Beschreiben Sie den Aufbau (Skizze) und Eigenschaften biologischer Membranen. Warum ist die Kompartimentierung von Zellen wichtig?
Lipiddoppelschichten (z.B. aus Phospholipiden)
Außen: hydrophile Lipidköpfe (da außerhalb der Membran hoher Wassergehalt)
Innen: hydrophobe “Schwänze”
Proteine:
Integralproteine (durchsetzen die Membran, dazu zählen auch Tunnelproteine/ Kanäle)
Peripheralproteine (besetzen die Membran von außen)
Kompartimentierung:
Membranen schaffen definierte Reaktionsräume
Erlaubt unterschiedliche Reaktionsbedingungen bzgl. pH, Redox, Enzymen etc.
Welche Arten von Stofftransport durch die Membran gibt es und welche Komponenten sind beteiligt?
Passiver Transport:
Kein Energieverbrauch
Verläuft in beide Richtung
Diffusion: keine Proteine beteiligt -> hydrophobe Stoffe wie O2, Hormone
Erleichterte Diffusion: mittels Kanälen/ Carrierproteinen
Aktiver Transport:
ATP-getriebener Energieverbrauch
Verläuft nur in eine bestimmte Richtung
Primär: ATP-betriebene “Pumpen” (z.B. Na+/K+-Pumpe)
Sekundär: Herausgepumpter Stoff fungiert als Carrier, der Stoff in Zelle transportiert (z.B. Na+ und Glucose)
Was ist Osmose? Beschreiben Sie hypertonische, isotonische und hypotonische Bedingungen.
Ausgleich von Konzentrationsunterschieden zwischen zwei von einer semipermeablen Membran abgetrennten Reaktionsräumen über die Diffusion von Wasser.
Hypertonisch: Ionenkonzentration außerhalb der Zelle höher: Wasser strömt aus der Zelle, diese “schrumpelt”
Isotonisch: Ionenkonzentration innerhalb und außerhalb der Zelle gleich, kein Wasseraustausch
Hypotonisch: Ionenkonzentration außerhalb der Zelle niedriger: Wasser strömt in die Zelle, die schwillt an, kann im schlimmsten Fall platzen
Was besagt die Endosymbionten-Theorie?
Organellen mit einer Doppelmembran (Chloroplasten und Mitochondrien) waren einst selbst Organismen, die von eukaryotischen Zellen mittels Phagozytose “verschluckt” worden sind und dadurch zu Organellen wurden - dafür spricht unter anderem, dass sie über eigenes Erbgut verfügen.
Was versteht man unter Endo- und Exocytose?
Endozytose: Aufnahme von Stoffen in die Zelle durch Membraneinstülpung und Vesikelbildung
Pinozytose: “Trinken” der Zelle -> Aufnahme kleiner Partikel
Phagozytose: “Essen” der Zelle -> Aufnahme großer Partikel, etwa anderer Zellen
Exozytose:
Abgabe von Stoffen aus der Zelle durch das Fusionieren von Vesikeln mit der Plasmamembran
Skizzieren Sie eine tierische Zelle inklusive aller Organellen.
Was versteht man unter dem Begriff Signalsequenz? Wo kann diese im Protein liegen?
Signalsequenz befindet sich am N-Terminus der Aminosäuresequenz (ca 20 Aminosäuren lang) -> liegt in der Primärstruktur, wird später herausgeschnitten
Steuerung des Proteintransports: Dient Erkennung, wohin Protein gebracht werden muss (z.B. Einlass ins ER-Lumen durch Translokon)
Unterschied: Signal Patch
Entsteht erst durch Tertiärstruktur der Proteins; werden nur bei korrekter Proteinfaltung erkannt
Diskontinuierlich in Aminosäuresequenz eingebaut
Dient ebenfalls Transportsteuerung, aber bei bereits gefalteten Proteinen (z.B. am Golgi)
Beschreiben Sie den Fluss sekretorischer Proteine in einer tierischen Zelle schematisch.
Proteine werden durch Ribosomen am rauen ER translatiert
Signalsequenz am ungefalteten Protein um in das ER zu gelangen sorgen für Translokation durch Translokon
Werden im ER N-glykosyliert und gefaltet (Chaperone im ER) + Disulfidbrücken
Proteine gelangen über Membranvesikel zum Golgi-Apparat und werden modifiziert
Entweder Exozytose oder Transport zu Lysosomen/Vakuole
Skizzieren Sie den Aufbau eines Mitochondriums, kennzeichnen Sie die unterschiedlichen Reaktionsräume.
Bestandteile:
Äußere Membran
Intermembranraum
Innere Membran
Matrix
Reaktionsräume: Intermembranraum, Matrix
Funktionen:
Protonengradient, wichtig für ATP-asen
Citratzyklus, ATP-Synthese
Wie ist der Zellkern aufgebaut? Wie könnte der Zellkern entstanden sein? Welche Funktionen haben Kernporen?
Aufbau:
Chromatin (dicht um Proteine gewickelte DNA)
Nukleolus: Synthese ribosomaler Proteine und rRNA (?? Ribosomen/Minute)
Doppelmembran (äußere geht ins ER über)
Zellkernporen (selektiver Transport von Proteinen in den Kern und RNA/ribosomalen Untereinheiten aus dem Kern, Diffusion von Ionen und kleinen Molekülen)
Entstehungshypothese:
Invagination der Zellmembran
Skizzieren Sie die Struktur eines Chloroplasten.
Matrix/ Stroma
Thylakoidmembran
Thylakoid(raum)
Reaktionsräume: Intermembranraum, Matrix, Thylakoide
Wie ist der Golgi-Apparat aufgebaut?
Besteht aus Membranstapeln (Zisternen), die nicht miteinander verbunden sind:
Cis Golgi (Empfangsseite zum ER)
Medialer Golgi (Mitte)
Trans Golgi (zeigt zur Plasmamembran)
Funktion: Transport und Modifikation sekretierter Proteine
Welche Zucker werden im ER und Golgi an die Proteine angehängt?
ER: Glucose, Mannose, GlcNAc (N-Acetylglucosamin)
Golgi: NANA (N-Acetylneuraminsäure) + Galactose
An welches Lipid werden Zuckermoleküle zur Glykosylierung von Proteinen zunächst gebunden? Wo findet die Synthese dieser Zuckermodifikationen statt? Wie wird der Transfer auf das Protein ermöglicht?
An Dolicholphosphat
Zuckermodifikationen werden im Zytoplasma synthetisiert
Flippase dreht Dolicholphosphat mit halbem “Zuckerbaum” in der Membran, sodass Baum ins ER-Lumen zeigt
Zuckerbaum wird erweitert
Glykosylierung: Oligosaccharyltransferase überträgt Zuckermodifikation auf Asparagin (N-glykosidische Bindung) und Serin (O-glykosidische Bindung)
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