Welche Kraft übt eine Masse mit 1 kg auf der Erde aus?
9,81 Newton
Welche Kraft kann ein Amyloplast (Durchmesser 2 µm, spez. Gewicht Stärke: 1,41 g/cm³) auf der Erde ausüben?
2,77×10−20N
Welche Kraft kann ein Amyloplast (Durchmesser 2 µm, spez. Gewicht Stärke: 1,41 g/cm³) auf der Erde ausüben + die effektiv ausgeübte Kraft zu bestimmen?
0,42×10−20 N
Nennen Sie mindestens je 3 externe und interne Faktoren, die die Entwicklung von Pflanzen beeinflussen!
Externe Faktoren: Licht, Wasser, Temperatur
Interne Faktoren: Genetik, Hormone, Stoffwechsel
Zeichnen Sie eine Übersicht über eine Wurzel und beschriften sie.
Beschreiben Sie die Auxinverteilung in einer horizontal orientierten Wurzel und einem horizontal orientierten Spross.
In einer horizontal orientierten Wurzel zeigt die Auxinverteilung eine akkumulative Ansammlung auf der unteren Seite der Wurzelspitze. Dies führt zu verstärktem Zellwachstum auf der oberen Seite und ermöglicht so die Krümmung der Wurzel nach unten.
In einem horizontal orientierten Spross ist die Auxinverteilung auf der oberen Seite der Sprossspitze konzentriert. Dies fördert das Zellwachstum auf der unteren Seite und führt zur Krümmung des Sprosses nach oben.
Erklären Sie die Beobachtung bei Auxinverteilung in einer horizontal orientierten Wurzel und einem horizontal orientierten Spross.
Die Auxinverteilung in horizontalen Wurzeln und Sprossen wird durch Gravitropismus gesteuert. In Wurzeln fördert Auxin das Wachstum auf der Oberseite, während es in Sprossen das Wachstum auf der Unterseite hemmt. Dies führt zur Ausrichtung in Richtung der Schwerkraft.
Zeichnen Sie in einen schematischen Längsschnitt einer Wurzel die Transportrichtung von Auxin ein!
Beschreiben Sie den Zell-zu-Zell Transport von Auxin. Geben Sie die pH Verhältnisse an.
Auxin, ein wichtiges Pflanzenhormon, bewegt sich zwischen Zellen auf zwei verschiedene Arten:
Ungerichteter Transport durch Diffusion:
Auxin diffundiert ungezielt von einer Zelle zur nächsten.
Der pH-Wert der Zelle beeinflusst diesen Transport. Bei neutralem pH-Wert (ungefähr 7,0) deprotoniert das Auxin und kann nicht mehr einfach durch die Zellmembran diffundieren.
PIN-Proteine schleusen es am basalen Ende der Zelle wieder aus.
Gerichteter, polarer Transport:
Hierbei bewegt sich Auxin gezielt von der Spitze der Pflanze (Apikalseite) zur Basis (Basalseite).
Die Geschwindigkeit beträgt etwa 1 cm pro Stunde.
Beschreiben Sie den grundsätzlichen Aufbau von Long und Short Pins.
Long Pins sind spezialisierte Zellen in Pflanzen, die länglich sind und zur Basalseite hinwachsen.
Short Pins sind kürzer und wachsen zur apikalen Seite. Beide sind an der Steuerung des Auxintransportes beteiligt.
Zeichnen und beschriften Sie einen schematischen Längsschnitt durch eine Wurzel.
Kennzeichnen Sie die Positionierung von PIN1,2,3,4,7
Wo in der Zelle befinden sich Pin1,2,3,4,7
An der Außenseite der Membran
Beschreiben Sie den Aufbau des DR5 Auxinsensors
DR5 Auxinsensor besteht aus einem promotorischen Bereich, der auf Auxin reagiert, und einem Reportergen, das die Auxinkonzentration durch Fluoreszenz anzeigt.
Was kann man mit DR5 Auxinsensors bei einer horizontal orientierten Wurzel beobachten?
Mit dem DR5 Auxinsensor in einer horizontal orientierten Wurzel kann man eine asymmetrische Verteilung von Auxin erkennen, mit verstärkter Konzentration auf der unteren Seite.
Was kann man mit DR5 bei der Anwendung von 2,4-D, 1-NAA, NPA und 1-NOA beobachten?
2,4-D (2,4-Dichlorphenoxyessigsäure):
Stimuliert die Auxin-Aktivität im Gewebe.
Erhöhte GUS- oder GFP-Expression in Auxin-reaktiven Zellen.
1-NAA (1-Naphthalenessigsäure):
Natürliches Auxin.
Ähnliche Effekte wie bei 2,4-D.
NPA (Naphthylphthalaminsäure):
Auxin-Transportinhibitor.
Blockiert den Auxin-Fluss zwischen den Zellen.
1-NOA (1-Naphthylacetamid):
Ein weiterer Auxin-Transportinhibitor.
Begrenzte GUS- oder GFP-Expression in Auxin-produzierenden Zellen.
Was hemmen 2,4-D, 1-NAA, NPA und 1-NOA?
Auxin-Aktivität
Auxin-Transportinhibitor
Beschreiben Sie ein Experiment zur Bestimmung der Sensitivität der Statenchymzellen in der Kalyptra.
Vorbereitung:
Wählen Sie eine Pflanzenart mit gut entwickeltem Wurzelsystem, z. B. Arabidopsis thaliana.
Kultivieren Sie die Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen, um einheitliche Wachstumsbedingungen sicherzustellen.
Markierung der Kalyptra:
Verwenden Sie fluoreszierende Farbstoffe oder Reportergene (z. B. GFP), um die Statenchymzellen in der Kalyptra zu markieren.
Dies ermöglicht die Visualisierung und Verfolgung der Aktivität dieser Zellen.
Stimulus-Anwendung:
Setzen Sie die Pflanzen verschiedenen Umweltreizen aus, z. B. Licht, Schwerkraft, Temperatur oder chemischen Signalen.
Beobachten Sie die Reaktion der Statenchymzellen in der Kalyptra.
Mikroskopische Analyse:
Verwenden Sie ein Fluoreszenzmikroskop, um die fluoreszierenden Zellen in der Kalyptra zu visualisieren.
Quantifizieren Sie die Intensität der Fluoreszenz, um die Aktivität der Statenchymzellen zu bewerten.
Datenanalyse:
Vergleichen Sie die fluoreszierenden Signale zwischen den stimulierten und nicht stimulierten Kalyptra-Zellen.
Ermitteln Sie, ob bestimmte Reize die Aktivität der Statenchymzellen beeinflussen.
Ergebnisse:
Die Sensitivität der Statenchymzellen kann anhand der Veränderungen in der fluoreszierenden Aktivität nachgewiesen werden.
Statenchymzellen, die empfindlich auf bestimmte Reize reagieren, zeigen eine erhöhte fluoreszierende Intensität.
Welches Experiment schließt die Beteiligung von Actinfasern an der gravitropen Reizperzeption aus?
Ein Experiment, das die Beteiligung von Actinfasern an der gravitropen Reizperzeption ausschließt, ist die Entfernung oder Inaktivierung von Actin in den Zellen, die für die gravitrope Reaktion verantwortlich sind. Wenn die Actinfasern entfernt oder funktionsunfähig sind und die Pflanze dennoch auf die Schwerkraft reagiert, kann geschlossen werden, dass Actin nicht direkt an der Wahrnehmung des Gravitropismus beteiligt ist
Welches Ergebnis wurde bei Stärkedefizienten Pflanzen bei gravitroper Reizung dokumentiert?
Stärkedefiziente Pflanzen zeigten bei gravitroper Reizung eine verminderte oder fehlende Reaktion, was auf die Rolle der Stärke bei der Gravitropismusantwort hinweist.
Was versteht man unter saltatorischer Amyloplastenverlagerung?
Saltatorische Amyloplastenverlagerung ist das sprunghafte Bewegen von Amyloplasten in Pflanzenzellen als Reaktion auf Gravireize.
Beschreiben Sie den Habitus von Chara.
Der Habitus von Chara ist ein zylindrischer bis verzweigter Algenkörper, der durch Knoten und Internodien strukturiert ist.
Bei welchen Organen sieht man ein gravitropes Spitzenwachstum?
Wurzeln
Skizzieren Sie die Actinfasernverlauf in einer schematischen Zeichnung der Rhizoidspitze
Markieren Sie die Position der Statolithen, der sensitiven Zone und des Calciumgradienten in der Zeichnung.
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Calciumgradienten und Vesikeleinbau?
Dieser Gradient ist wiederum mit dem Vesikeleinbau in den Zellen verbunden. Vesikel transportieren Proteine und Lipide innerhalb der Zelle, und ihre Bewegung kann durch den Calciumgradienten reguliert werden. Somit sind Calciumionen, Statolithen und Vesikeleinbau miteinander verknüpft und tragen zur gravitropen Reaktion der Pflanze bei
Woraus bestehen die Statolithen?
Stärke
Was kann man bei den Statolithen beobachten, wenn die Rhizoide in Schwerelosigkeit sind?
In Schwerelosigkeit zeigen Statolithen keine klare Sedimentation, und ihre Verteilung in den Zellen wird beeinträchtigt.
Nennen Sie wesentliche, durch Licht und Schwerkraft gesteuerte Orientierungsreaktionen bei Euglena gracilis.
Phototaxis (Lichtorientierung):
Euglena bewegt sich aktiv in Richtung von Lichtquellen, um optimale Bedingungen für die Photosynthese zu finden.
Die Geißel, die am Kopfende des Einzellers entspringt, dient der Fortbewegung.
Gravitaxis (Schwerkraftorientierung):
In Dunkelheit schwimmt Euglena entgegen der Schwerkraft nach oben (negative Gravitaxis).
Bei schwacher Beleuchtung bewegt sie sich zum Licht (positive Gravitaxis).
Beschreiben Sie das Zusammenwirken dieser Reaktionen im Tagesverlauf in der Wassersäule.
Euglena gracilis zeigt am Tag positive Phototaxis, indem sie dem Licht entgegen schwimmt, um Photosynthese zu betreiben. In der Nacht zeigt sie eine negative Phototaxis und sinkt aufgrund der Schwerkraft ab. Dieses Zusammenwirken ermöglicht eine effiziente Nutzung von Licht und Nährstoffen.
Beschreiben Sie einen Versuch, der eine Unterscheidung erlaubt, ob die Gravitaxis ein passives oder physiologisch (aktiv) Phänomen ist.
Ändern der Lichtintensität bei Euglena gracilis und beobachten der Reaktion
Was passiert mit der Gravitaxis, wenn man die spezifische Dichte des Mediums ändert?
Eine Anpassung der Dichte kann die Auftriebskraft beeinflussen und somit die Gravitaxisreaktion der Organismen modifizieren.
Welche Rolle spielt Calcium bei der Gravitaxis?
Es beeinflusst die Bewegung der Statolithen (Schwerepartikel) und ist mit dem Vesikeleinbau in den Zellen verbunden. Der Calciumgradient entlang der Epidermis ist entscheidend für die Wahrnehmung der Schwerkraft und die Reaktion der Zellen auf die Gravitation
Nennen Sie mindestens 5 Möglichkeiten Calcium gesteuerte Reaktionen spezifisch zu steuern!
Chelatoren und Calcium-Ionenkanäle:
Verwenden Sie Chelatoren wie EDTA, um Calciumionen zu binden und ihre Verfügbarkeit zu reduzieren.
Beeinflussen Sie die Aktivität von Calcium-Ionenkanälen, um den Calciumeinstrom in die Zelle zu regulieren.
Calcium-spezifische Proteine und Enzyme:
Nutzen Sie Calcium-bindende Proteine wie Calmodulin zur Modulation von Enzymaktivitäten.
Aktivieren oder hemmen Sie Enzyme durch Calcium-abhängige Phosphorylierung.
Optogenetik:
Verwenden Sie lichtempfindliche Proteine wie Channelrhodopsin oder Calcium-sensitives Chameleon zur gezielten Steuerung von Calciumionen in bestimmten Zellen.
Chemisch-induzierte Calciumfreisetzung:
Setzen Sie chemische Verbindungen wie IP3 (Inositoltrisphosphat) ein, um intrazelluläre Calciumspeicher zu mobilisieren.
Genetische Modifikation:
Manipulieren Sie die Expression von Calcium-Transportern, -Kanälen und -Pumpen durch genetische Veränderungen.
Erzeugen Sie transgene Organismen mit spezifischen Calcium-Regulationsmechanismen.
Welche Rolle spielt Calmodulin in der Gravitaxis? Wie weist man das nach?
Calmodulin (CaM) spielt eine entscheidende Rolle bei der Gravitaxis von Euglena gracilis. Es ist ein Calcium-bindendes Protein, das an der Signalübertragung beteiligt ist.
Welche Rolle spielt PKA in der Gravitaxis? Wie weist man das nach? Wo ist sie lokalisiert? Wie ist die Koregulation mit PAC alpha?
Die PKA ist im Zellplasma lokalisiert und interagiert mit dem Protein PAC alpha. Die Koregulation zwischen PKA und PAC alpha beeinflusst die Gravitaxisreaktion der Zelle. PKA ist ein Schlüsselakteur bei der Wahrnehmung der Schwerkraft und der Orientierung von Euglena gracilis
Durchmesser 30 µm, spezifisches Gewicht Zelle 1,05 g/ccm Kraft?
8,20×10−13N
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Kraft und Reorientierungsgeschwindigkeit?
Kraft und Reorientierungsgeschwindigkeit haben einen proportionalen Zusammenhang durch das Drehmoment, wobei eine größere Kraft zu einer schnelleren Reorientierung führt.
Was ist das thermische Rauschen?
Thermisches Rauschen ist zufällige elektronische oder thermische Fluktuationen in einem System aufgrund von Temperaturunterschieden.
Was versteht man unter Brownscher Molekularbewegung? Ist das eine Möglichkeit für Nah- oder Ferntransport?
Die Brownsche Molekularbewegung ist die zufällige Bewegung von Teilchen in einer Flüssigkeit oder Gas aufgrund von Kollisionen mit den umgebenden Molekülen. Diese Bewegung ermöglicht Nahtransport von Molekülen, da sie lokal und chaotisch ist.
Welche Bedeutung hat die Reynoldsnummer für die Fortbewegung von großen, mittleren und kleinen Organismen?
Die Reynolds-Zahl bestimmt das Verhältnis von Trägheits- zu Viskosekräften in einer Strömung. Für große Organismen ist sie hoch, für kleine Organismen niedrig.
Vergleichen Sie den Hörprozess mit der Gravitaxis von Euglena!
Hörprozess:
Beim Hörprozess in höheren Organismen (wie dem Menschen) werden Schallwellen von spezialisierten Sinneszellen im Innenohr erfasst.
Diese Sinneszellen wandeln die mechanische Energie der Schallwellen in elektrische Signale um, die an das Gehirn weitergeleitet werden.
Der Hörprozess ist komplex und erfordert spezialisierte anatomische Strukturen.
Gravitaxis bei Euglena:
Euglena reagiert auf die Schwerkraft, indem sie sich entweder in Richtung des Schwerkraftvektors (positive Gravitaxis) oder entgegen dem Schwerevektor (negative Gravitaxis) bewegt.
Dies geschieht durch eine Kombination von Phototaxis (Lichtorientierung) und Gravitaxis.
Die Zellen nutzen die Schwerkraft, um sich im optimalen Bereich der Wassersäule zu positionieren.
Zeichnen und beschriften Sie eine Graphik des Zellzyklus.
Schildern Sie die wichtigsten Ereignisse/Funktionen der einzelnen Zellzyklusschritte.
Was ist die wichtigste Voraussetzung für die Freigabe am G2-Kontrollpunkt?
a) Die Zelle ist groß genug
b) Die DNA Replikation ist korrekt und vollständig abgeschlossen.
c) Eine angemessene Menge an Nukleotiden ist vorhanden
Nach welchem Zellzyklus-Kontrollpunkt ist eine Zelle zur Teilung verpflichtet?
a) M (Mitose)
b) G2 (GAP2)
c) G1 (GAP1)
Welche Aussagen sind FALSCH?
a) Cyclin aktiviert seine Cyklin-abhängigen Kinesin (CDK)-Partner und lenkt diese auf bestimmte Zielproteine
b) Während des Zellzyklus bleiben Cyklin-Spiegel gleichmäßig hoch, während CDKProteinspiegel fluktuieren
c) Cycline bestimmen die Spezifität und Lokalisaton der Cyclin-abhängigen Kinasen
d) die Cyklin-abhängigen Kinase (CDK) bestimmen die Spezifität der Cycline
e) CDKs werden durch Bindung an Cykline deaktiviert
Vergleichen sie Anaphase Promoting Complex (APC) und Sfc/F-Box/Cullin E3 Ubiquitin Ligase Komplexe hinsichtlich Ihrer
a) Funktion
b) Aktivierung-Spezifität
c) Zielproteine
a) Funktion:
APC reguliert den Übergang von der Metaphase zur Anaphase des Zellzyklus.
SCF E3 Ubiquitin Ligase ist an der Ubiquitinierung und dem Abbau verschiedener Proteine beteiligt.
b) Aktivierungsspezifität:
APC wird aktiviert, um spezifische Proteine während des Zellzyklus abzubauen.
SCF E3 Ubiquitin Ligase erkennt Substrate durch F-Box-Proteine, die für die Spezifität der Zielproteine verantwortlich sind.
c) Zielproteine:
APC zielt auf Proteine wie Cyclin B und Securin ab.
SCF E3 Ubiquitin Ligase hat eine breite Palette von Zielproteinen, abhängig von den F-Box-Proteinen, die in den Komplex eingebunden sind.
Zeichnen Sie eine tierische mitotische Spindel und benennen Sie alle Komponenten inklusive der wichtigsten Motorproteine.
Welche zellulären Strukturen verbinden die Chromosomen mit der Spindel? Schildern Sie wie die Anheftung erfolgt?
Kinetochor:
Der Kinetochor ist ein Protein-Komplex, der sich auf der Oberfläche jedes Chromosoms befindet.
Jedes Chromosom hat zwei Kinetochoren (eines für jede Schwesterchromatide), die sich an gegenüberliegenden Seiten des Chromosoms befinden.
Anheftung der Chromosomen:
Während der Metaphase binden die Kinetochormikrotubuli an die Kinetochoren.
Die Anheftung erfolgt durch spezifische Proteininteraktionen zwischen dem Kinetochor und den Mikrotubuli.
Wenn die Anheftung korrekt ist, signalisiert dies, dass das Chromosom bereit ist, sich zu teilen.
Wenn die Anheftung fehlerhaft ist, wird der Spindelkontrollpunkt aktiviert, um sicherzustellen, dass die Chromosomen nicht getrennt werden, bis die Anheftung korrigiert ist 12.
Was versteht man unter monotelischer und amphitelischer Chromosomen-Anheftung?
Monotelische Anheftung: Ein Kinetochor pro Chromosom ist an die Spindelfasern gebunden.
Amphitelische Anheftung: Beide Kinetochoren eines Chromosoms sind an die Spindelfasern gebunden.
Mikrotubuli-Dynamik in der Metaphasen-Spindel. Beschreiben Sie polwärts-gerichteten Mikrotubuli-Flux in der Metaphasenspindel.
Der polwärts gerichtete Mikrotubuli-Flux in der Metaphasen-Spindel beinhaltet einen kontinuierlichen Austausch von Tubulindimeren zwischen Polkörpermikrotubuli und Kinetochormikrotubuli, was zu einer Chromosomenbewegung in Richtung der Polkörper führt.
Mikrotubuli-Dynamik in der Metaphasen-Spindel. Mit welchen bildgebenden (mikroskopischen) Verfahren können sie Mikrotubuli-Flux untersuchen?
Fluoreszenzmikroskopie
Mitotische Spindel. Vergleichen Sie Anaphase A und Anaphase B.
Anaphase A: Trennung der Chromatiden durch Verkürzung der Kinetochormikrotubuli.
Anaphase B: Trennung der Spindelpole durch Verlängerung der Polmikrotubuli und Erweiterung der Zellpole.
Nennen sie die drei wichtigsten Kräfte (erzeugt durch Motorproteine oder Mikrotubuli-Dynamik) in der mitotischen Spindel. Beschreiben Sie Ihre Wirkweise und nenne sie die molekularen Komponenten.
Kinetochormikrotubuli-Kraft:
Wirkweise: Verkürzung der Kinetochormikrotubuli zieht die Chromatiden zu den Polen.
Molekulare Komponenten: Motorproteine wie Dynein und Kinesin.
Polmikrotubuli-Kraft (Anaphase B):
Wirkweise: Verlängerung der Polmikrotubuli trennt die Spindelpole.
Molekulare Komponenten: Kinesin und Dynein.
Astralmikrotubuli-Kraft:
Wirkweise: Durch Verlängerung der Astralmikrotubuli wird die Position der Spindelpole stabilisiert.
Molekulare Komponenten: Dynein und Kinesin.
Schildern Sie die zellulären Ereignisse während der pflanzlichen Zellexpansion anhand der Säure-Wachstumshypothese.
Die Säure-Wachstumshypothese besagt, dass während der pflanzlichen Zellexpansion Protonen in die Zellwand sezerniert werden. Der niedrige pH-Wert aktiviert Enzyme wie expansins, die Zellwandproteine lockern und das Zellwachstum ermöglichen. Der osmotische Druck steigt durch den Eintritt von Wasser in die expandierende Zelle, was zur Zellwanddehnung führt und das Zellvolumen vergrößert.
Vergleichen sie diffuse und polare Zellexpansion
Zeichnen Sie die zelluläre Organisation einer Pollenschlauchspitze und beschreiben Sie den molekularen Mechanismus der für das Wachstum des Pollenschlauchs verantwortlich ist.
Rho related of plant (Rop)-GTPase Signaltransduktion in Pflanzen
b) Beschreiben Sie anhand der Zeichnung die Wirkweise des Rop-GTPase Signalweges (Anmerkung: Beschreiben Sie die Aktivierung und Inaktivierung)
Aktivierung, positive Regulierung
Inaktivierung, negative Regulierung:
(1), Phosphoinositid-abhängige Proteinkinase (PDK) phosphoryliert die AGC-Kinase, um die Aktivität zu regulieren
(1), Phosphoglyceratkinase (PGK) wirkt auf RhoGTPase-aktivierende Proteine (GAPs)
(2), AGC phosphoryliert Rho-Guanin-Austauschfaktor (GEF)
(2) GAP wird an Membran rekrutiert
(3) Rekrutierung des GEF an Membran der Spitze
(3) GAP an der Pollenschlauchflanke stimuliert die intrinsische GTPase-Aktivität von ROP (Inaktivierung) entlang der Flanken
(4) Cysteinreiche Polypeptidmoleküle (LURE, vom weiblichen Gametophyten) stimulieren die Aktivität der membranständigen Pollenrezeptor-ähnlichen Kinase (PRK)
(4) Das biologisch inaktive ROP ist an Rho-GuaninDissoziations-Inhibitoren (GDIs) in einem Proteinkomplex gebunden, der im Zytosol sequestriert ist
(5) die den GEF aktiviert
(6) GEF katalysiert den Austausch von Guanosindiphosphat (GDP) gegen Guanosintriphosphat (GTP) und die biologische
(7) Aktivierung von ROP &
(8) Interaktion mit Effektoren wie ROP-interaktive CRIB-Motivproteine (RICs) und ROP-interaktive Partner (RIPs) aktiviert.
(9) modulieren Ca2+ Gradienten und Aktindynamik und beeinflussen so das Wachstum.
a) Fertigen Sie eine schematische Darstellung des Signalweges an (Anmerkung: zeichnen Sie das Schema des molekularen Schalters mit Rop-Komponente, Regulatoren, Effektoren)
a) Welcher zelluläre Prozess wird durch Rop-GTPase Signaltransduktion reguliert?
b) Nennen Sie zwei Zelltypen deren Morphologie von Rop-GTPase Signaltransduktion bestimmt wird.
a) Zellpolarität
b) Pollenschläuchen und Wurzelhaaren
Fertigen Sie eine Zeichnung einer sich entwickelnden Blattepidermiszelle an und stellen Sie darin die Organisation des Zytoskeletts dar.
Das Aktinzytoskelett und Mikrotubuli in einer sich entwickelnden Blattepidermiszelle unterstützen die Zellform und -struktur, indem sie entlang der Zellmembran und im Zellinneren angeordnet sind. Diese Strukturen tragen zur Ausbildung und Stabilität der Zelle bei.
Beschreiben Sie, wie die Aktivität von Rops zur Organisation des Zytoskelettes und der Blattmorphologie beiträgt.
Rop-GTPasen regulieren das Zytoskelett in Pflanzenzellen, fördern die Bildung von Aktinfilamenten und Mikrotubuli, was die Zellform und Blattmorphologie beeinflusst.
Erklären Sie die Mikrotubuli-Mikrofibrillen Alignment-Hypothese und ihre Bedeutung für das Wachstum pflanzlicher Zellen.
Die Mikrotubuli-Mikrofibrillen Alignment-Hypothese besagt, dass Mikrotubuli in pflanzlichen Zellen entlang von Mikrofibrillen ausgerichtet sind. Diese Ausrichtung beeinflusst das Zellwachstum, indem sie die Orientierung der Zellwandkomponenten beeinflusst.
Welche zellulären Mechanismen bestimmen die Teilungsebene in tierischen Zellen
Die Teilungsebene in tierischen Zellen wird durch den Spindelapparat und die Position der Zellorganellen bestimmt.
Beschreiben Sie die tierische Zytokinese in Hinblick auf
a) morphologische Veränderungen
b) zelluläre Mechanismen
c) molekulare Mechanismen
a) Morphologische Veränderungen:
Die tierische Zytokinese beginnt mit der Einschnürung der Zellmembran.
Es bildet sich ein Zellfurche, der sich vertieft und die Tochterzellen voneinander trennt.
b) Zelluläre Mechanismen:
Die Aktin-Myosin-Kontraktion führt zur Einschnürung der Zellmembran.
Kortikale Umbau und Spaltung sind beteiligt.
c) Molekulare Mechanismen:
Rho-GTPasen sind an der Regulation der Aktin-Myosin-Kontraktion beteiligt.
Septine organisieren und stabilisieren die Zellmembran.
Beschreiben Sie die pflanzliche Zytokinese in Hinblick auf
Pflanzenzellen bilden während der Zytokinese eine Zellplatte.
Diese Zellplatte teilt die Zelle in zwei Tochterzellen.
Phragmoplasten (aus Golgi-Vesikeln) bilden die Zellplatte.
Fusionierte Vesikel bilden eine Plasmamembran zwischen den Tochterzellen.
Vesikelverschmelzung und Phragmoplastenbildung sind entscheidend.
Calcium-Ionen sind ebenfalls involviert.
Vergleichen Sie die Auswahl der Zellteilungsebene in Tieren und Pflanzen hinsichtlich Zellzyklus-Stadium und zelluläre Strukturen die für die Auswahl der Zellteilungsebene wichtig sind und diese markieren.
Tiere:
Die Mitose ist die Hauptteilungsebene in tierischen Zellen.
Sie erfolgt nach der Interphase und vor der Cytokinese.
Die kontraktile Ringbildung (Aktin und Myosin) trennt die Zelle während der Cytokinese.
Pflanzen:
Die Mitose ist ebenfalls wichtig, aber es gibt eine zusätzliche Ebene.
Die Zellplattebildung während der Cytokinese ist spezifisch für pflanzliche Zellen.
Vesikelverschmelzung bildet eine neue Zellwand zwischen den Tochterzellen.
Vergleichen Sie die Zytokinese von Tieren und Pflanzen. Schildern Sie die Abläufe chronologisch und nennen Sie die an der Zytokinese beteiligten zellulären Strukturen.
Morphologische Veränderungen:
Tierische Zytokinese:
Pflanzliche Zytokinese:
Zelluläre Mechanismen:
Beschreiben Sie den Phragmoplasten (pflanzlicher zytokinetischer Apparat) hinsichtlich seiner
a) Organisation anhand einer Zeichnung
b) Beschreiben Sie seine Funktion
a)
b) Der Phragmoplast ist eine pflanzliche Struktur, die während der Zytokinese eine Schlüsselrolle spielt. Er steuert die Ausrichtung und den Transport von Vesikeln mit Zellwandmaterial, um die Zellwandplatte in der Mitte der Zelle zu bilden. Diese Platte entwickelt sich zu den Zellwänden der Tochterzellen.
Beschreiben Sie die Entwicklung eines Synzytiums. Nenne Sie zwei Beispiele.
Ein Synzytium entsteht durch wiederholte Zellteilungen ohne Bildung von Zellmembranen, was zu einer einzigen mehrkernigen Zelle führt.
Beispiele:
Embryonalentwicklung bei Insekten
Muskelzellen in Skelettmuskeln
Zytoskelett:
a) Aufbau
b) Dynamik
c) Funktion
Mikrotubuli:
Dynamische Auf und Abbau mit Tubulin
mechanische Stabilisierung der Zelle und den Stofftransport verantwortlich.
Mikrofilamente (Aktinfilamente):
Dynamischer Auf und Abbau mit G-Aktin
Formgebung und Bewegung der Zelle wichtig.
Intermediärfilamente:
Feste Struktur, kaum Dynamik
mechanischen Festigkeit der Zelle.
Definiere kritische Konzentration
Die kritische Konzentration bei Mikrotubuli und Aktinfasern ist der Punkt, an dem die Polymerisation dieser Zytoskelett-Elemente beginnt. Bei Mikrotubuli erfolgt die Polymerisation oberhalb der kritischen Konzentration, während unterhalb dieser Schwelle Depolymerisation auftritt. Bei Aktinfilamenten ist die kritische Konzentration für ATP-Aktin etwa 20-mal höher als für ADP-Aktin. Die Polymerisation beginnt mit ATP-Bindung und Hydrolyse am Plus-Ende. Beide Konzentrationen sind entscheidend für die Zellstruktur und -funktion!
G-Aktin Pool => kritische Konzentration (ca. 0.1 mg/ml)
Tubulin pool => kritische Konzentraton (~ 0.05 mg/ml)
Polarität von Aktin bzw. Mikrotubuli
+Ende (barbed end): netto Aufbau
-Ende (pointed end): netto Abbau
=> tread milling
Erkläre dynamische Instabilität
Regulation von Aktin in 3 Ebenen
WASP/Scar-Komplex: Dieser Proteinkomplex spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Aktinfilamenten aus G-Aktin. Er besteht aus mehreren Untereinheiten, darunter Arp2 und Arp3. Nucleation Promoting Factor (NPFs) sind zur Aktivierung des Komplexes erforderlich.
Formin-Nukleation: Formine sind Proteine, die die Bildung von Aktinfilamenten fördern, indem sie G-Aktin zu F-Aktin zusammenfügen. Im Gegensatz zum Arp2/3-Komplex sind Formine für das lineare Wachstum von Aktinfilamenten verantwortlich.
Aktin-bindende Proteine: Diese Proteine regulieren die Dynamik von Aktinfilamenten. Einige bauen Aktinfilamente ab, während andere den Aufbau fördern. Sie sind entscheidend für Zellbewegung und intrazelluläre Prozesse.
Erkläre das Zentrosom
Zentrosomen:
Elektronendicht
fibrilär
Zentriolenpaar:
rechtwinklig zueinander angeordnet
9 Mikrotubuli-Triplets (Doublets, Singlets…)
Polymerizationskraft: Mikrotubuli
Dynamische Aufrechterhaltung der Zytoplasmaorganisation
Zentrosome/Kern Positionierung
indirekt: ER/Golgi Positionierung (auch: Motorproteine)
Mitotische Spindel (Zusammenarbeit mit Motorproteinen):
dynamisch Strukturerhaltung („Aufspannen“)
Chromosomen Segregation
„plus end tracking proteins“: TIPs /z.B. EB1)
Transport: Zellzentrum -> Peripherie
mRNA, Membranvesikel, etc.
Polymerisationskraft: F-Aktin
Mikrospikes: CDC42 / Formin-abhängig
Zellmigration: Rac / Arp2/3 –abhängig
dynamische kortikale F-Aktin Netzwerke
„hijacking“ durch Listerien > ActA
Motorproteine Mikrotubuli und Aktin
Beispiel für Funktion
Motorproteine: Mikrotubuli
KINESIN (-)
DYNEIN (+)
Motorproteine: Aktin
MYOSIN IV (-)
andere MYOSINE (+)
Funktion: Muskelzellen Bewegung (Kontraktion)
Addressdomänen
Addressdomänen:
meistens > kurze Peptide/Aminosäuren Motive
in einigen Fällen > Oligosaccharide (Posttranslationelle Modifikation)
oft am N-Terminus, seltener am C-Terminus oder mitten im Protein
>1 Protein
Membrantransfer von Proteinen
Weg ins Zielkompartiment (lösliche Proteine):
-> in der Regel > Membranpassage (außer: Nukleus!)
Viele fertig gefaltete Proteine:
-> hydrophile Oberflächen > membranimpermeabel
Membrantranslokation:
-> durch Poren (> Proteinkomplexe)
-> ungefaltet, nicht globulär
Chaperone
-> verhindern Faltung frisch synthetisierter Proteine
-> fördern Proteinfaltung nach Membranpassage (Fehlervermeidung, NICHT Geschwindigkeit)
-> reparieren Faltungsfehler
Targeting und Import am ER
Signalpeptid (SP): oft N-terminal
-> nach Translation des SP: Ribosomen-Translokation zum ER
-> „rough“ ER: lösliche oder TM Proteine Eintritt ins Endomembransystem
SRP
- „signal recognition particle“
- bindet an Signalpeptid unmittelbar nach Translation
- verlangsamt Translation
SRP Rezeptor:
- Integrales (TM Domäne) ER Membranprotein (ER „Adresse“!!!)
- rekrutiert Ribosom/SRP Komplex
Translokationskomplex (Pore)
- fädelt wachsende, ungefaltete Proteinkette durch die ER Membran
- Signalpeptid (ca. 20 aa, hydrophob) bleibt in der ER Membran
Signalpeptidase
- kann Signalpeptid abschneiden: lösliche Proteine > ER Lumen - Abbau des Signalpeptids
Typen von TM Proteinen
Typ 1:
N-terminales Signalpeptide, wird abgeschnitten (wie lösliche Proteine)
interne hydrophobe Transmembrandomäne (TMD) > „stop transfer“/Anker-Funktion
-> Position der TMD: Größe der luminalen / zytoplasmatischen Domäne
Typ 2:
KEIN N-terminales Signalpeptid
interne hydrophobe TMD:
> übernimmt Funktion des Signalpeptides (SRP!)
> wird NICHT abgeschnitten
> N-terminales Ende bleibt im Zytoplasma -> Ladung um die TMD spielt eine Rolle: Zytoplasma: positiv, Lumen: negativ (saure AA)
Endomembransystem Unterschied Tiere und Pflanzen
ER: > Endoplasmatisches Retikulum
TGN: > Trans Golgi Netzwerk
PM: > Plasmamembran
PVC > Pflanzen > „Prevacuolar Compartment“
MVB > Tiere, Hefe > „multivesicular body“
PVC/MVB: ENDOSOM
Vakuole > Pflanzen: > lytisches / Speicher-Kompartiment
Lysosom > Tiere & Hefen > lytisches Kompartiment
Tonoplast > Pflanzen > Vakuolenmembran
Coat Proteine:
Funktion
Typen
Vesikelbildung
COPI
ER/Golgi, intra-Golgi pathways
COPII
ER -> Golgi pathways
Clathrin
(I) PM -> Endosom (Tiere)
(I) PM -> Trans Golgi Netzwerk (Pflanzen)
(II) Trans Golgi Netzwerk -> Endosom
Vesikel Abschnürung
Abschnürung von Clathrin „coated“ Vesikeln:
-> Dynamin -> GTPase -> „bud-neck“: lipide
spontate Polymerisierung -> Spirale
Konformationsänderung
energieabhängig: GTP -> GDP
SNAREs
Transmembran-Proteine
Zytoplasma: langgezogene „coiled-coil“ Protein-Protein Interaktions-Domänen
Transportvesikel: vSNAREs
Ziel (target) – Kompartiment: tSNAREs
Rab GTPasen
a) “Sorting” / Bildung von Transportvesikeln
Aktivierung/Rekrutierung von “Coat” Proteinen => Rab Effektoren
=> Verpackung von Cargo-Rezeptoren/Cargo
b) “uncoating”
Aktivierung/Rekrutierung von Lipid (Phosphoinositide PI) Kinasen oder Phosphatasen >Rab Effektoren
=> Veränderung der Membrankomposition
=> Coat Dissoziation
c) Vesikel Transport (“Motility”)
Aktivierung/Rekrutierung:
Motorproteinadaptoren
Motorproteinen (direkt) => Rab Effektor
=> Transport entlang des Zytoskelettes
d) “Tethering” / Verankerung
e) Fusion mit der Akzeptor-/Zielmembran
Aktivierung/Rekrutierung von Tethering-/ Verankerungs-Faktoren: => Rab Effektor
sehr grosse, längliche Proteine
binden an Komponenten der Zielmembran
=> Verankerung
aktivieren SNAREs
=> Membranfusion
N-linked Glykosylierung:
Ort
ER
Anheftung von Kohlenhydrate (Glykosylgruppen) an Aminogruppen (N-) von Proteinen
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