als DNA
transkribieren Teile ihrer Erbinformation als RNA
verwenden Proteine als Katalysatoren
translatieren mRNA in Proteine
-> 1 Gen = 1 Protein
benötigen freie Energie
verwenden ähnliche biochemische Grundbausteine
-> ATP, AS, etc.
von einer Plawsmamembran umgeben
Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen pro- und eukaryotischen Zellen?
Prokaryoten:
Bakterien & Cyanobakerien
klein: 1-10 µm
unbeweglich oder beweglich
-> Flagellen aus Flagellin
i.d.R. keine membranumgrenzten Organellen
ringförmige DNA im Cytoplasma
Fortpflanzung durch Aufspaltung in 2 Hälften
Eukaryoten:
Protisten, Pilze, Pflanzen, Tiere
groß: 10-100µm
oft beweglich
-> Cilien oder Flagellen aus Mikrotubuli
Zellwände aus Cellulose oder Chitin
-> tierische Zellen ohne
zahlreiche Zellorganellen
lineare DNA als Chromosomen im Zellkern
(und DNA in Mitochondrien & Plastiden)
Teilung durch Zellzyklus und Mitose oder Meiose
Nennen Sie Interaktionen von Makromolekülen über spezifische nicht-kovalente Wechselwirkungen.
WBB
Heteropolare Bindungen
Apolare Bindungen ( z.b CH3)
Aus welchen Bausteinen bestehen die Makromoleküle der Zelle (Proteine, Nukleinsäuren, Polysaccharide)?
Proteiene -> AS
Nukleinsäuren -> Nuklotide
Polysaccharide -> Monosaccharide
Wie wirkt ATP als universeller Energieträger der Zelle?
Wofür steht die Abkürzung und welches ist die energiereiche Bindung?
ATP = Adenosintriphoshpat
energiereiche Bindung = Phosphatanhydridbindung
Erklären Sie folgende genetische Grundmechanismen:
Replikation
Transkription
Translation
Replikation = Verdopplung der DNA einer Zelle
wichtig für Meiose & Mitose (da: Zellen teilen sich)
jede neue Zelle benötigt eigene DNA
Transkription = 1. Schritt der Proteinbiosynthese
DNA einer Zelle in mRNA umgeschrieben
nur kleiner benötigter Teil davon
Entstehung von 2 Strängen (codogener & nicht-codogener)
Translation = mRNA -> Protein
mRNA mithilfe von Proteinen in Proteine übersetzt
Welche Funktionen und Bezeichnungen haben die wichtigsten RNAs?
mRNA
tRNA
rRNA
mRNA -> messengerRNA wird von der Zelle durch Transkription erstellt und durch Translation zur Proteinsynthese verwendet, codiert Proteine
tRNA -> transfer RNA als Adaptor zwischen Codon und AS bei Proteinsynthese, transportiert Aminosäuren an die Ribosomen
rRNA -> ribosomale RNA ist beteiligt am Aufbau und Funktion der Ribosomen
Was wissen Sie über Proteine als Funktionsträger der Zelle?
Enzyme als:
Biokatalysatoren
Strukturproteine
Transport‐ und Speicherproteine
Motorproteine
Rezeptoren und Signalproteine
Proteine für die Umsetzung der genetischen Information...
Was wissen Sie über dreimimensionale Proteinstrukturen?
Faltung in Domänen
nicht-kovalente Wechselwirkungen
Disulfidbrücken
ermöglicht dem Protein, komplexe Funktionen auszuführen, indem es verschiedene Domänen kombiniert
Alpha-Domäne: Kern ausschließlich aus alpha Helices
Beta -Domäne: Kern aus antiparallelen beta-Faltblättern
Alpha/ Beta-Domäne: aus a-b-a Motiven zsmgesetzt, von vorwiegend parallelen beta- Blättern umgeben alpha Helices gebildet
-> gibt auch Mischformen, die nicht eindeutig zuordnen lassen
Stabilität der Proteine basiert auf nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen den AS-Resten
Darunter:
Elektrostatische Anziehungskräfte
Wasserstoffbrückenbindungen
Van-der-Waals-Kräfte
Hydrophobe Wechselwirkungen
spezielle Art der kovalenten Bidnung, die in Cystein vorkommt durch Oxidaton beider Cysteinreste zu einem Disulfid
Für Stabilisierung in heißen und sauren Milieus
Nennen Sie die Definition und Aufgaben von Chaperonen.
Chaperon = “Keuschheitswächterin”
-> Definition: Ein molekulares Chaperon bindet eine sonst instabile Konformation eines anderen Proteins und stabilisiert diese durch kontrolliertes Binden und Freisetzen
"Molekulare Chaperone", bzw. "Anstandsdamen",verhindern unkorrekte Interaktionen des Substratproteins, bzw. der anvertrauten Person, mitungeeigneten Partnern
Wichtig bei: Faltung, Assemblierung in Oligomere,Proteintransport, Wechsel zwischen aktiven undinaktiven Konformationen
Nennen Sie Beispiele zur Regulation der Proteinaktivität.
Bindung eines Liganden
Proteinabbau ( Regulation Menge)
Regulation der Transkription ( Regulation Menge)
Phosphorylierung/Dephosphorylierung durch Kinasen/ Phosphatasen
Regulation mittels Calcium
Aktivierung durch limitierte Proteolyse
GTPasen
Chaperone
Was ist das Ubiquitin-Proteosom System?
= wichtigste System der Zelle, Abbau geschädigter/ nicht mehr benötigter Proteine
Ubiquitin ist ein kleines Protein, das ubiquitär (d.h. in allen eukaryontischen Organismen und Geweben) vorkommt
Das Proteasom ist die wichtigste Protease im Cytosol und Nukleus eukaryontischer Zellen
Fehlgefaltete (darunter ca. 1/3 der neusynthetisierten Proteine!), alte oder virale Proteine werden mit Ubiquitin markiert und durch dasProteasom abgebaut
Das 26S Proteasom ist ein zylindrischer Proteinkompex mit einem regulatorischen Teil, der ubiquitinierte Proteine erkennt & entfaltet, und einem katalytischen Teil, der diese abbaut
Welche Kompartimente der Zelle sind von Membranen umgeben?
Welche Organelle besitzen eine Doppelmembran?
Membranumgeben
Doppelmembran
Golgi-Apparat
Lysosomen
Endosomen
Peroxisomen
Vesikel
Peroxisomale Vesikel
Mitochondrien
Chloroplasten
Zellkern
Endoplasmatisches Retikulum (ER)
Autophagosom
Definieren Sie die folgenden Begriffe:
Lipiddoppelschicht
Membran
Plasmamembran (=Zellmembran)
Zellwand
Lipiddoppelschicht -> Struktur aus zwei Lipidschichten und Grundlage für Zellmembranen
Membran -> Grenze zwischen Zellen, Organellen oder Zellorganen bestenend aus Lipiddoppelschicht, oft mit eingebetteten Proteinen (bestehend aus Phospholipiden)
Plasmamembran -> Die Plasmamembran oder Zellmembran ist die Membran, die das innere Milieu der Zelle von ihrer Umgebung trennt
Zellwand -> Feste Struktur, die die Zellmembran von Pflanzen, Pilzen und Bakterien umgibt, oft bestehend aus Makromolekülen wie Cellulose oder Chitin
Was wissen Sie über das Fluid Mosaic Modell und die Membran als zweidimansionale Flüssigkeit?
Fluid-Mosaik-Modell -> beschreibt Funktion und Struktur von Biomembranen basierend auf der der flüssigen Struktur der Membran
-> Sowohl die darin eingelagerten Proteine, als auch die Phospholipidmoleküle können sich jeweils seitlich in der Membranebene frei bewegen (= laterale Diffusion)
-> Eingebettete Proteine verhalten sich wie Fliesen in einem Mosaik
Erklären Sie die folgenden Prinzipien des Membrantransports:
passiver Transport
erleichterte Diffusion
Cotransport
aktiver Transport
Passiver Transport -> Membranen sind semipermeabel, d.h. nur Gase und kleine hydrophobe Molekülekönnen die Membran ungehindert passieren (z.B. CO2, O2), erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten
Erleichterte Diffusion -> erfordert ein Transporter‐Protein und erlaubt den Transport des Substrats mit dem Gradienten
Cotransport -> (Symport oder Antiport) nutzt den Gradienten eines zweiten Substrats, um den Transport gegen den Gradienten anzutreiben
Aktiver Transport -> erlaubt unter ATP‐Verbrauch den Transport gegen den Konzentrationsgradienten
Welche zellulären Strukturen kann man mit Lichtmikroskopie auflösen, welche mit Elektronenmikroskopie?
Wie groß sind diese Objekte ungefähr?
Lichtmikroskop -> Zellkerne, Mitochondrien, Chloroplasten und Lysosomen (bis 0,2µm)
Elektronenmikroskop -> Ribosomen, Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat und Mitochondrien, Proteine, Viren (0,1 bis 100 nm)
Wie können Antikörper zur Sichtbarmachung zellulärer Strukturen eingesetzt werden (Immunfluoreszenzmikroskopie)?
Mit Fluorochromen wie GFP markierte Anikörper binden an spezifische Proteine, welche Teil von zellulären Strukturen darstellen.
Was ist GFP? Wie wird es in der zellbiologischen Forschung angewendet?
GFP (= green fluorescent protein) ist ein aus Quallen extrahiertes Protein, das unter UV-Licht grün leuchtet
-> Kann als Marker für spezifische Zellen, Gewebe und Organismen
-> Zellprozesse und Interaktionen zwischen Proteinen können so sichtbar nachverfolgt werden
Was ist der Unterschid zwischen Transmissionselektronenmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie?
Bei TEM wird die untersuchte Probe durchstrahlt, Ultradünnschnitte mit einer Schnitt-dicke von nur ca. 60 nm sind nötig
-> Auflösungsvermögen Transmissionselektronenmikroskop: 0,1 - 0,2 nm
Bei REM erhält man nur ein Oberflächenbild
-> Die Auflösungsgrenze liegt bei ca. 10 nm
Welche drei Typen von Proteinfilamenten bilden das Cytoskelett eukaryontischer Zellen?
Aktinfilamente
Intermediärfilamente
Mikrotubuli
Was sind die wichtigwsten Funktionen von
Aktinfilamenten (Mikrofilamenten)
Intermediärfilamenten
Direkt an Zellmotilität (Zellbeweglichkeit) durch hohe Flexibilität beteiligt
Muskelkontraktion
bindet an ATP und hat ATPase-Eigenschaften
Spielen eine Rolle bei der intrazellulären Transport von Organellen und Vesikeln
Strukturelle Funktion durch hohe Zugfestigkeit
Erhöhen Festigkeit & Elastizität
Schützt Zelle vor mech. Stress
relativ starre Struktur
Mitbestimmen Polarität der Zelle
Direkt an Zellmotilität beteiligt
Welche Klassen von Motorproteinen gibt es?
Mit welchen Cytoskelettelementen sind sie assoziiert?
Was sind ihre wichtigsten Aufgaben?
Myosin
Kinesine
Dyneine
assoziiert mit Aktinfilamenten
Sorgen für Muskelkontraktion
Bewegung von Zellen und Organellen
binden an Aktinfilamente und verwenden die Energie von ATP, um entlang des Filaments zu wandern
assoziiert mit Mikrotubuli
Transport von Zellorganellen und Vesikeln in Richtung des Plusendes von Mikrotubuli
ebenfalls assoziiert mit Mikrotubuli
Transport von Zellorganellen und Vesikeln in Richtung des Minusendes von Mikrotubuli
Besitzen die Zellen von Tieren, Pflanzen, Pilzen eine Zellwand?
Tiere nicht, nur Pflanzen (aus Cellulose) & Pilze (Chitin)
Welche Zellorganellen kommen in tierischen, pflanzlichen ud pilzlichen Zellen vor?
Cytosol
ER
Golgi
Lysosom (tier.), Vakuole (Pflanzl. pilz.)
Endosom
Plasmamembran
Was sind die wichtigsten Aufgaben der einzelnen Zellorganellen?
Cytosol: Proteinsynthes an Ribosomen + Stoffwechselreaktionen & Aktivitäten an Cytoskelett
Zellkern: Replikation und Transkription der DNA
Mitochondrien: ATP-Synthes und Atmungskette
Peroxisomen: Entgiftungsreaktionen und diverse Stoffwechselprozesse
ER: Synthese/Import sekretorischer Proteine + Großteil zellulärer Biosynthese
Golgi: Sortier/Verteilstation im Secretory Pathway + Synthese von Kohlenhydraten
Lysosom/ Vakuole: Verdauungsorgan
Was versteht man unter Exocytose, Endocytose und Phagozytose?
Welche Zellorganellen sind daran beteiligt?
Exocytose: Ausscheidung zellulärer Produkte am rauen ER, Transport über Golgi zur Plasmamembran
Endocytose: Aufnahme von Stoffen aus dem extrazellulären Medium, Vesikel an der Plasmamembran, Inhalt über Endosomen in die Lysosomen/Vakuole
Phagocytose: (= Zellfressen), spezielle Form der Endocytose, Aufnahme größerer Partikel durch spezialisierte Zellen
Wie sind Mitochondrien und Chloproplasten evolutionär entstanden?
Was wissen Sie über deren Genom?
-> Endosymbiontentheorie: Organellen entstanden aus Prokaryoten, eingeschleust in die eukaryotische Zelle als Symbiose, Entstehung von semiautonomen Zellorganellen
Das Genom der Endosymbionten ist deutlich kleiner als das von Bakterien, da viele Funktionen im Laufe der Evolution durch die Symbiose redundant geworden sind, nun inaktiv oder verloren
Was wissen Sie über den Energiemetabolismus?
-> Atmung und Photosynthese
Atmung:
Energiereiche Elektronen aus den Nahrungsstoffen werden über den Citratzyklus indie Atmungskette eingespeist und auf Sauerstoff als Elektronenakzeptorübertragen; dabei werden Protonen in den Intermembranraum gepumpt.
Der Rückfluss der Protonen in die Matrix liefert die Energie für die ATP‐Synthase
Auf der mitochondrialen DNA sind eine Handvoll Proteine codiert, die für dieAtmung benötigt werden (8 in Hefe, 13 im Menschen)
Photosynthese:
In den Thylakoiden der Chloroplasten findet die Photosynthese statt; dabei wirdWasser durch das Photosystem II zu Sauerstoff oxidiert, Protonen über dieMembran gepumpt und der Rückfluss der Protonen liefert die Energie für die ATP‐Synthase; in einer weiteren photochemischen Reaktion durch Photosystem I wirdNADP+ zu NADPH reduziert; ATP und NADPH dienen der Kohlenstofffixierung(Synthese von Biomasse aus CO 2)
Auf der plastidären DNA befinden sich ca. 100 Gene
Erläutern Sie den Aufbau des Zellkerns
4 Subkompartimente:
Nukleolus (“Ribosomenfabrik”)
Kernhülle (Membranen + Kernporen)
Chromatin (DNA umwickelt um Histone -> beinhaltet Gene der Zelle)
Nukleoplasma (flüssiger Inhalt des Zellkerns
Welche Funktion hat der Nucleolus?
Ist für Synthese von Ribosomen & rRNA-Verarbeitung verantwortlich
Wo finden die folgenden Prozesswe statt:
Replikation & Transkription -> Zellkern
Translation -> Cytoplasma
Erläutern Sie die folgenden Wege der interzellulären Kommunikation:
direkte verbindungen des Cytoplasmas
Wechselwirkungen von Oberflächenmolekülen
Botenstoffe
extrazelluläre Vesikel
direkte verbindungen des Cytoplasmas:
Verbindung des Cytoplasmas beider Zellen durch Gap-junctions
ermöglicht Austausch kleiner Moleküle & Ionen
Durch Wechselwirkungen zwischen Membranproteinen einer Zelle und Membranprotein-rezeptoren der anderen Zelle
Von Zelle sezernierte Botenstoffe werden ausgeschüttet und binden an spezifische Rezeptoren der selben oder einer benachbarten Zelle
autokrin, parakrin, endokrin (über lange Strecke) oder synaptisch
In extrazellulären Vesikeln (EVs) können lösliche Proteine und Membranproteine gleichzeitigund kombiniert übertragenwerden
ebenfalls autokrin, parakrin, endokrin oder synaptisch
vielseitig und variabel anpassbar
Erläutern Sie die Grundprinzipien der Signalübertragung durch Botenstoffe.
Erfolgt in 3 Schritten:
Erkennung -> Botenstoff bindet an Rezeptor der Zielzelle (Rezeptoren können in Membran und Plasma vorkommen)
Übertragung -> Die Bindunglöst eine Signal(übertragungs)kaskade in der Zielzelle aus (entweder durch Phosphorylierungskaskade oder second messengers wie cAMP)
Antwort -> führt zu einer spezifischen Zellantwort (Sorgt für Änderung der Genexpression oder der Proteinaktivität
Biologische Grundprinzipien:
Signalverstärkung -> Verstärkung des Signals durch Kaskade kann selbst mit wenig Botenstoff eine starke Antwort auslösen
Zellspezifität der Antwort -> Die Bindung eines Botenstoffes an Rezeptoren verschiedener Zelltypen kann zu zelltypspezifischen Antworten auslösen
Multiple Antworten in einer Zelle
Nenn und erläutern Sie die 4 Phasen des Zellzyklus mit ihren wichtigsten Funktionen.
G1 -Phase: RNA- und Proteinsynthese
S-Phase: Synthese von DNA(Replikation der Chromosomen)
G2 -Phase: Vorbereitung auf Mitose
M-Phase: Mitose (Kernteilung) und Cytokinese (Zellteilung)
Nennen Sie die Unterschiede zwischen Mitose und Meiose.
Mitose
Meiose
Funktion
Teilung des Zellkerns zur Vermehrung von Zellen
Bildung von Gameten durch 2 aufeinanderfolgende Teilungen des Zellkerns
Anzahl Tochterzellen
2
4
Chromosomensatz
diploid (2n)
haploid (1n)
Ort
In wachsenden Zellen
In den Gonaden (Keimdrüsen)
Mann: Hoden
Frau: Eierstöcke
Was versteht man unter den folgenden Begriffen:
Epithel
Bindegewebe
Extrzelluläre matrix
Basallamina
Epithel: Zusammenhängende Zellschicht, die mit einer oder mehreren Lagen eine Außenfläche abdeckt oder ein Hohlorgan auskleidet
Bindegewebe: Trägergewebe zwischen anderen Geweben, enthält relativ wenig Zellen und eine große Masse extrazellulärer Matrix
Extrazelluläre Matrix: komplexes Netzwerk von Polysacchariden und Proteinen, die von Zellen ausgeschieden werden und in dieZellen eingebettet sind
Basallamina: dünne Matte aus extrazellulärer Matrix, die von Zellen ausgeschieden werden und in die Zellen eingebettet sind
Was sind die Hauptfunktionen von Zellverbindungen, die durch Zelladhäsionsmoleküle und Zelladhäsionsrezeptoren hergestellt werden?
Verankerung & Gewebestabilität (Adherence Junctions)
Abdichten (Tight Junctions)
Kommunikation (Gap Junctions)
Was versteht man unter Autophagie?
Wofür ist sie wichtig?
-> Abbau und Verwertung von defekten Organellen, Proteinen und andere zellulären Bestandteilen innerhalb einer Zelle
Wichtig bei: Umstrukturierung differenzierter Zellenbei Entwicklungsprozessen, Stressantwort beiHunger, Infektionen oder Zellalterung
Zusätzliches Wissen:
2 Arten:
Nicht-selektiv (unter Hungerbedingungen)
Selektiv
Was versteht man unter Apoptose?
Apoptose = programmierter Zelltod
-> Wichtig für das Entfernen beschädigter oder abnormaler Zellen, aber auch in der Embryogenese
Was sind die 4 essentiellen Prozesse, die zur Entwicklung tierischer Embryonen beitragen?
Vermehrung
Differenzierung
Interaktion
Wanderung von Zellen
Definieren Sie folgende Begriffe:
Keimzellen
somatische Zellen
Stammzellen
Vorläuferzellen
Keimzellen: Eizellen und Spermien
Somatische Zellen: Alle Zellen, die keine Keimzelle oder Spermien sind
Stammzellen: nicht differenzierte Zellen, die sich potentiell unbegrenzt replizieren und differenzierte Zellen bilden können
Vorläuferzellen: aus Stammzellen entstandene Zellen mit eingeschränkten Differenzierungspotential
Nennen Sie Unterschiede und Gemeinsamkeiten von embryonalen und adulten Stammzellen.
Gemeinsamkeiten
Unterschiede
Fähigkeit zur Selbsterneuerung und zur Differenzierung in verschiedene Zelltypen
Herkunft: ES-Zellen stammen aus dem inneren Zellmassen eines Embryos, während adulte Stammzellen in verschiedenen Geweben des erwachsenen Körpers vorhanden sind
ES-Zellen haben ein höheres Differentierungspotential
Was sind die grundlegenden zellulären Prozesse, die bei der Krebsentstehung defekt ssind oder außer Kontrolle geraten?
DNA-Reperatur
Signaltransduktion
Zellzyklusregulation
Apoptose
Zell-Zell-Kontakt
Was sind die Hauptaufgaben von B-Zellen, T-Helferzellen und cytotoxischen T-Zellen bei der erworbenen Immunität?
B-Zellen: sezernieren Anitkörper (Immunoglobuline) die auf große Entfernung extrazelluläre Pathogene inaktivieren oder für den Abbau durch Makrophagen markieren
T-Helferzellen: aktivieren und unterstützen B-Zellen
cytotoxische T-Zellen: lösen in/binden an Zielzellen Apoptose aus
Wie groß ist eine typsiche Bakterienzelle, wie groß eine durchschnittliche Säugerzelle (bsp. HeLa)?
E. coli 2-4 mikro m
HeLa: 15-30 mikro m
Was ist die Generationszeit einer typischen Bakterienzelle (E.coli) und einer Säugerzelle in Kultur (HeLa)?
E. coli: 20 - 40 min
HeLa: 15 - 30 h (!)
Wie groß ist der Wassergehalt einer Zelle?
70 %
Welche drei Stoffklassen machen den Hauptanteil des Trockgewichts einer Zelle aus?
Proteine (55%)
RNA (20%)
Lipid (10%)
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