Grundlagen

Rundgang durch die Zelle

1) Mikroskopie

• Fortschritt durch Verbesserung der Kenngrößen: Vergrößerung, Auflösungsvermögen und Kontrast

• Licht- und Elektronenmikroskopie wichtige zellbiologische Methoden

2) Zellfraktionierung

• Differenzielle Zentrifugation mit aufgebrochenen Zellen

• Große/schwere Teilchen setzten sich zuerst ab

3) Prokaryotische Zellen vs eukaryotische Zellen

• alle von einer Plasmamembran umgeben

• Prokaryonten haben keinen Zellkern, sowie von Membranen umgebene Organelle

• Eukaryonten haben innere Membranen zur Kompartimentierung zellulärer Funktionen

• Das Verhältnis Oberfläche zu Volumen ist eine wichtige Kenngröße für Zellabmessung und begrenzt die Stoffwechselleistunegn

• Pflanzen- und Tierzellen haben größten Teils die gleichen Organellen: Zellkern, ER, Golgi-Apparat und Mittochondrien

• Chloroplasten gibt es nur in photosynthetisch aktiven Eukaryonten

4) Zellkern und Ribosomen - Aufbau und Funktion

• Genetische Anweisungen liegen im Zellkern und werden durch Ribosomen umgesetzt

5) Endoplasmatisches Reticulum (ER),Golgi-Apparat, Lysosom und Vakuole - Aufbau und Funktion

• Endomembransystem, Proteinlogistik und Zwischenstoffwechsel

6) Mitochondrien, Chloroplasten und Peroxisomen -Aufbau und Funktion

• Mitochondrien und Chloroplasten arbeiten als Energiewandler

7) Das Cytoskelett organisiert die Zellstruktur

• Stütze, Motilität und Regulation

• Komponenten des Cytoskeletts

  • Mikrotubuli

    -> Stabilität der Zelle und geordnete Bewegung von Organellen in der Zelle

  • Cilien und Flagellen

    -> bewegliche Zellanhänge mit Mikrotubuli

  • Mikrofilamente

    -> Spielen eine große Rolle bei Muskelkontraktion, amöboiden Bewegungen, Cytoplasmaströmung und der mechanischen Aussteifung von Mikrovilli

8) Die Koordination zellulärer Aktivitäten

• pflanzliche Zellwände

  • Cellulosefasern eingebettet in Polysaccharide und Proteine

    -> Ausrichtung der Cellulosefasern richtet sich nach der Ausriichtung der Mikrotubuli

• exrtazelluläre Matrix von Tieren

  • Glycoproteine und Proteoglycane werden von Tierzellen sezerniert

    -> bilden die extrazelluläre Matrix

    -> wirken bei der mechanischen Versteifung, Adhäsion, Bewegung und Regulation von Zellen mit

9) Zellen sind mehr als die Summe ihrer Bestandteile

Die einwandfreie Funktion einer Zelle erfordert das ausgefeilte Zusammenwirken all ihrer Bestandteile.

Die molekularen Grundlagen der Vererbung

1) Die DNA ist die Erbsubstanz

• Experimente mit Bakterien und Bakteriophagen belegen das

• Watson & Crick postulierten die Doppelhelixstruktur

  • zwei antiparallel verlaufende Zucker-Phosphat-Ketten

  • Nucleobasen weisen nach innen

    -> über H-Brücken zusammen gelagert

2) DNA-Replikation

• DNA-Replikation verläuft semikonservativ (Mendelson & Stahl)

  -> DNA entwindet sich und beide Stränge dienen als Matrize

• Vorgänge an der Replikationsgabel

• DNA-Polymerasen können auch Korrektur lesen

• Fehlpaarungsreparatur

  -> andere Enzyme tauschen fehlerhaft eingebaute Nucleotide aus

• Exzisionsreperatur

  -> DNA-Schäden und Fehlpaarungen werden nach der Replikation durch Nucleasen herausgeschnitten und anhand des unbeschädigten Stranges neu eingesetzt

• Enden eukaryotischer Chromosomen verkürzen sich mit jeder neuen Replikation

  -> Telomere tragen an den Chromosomenden repetitive Sequenzen

  • Verzögerung der Verkürzung in relevanten Bereichen

  • in Keimbahnzellen: Verlängerung der Telomere durch Telomerase

3) Ein Chromosom - ein mit Proteinen verpacktes DNA-Molekül

• bakterielles Chromosom

  -> zirkuläres DNA-Molekül mit einigen assoziierten Proteinen

• Eukaryotisches Chromatin

  -> besteht zum größten Teil aus DNA, Histonen und anderen Proteinen

  • Histone -> bilden heterooctamere Komplexe umwunden von DNA

    -> Nucleosomen

  • weitere Komprimierung der DNA -> hoch verdichtetes Metaphasenchromosom

  • in der Interphase liegt das meiste Chromatin als Euchromatin vor

    -> ein kleiner Teil bleibt im Heterochromatin (dichter gepackter Zustand)

    -> nur Bereiche des Euchromatins sind für die Genexpression zugänglich

  • posttranslationale Modifikation der Histone -> beeinflusst Grad der Chromatinkondensation

    
    

Vom Gen zum Protein

1) Genen und Proteinen über Transkription und Translation

• die DNA steuert den Stoffwechsel

  -> Herstellung bestimmter Enzyme und anderer Proteine

  -> “Ein Gen = Ein Enzym-Hypothese”

  • Beadle/Tatum-Experimente mit Mutantenstämmen des Pilzes Neurospora

  -> Gene codieren Polypeptidketten (Enzyme oder andere Proteine) oder RNA-Moleküle

• Transkription

  -> Herstellung einer zum Matrizenstrang der DNA komplementären RNA

• Translation

  -> Informationsübertragung von der Ebene der RNA auf die der Proteine

• Informationsform

  -> nicht-überlappende Basentripletts (Codons)

  • ein Codon (64 Varianten insgesamt) steht entweder für eine spezifische Aminosäure (61 Varianten) oder ein Stoppsignal der Translation (drei Varianten)

  • die Codons müssen im richtigen Leseraster abgelesen werden

2) Transkription – die DNA-abhängige RNA-Synthese

• katalysiert von der PNA-Polymerase