Biologie

• kleinste funktionelle Einheit des Lebens

• Kleinste strukturelle Einheit eines Organismus

• Kleinste Einheit der Vermehrung

• Universelle Grundform der biologischen Organisation

  • Einzeln als eigenständiger Organismus

  • Mehrere Zellen als höheres, funktionell differenziertes Lebewesen

• Protozyten / Prokaryoten

• Euzyten / Eukaryoten

• Syntheseprodukte bestimmen die Funktion des Organs

• Biologische Membranen

  • Abgrenzung intra-/extrazellulärer Raum

  • Abgrenzung von Zellkompartimenten

  • Dient der (intrazellulären) Kommunikation

• gleicher Grundaufbau

  • Lipidmoleküle: Lipiddoppelschicht

  • Darin eingelagerte Proteinmoleküle

    • Strukturell Bindung zwischen Zytoskelett und Extrazelluläre Matrix

    • Funktionssteuerung

  • Flüssigmosaikmodell (dadurch auch verformbar)

  • Membranlipide

    • Geben Struktur

    • Phospholipide, Cholesterin, Glykolipide und hydrophiles Kopf, hydrophobes Schwanzende

  • Membranproteine

    • Geben Funktion

    • Hydrophile und hydrophobe Anteile

• Sackförmige Grübchen

• Lipid-rafts

  • Spezielle Lipidzusammensetzung, meist viel Cholesterin und Spingolipide

• Vorkommen im Gefäßendothel, glatte Muskelzelle, Fettzelle

• Als Eintrittspforte für einige Viren

• An Proteine oder Lipide gebundenen Kohlenhydratanteil der extrazellulären Seite der Zellmembran

• Aufbau: Netzwerk von Glykoproteinen und Glykolipiden

• Funktion: Steuerung der Wechselwirkungen zwischen Zellen, der Kommunikation mit der Außenwelt, Rezeptorfunktion und Wirkung als Antigen, Hormonrezeptoren

• glattes ER

  • Produktion von Membranlipiden

• Raues ER

  • an Ribosomen Produktion von Proteinen, Abgabe in ER-Lumen oder in seine Membran eingebaut

• erhalt Proteine und Lipide vom ER und modifiziert diese

  • Lipide -> Glykolipide

• passiv

  • Diffusion und Osmose

• Aktiv

  • Energieverbrauch

• Ionen thermische Eigenbewegung (Bewegung auch zu und durch Membran)

• Diffusionsgeschwindigkeit abhängig von Konzentrations-/Druckgefälle, Art der Moleküle, Temperatur

• semipermeable Membran für kleinere Moleküle des Lösungsmittels, keine Durchlässigkeit für gelöste Stoffe

• Einseitig gerichtet, Lösungsmittel bewegt sich in Richtung höherer Konzentration

• Energie gegen Konzentrationsgefälle, gegen osmotischen Druck, gegen elektrischen Gradienten

• Ionen, Zucker, Aminosäuren, Nucleotide, Metabolite

• Selektive Transmembranproteine

• Mukoviszidose

• Zystische Fibrose

• Membrantransportvorgänge durch eine Mutation gestört

• Drainagesystem der Lunge funktioniert nicht, dadurch Ansammlung zähflüssiger Schleim in den Bronchien

• Ständige Infekte, Bronchitiden und Lungenentzündungen

• gar nicht mit anderen Zellen

• Ungehemmtes Wachstum

• Perniculeärer Spalt mit Kommunikationsstellen zum ER

  • Spalt zwischen innerer und äußerer Membran

• Spiralig angeordnete Ribosomen

• Poren der Kernhülle

• Nucleolus

• DNA

• abhängig von Aktivitätszustand der Chromosomen

• Kugelform, nierenförmig (Lage der Zentriolen)

• Anpassung an Zellform (zB länglich)

• meist 1 Kern pro Zelle

• Ausnahmen: Erythrozyten, Thrombozyten, Leberzellen, Osteoklasten

• bikonkav

• Erythrozyten und Thrombozyten sind kernlos

• Leberzellen

• Osteoklasten

• Speicherung der Erbinformation in Form von Chromosomen, in denen die DNA auf hochgeordnete Weise verpackt ist

• Replikation und Transkription von DNA in hnRNA, Processing von hnRNA in mRNA

• Kernplasma

  • Eigener Stoffhaushalt, viel Na+ und Cl-

  • Proteine aus Zytoplasma

• Kernhülle

  • Zwei Elementarmembranen, dazwischen perinucleärer Spalt

  • Spalt kommuniziert mit ER

• Doppelmembran mit perinucleärem Spalt, außen mit Ribosomen besetzt, innen mit aufgelagerter Lamina

• Von zahlreichen komplexen Poren durchsetzt, die den ATP-vermittelten selektiven Transport in und aus dem Kern regulieren

• Anheftung der Chromosomenenden der Lamina

• Aufrechterhaltung eines eigenen Stoffhaushalts mit einer vom Zytoplasma sehr unterschiedlichen Ionenzusammensetzung

• Zellkern (Nucleolus)

• Zellleib (=ohne Zellmembran) minus Zellkern

• 55 % des gesamten Zellvolumens

• 20 % Proteinanteil, heterogen innerhalb der Zelle

• Enzyme für u.a. Anaerobe Glykolyse, Biosynthese und Proteinabbau

• im Zellkern

• Aufbau

  • Keine Membran

  • Ribonucleoproteine (Verbindungen aus RNA und Proteinen), 2 Untereinheiten

• Proteinbiosynthese (Translation)

  • Am ER für Membran- und Exportproteine

  • Im Zytoplasma für Zellteilung Proteine

• Kompartimentierung

  • grenzt Stoffwechselräume im Zytoplasma ab

• Intrazellulärer Stofftransport als Kanalsystem (Kanalisierung)

• Membrandepot zum Aufbau neuer Membranen

• Oberflächenvergrößerung

  • Mehr Fläche für Stoffwechsel (enzymatische Reaktionen)

• Synthese von Proteinen

• Glykosylierung

• Hydroxylierung

• Transport von Lösungen

• Speicherung von Stoffen (Ionen)

• Synthese von Membranphospholipiden und Steroidhormonen

• Gluconeogenese

• Detoxifikation

• raues ER

  • Besonders in sekretorischen Zellen

  • Als Nissl-Schollen in Nervenzellen

• Glattes ER

  • Zellen von Darm, Leber, Talgdrüsen, Nebennierenrinde, steroidhormonproduzierende Zellen der Gonaden

• aus dem endoplasmatischen Retikulum

• Mehrere Golgi-Zisternen bilden ein Diktyosom

• Mehrere Diktyosomen bilden einen Golgi-Komplex

• Polarer Aufbau mit (unreifer) cis-Seite und trans- oder Abgabeseite

• Glykosylierung von Proteinen und Lipiden

• Anbau von Sulfaten an Proteine

• Anheftung von Fettsäuren

• Phosphorylierung lysosomaler Proteine

• Transport von Membran- und Sekretproteinen

• Bildung diverser, funktionell unterschiedlicher Membranvesikel, wie Sekretgranula zur Exozytose

• Beteiligung bei der Lysosomenproduktion

• Membranregeneration

• Aufrechterhaltung des Membranflusses

• Aufgabe ist die Verdauung zelleigenem und -fremdem Material Und hydrolytische Spaltung von Makromolekülen

• Enthalten Enzyme, pH-Wert 4-5

• entsteht in Diktyosomen des Golgi-Apparats

• Formen

  • Primäres Lysosom

    • Nicht mit phagozytiertem Material fusioniert

  • Sekundäres Lysosom

    • Mit phagozytiertem Material fusioniert

  • Autophagolysosom

    • Abbau zelleigenes Material und Rückgewinnung verwertbaren Materials

  • Heterophagolysosom

    • Abbau zellfremden Materials und Einfluss nichtabbaubarer Reste in Restkörper

• Prozess, etwas in die Zelle aufzunehmen

• Erster Schritt der Endozytpse ist eine Einstülpung der Zellmembran, Einstülpung wird immer größer und wird schließlich als Membranvesikel ins Innere der Zelle freigesetzt

• konstitutive Exozytose befördert ständig Exportproteine zur Zelloberfläche - Sekretion

• Freigesetzte Moleküle können isch entweder an der Zelloberfläche anheften, in die Extrazellulärmatrix wandern oder als Nahrung/Signal für andere Zellen in extrazelluläre Flüssigkeiten diffundieren

• Voraussetzungen der Exozytose

  • Die Vesikelmembran muss die Plasmamembran erkennen

  • Beide Membranen müssen fusionieren

• Zellen, die auf Sekretion spezialisiert sind, weise die regulierte Exozytose auf

• Sie produzieren große Mengen bestimmter Substanzen, wie Hormone, Enzyme oder Schleim und speichern sie in sekretorischen Vesikeln

• Diese sammeln sich in der Nähe der Plasmamembran und werden nach einem externen Signal ausgeschüttet

• erhöhtes Herzinfarktrisiko bereits im Jugendalter

• Autosomal-dominante Erkrankung des Fettstoffwechsels

• Mutation im Gen des LDL-Rezeptors liegt zugrunde -Störung der Funktion hemmen Aufnahme und Abbau der LDL und steigern konsekutiv die zelluläre Cholesterinsysnthese, da dort HMG-CoA-Reduktase nicht gehemmt wird

• aus vorhandenen Peroxismen bzw aus dem peroxisomalen Retikulum unter Beteiligung von an freien Ribosomen synthetisierten Proteinen und Peroxinproteinen als Carrier

• H2O bildende Enzyme und H2O spaltende Enzyme

• Abbau von Wasserstoffperoxid

• Biosynthese von Plasminogenen, Cholesterinvorstufen und Gallensäure

• Steroidhormonsynthese

• Vorkommen: besonders in Leber- und Nierenzellen

• versorgen die Zelle Adenosintriphosphat

• 2 Elementarmembranen mit spezifischen Proteinen

• Äußere und innere Membran

  • Äußere: besteht zu 50 % aus Lipiden und enthält Enzyme

  • Innere ist in Form von Röhren, Falten oder in anderer Weise gefaltet: am häufigsten Cristae (Falten)

    • Innere getrennt in zwei Kompartimente

      • Intercristaeraum und Matrixraum

• Beim Signal Zelltod nimmt die Durchlässigkeit der äußeren Mitochondrienmembran zu

• Dadurch gelangt Cytochrom C aus dem Membranzwischenraum in das Zytosol

• Aktivierung einer Protease, welche eine Kaskade proteolytischer Aktivierungen in Gang setzt, die den programmierten Zelltod einleiten

• geben Zellen verschiedene Formen; verformbar und teils beweglich

• Mikrotubuli

• Intermediärfilamente

• Actinfilamente

• lange, steife, nicht beständige Proteinröhren

• Polarität von Zentrosom zu Zellperipherie

• globuläre (kugelförmige) Tubulinmoleküle

• Diverse aus Alpha- und beta-Tubulin, GTP-Bindung

• Heterodimere mit Disulfidbrücken als kettenartige Protofilamente

• Schraubenförmig

• Alpha-Tubulin am Minusende

• Beta-Tubulin am Plusende: (De-)Polymerisation

• Aufgabe

  • Festlegung der Lage der Zellorganellen

  • Steuerung intrazellulärer Transportprozesse

• Vorkommen

  • Zytoplasma

  • Spindelapparat

  • Zentriolen

  • Zivilen

  • Geißeln

• ordnet Chromosomen und hält diese in Äquatorialebene

• Actin

  • 2 verdrehte Ketten F-Actin identischer kugelförmiger Actinmoleküle (G-Actin)

• Myosin

  • 2 schwere und 2 leichte Peptidketten

• Signalmolekül einer signalgebenden Zelle

• Weiterleitung dieses Signals an signalempfangende Zelle

• Signalempfangende Zelle erkennt extrazelluläres Signal anhand von spezifischem Rezeptor und kann es in ein intrazelluläres Signal umwandeln

• endokrin

  • Nach innen abgebend, Blutbahn

• Parakrin

  • Auf lokal umliegende Zellen wirkend

• Autorin

  • Selbststimulierend, zB Thrombozyten Hämostase

• Neuronal

• Kontaktabhängig

• elektrisch

  • Eng benachbarte Zellen

  • Neuronen und glatte Muskelzellen

• Chemisch

  • Neuronen

  • Neurotransmitter geben Aktionspotential der präsynaptischen Zelle per Diffusion an spezifische Rezeptoren der postsynaptischen Zellmembran weiter

• neuronale Kommunikation

  • Schnelle Erregungsleitung

  • Axon (elektrische Leitung)

• Hormonale Kommunikation

  • Langsame Verteilung

  • Blutkreislauf (Ausschüttung in die Blutbahn und Diffusion im Organismus)

• Parakrine und autofreien Kommunikation

  • Über extrazellulärer Raum

  • Verschlüsselung durch chemische Botenstoffe

• bei direktem Kontakt

  • Gar junctions, Membranproteine

• Benachbart

  • Synaptische oder parakrine Übertragung

• Weit entfernt

  • Hormonelle Übertragung

• es muss eine unmittelbare Zell-Zellverbindung bestehen

• Signalerkennung

• Signalübertragung

• Antwort (Reaktion)

• 1. Klasse

  • Große hydrophile Moleküle

  • Benötigen Rezeptor Zielzellmembran

• 2. Klasse

  • Kleine hydrophobe Moleküle

  • Diffusion und Rezeptoren im Zellinneren

• 3. Klasse

  • Neurotransmitter

• 2. Klasse; kleine hydrophobe Moleküle

• Diffusion und Rezeptoren im Zellinneren

• sind Proteine, meist Glykoproteine

  • Interaktion von extrazellulärem Mediator und Rezeptor ist durch hohe Spezifität gekennzeichnet (Schlüssel-Schloss)

• Lage

  • An der Plasmamembran und den Membranen des Endomembransystems lokalisiert

  • Intrazellulär vorliegende Rezeptorproteine

• ionenkanalgekoppelte Rezeptoren, Ionenfluss, induziert elektrischen Effekt

• G-Protein gekoppelte Rezeptoren, aktiviert diffundieren in Zellmembran

• Enzymgekoppelte Rezeptoren, induzieren katalytisch Aktivitäten auf zytoplasmatischer Rezeptorenseite

• sind immer Membranproteine

• Öffnungszustand wird durch die Bindung eines Liganden an den Kanal beeinflusst

  • Extrazelluläre Liganden bsp Neurotransmitter

    • Y-Aminobutyrat

    • Acetylcholin

    • Glutamat

    • Serotonin

• Vermitteln die schnellsten zellulären Reaktionen, da die Bindung des Liganden unmittelbar mit dem Öffnen oder Schließen eines Ionenkanals verknüpft ist

• übt seine Funktion mithilfe eines G-Proteins aus

• werden von vielen Signalmolekülen genutzt

• sobald Signalmolekül an den Rezeptor bindet, verändert sich die Form, sodass G-Protein bindet und aktiviert

• GTP Molekül ersetzt am G-Protein das GDP

• Aktive G-Protein bindet an das Enzym und aktiviert es

• Enzym setzt den nächsten Schritt in Gang, der zur Antwort der Zelle führt

• G-Protein gekoppelte Rezeptoren

• Rezeptorkinasen

• Rezeptoren mit assoziierten Kinasen

• Proteolytisch prozessierte Rezeptoren

• eine Klasse von Vitamin-A-Derivaten, die durch ihre regulierende Wirkung auf Zellprliferation, Differenzierung und Apoptose eine zentrale Rolle in der dermatologischen Therapie spielen

• die in einer Zelle vorhandenen Proteine legen das fest

• kleine wasserlösliche Moleküle oder Ionen

• Können sich in der Zelle durch Diffusion leicht ausbreiten

• Werden in großen Mengen als Antwort auf die Rezeptoraktivierung erzeugt

• Geben das Signal an spezifische Signalproteine oder Effektorproteine weiter, indem sie an diese binden und deren Verhalten ändern

• enzymatische Verdauung zellulärer Bestandteile und der über Endozytose aufgenommenen Substanzen

• Zitratcyklus, oxidative Phosphorylierung entlang der Atmungskette, Fettsäureoxidation, Abbau von Aminosäuren

• DNA-Replikation und Transkription

• durch Aminosäureoxidasen und Katalasen katalysierte Oxidationsreaktionen, Reaktionen des Glyoxylzyklus bei Pflanzen, Fettsäureoxidation

• posttranslationale Modifikation von Membranproteinen und sezernierten Proteinen; Bearbeitung der Plasmamembran und von Sekretionsvesikeln

• Proteinreifung

• Biosynthese von Fetten, Steroiden und neuen Membranen

• Glykolyse, Proteinsynthese, Pentosephosphatweg, Fettsäuresynthese, Gluconeogenese

• Stimulation

• Rezeption

• Signalweiterleitung

• Aktivierung von Effektorproteinen

• elektrischer Stimulus

• Chemischer Stimulus

• Zell-Zell-Kontakt

• Stress

• Nervenzelle (Neuron) empfängt das Signal über die Dendriten

• Generiert Antwort

• Und überträgt Signal schnell über das Axon auf eine andere Nervenzelle

• Die Synapse = Stelle an der ein Neuron mit einem anderen in Kontakt tritt

• netzartiger Aufbau und Beeinflussung der Formgebung der Zelle

• Netzwerk von Proteinfilamenten im Zytoplasma

• Durchziehen des Zytoplasmas der eukaryotischen Zelle

• An Organisation der inneren Aktivitäten der Zelle beteiligt

• Intermediärfilamente

• Mikrofilamente

• Mikrotubuli

• Formgebung, Stabilität

• Aktive Bewegung der Zelle

• Organisation des Zellinneren

• Bewegung und Transporte innerhalb der Zelle

• Signalübertragung

• Struktur aus Proteinen, gelegen im Zytoplasma einer Zelle

  • Dienen der mechanischen Stabilisierung der Zellen

  • Bilden Stützgerüst der Zelle und strahlen in bestimmte Zellverbindungen ein

• Erhalt der Zellgestalt

• Verankerung Zellkern und bestimmter anderer Organellen

• Bildung Zellkernlamina

• Keratin-Filamente

• Vimentin-Filamente

• Neurofilamente

• wasserunlösliche Faserproteine

  • Zusammenhalt einzelner und ganzer Gewebe - Beteiligung an der Verankerung von Zellen an Desmosomen und Hemidesmosomen

  • Vorkommen: Typischerweise in Epithelzellen - Hauptbestandteil von Haaren, Nägeln, andere hornige Strukturen

• Bausteine für Intermediärfilamente

  • Fibroblasten

  • Endothelzellen

  • Leukozyten

• fadenförmige Protein-Strukturen in eukaryotischen Zellen

• Bestehen hauptsächlich aus dem Protein Aktin

• Sind zentraler Bestandteil des Kontraktionsapparates der Muskeln

• Erhalt und Änderung der Zellgestalt

• Muskelkontraktion

• Zytosplasmaströmung

• Zellmotolität

• Zellteilung tierischer Zellen

• röhrenförmige Proteinkomplexe innerhalb eukaryotischen Zellen

• Bilden Spindelapparat für die Zellteilung = Chromosomentransport

• Sorgen für Stabilität und Transport = Erhalt der Zellgestalt und Zellmotilität

• Erhalten Motoproteine

• enthält genetische Informationen - Doppelstrang DNA

• Ort der Transkription und Replikation der DNA

• Nucleolus

  • Synthese der Ribosomen

• Kernhülle

  • 2 Membranen und perniculeärer Zwischenraum = Kommunikation mit ER

• Kernporen

  • Lebenswichtiger Kommunikationswege zwischen Zytosol und Zellkern

• Versorgungssystem

• Kompartimierung

  • Abgrenzung von Stoffwechselräumen im Zytoplasma

• Kanalisierung

  • Kanalsystem des intrazellulären Stofftransports

• Membrandepot

  • Aufbau neuer Membranen

• Oberflächenvergrößerung

• Produktion Membranphospholipide und Steroidhormone

• Beteiligung am Stoffwechsel

• spezialisiertes ER in Muskelzellen

• Intrazelluläre Speicherung Ca

• Proteinbiosynthese und Membransynthese

• verantwortlich für die posttranslationale Modifikation der Proteine

• In Diktyosom (funktionelle Einheit) und Vesikel (Kommunikation zwischen Golgi und Zellkompartimente) unterteilt

• aufeinandergeschichtete Membranen

  • Cis-Golgi (Empfangsstelle)

  • Mediales Golgi (Fertigungsstelle)

  • Trans-Golgi (Sortier- und Versandstelle)

• sind das intrazelluläre Verdauungssystem und werden umgangssprachlich auch als Recyclinganlage bezeichnet und bestehen aus sauren Enzymen

• Verdauen Biomakromoleküle der Zelle und zerlegen diese in ihre ursprünglichen Rohstoffe

• 4-5

• Proteinasen - Proteine

• (Phospho-)Lipasen - Lipide und Phospholipide

• Nucleasen- DNA und RNA

• Glycosidasen - Zuckerketten

• Sulfatasen -spalten Sulfat und Phosphat von größeren Molekülen ab

• oxidieren organische Moleküle und übernehmen damit die Entgiftungsfunktion

• Ihr Leitenzym ist die Katalase und Ziel ist der Abbau von Fettsäuren zu H2O2

• Äußere Membran

  • Durchlässig für viele Stoffe

• Innere Membran

  • Undurchlässig - Transportsysteme und Ort der Atmungskette

• Matrix

  • Ort des Zitratzyklus und der Beta-Oxidation

• Energiebereitstellung (Ort der Zellatmung)

• Einstülpungen der Innenmembran zu Oberflächenvergrößerung

• Ort des Zitratzyklus und der Beta-Oxidation

• Mitochondrien

  • Glucose - Glykolyse - Pyruvat

• Matrix

  • Pyruvat - CO2

• Übertragung der Elektronen mittels NADH auf die Atmungskette

• Atmungskette

  • Chemische Energie - Energieumwandlung - Antrieb Phosphorylierung ATP

• Phospolipide mit hydrophilem Kopf und hydrophobem Schwanz

• Cholesterin, Glykolipide, eingelagerte Proteine, Glykokalix-Oberfläche

• allgemeine Struktur von Biomembranen

• In einer durchgehenden Phospholipiddoppelschicht

• In der Proteine eingelagert sind

• Transport

• Enzymaktivität

• Signalübertragung

• Zellverbindungen

• Kommunikation der Zelle mit der Außenwelt

• Uniport

• Symport

• Antiport

• Aquaporinen

• Transportprotein bindet eine Substanz ohne Kopplung an einen anderen Stoff

• gleichzeitiger Transport von zwei Stoffen in die gleiche Richtung

• gleichzeitiger Transport von zwei Stoffen in entgegengesetzte Richtung

• besondere Proteinkanäle für sehr gute Durchlässigkeit von H2O

• Mittels

  • Phagozytose

    • Aufnahme größerer, geformter Partikel

  • Pinozytose

    • Aufnahme echter oder kolloidal gelöster Partikel

  • Rezeptorvermittelt

    • Bestimmte Moleküle binden an Rezeptoren auf der Zelloberfläche

• Klinische Beispiele: Transport von Cholesterin im Blur // Fe Aufnahme in die Zelle

• Transport aus der Zelle ins umgebende Medium

  • ZB Sekretgranula, Hormone, Exkrete

• grundlegende Einheiten der Vererbung

• Bestehen aus DNA-Sequenzen, die für spezifische Proteine oder funktionelle RNA-Moleküle codieren

• In Chromosomen organisiert und befinden sich im Zellkern (bei Eukaryoten)

• Prozess, durch den die Information in einem Gen zur Herstellung eines funktionellen Produkts, meistens eines Proteins, genutzt wird

• Umfasst 2 Hauptschritte

  • Transkription und Translation

• 46 Chromosomen

  • 23 Paare

    • Davon 22 Autosomenpaare und ein Geschlechtspaarchromosom (XX Frauen und XY Männer)

• DNA-Doppelhelix, die um Histone gewickelt ist

• gesamte genetische Information eines Organismus

• Besteht aus etwa 3 Milliarden Basenpaaren und etwa 20.000 bis 25.000 Genen

• besteht aus zwei antiparallelen Strängen, die eine Doppelhelix bilden

• Stränge bestehen aus Nukleotiden, die aus einem Phosphat, einem Zucker (Desoxyribose) und einer von vier Basen (Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin) bestehen

• nach Prinzip der komplementären Basenpaarung

• Adenin paart mit Thymin und Guanin mit Cytosin

• Wird durch Wasserstoffbrücken und van-der-Waals Kräften stabilisiert

• Zuckerstruktur

  • DNA enthält Desoxyribose als Zucker - RNA enthält Ribose

    • Desoxyribose hat ein O-Atom weniger als Ribose

• Basenpaarung

  • In der DNA kommt die Base Thymin vor, in der RNA Uracil

• Struktur

  • DNA in der Regel doppelsträngig und bildet Doppelhelix, RNA meist einzelsträngig

  • RNA kann verschiedene Strukturen annehmen

• fundamentaler Prozess in Zellteilung, bei dem DNA einer Zelle verdoppelt wird

• Stellt sicher, dass jede Tochterzelle eine vollständige Kopie des genetischen Matereials erhält

• Semikonservativ

  • Jede Tochter-DNA besteht aus einem alten und einem neuen Strang

• Initiation

• Elongation

• Termination

• Replikationsursprung

• Prokaryoten meist einen, Eukaryoten viele Ursprünge

erste Phase der DNA-Replikation

• Erkennung des Replikationsursprungs

  • Proteine binden an Replikationsursprung

• Entbindung und Entspannung der DNA-Doppelhelix

  • Topoisomerase (durchschneiden) und Helikase (öffnen DNA) entspannen und entwinden die DNA-Doppelhelix - Replikationsgabeln

• Stabilisierung der Einzelstränge

  • Einzelstrang-bindende Proteine binden an Einzelstränge, um Rückbildung zur Doppelhelix zu verhindern

• Synthese des Primers

  • Primase synthetisiert kurze RNA-Primer, die als Startpunkte für DNA-Synthese notwendig sind

• Rekrutierung der DNA-Polymerase

  • DNA-Polymerase bindet an RNA-Primer und synthetisiert neue DNA-Stränge anhand der Vorlage des Einzelstrangs

• Kontinuierliche Synthese am Leitstrang

  • DNA-Polymerase synthetisiert Leitstrang kontinuierlich in 5’ zu 3’ Richtung, da sie der Helikase folgen kann

• Diskontinuierliche Synthese am Folgestrang

  • Am Folgestrang erfolgt die DNA-Synthese diskontinuierlich in Okazaki-Fragmenten, da die Polymerase nur in 5’ zu 3’ Richtung arbeitet

• Verlängerung Okazaki-Fragmente

• Entfernung der RNA-Primer und Ligation

  • DNA-Ligase verbindet die Okazaki-Fragmente zu einem durchgehenden DNA-Strang

• Proofreading und Fehlerkorrektur

  • Während Elongation überprüft die DNA-Polymerase die eingefügten Nukleotide auf Fehler und korrigiert sie bei Bedarf

• Replikation endet, wenn Replikationsgabeln aufeinander treffen und Chromosomenende erreicht

• Eukaryoten: Termination an Telomeren

• Enzym, das in bestimmten Zellen aktiv ist und die Verkürzung der Telomere verhindert

• In somatischen Zellen nimmt die Telomerase-Aktivität mit dem Alter ab

• Transkription

  • Prozess, bei dem die DNA-Sequenz eines Gens in eine mRNA-Sequenz umgeschrieben wird

  • Im Zellkern

• Translation

  • Prozess, bei dem die mRNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz übersetzt wird, um ein Protein zu synthetisieren

  • An Ribosomen im Zytoplasma

• einzelsträngige Ribonukleinsäure, die die genetische Information von der DNA zu den Ribosomen trägt

• Kette von Nukleotiden

• Enthält Codons (Basentripletts)

• Überträgt genetische Information aus dem Zellkern zu den Ribosomen

• Vorlage für die Translation

• Transfer RNA

• Kleine einzelsträngige RNA-Molekül mit einer charakteristischen Kleeblattstruktur

• Anticodon: spezifische Basensequenz, die zu einem Codon auf der mRNA komplementär ist

• Transportiert die Aminosäuren zu den Ribosomen und verknüpft diese in der richtigen Reihenfolge gemäß mRNA-Vorlage

• Transkriptionale Regulation

• Posttranskriptionale Regulation

• Transnationale Regulation

• Posttranslationale Regulation

• Chromatische-Struktur und Nukleosomenpositionierung

• Transkript, Informationen der DNA: mobil, nicht verwurzelt im Zellkern, kleiner als DNA

• komplementär

• Biochemische Signale

  • Poly-A-Schwanz

  • 5’ Cap

• zusammengespleißte Exons sind nach Prozessierung bereit für die Translation

• Werden von biomechanischen Signalen umschlossen

• Introns werden heraus geschnitten

• transportiert Codon mit Aminosäure zu Ribosom

• DNA-Methylierung

  • Führt zur dauerhaften Unterdrückung der Genexpression durch Repression der Transkription

  • Methylierter DNA-Abschnitt kann auch an die nächste Generation weitergegeben werden

• Histonenmodifikation

• MiRNA-Aktivität

  • MikroRNA

  • Greifen nach Transkription ein, greifen posttranskriptionell in die Biosynthese ein

• wenn ich viel Ausdauer trainiere, fällt es mir leichter und ich erziele schnellere Fortschritte, wen meine Mutter eine gute Ausdauerläuferin war

• Epigenetik als Prozess des Alterns

• Auf Basis des Methylierungsprozesses kann das biologische Alter bestimmt werden

• “normale” Zellen im Körper werden zu Tumorzellen

• Vermehren sich unkrontrolliert und wachsen in gesundes Gewebe ein

• Ursachen sind Schäden am Erbgut der Zellen oder Fehler bei der Genexpression

• Erbliche Faktoren

• Lebensstil

  • Übergewicht, Ernährung, Alkohol, keine Bewegung, Nikotin

• Umweltfaktoren

  • Toxine, Radioaktivität

• Zufall

• Krankheitserreger

• wenn er noch lokal im Gewebe bleibt

• Krebszellen verlassen den ursprünglichen Gewebeverband und wandern in benachbarte Blut- und Lymphgefäße ein

• Dort müssen sie überleben (können von Immunzellen erkannt und zerstört werden) und in einem anderen Gewebe schließlich aus dem Gewebe auswandern

• Dort vermehren sie sich und stellen eine langfristige Nährstoffversorgung der wachsenden Tochtergeschwulst sicher

• kann lokal oder systemisch sein

• Nutzt aus, dass Tumorzellen so stoffwechselaktiv sind - Verabreichung von Zellgift

• Nebenwirkungen daher, da schnell teilende Zellen ebenfalls vermehrt vom Gift betroffen sind

• Falls Chemotherapie fehl schlägt: kann zur Folge haben, dass überlebende Tumorzellen sich wieder zu teilen anfangen; diese überlebenden sind aggressiver als zuvor

• Tumorzellen im Gewebeverband sind häufig von anderen Zellen umgeben, die sie vor der Erkennung durch Immunsystem schützen

• Wenn Krebszellen sich lösen und in den Körper wandern, dann fehlt der Schutz, hier sind sie dann besonders anfällig dafür, erkannt zu werden

• Maskieren / Tarnen

  • Sie bilden die typischen Oberflächenmoleküle wandernder Zellen aus

• Teilweise schaffen sie eine Mikroumgebung, in der Immunzellen nicht arbeiten können - aufgrund der betriebenen anaeroben Glykolyse viel Laktat um Zelle herum, dadurch wird der pH Wert sauer

• 40%

• Verändert sich die genetische Information der DNA durch äußere oder innere Einflüsse, dann sprechen Fachleute von einer Mutation

• Können dazu führen, dass Proteine zu aktiv werden oder so verändert sind, dass sie ihre Funktion nicht mehr ausüben

• Veränderungen im Erbmaterial können so zur Entstehung von Krebs beitragen

• Genommutation

• Chromosomenmutationen

• Genmutationen oder Punktmutationen

• Matrizenstrang des Mutantenallels enthält ein A, wo im Wildtypgen ein T steht

• MRNA der Mutanten weist in einem Codon ein U anstelle eines A auf

• Das Hämoglobin der Mutanten enthält ein Valin anstelle einer Glutaminsäure

• Punktmutation, bei der durch den Basenaustausch anstelle eines Codons für eine Aminosäure ein Stoppcodon entsteht

• Netzwerk aus Makromoleküle, das den Raum zwischen Zellen füllt

• Von Zellen synthetisiert und in den extrazellulären Raum abgegeben

• Funktionen

  • Mechanische Stabilität

  • Signalweiterleitung

  • Regulation von Zellprozessen

• Komponenten

  • Fasern (zB Cholagenfasern)

  • Grundsubstanz (Proteine, Kohlenhydrate, Wasser, Elektrolyte)

• Fibroblasten: meiste Matrix

• Osteoblasten

  • Knochenbildende Zellen

• Chrondroblasten

  • Knorpelbildende Zellen

• Epithel- und Endothelzellen

  • UA Basallamina (lassen manche Stoffe durchdringen, andere nicht)

• Glatte Muskelzellen großer Gefäße

  • Zug- und Reißfestigkeit

• Kollagen (Strukturprotein)

• Elastin (Verleiht Elastizität)

• Proteoglykane (Wasserbindung und Druckelastizität)

• Nicht Kollagene Glykoproteine (Verankerung und Signalübertragung)

• häufigstes Protein im menschlichen Körper

• Grundstruktur Tropokollagen: Tripelhelix aus drei Kollagen-Alpha-Ketten (3 Prokollagenketten)

• Zugfestigkeit und Strukturgebung

• Bildung von Fibrilen und Fasern -> fibrilläre Kollagene

• gestaffelte parallele Aneinanderlagerungen der Tropokollagenmoleküle

• Benachbarte Reihen sind gegeneinander versetzt; werden untereinander vernetzt

• Mehrere Fibrillen lagern sich dann zu Kollagenfaser / -Bündel zusammen

• Unterschied: Unterbrechung durch nichteheliche Abschnitte - beweglicher

• Keine Fibrillenbildung

• Binden in regelmäßigen Abständen an Fibrillen und tragen dabei zu Eigenschaften des jeweiligen Gewebes bei

• Hauptbestandteil elastischer Fasern

• Protein

• Vorkommen: große Blutgefäße, Lunge (und Haut, Knorpel, Sehnen, Bändern)

• hydrophobes Protein

• Hohe Dehnbarkeit

• Eingelagerte nichtelastische Kollagenfasern verhindern Überdehnung

• Vorgang in Zelle ähnlich zu Kollagen

• Tropoelastin

  • Wird in EZM sezerniert

  • Sehr flexibel, vermutlich nicht ungeordnet

• Quervernetzung von Tropoelastinmolekülen über Lysin

• Anlagerung an Fibrillin

• Aufbau: Modellhafte Vorstellung mit gummiartigen Eigenschaften, geordnete Anordnung

• lange Kohlenhydratketten ohne Proteinanteil

• Vier Haupttypen

  • Hyaluronat

  • Chondroitinsulfat

  • Heparansulfat

  • Keratansulfat

• Wasserbindung (negative Ladungen von Gruppen binden Natriumionen)

• Schnelle Diffusion von wasserlöslichen Stoffen ermöglicht

• Bildung von Gelenkflüssigkeit mit Hyaluronat als Gleitmittel und bei Knorpel Stoßdämpfung

• Protein

• Wird synthetisiert in EZM

• Funktionen: Bildung von Gelenkflüssigkeit mit Hyaluronat als Gleitmittel

• heterogene Gruppe, dabei stets Protein mit kovalent gebundenen GAG-Seitenketten

• ZB: Aggrecan (Knorpel, Stoßdämpfer), Decorin (Kollagenbildung), Perlecan (Basallamina, Filterfunktion)

• Aggrecan des Knorpels liegt als Aggregat mit Hyaluronsäure vor

• Verschiebung des Leserasters, indem Basen eingefügt (Insertion) oder gelöscht (Deletion) werden

• Mutationen, bei denen durch Basenaustausch der DNA ein verändertes Kodon entsteht und dadurch eine andere Aminosäure in das betreffende Protein eingebaut wird, was zu Funktionsänderungen führen kann

Idealfall: Defekte Zelle wird vom Körper erkannt und zerstört

ABER:

ständig falsches, nicht-funktionelles Protein gebildet, im worst-case eins, dass Zellteilung und Wachstum fördert: Krebszelle vermehrt sich ungehemmt - Tumor entsteht nicht nur durch einen Fehler, hier zwei: ungehemmte Zellteilung und ausgefallener Kontrollmechanismus

• programmierter Zelltod

• Kontrollmechanismen, die Krebszellen aus dem System nehmen sollen

• krebshemmende Gene

  • Unterdrücken die Krebsentstehung

  • Gene, deren Produkt die Zellteilung hemmen

• Gene, deren Produkte die Krebsentstehung fördern können, wenn sie überaktiviert werden

• Gene, die das Zellwachstum fördern

• größeres Protein mit weniger KH-Ketten

• Vorkommen: Basallamina

• vermitteln Kontakt zwischen Komponenten der EZM, stellen Zell-Zell-Kontakte und Zell-Matrix-Kontakte her: wichtige Rolle bei der Zellwanderung und Differenzierung

• Fibronektin

  • 2 Domänen, Brücke zwischen Integrinen und Kollagen

  • In Embryonalentwicklung bedeutsam für die Zellwanderung

• Laminin

  • Verankerund von Zellen in der Basallamina

  • Bindet an Kollagen Typ 4

• 80 % anorganisch (zB Hydroxylapatit) und 20 % organisch (90 % Kollagen Typ I)

• Funktion: Druck- und Zugfestigkeit; Speicherung von Calcium und Phosphat

• Hauptproteine: Kollagen Typ 2, 4 und 6

• Proteoglykane: Aggrecan, Hyaluronat

• Eigenschaften: Hydratisiertes Gel (ca 70 % Wasser), Stoßfestigkeit und Elastizität

• Matrix-Metalloproteasen und Kollagenasen als wichtige Enzyme

• Beispiele für Abbauprozesse: Rückbildung des Uterus; Zellmigration durch Basallamina

• Ursache

  • Mutation eines Glycerinrests in der Kollagen-Alpha-Kette

• Folgen

  • Fehlbildung der Tripelhelix, Instabilität des Kollagens

• Beschädigungen

  • Knochenbrüche, Skelettdeformationen

• Ursache

  • Defekt des Fibrillin-1-Gens

• Folgen

  • Fehlfunktion elastischer Fasern

  • Überdehnbarkeit von Geweben

• Beschädigungen

  • Erweiterung der Aorta

  • Aortendissektionen

• Ursache

  • Defekt lysosomaler Enzyme

• Folgen

  • Unvollständiger Abbau von GAG

  • Speicherung in Zellen

• Symptome

  • Entwicklungsstörungen

  • Organschäden

• Wundheilung

• Narbenbildung

• Bedeutung von Fibronektin und Hyaluronat

• Kontrollierte Abbauprozesse fördern Regeneration

• Besteht aus Kollagen, Elastin, GAG, Proteoglykanen und Glykoproteinen

• Ist dynamisch durch ständigen Auf- und Abbau

• nicht umkehrbare Prozesse bis zur Teilung in 2 Tochterzellen

• Abfolge von physiologisch unterschiedlichen Phasen

• G1 Phase: Wachstumsphase

• S-Phase: DNA Replikation

• G2 Phase: Vorbereitung auf Mitose

• Wachstumsphase der Zelle und damit Vorbereitung auf die Zellteilung

• Wiederaufnahme der Proteinsynthese + Bildung von Proteinen für den Verteilungsapparat der Chromosomen (Mitosespindel) in der Mitose

• Für DNA-Replikation: Synthese von Enzymen / Histone und Nichthistoneproteine zur Verpackung der DNA

• Neubildung von Zentriolen

• RNA-Synthese nimmt zu

• Synthesephase

• Chromosom besteht aus 2 identischen Untereinheiten (Chromatiden), welche in nächster Mitose getrennt und auf Tochterkerne verteilt werden

• DNA-Replikation 7-8h

• Enzyme: Primase, DNA-Polymerase, Ligase

• Asynchrone DNA-Synthese

  • Beginn an mehreren Stellen des Chromosoms, stückweise und anschließend Verknüpfung

• Nach S-Phase: Reparaturmechanismen: beseitigen Fehler und bei genetischem Defekt Reparatur Mechanismus

• Dauer 3h

• Letzte Vorbereitungen für Mitose

• Aktivierung durch Außenfaktoren möglich

• Phase endet mit Eintritt in Mitose

• Ruhephase

• Zellen können zu einem späteren Zeitpunkt wieder stimuliert und zum Wachstum angeregt werden

• Zyklus hochkomplexe, Fehler möglich zB Zelle wächst unkontrolliert

• G2-Kontrollpunkt am Übergang von der G2-Phase zur Mitose

• Metaphasekontrollpunkt am Übergang von der Mitose zur G1-Phase

• G1-Kontrollpunkt am Übergang von der G1-Phase zur S-Phase

  • Schärfster Kontrollpunkt

• Teilung der Zentromere

• Trennung der Chromatiden und Transport zu entgegengesetzten Zellpolen

• Durchschnürung der Zelle mit zufälliger Verteilung der Zellorganellen

• Entstehung von 3 Tochterzellen

• Bildung der Interphaseanordnung der Mikrotubuli

• Teilungsgeschwindigkeit einer Zellpopulation

• Ist in Tumoren ein Indikator für die Geschwindigkeit des Gewebewachstums

• Chromosomenvermehrung ohne Zellteilung

• Zellteilung ohne Chromosomenvermehrung

• Sekundäre Verschmelzung von Zellen unter Auflösung von Zellmembranen

• Fusion von Zellen zu Synzytien

• ZB: Muskelfaserbildung

• Bedeutung für Gewebeentwicklung und Erhaltung von Zellfunktionen

• Hyperplasie

  • Zellvermehrung

• Hypertrophie

  • Zellvergrößerung

• Metaplasie

  • Gewebeumwandlung

• Atrophie

  • Zellverkleinerung

• Bestimmung von Enzymaktivitäten und -konzentrationen in Körperflüssigkeiten

• Metaboliten spiegeln den Funktionszustand und die Kooperation von Zellen, Geweben und Organen wider

• Messinstrumente, die zur Erkennung und zur Bestimmung der Konzentration eines Analyten einen biochemischen Prozess nutzen

• plasmaspezifische Enzyme

• Sekret-Enzyme

• Zell-Enzyme

• Exportproteine, von Zellen synthetisiert und in Blut physiologisch sezerniert

• Guter Rückschluss auf Funktionszustand von Zellen/Organ möglich

• Sekretion unter physiologischen Bedingungen nicht in Blutplasma, sondern in andere extrazelluläre Kompartimente

• Guter Rückschluss auf Funktionszustand von Zellen/Organ möglich

• physiologische Funktionen in Zellen

• Interpretation häufig komplizierter

• optischer Test

• beschäftigt sich mit der Abwehr von Krankheitserregern (Pathogene) sowie anderen körperfremden Stoffen, beispielsweise biologischen Giften

• Abwehrsystem beseitigt auch funktionslose oder tote Zellen

• Entartete Zelle, wie Zumorzellen, erkennen und unschädlich machen

• Viren (intrazellulär)

  • Erkrankung zB Grippe

  • 10 hoch -7 m

• Intrazelluläre Bakterien, Protozoen, Parasiten

  • Erkrankung zB Malaria

  • 10 hoch -6 m

• Extrazelluläre Bakterien, Parasiten, Pilze

  • Erkrankung zB Lungenentzündung, Tetanus

  • 10 hoch -5 m Bakterien, 10 hoch -4 m Pilze, 10 hoch -2 m Parasiten

• Parasitische Würmer (extrazellulär)

  • Erkrankung zB Bilharziose

• leicht sauer

• 5,5

• Abwehr und Zerstörung von Bakterien durch

  • Phagocytosis

    • Absorption

  • Degranlation

    • Absonderung für Bakterien giftige Substanzen

  • Neurophil extracellular traps

    • Dekondensation von Chromatin und DNA als Arme und Zerstörung von Bakterien dadurch

• Gehirn

• Augapfel

• Hoden

• entwickeln sich aus Monozyten

• Ausgereifte Monozyte im Gewebe - große Fresszelle

• durch Freisetzung lytischer Granula

• Haupthistokompatibilitätskomplex

  • Zellenoberflächenproteine, die als Antigene für die immunologische Selbsterkennung essentiell sind

• im Gehirn

• zirkulieren zwischen dem Blut und den peripheren lymphatischen Organen

• B-Zellen: differenzieren sich im Knochenmark

• T-Zellen: differenzieren sich im Thymus

• als Antigen bezeichnet man Substanzen, die von Antigenrezeptoren der B- und T-Zellen erkannt werden

• B-Zellen

  • Produzieren Antikörper, dieses bindet an Bakterium und wird somit markiert

  • Makrophage umschließt dann dieses Bakterium und beseitigt es

• T-Zellen

  • Wird durch bestimmte Vorgänge aufmerksam gemacht, dass Tumorzelle vorhanden ist

  • Erkennt diese und zerstört

• immunmodulierende Signalmoleküle

• Proteine, die von verschiedenen Zellen produziert werden können

• Übertragen über spezifische Rezeptoren auf der Zellmembran Signale von oder auf Zellen des Immunsystems

• AUG

  • Methionin oder Startcodon

• UAA

• UAG

• UGA