Zellbiologie - Biologie learn online

Biologie (Subject) / Zellbiologie (Lesson)

Zellbiologie, STEOP BIO2

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Mikrotom =Gerät zum Schneiden von Präparaten dünn oder semidünne Schnitte
Kryostate Schneidegerät für Präparate --> für Gefrierschnitte
Detektion von Proteinen (Antikörper) primäre Antikörper, binden an Proteinstrukturen sekundäre Antikörper werden mit Fluoreszierenden Stoffen markiert ---> binden an primäre Antikörper ---> Proteine werden sichtbar
Antikörperanwendungsgebiete Medizin: Diagnostik (Schwangerschaft, Zeckenbiss, Hormone)
Membranen (Funktion/ Eigenschaften/ Zusammensetzung) Funktion: Kompartmentalisierung Eigenschaften: semifluid, semipermiabel Zusammensetzung: Lipide, Phospholipide, Proteine, Glykolipide, Glykoproteine
Semifluide Eigenschaften der Phospholipid- Doppelschicht Einzelne Phospholipide können sich: lateral weiterbewegen (seitlich) rotieren ihre Fettsäureketten bewegen (flexion) flip-flop (Seitenwechsel) ohne Energieaufwand - nicht möglich!
Regulation der Proteinmobilität in Membranen Clusterbildung: Proteine reagieren miteinander und bilden einen unbeweglichen "Komplex" extrazelluläre Matrix geht Wechselwirkungen mit Proteinen ein und hält sie an einer Stelle intrazelluläre Matrix (Cytolskellet) geht Wechselwirkungen mit Proteinen ein Proteine von einer Zelle gehen Wechselwirkungen mit Proteinen von anderer Zelle ein = "tight junctions"
Cholesterin vermindert Fluidität der Membran vermindert Permiabiltät für kleine wasserlösliche Moleküle verhindert das Erstarren der Membran bei niedrigen Temperaturen
6 Arten der Assoziation von Proteinein mit Zellmembran Transmembran- α -Helix: Protein geht durch die Membran multiple Transmembran- α -Helices: mehrere Helices durch die Membran durch kovalent gebundenen Lipidanker über ein Oligosacharid zum Phospholipid und 6. über Interaktion mit einem anderen Membranprotein
Transmembran- α - Helix bestehen im Transmembranbereich aus zahlreichen hydrophoben Aminosäuren gehen Wechselwirkungen mit Phospholipiden ein Transmembranbereich = 20-30 Aminosäuren
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Protein Verankerung durch Fettsäuren Proteine können durch kovalente Verbindungen mit Fettsäuren oder Prenylgruppen mit der Membran verankert werden. Thioester Verbindung zwischen Fettsäure und Protein bzw. Thioetherbindung zwischen Prenylgruppe und Cystein
Aktive Membran Transporter P-Typ: Pumpen Ionen gegen den elektrochemischen Gradienten unter ATP-Verbrauch, Transporter wird durch ATP kurzzeitig phosphoriliert F-Typ (Protonen-Pumpe): hauptsächlich zur Herstellung von ATP aus ADP ABC Transporter: transportieren kleine Moleküle, ATP wird direkt in ADP umgewandelt - Transporter wird nicht phosphoriliert
P-Typ Pumpe (Na-K-Pumpe) / Funktion transportiert Na+-Ionen nach Außen und K+-Ionen nach Innen beides gegen den jeweiligen elektrochemischen Gradienten durch ATP-Hydrolyse ist wichtigster Transporter in vielen tierischen Zellen muss den osmotischen Ausgleich leisten und erzeugt dabei ein elektrochemisches Potential
P-Pumpe (Na-K-Pumpe) Transportzyklus (4 Schritte) 3 Na+ Ionen werden eingeladen ATP bindet an Transportprotein (Phosphorilierung) und verursacht eine Konformationsänderung ADP wird freigesetzt, erneute Konformationsänderung --> 3 Na+ können (aus der Zelle) austreten und 2 K+ Ionen werden eingeladen Phosphorrest löst sich --> Konformationsänderung --> 2 K+ Ionen können in die Zelle fließen, 3 Na+ können wieder aufgenommen werden
ABC- Transporter sorgt bei Therapien und Medikamentengabe zu Problemen, da ABC Transporter kleine Moleküle wieder aus der Zelle schleusen können unter Aufwand von 2 ATP, kommt es zu einer Konformationsänderung und das Molekül wird nach außen befördert frei werden 2 ADP's und 2 Pi bei Bakterien/Viruses/Fungi or Parasite kann es zu einer MDR (multi drug resistance) kommen, da zahlreiche (hoch regulierte) ABC Transporter die Medikamente wieder aus der Zelle befördert
Regulation von Ionenkanälen Voltage gated: hohe Spannung = verschlossen niedrige Spannung = Kanal offen Ligand gated: Liganden binden an Transporter und inhibieren die Öffnung intra- als auch extracellulär Nervenzellen- Signalübertragung- synaptischer Spalt mechanically gated: Steuern die Aktivität durch mechanische Aktivität (zB.: Dehnung)
Voltage gated Ionenkanal kann 3 Konformationen annehmen geschlossen (Ruhezustand) - Membran ist polarisiert offen- Membran ist depolarisiert inaktiv- tritt kurz nach Öffnung ein und verhindert eine Reizleitung "nach hinten"
Myelinschicht / Nervenzellen wird gebildet durch sog. Gliazellen im zentralen Nervensystem- Oligodendrozyten im periphären Nervensystem- Schwannzellen
Neuromuscular junction / Verbindung Neuron- Muskel (Signalübertragung) Signal bewirkt das Öffnen der Ca-Ionenkanäle in der Präsynapse Ca-Ionen strömen ein- führt zur Freisetzung von Neurotransmittern (Acetylcholin) Acetylcholin bindet an Rezeptoren der Postsynapse und öffnet damit Na+- Ionenkanal (Ligand gated) lokale Depolarisation der Membran - öffnet die "voltage gated NA+ channels" mehr Na+ Ionen können einströmen und die Membrandepolarisation pflanzt sich über die gesamte Muskelzelle fort Ca- Ionenkanäle des glatten ER's (sarkoplasmatischen Retikulums) werden geöffnet, und Ca- Ionen strömen aus dem ER ins Cytoplasma Ca- Ionen aktivieren die Kontraktion der Myofibrillen
sarkioplasmatisches Retikulum = glattes ER kommt nur in Muskelzellen vor dient als Calcium Speicher bewirkt durch Ausschüttung von Calcium Ionen ins Cytoplasma die Kontraktion der Myofibrillen
Ionophore Ein Ionophor ist ein Molekül, das Ionen durch eine Membran transportiert.
Organellen in tierischen Zellen Zellkern (nucleus) Golgiapparat Lysosomen Endosomen Peroxisomen Mitochondrien glatte ER raues ER Cytosol 50% 50% Organellen ; 50% Cytosol
Protein- Sorting Transportwege (3) gated (durch Por-Proteine): Proteine können selektiv durch Por-Proteine transportiert werden nur zwischen Cytosol <----> Nucleus (in beide Richtungen) möglich Transmembrantransport durch Translokator Proteine: Transmembranproteine können an selektive Proteine binden, und diese durch die Membran transportieren, dabei wird das zu transportierende Protein meist reversibel entfaltet Cytosol ---> Mitochindrien, ER, Peroxisom, Chloroplasten (nur in eine Richtung) Transport durch Vesikel Proteine können über Membranvesikel transportiert werden Mögliche Transportwege durch Vesikel: ER ---> Golgi Golgi ---> Lysosomen, secretory vesicles, Zelloberfläche Secretory Vesicles ---> Zelloberfläche Zelloberfläche ---> Endosomen Endosomen ---> Lysosomen
Protein- Sorting Signale Signalpeptide = Aminosäuresequenz an einer zugänglichen Position Signalstruktur aus mehreren voneinander getrennten Aminosäuresequenzen
Zellkernstruktur 2 Membranen: 1 Innen- und 1 Außenmembran Außenmembran ist verbunden mit ER Kernlamina (aus Proteinen, namens "Lamine") Kerlumen mit Chromatin Kernporen
gated Proteintransport: Cytoplasma ---> Zellkern über Kernporen Kernporen sind große korbförmige Proteinkomplexe sie ermöglichen den Proteintransport zwischen Cytoplasma und Zellkern Proteine < 46000 dalton = freie Diffusion durch Poren Proteine > 46000 dalton = energieabhängiger aktiverTransport für aktiven Transport durch die Zellkernmembran gibt es eine Kern- Import Signalsequenz (NLS = nulcear localization signal) Kern- Export Signalsequenz (NES= nuclear export signal)
Kernimport von Proteinen über aktive Transporter Kernimport- Rezeptoren (Importine) erkennen und binden an Nucleus localization signales (NLS) = Kernimportsequenz (roter Punkt) Rezeptoren binden an Kernimport- Sequenz
GTPasen sind Proteine die befähigt sind GTP zu hydrolisieren (aufzuspalten) --> Energie wird "frei"
Nuclear Pore Transport (GTP-Proteine); Import + Export Import: Nuclear Import Receptor bindet an NLS (nuclear localization signal) des Cargo-Proteins (Protein, welches nach Innen will) durch die Bindung der beiden Proteine ist es möglich eine Wechselwirkung mit den Nucleoporinen (Bestandteil der Pore) einzugehen --> Transport in den Zellkern im Zellkern bindet nun RAN-GTP an den Nuclear Import Rezeptor und setzt das Cargo-Protein frei Rezeptor Protein + GTP können wieder durch die Pore nach außen außerhalb des Zellkerns wird das GTP in Form von RAN-GDP und P abgespalten (Rezeptor Protein ist wieder frei)
Kerntransport Regulation zum Beispiel an Glucokocortikoid- Rezeptoren: steroid-hormone kann an den Rezeptor binden bewirkt eine Konformationsänderung --> hsp90 lässt ab NLS wird freigelegt Rezeptor kann in den Zellkern eintreten
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Proteintransport: Cytoplasma ---> Mitochondrien / Chloroplasten Mitochondrien / Chloroplasten besitzen eigenes Genom nicht alle Bestandteile sind im eigenen Genom codiert nicht selbst produzierte Proteine müssen über Innen- und Außenmembran importiert werden Import über Translokator-Proteine Protein bindet mit Signalsequenz an einen Proteinrezepter der in der Membran sitzt (in der Nähe des Translokators) Protein wird über den Translokator in den Zellkern geschleust (unter ATP Verbrauch = aktiver Transport) nach Membrantransport wird die Signalsequenz abgespalten
hsp- Proteine gehören zu den Chaperon- Proteinen und spielen in der Proteinentfaltung eine wichtige Rolle siehe Proteintransport in Mitochondrien/ Chloroplasten Proteine müssen entfaltet werden um durch den Translokator geschleust werden zu können
Peroxisomen besitzen nur eine Membran kein eigenes Genom --> alle Komponenten müssen importiert werden sind die "Entgiftungsstationen" der Zelle unter anderem für β- Oxidation verantwortlich, unter Verbrauch von O2 Endprodukte werden wieder ins Zytoplasma exportiert (zB.: Acetyl CoA) kurze Signalsequenzen an Import-Proteinen, welche von Peroxisomen- spezifischen Rezeptorproteinen erkannt und eingeschleust werden.
endoplasmatisches Redikulum erstreckt sich über die gesamte Zelle, am meisten um den Zellkern ist ein komplexes Netzwerk von Membran- umgebenen Zisternen, die miteinander verbunden sind er ist der Ort der Lipidsynthese für alle zellulären Membranen im ER werden Membranproteine und sekretierte Proteine produziert im ER findet die Glykolisierung von Proteinen statt
Co- transkriptionller Proteintransport vom Cytoplasma ins ER passiert Co-transkriptionell (während der Translation) Proteine die ins ER müssen, besitzen am N terminalen Ende eine ER-Import- Sequenz signal-recognition particle (SRP) bindet an die ER-Import-Sequenz, die Translation wird vorübergehend angehalten der Komplex (SRP, Ribosom, translatiertes Protein) wird von einem SRP- Rezeptor der ER-Membran erkannt das Ribosom steht somit in direktem Kontakt mit der ER Membran SRP dissoziert (GTP- Hydrolyse) die Translation wird fortgesetzt und das translatierte Protein wird direkt über einen Translokator- Komplex ins ER- Lumen transportiert die ER-Import-Sequenz wird (bei löslichen Proteinen) nach der Translation abgetrennt (ins ER-Lumen) erst im ER- Lumen werden die Proteine mit Hilfe von Protein- Disulfid- Isomerasen oder ER Chaperonen (BiP) gefalten
Glykoslierung von Proteinen am ER die meisten ER- Proteine werden schon während der Translation und Imports glykosyliert (nur wenige cytoplasmatische Proteine sind glykosyliert) das glykosylierende Enzym Oligosaccharyltransferase ist assoziiert mit dem Translokator- Komplex Das Oligosaccharid wird über N-Acetylglucosamin als ein Molekül, an die NH2 Gruppe von Aspargin übertragen = N-Linked Glykosylierung Glykosylierung ist einer Markierung, die den Faltungszustand eines ER-Proteins charakterisiert