Genetik - Biologie learn online

Biologie (Subject) / Genetik (Lesson)

Grundlagen

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Begriff "Osmose" = passiver Transport =Diffusion v. Wasser durch selektiv permeable Membran von Ort d. niederen Konzentration zu Ort d. höheren Konzentration Membran wasserdurchlässig, nicht für Zucker, Wasser zu höh. Konzentration als augleich d. Konzentrationsgefälle à Volumenzunahme im Inneren -> Ausdehnungsdruck = osmotischer Druck à so lange bis membran nicht weiter dehnen kann; ebenfalls ohne Energiezufuhr Osmose fast überall: In d. Niere, in Pflanzenzellen
Begriff "Diffusion" = passiver Transport =bestreben v. gasförm. Oder gelöstem Stoff, sich im zur Verfügung stehenden Raum bzw Lösungsmittel gleichmäßig zu verteilen Tritt bei Konzentrationsgefälle auf, passiv weil keine Energie verbraucht wird bsp.: Atmung: Sauerstoff von Lungen à Blut, Kohlendioxid von Blut à Lunge
Aufbau der Biomembran und deren Eigenschaften Umgeben Zellen, auch viel Zellorganellen im Inneren d. Zellen (Mitochondrien, Zellkern, ER,..) Aufbau bei allen biologischen Membranen im Prinzip gleich: Biomembran besteht aus Doppelschicht von Lipiden, in welche Proteine eingelagert sind Eigenschaften: · nicht starr, beweglich („halbflüssig“); insbesondere Proteine, beweglich · selektiv permeabel („auswählerisch durchlässig“) à ermöglicht kontrollierten Stoff- Energie- und Informationsaustausch zw. Zelle und Umwelt bzw Zellorganell und Cytoplasma · Transport durch Membran über spezielle Proteine = Tunnelproteine (Kanäle) können öffnen und schließen
Einteilung der Zellorganellen 3 gruppen: a) Organellen mit zwei Biomembranen (Doppelmembran, besitzen alle DNA): Zellkern, Mitochondrien, Plastiden: gehen durch Teilung auseinander hervor b) Organellen mit einer Biomembran: ER, Golgi-Apparat (Dictyosom), Lysosomen, Peroxisomen, Vakuolen; können durch abtrennung v. Membran neugebildet werde, gehen also alle aus ER hervor c) Organellen ohne Biomembran: Ribosomen, Cytoskelett, Centriolen, Zellwand, Zell-Zell-verbindungen
Aufbau und Aufgabe des Zellkerns =nucleus, „Steuerzentrale“ Zellkernmembran besitzt Poren, auch größere Teilchen dadurch transportiert; Im Zellkern: - ein oder zwei Nucleoli (Kernkörperchen). Nucleolus = Bildungsort d. Ribosomen; - wirres Fadenwerk (Chromatin), besteht v. a. aus Proteinen (Hüllenproteine = Histone) & Nucleinsäuren (Kernsäuren): DNA à Träger d. Erbinformation (Gene) à steuert alle Vorgänge d. Stoffwechsels, Wachstum & Entwicklung
Aufbau und Aufgabe der DNA im Zellkern DNA (Nucleinsäure, Kernsäure) bildet mit Proteinen (Hüllenproteine = Histone) zusammen wirres Fadenwerk (Chromatin) im Zellkern; DNA à Träger d. Erbinformation (Gene) à steuert alle Vorgänge d. Stoffwechsels, Wachstum & Entwicklung Meiste Individuen haben eigene Erbinformation (Mischung v. Vater & Mutter), allerdings versch. Individuen d. gleichen Art auch selbe Erbinformation haben (Klone, eineiige Zwillinge) DNA besteht aus Doppelhelix, jeder davon aus langer Kette v. Nucleotiden (Mitte 20. Jh von Watson, Crick und Wilkins)
(Skizze des Aufbaus) Mitochondrium und Aufgabe Mitochondrium = Kraftwerk • Einige bis viele pro Zelle • Innere Membran stark gefaltet (-> Oberflächenvergrößerung; auch Darm, Hirn) • In Matrix energieliefernde Zellatmung (innere Atmung = biologische Oxidation): MATRIX: innerhalb der inneren Membran Energie chem. Gebunden und gespeichert -> ATP –> Geldwährung der Zelle (= Zahlungsmittel aller Lebewesen) ATP: Adenosintriphosphat = universelle Form d. Zellenergie, auch Regulator v. energieliefernder Prozesse
Plastide in pflanzlichen Zellen und deren Aufgaben Zahlreich vorhanden; nur in pflanz. Zelle; werden nach Färbung unterschieden • Leukoplast (farblos): Speicherung v. Stoffen (Stärke, Proteine, v.a. farblose Pflanzenteile) • Chloroplast (grün): innere Membran keine Falten-> Grane, durchziehen Matrix = Stroma; durch Chlorophylle grün; Organellen der Photosynthese: • Chromoplast (gelb/rot): durch Carotinoide gefärbt; in gelb/rot ‚Blüten,Früchten; andere Teile
Funktion des ER = endoplasmatisches Reticulum = Autobahn Bildet in Zelle Netz (membranumhüllte Kanäle und Säckchen (=Zisternen)) ER- Membran geht kontinuierlich in äußere Nucleolus Membran über; Form der Kanäle kann sich ständig ändern. • Membransynthese -> Bildung Zellorganellen mit einfacher Biomembran • Stofftransport • Lipid- Synthese • Ca 2+ Speicher à Bei rauer ER- Oberfläche Ribosome; glatte nicht
Aufbau und Funktion eines Dyctosoms = Golgi- Apparat • Stapel v. abgeflachter, durch Membranen begrenzte Hohlräume (=Zisternen); am Ende können Vesikel (= Kleine Bläschen) abgeschnürt werden (= Golgi-Versikel) Funktionen: - Aufbau v. Polysaccharide - Herstellung v. Bausteinen der Zellwand - Vielfältige Aufgaben der Umwandlung v. Stoffen (auch Sortierung, Verpackung, Transport) - Transportsystem (Exocytose- Sekretion): Werden Stoffe durch Vesikel zur Zelloberfläche transportiert, reagiert die Vesikelmembran -> Bläschen können nach außen abgegeben werden. Vesikelmembran kann in Zellmembran aufgehen -> Zellmembran v. wachsenden Zellen vergrößert (bei nicht mehr wachsenden Zellen z.B. Drüsenzellen, nicht, sonst Zellmembran zu groß) Vesikel von Proteinnetz umgeben (=coated vesicles); Nach Entleerung Lösung von Zellmembran und Rückker zu Golgi-Apparat (= Membran-Recycling)
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Aufgaben der Lysosome Enthalten Enzyme zum Abbau v. Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten (Verdauung) Bilden Verdauungsvakuolen; in ER gebildet (abgeschnürt); kleine, von Membran umgebene Zellorganellen. Zelltod -> Lysosomenmembran löst sich auf -> Enzyme werden freigesetzt und verdauen Zellstrukturen (= Autolyse; Selbstauflösung einer Zelle) - Endocytose: Aufnahme v. Stoffen in Zelle durch Vesikel-Bildung · Phagocytose (feste Stoffe) · Pinocytose (gelöste/flüssige Stoffe) - Exocytose: Abgabe v. Stoffen · Sekretion: Stoffausscheidung - für Organismus noch von Bedeutung durch Golgi-Vesikel (z.B. Sekrete für andere Zellen/Organe, Hormonsekretion) · Exkretion: Ausscheidung v. Abfallstoffen (Schweiß, Talk, ..)
Funktion der Peroxisome = Reaktionszentren Kleine, runde, von Membran umgebene Zellorganellen; in ER gebildet (abgeschnürt); Durch Stoffwechsel kann Wasserstoffperoxid wegen Reaktionsfähigkeit entstehen. Microbodies enthalten Enzym (Katalase) -> baut Wasserstoffperoxid schnell ab und macht es für Zelle unschädlich. Funktionen: • Entgiftung • Umwandlung v. Stoffen (z.B. Lipide -> Kohlenhydrate)
Funktion von Ribosomen und Centriolen Ribosome = Fabrik è Proteinsynthese è Zusammensetzung der Aminosäuren (v. Nucleinsäuren gesteuert) è Jedes Individuum produziert körpereigene Proteine 4 Proteintypen: 1. Struktur- Proteine (Aufbau, Aussehen des Organismus; Bestandteile v. Knochen, Knorpeln, Sehnen, Muskeln, Cytoskeletts, Haut) 2. Enzyme/Enzymproteine (= biochemische Katalysatoren) 3. Immunproteine (= Antikörper; erkennen Fremdkörper – binden sich an sie -> Fresszellen nehmen Verbindung auf und verdauen sie) 4. Transport-/Speicherproteine (Tunnelproteine in Biomembran; Hämoglobin; Ferritin (Fe- Speicherndes Protein in Leber)) Centriolen = Organellen ohne Membran; Bildung der Kernspindel bei Zellteilung In tierischen und manchen pflanzl. Zellen; bestehen aus zwei kurzen Röhren; ähnlich wie Geißeln aus 9+2 Prinzip aus Mikrotuboli aufgebaut, bilden Geißelbasis (-> Organisiert Aufbau der Geißeln)
Erklärung des Cytoskelett = räumliches Netzwerk v. Proteinstrukturen im Cytoplasma • Mikrotubuli (röhrenförmige Gebilde, aus Eiweiß Tubulin aufgebaut, Vorkommen bei Centriolen, Wimpern, Geißeln) • Mikrofilamente = Actinfilamente (Bewegung, Fäden) bzw. Intermediärfilamente (Keratin -> Honsubstanz (Haare))
Proteinstrukturen und Proteintypen Strukturen: • Primärstruktur: Polypepdikette (in Genen festgelegt) • Sekundärstruktur: Inter- und Intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zw. NH-CO Gruppen, Alpha-Helix, Beta-Faltblatt • Tertiärstruktur: räumliche Anordnung der Polypeptidketten (z.B. Myoglobin) • Quartärstruktur: Verbindung mehrerer Polypepdiketten (z.B. Hämoglobin) Typen: • Aus AS aufgebaute Riesenmoleküle (Polypeptide) 30 verschiedene AS in Natur, nur 20 von allen bekannten Lebewesen verwendet, 50% sind essentielle AS • Proteine im Körper Strukturproteine (Muskeln, Haut, Knorpel,..) Membranproteine (Tunnelproteine) Immunglobine (von Immunsystem erzeugt, um fremde Stoffe abzuwehren) Transportproteine (z.B. Hämoglobin); Enzyme • Proteine in Nahrung Quelle für essentielle AS & Stickstoff (Verlust über Urin, Schweiß, Speichel) Verwertung von N ist abhängig von Proteinqualität (=Gehalt an essentiellen AS)
Erkläre Enzym = Eiweißkörper, die chem. Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen ohne sich zu verbrauchen (Biokatalysatoren) Meisten Reaktionen in lebenden Zellen würden ohne Enzymkatalyse langsam verlaufen. Verdauungsvorgänge können nur mit ihrer Hilfe ablaufen; werden in Verdauungsdrüsen gebildet -> eigentlich wirksame Bestandteile der Verdauungssäfte; arbeiten oft in Enzymkaskaten (Wirkungsketten) zusammen -> Energiesparung
Wirkungsweise von Enzymen Substrat + aktives Enzym -> Enzym-Substrat-Komplex nach Schlüssel-Schloss-Prinzip -> katalytische oder verbindende Reaktion -> Produkte lösen sich wieder von Enzym - substratspezifisch: genau definierte Anfhaftungsstellen für best. Substrat - wirkungsspezifisch: immer auf gleiche Art & Weise – immer gleiche Reaktionsprodukte viele Enzyme nur aktiv, wenn best. kleinmolekulare Wirkungsgruppe vorhanden (Vitamine, Spurenelemente, Mineralstoffe)
Aus welchen Teilen besteht ein Holoenzym Vollständiges System = Holoenzym ist aus Proteinanteil (Apoenzym) und Nichtproteinanteil (Coenzym) zusammengesetzt
(Skizze) Zellzyklus und Erklärung 2 Phasen: - Interphase (Zelle größer, verdoppelt DNA, Einteilung in G1 (Wachstumsphase) S (Synthetische Phase (DNA-Replikation) G2 (Ruhephase)) - Teilungsphase (Mitose (Kernteilung) und Cytokinese (eigentliche Zellteilung, Teilung des Cytoplasmas))
Ablauf der Mitose. Welche Vermehrungsform 4 Phasen: 1. Prophase: Chromosomen werden sichtbar; die in S-Phase verdoppelte DNA verursacht ein Chromosom, das aus zwei genetisch identen Chromatiden besteht, die am Centromer zusammenhängen; Kernmembran löst sich auf; auf beiden Seiten der Centromere bilden sich Kinetochoren, an denen bestimmte Fasern ansetzen 2. Metaphase: Chromosomen stellen sich unter Einfluss der Faser in Äquatorialebene ein 3. Anaphase: Chromatide werden getrennt und zu entgegengesetzten Polen gezogen; auch Pole weichen auseinander 4. Telophase: ehemalige Chromatiden (jetzt wieder Chromosome) erreichen die Pole; neue Kernhüllen werden gebildet Cytokinese (= Teilung des Cytoplasmas durch Bildung einer Membran) beginnt bereits in später Anaphase; Zelle schnürt sich immer mehr durch. Am Ende der Telophase teilen sich die Zellen schließlich ganz. è aus 1 Zelle = 2 genetisch idente Zellen, die selbes Erbmaterial besitzen => Klonen
Meiose: Wo und was sind Endprodukte In Keimdrüsen (Gonaden) -> Mann Hoden, Frau Eierstock Aus dipolider Zelle mit vierfacher DNA- Menge entstehen vier haploide Zellen mit jeweils einer einfachen DNA- Menge. Diese Zellen werden als Geschlechtszellen (Gameten) bezeichnet.
Ablauf der Meiose In Prophase I werden Chormosome sichtbar. In S-Phase wurde DNA- Material verdoppelt also Chromosom aus zwei genetisch identen Chromatiden, die am Centromer zusammenhängen. In Prophase legen sich homologe Chromosome (die einander entsprechenden Chromosome väterlich/mütterlicherseits aneinander =Homologenpaarung); danach crossing over (versch. Gene werden zw. Homologen Chromosomen ausgetauscht (= genetische Rekombination)) -> Zufall welche/wie viele ausgetauscht werden; nur wo crossing over stattgefunden hat, halten Chromosome noch zusammen; überkreuzt (=Chiasma); Kernmembran löst sich auf; Kinetochoren werden aber nur auf der Außenseite des Centromers gebildet. An Kinetochoren setzen Fasern an; In Metaphase I werden homologe Chromosome an Äquatorialebene angeordnet In Anaphase I werden Chiasmen vollkommen gelöst. (jetzt wieder Chromosome) In Telophase I erreichen Chromosome Zellpole; -> also prophasischen (nicht telophasischen) Chromosomen einer normalen Mitose; neue Kernmembran gebildet; in Cytokinese I entstehen zwei Zellen
Spermatogenese Ur- Samenzellen vor Pubertät Mitosen Primäre Spermatocyten Meiose I: ab Pubertät kontinuierlicher Vorgang bis Griesenalter Sekundäre Spermatocyten Meiose II Spermatide Differenzierung auf dem Weg durch die Nebenhodenkanälchen Spermien
Oogenese Ur- Eizelle Mitosen Primäre Oocyten bereits vor Geburt ca 500 000 vorhanden; danach keine Bildung mehr Meiose I: beginnt einige Wochen vor Geburt; in Prophase I wird sie angehalten; hier verharren die primären Oocyten bis zur Ovulation. –> Nutzen Zeit für intensives Wachstum; bis Pubertät degenerieren 90%; in ersten Monatshälfte des Zyklus werden 10-50 hormonell angeregt, um Meiose fortzusetzen Sekundäre Oocyten + 1 Polkörperchen Meiose II: der letzte Teil läuft in Anwesenheit Des Spermakerns (-> nach Befruchtung) weitere Differenzierung nicht möglich Eizellen + 3 Polkörperchen