4,0

• alle Zellen speichern und replizieren ihre Erbinformation als DNA

• alle Zellen transkribieren und replizieren Teile ihrer Erbinformation als RNA

• alle Zellen verwenden Proteine als Katalysatoren

• alle Zellen translatieren mRNA in Proteine

• alle Zellen benötigen Freie Energie

• alle Zellen verwenden ähnliche biochemische Grundbausteine (ATP, Aminosäuren)

• alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben

Interaktionen von Makroolekülen über spezifische nicht-kovalente Wechselwirkungen

• Proteine: Aminosäure

• Nukleinsäure: Nukleotide

• Polysaccharide: Monosaccharide

• Energieübertragung: ATP -> ADP+P

• ATP= Adenosintriphosphat

• energiereiche Bindung: Phosphoanhydridbindungen

• Replikation: Verdopplung der DNA während des Zellzyklus

• Transkription: Das Abschreiben der DNA, d.h. die Bildung der RNA

• Translation: Übersetzung der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins (erfolgt an Ribosomen)

• mRNA: messenger RNA codiert ein Protein

• tRNA: transfer RNA ist der Adapter zwischen Codon und Aminosäure

• rRNA: ribosomale RNA ist Bestandteil des Ribosoms

• Enzyme dienen als Biokatalysatoren, Strukturproteine, Transport- und Speicherproteine, Motorproteine, Rezeptoren und Signalproteine

• Proteine dienen der Umsetzung der genetischen Informationen

Eine Domäne ist eine Faltungseinheit der Peptidkette

• Definition: ein molekulares Chaperon bindet eine sonst instabile Konformation eines anderen Proteins und stabilisiert diese durch kontrolliertes Binden und Freisetzen

• Aufgabe: unterstützen die Faltung von Substratproteinen

Das wichtigste System der Zelle zum Abbau geschädigter oder nicht mehr benötigter Proteine

• wird geregelt über die Menge des vorhandenen Proteins (Ebene der Transkription oder über Proteinabbau oder über Lokalisierung der Zellkompartimente)

• oder geregelt über dessen Aktivität (De-/Phosphorylierung, Bindung von Liganden, Calcium, GTPasen, limitierte Proteolyse)

• Kompartimente mit einfacher Membran:

  • Lysosomen/ Vakuole

  • Peroxisomen

  • Golgi Apparat

  • frühe Endosomen

  • ER

• Kompartimente mit Doppelmembran:

  • Zellkern

  • Mitochondrien

  • Chloroplasten

Membranen bestehen aus Lipiddoppelschicht (nicht das gleiche wie Doppelmembran)

alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben (nicht zu verwechseln mit Zellwand)

Membran besteht aus Lipiddoppelschicht in welche Membranproteine eingebettet sind

Membranlipide bilden eine zweidimensionale Flüssigkeit, in der die Proteine “schwimmen” -> Fluid Mosaic

• passiver Transport: Diffusion entlang Konzentrationsgradienten ohne ATP -> weil Membran semipermeabel

• erleichterte Diffusion: Transport mit dem Gradienten (erfordert Tansportproteine)

• Cotransport: Kopplung an zweites Substrat, das entlang des Gradienten transportiert wird (Symport und Antiport)

• aktiver Transport: Transport gegen Gradienten an ATP-Hydrolyse gekoppelt

• Aktinfilamente

• Mikrotubuli

• Intermediärfilamente

• Aktinfilamente (+assoziierte Proteine): bestimmen Zellform und sind direkt an Zellmotilität beteiligt, Transport von Vesikeln/Zellorganellen, Kontraktion von Muskeln, Zellteilung, Kriechen von Zellen

• Mikrotubuli (+assoziierte Proteine): bestimmen die Polarität der Zelle und sind direkt an Zellmotilität beteiligt, Transport von Vesikeln und Zellorganellen, Bewegung von Cilien und Geißeln, Trennung der Chromosomen während der Mitose

• Intermediärfilamente: machen Zellen gegenüber mechanischen Belastungen widerstandsfähiger

• Myosine -> Aktinfilament: Bindet an Memban, Endocytose, Gleitbewegung von Aktinfilamenten, Vesikeltransport, Cytoplasmaströmung

• Kinesine -> Mikrotubuli (von - zu +)

• Dyneine -> Mikrotubuli (von +zu -)

Nur Pflanzen (Zellulose) und Pilze (Chitin), Tiere nicht

(Cytosol, Cytoplasma, Cytoskelett) = das keine Zellorganellen (Organell von Membran abgegrenzt) Zellkern, Mitochondrien , ER, Golgi-Apparat, Lysosomen (bei Tieren), Vakuole (bei Pflanzen und Pilzen), Endosomen, Peroxisomen, (Chloroplasten nur bei Pflanzen)

• Zellkern: dort findet Replikation und Transkription der DNA statt

• Mitochondrien: Synthese von ATP in der Atmungskette

• Chloroplasten: Photosynthese

• Peroxisomen: Entgiftungsreaktion und diverse Stoffwechselprozesse

• ER: Synthese und Import sekretorischer Proteine statt, sowie der Großteil der zellulären Lipidsynthese

• Golgi: ist eine Sortier- und Verteilstation im secretory Pathway und Ort der Synthese von Kohlenhydraten

• Lysosom/Vakuole: Verdauungsorganell

• Cytosol: Ort der Proteinbiosynthese an Ribosomen, viele Stoffwechselreaktionen und die Aktivitäten des Cytoskeletts

• Endocytose: Aufnahme von Stoffen aus dem extrazellulären Medium

  -> Durch Endocytose nimmt die Zelle Stoffe von außen auf indem sie Vesikel an der Plasmamembran formt und deren Inhalt über Endosomen in die Lysosomen/Vakuole transportiert, wo z.B. Verdauungsreaktionen stattfinden

• Exocytose: Ausschleichung zellulärer Produkte

  -> In der Exocytose werden Proteine am rauhen ER synthetisiert und durch vesikulären Transport durch den Golgi zur Plasmamembran transportiert; daei werden sie post-translatiional modifiziert

• Phagocytose: Aufnahme größerer Partikel durch spezialisierte Zellen

• energiereiche Elektronen aus den Nahrungsstoffen werden über den Citratzyklus in die Atmungskette eingespeist und auf Sauerstoff als Elektronenakzeptor übertragen; dabei werden Protonen in den Intermembranraum gepumpt

• In den Thylakoiden der Chloroplasten findet die Photosynthese statt, dabie wird Wasser durch das PSII zu O2 oxidiert, Protonen über die Membran gepumpt und der Rückfluss der Protonen liefert die Energie für dei ATP-Synthase in einer weiteren photochemischen Reaktion durch PSI wird NADP+ zu NADPH reduziert; ATP und NADPH dienen der Kohlenstofffixierung (Synthese von Biomasse aus CO2)

  
  

• Die Kernhülle besteht aus einer Doppelmembran (die äußere Membran geht kontinuierlich in das ER über) und trnnt die Prozesse der Transkription und Translation

• Die Kernporen erlauben den Austausch von Makromolekülen (Proteine, RNAs, Ribosomenuntereinheiten) zwischen Zellkern und Cytoplama

Im Nucleolus werden rRNA synthetisiert und Ribosomeneinheiten assembliert

• Replikation und Transkription der DNA im Zellkern

• Translation im Cytoplasma

• Direkter Kontakt durch Verbindung des Cytoplasmas beider Zellen durch Gap Junctions aus Connexonen (oder Plasmodemen mit Desmotubuli bei Pflanzen)

• Direkter Kontakt durch Wechselwirkungen zwischen Oberflächenmolekülen beider Zellen, in der Regel Membranproteine und Membranproteinrezeptoren

• Indirekte Kommunikation kann über extrazelluläre Botenstoffe geschehen:

  -> ermöglicht Kommunikation sowohl mit benachbarten Zellen des gleichen Zelltyps (autokrin) und anderen Zelltypen (parakrin), als auch mit weit entfernten Zelltypen (endokrin, hormonell)

• In extrazellulären Vesikeln (EVs) können lösliche Proteine und Membranproteine gleichzeitig und kombiniert übertragen werden

  Die Signalübertragung über EVs kann sowohl autokrin, parakrin, synaptisch und endokrin erfolgen. Die Kommunikation über EVs ist daher sehr vielseitig und variabel anpassbar

• Botenstoffe binden an einen Rezeptor der Zielzelle (Erkennung)

  Die Bindung löst eine Signalkaskade in der Zielzelle aus (Übertragung)

  Die zu einer zellulären Antwort führt (Antwort)

• Erkennung:

  • Rezeptoren in der Plasmamembran

    • G-Protein-gekoppelter Rezeptor

    • Rezeptor-Tyrosinkinasen

    • Liganden-gekoppelte Ionenkanäle

  • Rezeptoren im Zytoplasma

• Übertragung:

  • Phosphorylierungskaskade

  • Second messanger

    • cyklisches AMP (cAMP) und cyklisches GMP (cGMP)

    • Ca2+Ionen

    • Diacylglycerol (DAG) und Inositoltriphosphat (IP3)

• Antwort:

  • Änderung Genexpression

  • Änderung Proteinaktivitäten

• G1-, S- &G2-Phase bilden die Interphase

  • G1-Phase: RNA- und Proteinsythese

  • S-Phase: Synthese von DNA (Replikation der Chromosomen)

  • G2-Phase: Vorbereitung auf Mitose

  • M-Phase: Mitose (Unterteilung) und Cytokinese (Zellteilung)

• Mitose: Teilung des Zellkerns. Beinhaltet Kondensation der DNA und Trennung der in der S-Phase replizierten Chromosomen, um zwei identische diploide Tochterzellen zu bilden

• Meiose: Bildung von Gameten durch zwei aufeinander folgende Teilmengen des Zellkerns bei nur einer Replikation der DNA. Dadurch wird der doppelte Chromosomensatz (diploid) auf einen einfachen Chromosomensatz reduziert (haploid). Es entstehen 4 unterschiedliche Gameten

• Epithel: Zusmmenhängende Zellschicht, die mit einer oder mehreren Lagen eine Außenfläche abdeckt oder ein Hohlorgan auskleidet

• Bindgewebe: Jedes Trägergewebe zwischen anderen Geweben, das aus Zellen besteht, die in eine relativ große Masse extrazellulärer Matrix eingebettet sind (z.B. Knochen, Knorpel)

• Extrazelluläre Matrix: Komplexes Netzwerk von Polysacchariden und Proteinen, die von Zellen ausgeschieden werden und in die Zellen eingebettet sind

• Basallamina: Die dünne Matte extrazellulärer Matrix, die Epithelschichten und jeden anderen Zelltyp (z.B. Muskel- oder Fettzellen) vom Bindegewege trennt

Zelladhäsionsmoleküle sind Proteine, die Zell-Zell-Kontakte herstellen; Zelladhäsionsrezeptoren verbinden Zellen mit der extrazellulären Matrix. Beide sind auf der cytosolischen Seite der Plasmamembran mit dem Cytoskelett verbunden.

Die Hauptfunktion von Zellverbindungen sind Verankerung (Adherence Junctions), Abdichtung (Tight Juncions) und Kommmunikation (Gap Junctions)

Durch Autophagie kann die Zelle ihre eigenen Bestandteile verdauen, indem sie diese in eine Doppelmembran (Autophagosom) einschließt, die anschließend mit dem Lysosom fusionieren.

Autophagie ist wichtig um geschädigte Zellbestandteile zu entfernen oder im Hungerzustand Stoffwechselenergie zu generieren

• Durch Apoptose werden Zellen eliminiert, die nicht mehr gebraucht werden (z.B. bei der Embryonalentwicklung), oder die zu einer Bedrohung geworden sind (z.B. virusinfizierte Zellen oder Krebszellen)

• Apoptose wird durch Caspasen (proteolytische =eiweißverdauend Enzyme) vermittelt, die Proteine des Zellkerns und Cytoplasmas spalten

• Durch Apoptose sterben die Zellen “sauber” ohne das umliegende Gewebe zu schädigen

• Proliferation (Vermehrung) von Zellen

• Spezialisierung (Differenzierung) von Zellen

• Interaktion von Zellen

• Wanderung von Zellen

• Keimzellen: sind Eizelllen und Spermien

• somatische Zellen: sind alle Zellen, die keine Keimzellen sind

• Stammzellen: sind nicht-differenzierte Zellen, die sich potentiell unbegrenzt replizieren und differenzierte Zellen bilden können

• Vorläuferzellen: sind aus Stammzellen entstanden und haben ein eingeschränktes Differenzierungspotenzial

• Embryonale Stammzellen: sind undifferenzierte, pluripotente Zellen im Inneren der Blstocyste

• Adulte Stammzellen: dienen der Gewebeerneuerung und haben ein eingeschränktes Differenzierungspotential

• DNA-Reperatur

• Signaltransduktion

• Zellzyklusregulation

• Apoptose

• Zell-Zell-Kontakt

• B-Zellen: sezernieren Antikörper (Immunglobuline), die auf große Entfernung extrazelluläre Phatogene inaktivieren oder für den Abbau durch Makrophagen markieren

• T-Zellen: erkennen intrazelluläre Antigene, die auf der Oberfläche der Zielzellen präsentiert werden

• T-Helferzellen aktivieren v.a. B-Zellen

• Cytotoxische T-Zelle (T-Killerzelle) lösen in Zielzellen Apoptose aus

Lichtmikroskop: Zellen und teilweise Zellorganelle (Zellkern), 200 nm

Elektronenmikroskop: Zellorganelle, 0,1-0,2 nm

TEM kann höhere Vergrößerung hervorrufen aus REM

TEM Probe wird durchstrahlt

REM kann Bilder räumlich darstellen, man erhält ein Oberflächenbild