Zellbiologie I (Subject) / Klassifikation "Mensch" (Lesson)

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• Klassifikation "Mensch" Domäne: Eukaryoten Reich: Tiere (Animalia) Abteilung: Gewebetiere (Eumetazoa) Unterabteilung: Bilateria Stammgruppe: Neumünder (Deuterostomia) Stamm: Chordatiere (Chordata) Unterstamm: Wirbeltiere (Vertebrata) Klasse: Säugetiere (Mammalia) Ordnung: Primaten Familie: Echte Menschen (Hominidae) Gattung: Mensch (Homo) Art: Moderner Mensch (Homo sapiens)
• Produkt der Glykolyse 2 x Pyruvat + 2 x Coenzym A + 2 x NAD+ ⇒ im Citratzyklus: 2 x Acetyl-CoA + 2 x NADH + 2 x CO2
• Kontrolle des Zellzyklus Restriktionspunkt = G1-Kontrollpunkt: ist die Zelle groß genung? ist die Umgebung günstig? ist die DNA beschädigt? Eine Bedingung nicht erfüllt ⇒ G0 - ansonsten ⇒ S-Phase: "Feuern von ORI's" G2-Kontrollpunkt: ist die gesamte DNA repliziert? ist die Zelle groß genug? ⇒ in M-Phase eintreten
• Zellzyklus - Mitosephase Prophase: Kernhüllen und Nucleoli lösen sich auf, Chromosomen sind sichtbar Prometaphase: Zugfasern des Spindelapparats bilden sich aus ⇒ Kontakt zwischen Centromeren und Chromosomen Metaphase: Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an Anaphase: Zwei-Chromatid-Chromosomen teilen sich ⇒ jeweils an den Zellpolen Telophase: Kernhülle + Nucleolus bilden sich wieder, Ein-Chromatid-Chromosomen dekondensieren sich Cytokinese: Abschnürung in 2 Tochterzellen
• Ablauf der Apoptose Apoptotisches Signal ⇒ proapoptotische Proteine (BCL-2) Aktivierung von Initiator-Caspasen (Caspase 8 und 9) Vorläufer-Effektor-Caspasen (3, 6 und 7) ⇒ spalten Aktin und Lamin Aktivierung Nukleasen
• Todessignale (Apoptose) Aktivierung von Todesrezeptoren (z.B. TNF-Rezeptor) Entzug von Wachstumsfaktoren Irreparable DNA-Schädigungen Stoffwechselstörungen Verlust von Zellkontakten Zellzyklusstörungen
• Zellzyklus - Interphase G1-Phase: Zellwachstum, Ausbildung von Enzymen ⇒ DNA-Synthese G0-Phase: Ruhephase - keine Teilungsaktivität S-Phase: DNA-Replikation, Entstehung von 2-Chromatid-Chromosomen G2-Phase: Erhöhte Synthese von zellteilungsspezifischen Proteinen
• Notwendige Proteine - Zellzyklus Cycline und cyclineabhängige Kinasen (CdK) während der G1-Phase: Cyclin D + CDK 4/6 vor S-Phase: Cyclin E + CDK 2 vor G2-Phase: Cyclin A + CDK 1/2 vor M-Phase: Cyclin B + CDK 1 und MPF ⇒ fördert Mitose
• Meiose I Prophase I - Leptotän: Chromatiden kondensieren, homologe Chromosomen lagern sich aneinander Zygotän: Crossing-over-Vorbereitung, Aufbau: männliches Schwesterchromatid - laterales Element - Zentralelement - laterales Element - weibliches Schwesterchromatid Pachytän: Crossing-Over Diplotän: Chromosomen an Chiasmata miteinander verbunden Diakinese: Telomere trennen sich von der Kernlamina, Kernhülle löst sich auf
• Mikroskopie Lichtmikroskop: Zellkerne + Zellmembranen Fluoreszenzmikroskop: Eigenleuchten + hoher Kontrast Immunfluoreszenzmikroskop: Proteine in Zellen, Antigen-Antikörper-Reaktion Konfokalmikroskopie: 3-D-Rekonstruktionen Elektronenmikroskopie: subzelluläre Strukturen/ Ultrastrukturen TEM: Elektronenstrahl - innere Strukturen REM: Oberflächen - Gold-Beschichtung des zu untersuchenden Objekts
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• Die drei Mendel'schen Regeln Uniformitätsregel Spaltungsregel Unabhängigkeitsregel
• 4 Hauptklassen von Biomolekülen Proteine Lipide Nukleinsäuren Kohlenhydrate
• Nukleosom - Funktion Organisation der Erbsubstanz Regulation der Genexpression Bindestelle von Kofaktoren (z.B. an die Histontails)
• Evolution - notwendige Voraussetzungen Reproduktion: Vererbung des Genmaterials (DNA) an einen Überschuss von Nachkommen Variation (Mutation, Rekombination, Crossing-over): Nachkommen unterscheiden sich von den Eltern Selektion: Auswahl von Nachkommen nach "Überlebenstüchtigkeit"
• Was zeichnet Lebewesen aus? Stoffwechsel Fortpflanzung Reizbarkeit Wachstum Evolution (Genmutation) Kontakt/ Austausch mit der Umwelt
• Nucleotid-Excisionrepair (NER) Schadenserkennung Aufschmelzen der DNA Herausschneiden eines DNA-Stückes (Endonuklease) Auffüllen (Polymerase e oder b) Ligieren der DNA-Stränge (Ligase) UV-Strahlen ⇒ Pyrimidindimere ⇒ Inhibition der Transkription und Replikation
• Wichtige Ionenkonzentrationen K+:     intrazellulär: 155 mM   extrazellulär:     5 (3,5-5,5) mM    Eeq: -96 mV Na+:   intrazellulär:  10 mM    extrazellulär: 145 mM                  Eeq: +72 mV Cl-:     intrazellulär:    4 mM    extrazellulär: 115 mM                  Eeq:  -90 mV Ca2+: intrazellulär: 0,1 µM (in Ruhe)   extr.: 1,2 mM                  Eeq: +124 mV Ca2+: intrazellulär: 0,5-10 µM bei Aktivierung
• Ionenkanäle (wichtige Daten) Schneller Na+-Kanal: Schwellenpotential: -65mV  Offenzeit: ∼3ms  benötigte Hyperpolarisation: -85mV L-Typ-Ca2+-Kanal:  Schwellenpotential: -40mV  Offenzeit: ∼200ms  benötigte Hyperpolarisation: -60mV oder zeitabhängig
• Kinetisches Modell spannungsaktivierbarer Kanäle Depolarisation⇒offen aktiviert⇒zeitabhängig geschlossen inaktiviert ⇒Hyperpolarisation ⇒ geschlossen aktivierbar ⇒erneute Depolarisation ⇒......
• Azanfärbung Zellkerne: rot ECM: blau  
• Urmünder (Protostomia) Der Urmund (Blastoporus) wird zum Mund, der Anus wird neu gebildet. Das Herz befindet sich dorsal, das Nervensystem ventral. Das Mesoderm bildet sich aus einem Zellhaufen. Tierstämme: Arthropoda, Annelida
• Neumünder (Deuterostomia) Der Urmund (Blastoporus) wird zum Anus, die Mundöffnung wird neu gebildet. Das Herz befindet sich ventral, das Nervensystem dorsal. Das Mesoderm schnürrt sich vom Urmund ab. Tierstämme: Chordata, Echinodermata
• Endosymbiontentheorie Mitochondriale DNA ähnlich der bakteriellen DNA-Ringstruktur, keine Histone Mitochondrialen Ribosomen ähnlich der von Bakterien eigene Proteinbiosynthese: Hemmbarkeit durch Antibiotika M. besitzen Doppelmembran Innere M-Membran wie bei Bakterien M. teilen sich auch vor der Zellteilung
• Größenverhältnisse 10-2 m = 1cm: mit dem bloßen Auge sichtbar 10-3 m = 1mm: noch geradeso mit dem bloßen Auge sichtbar 10-6 m = 1µm: Zellkerne, Bakterien 10-7 m: Länge eines Virus 10-9 m: Aktinfilamente (1nm), bis 10nm: Proteine, Lipide 10 - 100µm: Zellen 1,5 m: Gesamtlänge der DNA einer menschlichen Zelle
• Michaelis-Menten-Konstante Km: Maß für die Affinität zwischen Enzym und Substrat
• Enzym - aktives Zentrum dreidimensionale Molekülregion Teil d. Tertiärstruktur eines Enzyms dort findet Katalyse statt: Substrat ⇒ Produkt wird umgesetzt
• Coenzym Apoenzym + Coenzym = Holoenzym
• Die drei Keimblätter Endoderm: Epithelien d. Trachea, Ösophagus, Magen u. Darm, Urethra, Harnblase, Prostata Mesoderm: Wirbelsäule, Rippen, Skelettmuskulatur, Nieren, Bindegewebe, glatte Muskulatur der Eingeweide Ektoderm: Zentrales u. peripheres Nervensystem, Innenohr, Epidermis mit Haaren
• Enzyme Biokatalysatoren substratspezifisch beschleunigen Reaktionen im Körper beschleunigen die Einstellung des Reaktionsgleichgewichtes ⇒ verändern die Gleichgewichtslage nicht! setzen die Aktivierungsenergie herab Katalytische Domäne reguliert die regulierende Domäne
• Proteinstrukturelemente N- und C-Terminus α-Helix β-Faltblatt (x-strängig/ parallel/ antiparallel) Monomer, Dimer, Trimer, Tetramer β-Haarnadelschleife N-Loop β-Barrel-Struktur aus x-Faltblattsträngen
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• Proteinstrukturen und DomänenA Primärstruktur: Aminosäure-Sequenz ⇒ Sequenzhomologie, Funktion Sekundärstruktur: α-Helix, β-Faltblatt ⇒ Domänen, 3-D-Struktur Tertiärstruktur: Raumstruktur eines Proteins: Kombination von Domänen Quartärstruktur: Raumstruktur eines Proteinkomplexes: modular mit mehreren Untereiheite
• Proteine Makromoleküle aus Aminosäuren beschleunigen chemische Reaktionen (s. Enzyme) beteiligen sich an Transportvorgängen unterstützen die zelluläre Kommunikation (Kanäle, Rezeptoren, Botenstoffe) wehren fremde Substanzen und Organismen ab (Immunglobuline)
• Inhibitoren (Enzyme) Kompetitiv: Substrat + Inhibitor konkurrieren um das aktive Zentrum des Enzyms; Substrat ist strukturell ähnlich zu Inhibitor Nicht-Kompetitiv: Inhibitor bindet an anderer Stelle als Substrat (allosterisch), Inhibitor bindet auch ins aktive Zentrum - kovalent (irreversibler Fall)
• Signalweitergabe (Zelle) parakrin: Signal ⇒ intrazellulärer Raum ⇒ Rezeptor juxtakrin: Signal ⇒ Rezeptor verbindet zwei Zellen unmittelbar miteinander endokrin: Signal ins Gewebe ⇒ Blut ⇒ Gewebe ⇒ Zielrezeptor autokrin: Signal ins Gewebe ⇒ zurück an Rezeptor der Senderzelle
• Sphingomyeline Kopfgruppe: zweiwertiger Alkohol (Sphingosin) an die freie OH-Gruppe Phosphat gebunden ⇒ daran Cholin angehangen Ceramid: Sphingosin + Fettsäure (Amidbindung)
• Phospholipide Glycerin (3-wertiger Alkohol) + Fettsäure = Lipid (Esterbindung) gesättigte und ungesättigte (Doppelbindung) Phospholipide Hydrophile Kopfgruppe (am 3. C-Atom hängt eine Phosphatgruppe) Derivate: Phosphatidylcholin, Phophatidylethanolamin, Phophatidylglycerin, Phophatidylserin, Phosphatidylsäure
• Ligasen verknüpfen Bindungen unter Energieverbrauch DNA-Stücke (Okazaki-Fragmente) werden durch Bildung eines Phosphoresters miteinander verknüpft
• Hydrolasen Hydrolyse (Wasserabspaltung)      z.B. Proteasen, Esterasen, Nucleasen, Glucosidasen, ATPasen      S-S' + H2O ⇒ S-OH + S'-H
• Transferasen Überträger chemischer Gruppen      z.B. Kinasen, Acetyl-/Methyl/Aminotransferasen, Polymerasen      S-X + S' ⇒ S + S'-X
• Endonukleasen schneiden sequenzspezifisch benutzen (häufig) palindromische Sequenzen zur Erkennung
• Isoelektrischer Punkt (IP) Isoelektrischer Punkt: Gesamtladung des Moleküls gleich Null pKs (R1) + pKs (R2) / 2 = IP IP < pH ⇒ Protonen werden aufgenommen IP > pH ⇒ Protonen werden abgegeben pKs = pH ⇒ Gleichgewicht liegt vor
• Glukose - metabolische Abbau Oxidation ⇒ Glucoronsäure Reduktion ⇒ Sorbitol Oxidation ⇒ Glucuronat Glukose ist eine Aldose mit 6 C-Atomen und 4 chiralen ZentrenHalbacetalbildung: Ringschluss zwischen C1 und C5
• Aminosäuren bei unterschiedlichem pH-Wert Wenn der pK-Wert der Gruppe niedriger ist als der pH-Wert, dann werden Protonen abgegeben pK > pH ⇒ Protonen werden aufgenommen pH: 0-6: sauer pH: 7: neutral pH: 8-14: alkalisch pH-Wert des arteriellen Blutes: 7,35 - 7,45
• Immunabwehr Dendritsche Zellen sind in der Lage, die Antigene einer Mikrobe mit Hilfe von MHC-Komplexen der Klasse II auf ihrer Oberfläche zu präsentieren. Die Antigene werden von Helfer-T-Lymphozyten mit Hilfer spezieller Rezeptoren und des Co-Rezeptors CD4 erkannt. Sie sezernieren Cytokine, um B-Lymphozyten und cytotoxische T-Lymphozyten zu aktivieren. Die aktivierten B-Lymphozyten wandeln sich in die Antikörper-produzierenden Plasmazellen um. Die cytotoxischen T-Zellen erkennen mit Hilfe ihres spezifischen Rezeptors sowie des Co-Rezeptors CD8 infizierte Körperzellen und vernichten diese.
• Epimer unterscheiden sich in der Konfiguration an nur einem Stereozentrum, mit Ausnahme des letzten asymmetrischen und des anomeren Kohlenstoffatoms. Alle anderen Stereozentren in den Molekülen sind, sofern vorhanden, jeweils gleich. C-Atom in axialer bzw. äquatorialer Position
• Disaccharide Saccharose = α-D-Glucose + β-D-Fructose Maltose = Glucose + Glucose Lactose = Galactose + Glucose
• "Big Killer" in der 3. Welt Tuberkulose (TBC) - Übertragung durch Tröpfcheninfektion  HIV/Aids - Übertragung durch Körperflüssigkeiten (Blut, Sperma, Vaginalsekret, Muttermilch)  Malaria - Übertragung durch weibliche Stechmücken der Gattung Anopheles
• Selektionsmechanismen Disruptive/aufspaltende Selektion/disruptiv Stabilisierende Selektion/stabilisierend Transformierende/gerichtete Selektion
• Genetische Code 3 Basen der DNA kodieren 1 AS (Triplettcode=Codon), evtl. 4 verschiedene Nukleotide für Festlegung der 20 AS. ALTERNATIV: Code ist redundant aber spezifisch: AS können von mehreren Codons codiert werden, aber kein Codon codiert mehr als 1 AS.
• Wackelbase Dritte Base als Wackelbase bezeichnet. Der Austausch dieser Base hat keinen Einfluss auf die Bildung der AS, da diese primär durch die ersten beiden Basen des Codons bestimmt ist

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