Zellbiologie (Fach) / Zellmotilität (Lektion)

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• 3 Typen der Zellbewegung Amöboide Bewegung (Amöben, Makrophagen, Tumorzellen, embryonale Zellen) Cilien und Flagellen (Wimper- und Geißeltierchen, Flimmerepithel, Spermien) Muskelbewegung
• Intermediärfilamente, Typen Lamine Neurofilamente Keratine (Vimentin, Desmin, Peripherin, GFAP)
• Laminopathien Mutiertes Lamin schwächt hier die Kernhülle: dies führt zu Progeria (frühzeitiges Altern) und Muskeldystrophien Ursache Progeria: Punktmutation eines Enzyms, das zur Bildung von Laminen wichtig ist
• Keratine Hornsubstanz: es gibt α- und β-Keratine ( je nach α-Helix oder β-Faltblatt Struktur), α-Keratine nennt man auch Cytokeratine bilden zusammen mit Mikrotubuli und Aktinfilamenten das Zytoskelett, wo sie ungeordnet vorliegen: Hauptbestandteil von Haaren, Fingernägeln, etc. (liegen hier geordent vor??) mehr als 20 Cytokeratine werden in Kombinationen exprimiert, die für bestimmte Zelltypen spezifisch sind: → wichtig zur Tumordiagnostik
• Epidermolysis bullosa umgangssprachlich "Schmetterlingshaut", genetisch bedingte Hautkrankheit mit sehr verletzlicher Haut: mechanische Verbindung der verschiedenen Hautschichten ist durch defektes Cytokeratin-Netzwerk unzureichend ausgebildet (Keratine verankern Zytoskelett eigentlich an Desmosomen und sorgen so für Zusammenhalt mechanisch stark beanspruchter Zellen): es entstehen Blasen und Wunden am ganzen Körper (auch in Speiseröhre und Mund). Ursache ist eine Veränderung des Gens, das für das Protein Zytokeratin 14 kodiert. Bei kleinen Verletzungen kommt es bedingt durch Freisetzung von Eiweiß abbauenden Enzymen in den Epidermiszellen zur Blasenbildung, was zur Auflösung der Zellen führt.
• Intermediärfilamente etwas dicker als Aktinfilamente (8-12 nm), sehr zellspezifisch, daher wichtig für Tumordiagnostik,  übernehmen in tierischen Zellen (außer bei Arthropoden) Stützfunktionen, in Pflanzenzellen bis heute nicht nachgewiesen Aufbau aus Polypeptidketten: je 2 Polypeptidketten sind zu einem Heterodimer verdrillt, zwei Heterodimere legen sich antiparallel zueinander, wodurch ein Tetramer entsteht, diese bilden Protofilamente, welche schließlich Protofibrillen bilden, mehrere Protofibrillen bilden ein Intermediärfilament
• Neurofilamente Intermediärfilament, bildet gemeinsam mit Mikrotubuli das Stützgerüst in den Axonen
• Keratine Intermediärfilamente in Epithelzellen: man findet 1/3 in Nägeln und Haaren (harte Epithelien) und 2/3 im Zytoplasma als sog. Zytokeratine
• Desmin Intermediärfilament in quergestreifter Muskulatur, verankert Z-Scheiben des Sarkomers benachbarter Myofibrillen und fixiert diese somit
• Lamine Sonderform der Intermediärfilamente, im Nukleus lokalisiert, bauen die Kernlamina auf
• Aktinfilamente kleinster Filamenttyp, dient der mechanischen Stütze,  Aufbau aus globulärem Aktin (G-Aktin): jeweils 2 G-Aktin-Ketten sind spiralförmig miteinander verknüpft, Aktinfilamente haben ein Plusende, an dem es Monomere schneller anbaut als am Minusende, wo bevorzugt abgebaut wird alle Aktinmoleküle besitzen Magnesiumionen als Bindungsstelle für ADP oder ATP: wurde bei einem freien G-Molekül ADP gegen ATP vertauscht, so kann es sich an ein wachsendes Aktinfilament anlagern, wobei ATP zu ADP gespalten wird Aktinfilamente besitzen ein Plus- und ein Minusende: am Plusende ist Polymerisation schneller als ATP-Hydrolyse Profilin kann die Polymerisation begünstigen, indem es an das freie Aktin bindet, wodurch dieses mit anderen G-Aktinen eine Kette bilden kann; Thymosin ist der Gegenspieler des Aktins, es hemmt die Polymerisation → so sorgt die Zelle ständig für einen frischen Vorrat an freiem G-Aktin dieser schneller Polymerisations-/Depolymerisations-Prozess spielt eine entscheidende Rolle bei der amöboiden Zellbewegung, er bestimmt die Struktureigenschaften der Zelle
• Aktinfilamente und α-Aktinin α-Actinin verbindet Aktin mit anderen Strukturproteinen und nimmt so an der Muskelkontraktion teil: Zusammenhang mit sportlichen Sprintleistungen (nicht-mutierte Form des alpha-Actinins) und Ausdauerleistungen (mutierte Form)
• Aktinfilamente und Dimer Proteine geben Aktinfilamenten Struktur, hier durch Kreuzvernetzung → es entsteht ein Netzwerk aus Aktinfilamenten:  so können bestimmte Eigenschaften der Zelle reguliert werden
• Aktinfilamente und Fimbrin hält zusammen mit Fascin z.B. Mikrovilli der Epithelzellen in Form → bildet enge parallele Bündel (sogenannte Spikes)
• GFP Protein, dass aus Quallen isoliert werden kann, fluoresziert bei Anregung mit UV-Licht: man nutzt ein Fusionsprotein aus Aktin mit GFP um Aktinfilamente sichtbar zu machen
• fokale Kontakte Kontaktstelle einer sich über einen Untergrund bewegenden Zelle mit dem Boden (Bsp.: Pseudopodien (Scheinfüßchen) bei Protisten), wichtig für Zellmigration
• Protisten ein- bis wenig zellige Eukaryoten (Algen, Protozoen, Pilze)
• Protozoen Urtierchen, aufgrund ihrer Lebensweise und Mobilität als tierische eukaryotische Einzeller angesehen
• Myosin Motorprotein in Muskeln, kann sich zwischen Aktinfilamente lagern und bildet kontraktile Filamentbündel, eine schnelle Fortbewegung des Aktinfilaments wird durch mehrere hundert Myosinköpfe in einem Myosinbündel gewährleistet Myosin wird durch Phosphorylierung aktiviert
• Sarkomer kleinste funktionelle Einheit der Muskelfibrille, jedes Sarkomer ist aus Filamenten aus 3 kontraktilen Proteinen (Aktin, Myosin, Titin) aufgebaut erst mehrere solcher Filamente bildet eine Myofibrille: mehrere Myofibrillen lagern sich dann zu einer Muskelfaser zusammen Z-Scheiben (Zwischen-Scheiben), die mit den relativ dünnen und daher hellen Aktinfilamenten verbunden sind, begrenzen das Sarkomer an seinen Enden
• Power Stroke am Muskel "rigor" - Totenstarre Myosinkopf bindet ATP und löst sich vom Aktinfilament ATP wird gespalten: Konfirmationsänderung Phosphat löst sich, Myosinkopf bindet wieder Aktin ADP löst sich, Konfirmationsänderung mit gebundenem Aktin → Kontraktion
• Tropomyosin Tropomyosin (durch Ca2+ angeregt) blockiert die Myosin-bindenden Seiten des Aktinfilaments und verhindert, dass Myosin bindet: der Muskel entspannt sich
• Tropomyosin Tropomyosin (durch verringerte Ca2+ - Konzentration angeregt) blockiert die Myosin-bindenden Seiten des Aktinfilaments und verhindert, dass Myosin bindet: der Muskel entspannt sich
• Thrombozyten Blutplättchen, kleinste Zellen des Bluts, spielt wichtige Rolle bei Blutgerinnung, in dem sie sich an das Gewebe um das verletzte Blutgefäß herum legen
• EHEC (Enterohämorrhagische Escheria coli) zerstört Mikrovilli, das Bakterium sorgt für die Umorganisation des Aktinnetzwerks und missbraucht dieses, um sich zu verbreitern
• Grundlegende zytoskelettale Mechanismen Dynamischer Auf- und Abbau zytoskeletttaler Polymere Regulation der Struktur durch Polymer-assoziierte Proteine Bewegung durch Motorproteine
• Axonema Binnengerüst der Zilie: besteht aus 9 zirkulär angeordneten Mikrotubulus-Doubletten (kompletter A und inkompletter B-Mikrotubulus), sowie zwei zentrale Einzeltubuli: diese Struktur ist charakteristisch für alle Kinozilien, Minusenden der Mikrotubuli sind zum Kinetosom, Plusenden zum Kinozilium orientiert, Axonema wird durch verschiedene Proteine zusammengehalten, die Bewegung der Zilie wird durch axonemales Dynein erzeugt Bewegungsapparat der Kinozilien: Dyneinarme am A-Tubulus binden unter ATP-Spaltung am B-Tubulus der benachbarten Doublette in Richtung Minusende (zur Basis): die Doubletten "Gleiten" gegeneinander, da Doubletten am Kinetosom verankert sind, wird aus der Gleitbewegung eine Verbiegung, dieser Prozess läuft abwechselnd in der einen und anderen Hälfte der Zilie: es entsthet ein schnell fördernder Schlag und eine langsamere Rückstellbewegung
• Axonema der Zilie Binnengerüst der Zilie: besteht aus 9 zirkulär angeordneten Mikrotubulus-Doubletten (kompletter A und inkompletter B-Mikrotubulus), sowie zwei zentrale Einzeltubuli: diese Struktur ist charakteristisch für alle Kinozilien (Sekundären Zilien), sowie die Geißeln der Spermien primäre Zilien dagegen, wie sie in der Embryonalentwicklung eine Rolle spielen, tragen keine zentralen Mikrotubuli Minusenden der Mikrotubuli sind zum Kinetosom, Plusenden zum Kinozilium orientiert, Axonema wird durch verschiedene Proteine zusammengehalten, die Bewegung der Zilie wird durch axonemales Dynein erzeugt Bewegungsapparat der Kinozilien: Dyneinarme am A-Tubulus binden unter ATP-Spaltung am B-Tubulus der benachbarten Doublette in Richtung Minusende (zur Basis): die Doubletten "Gleiten" gegeneinander, da Doubletten am Kinetosom verankert sind, wird aus der Gleitbewegung eine Verbiegung, dieser Prozess läuft abwechselnd in der einen und anderen Hälfte der Zilie: es entsthet ein schnell fördernder Schlag und eine langsamere Rückstellbewegung
• Kinozilien eigenbewegliche Zellfortsätze mit einem Binnengerüst aus Mikrotubuli (Axenom), Kinozilien wachsen aus dem Kinetosom (Basalkörperchen) hervor, das wie ein Zentriol aufgebaut ist und unterhalb der Basis der Zilie im apikalen Zytoplasma liegt Kinozilien spielen z.B. in den Bronchien eine wichtige Rolle, wo sie über Schleim Fremdstoffe heraus transportieren
• Kinozilien eigenbewegliche Zellfortsätze mit einem Binnengerüst aus Mikrotubuli (Axenom), Kinozilien wachsen aus dem Kinetosom (Basalkörperchen) hervor, das wie ein Zentriol aufgebaut ist und unterhalb der Basis der Zilie im apikalen Zytoplasma liegt Kinozilien spielen z.B. in den Bronchien eine wichtige Rolle, wo sie über Schleim Fremdstoffe heraus transportieren: diesen Selbstreinigungsmechanismus der Bronchien bezeichnet man auch als Mucociliar Clearance (MCC)
• Kartagener Syndrom Primäre Ciliäre Dyskinesie angeborene Erkrankung, bei der die Bewegung des Flimmerepithels (Zilien) in den Atemwegen gestört ist: Grund ist eine Mutation im ciliären Dynein, es kommt zu einer chronischen Nasennebenhöhlen-Entzündung und manchmal zu einer seitenverkehrten Anlage der inneren Organe (s. Organogenese), weitere Risiken sind: Eileiterschwangerschaften, Infertilität, Spermienimmotilität 
• Flagellen bei Eukaryoten und Prokaryoten bei Eukaryoten sind Flagellen aus Mikrotubuli aufgebaut und werden durch Dynein gesteuert bei Prokaryotischen Flagellen handelt es sich jedoch um einen komplett anderen Mechanismus!!!
• Shmooing Polarisiertes Wachstum von Hefezellen als Reaktion auf Paarungsfaktoren: "Shmooing", durch Ort der Rezeptoren, an denen chemotaxische Signale eintreffen, ist auch die Richtung der Fortbewegung vorgegeben: dabei ist die Lokalisierung der Reize und die Fortbewegung zwischen Prokaryoten und größeren Organismen sehr unterschiedlich: während Prokaryoten nur "taumeln" (stehen bleiben) oder geradeaus schwimmen können, erkennt ein weiter entwickelter Organismus durch die Konzentrationsunterschiede in der Umgebung die genaue Richtung des Signals  → Beispiel für lokale Aktin-Polymerisation aktiviert durch membrangebundene Signaltransmitter
• Taxis gerichtete Bewegung positive Taxis: Bewegung zum Reiz hin negative Taxis: Bewegung vom Reiz weg Chemotaxis: molekulare Konzentrationsgefälle Thigmotaxis: Berührung Phototaxis: Licht Galvanotaxis: elektrische Reize Thermotaxis: Temperatur Geotaxis: Schwerkraft
• Mobilität von isolierten Zellen Isoliert man Zellen, bilden diese Flagellen zur schnelleren Fortbewegung aus
• Chemotaxis bei Bakterien Bakterien schwimmen kontinuierlich (random walk) und scannen die Umgebung nach Reizen ab, dabei wechseln sich gerade und rotierende Schwimmphasen ab: bei der Bindung positiver Faktoren verlängern sich die Schwimmphasen, bei negativen die rotierenden Phasen
• Chemotaxis bei Eukaryotischen Einzellern Eukaryotische Einzeller können Konzentrationsgradienten wahrnehmen: Rezeptoren können dynamisch polar lokalisiert werden: die Bindung der chemotaktischen Signale verursacht eine direkte Bewegung auf das Signal zu (Attraktor) oder von ihm weg (Repellent) Ein Gradient von chemotaktischen Signalen wird dabei über die Rezeptoren in einen intrazellulären Gradienten umgewandelt. Dieser aktiviert intrazelluläre Signalwege, die wiederum das Aktinfilamentnetzwerk (Pseudopodien) oder die Cilienbewegung regulieren.
• Signale in Cilien Second messenger wie cAMP und Ca-Ionen beeinflussen die Bewegung der Mikrotubulistrukturen
• Signale in Cilien Second messenger wie cAMP und Ca-Ionen beeinflussen die Bewegung der Mikrotubulistrukturen, so können Zilien nicht nur Flüssigkeitsströmungen (z.B. in Bronchien) erzeugen, sondern auch als Sensoren dienen: daher befindet sich in jeder Körperzelle mindestens ein primäres Zilium (9+0) zur Flüssigkeitsdetektion
• Polyzytische Nierenerkrankung Bildung von flüssigkeitsgefüllten Zysten in der Niere: Flüssigkeitsströmung wird nicht erkannt und führt zu vermehrter Zellproliferation
• Bardet-Biedl Syndrom Zilipathie, Ursache ist eine Genmutation und ein daraus entstehender Kinesin-Defekt
• Retinitis pigmentosa Netzhautdegeneration: Fehllokalisation des Rhodopsins sorgt für die Degeneration der Photorezeptoren
• Rhodopsin Sehpurpur, sein Sehpigment der Netzhaut der Augen von Vertebraten
• Adipositas Fehlende Leptin-Rezeptoren zerstören den Metabolismus
• Zelladhäsionsmoleküle auch CAM, Proteine die den Kontakt zwischen Zellen in tierischem Gewebe vermitteln: 2 grundlegende Funktionen: 1. Zusammenhalt von Geweben 2. Kommunikation zwischen den Zellen
• soziale Amöbe Dictyostelium Mysamoebae leben alleine und teilen sich mitotisch. Bei Nahrungsmangel strömen zehntausende zusammen um ein Pseudoplasmodium (grex) zu bilden. Die Organismen sind wichtig zur Untersuchung von Entwicklungsprozessen: Aggreation findet durch Chemotaxis statt: die Amoeben werden durch ein lösliches Signalmolekül (cAMP) zu Aggregationszentren geleitet. Der mehrzellige Organismus bildet dann Sporen aus, um sich weiter zu verteilen. Die Regulation des Enwicklungsschicksales erfolgt durch die relative Lage im Organismus: So werden anteriore Zellen zu Körperzellen und posteriore Zellen zu sporen. Die Regulation des Enwicklungsschicksales erfolgt durch die relative Lage im Organismus: So werden anteriore Zellen zu Körperzellen und posteriore Zellen zu Sporen. Nachdem der Organismus eine Zelle zur Vermehrung entlassen hat (reproduktive Zelle), versterben die anderen. Der Tod ist entstanden. Entstehung des Schummelns: Zellen schummeln, um eine höhere Wahrscheinlichkeit zu haben zu Sporen zu werden, in dem sie durch Veränderungen im Cytoskelett eher nach innen gekehrt werden und so zu einer reproduktiven Zelle werden
• Mehrzelligkeit Eukaryotische Einzeller besitzen die grundlegenden Elemente der Entwicklungsprozesse komplexer Organismen:  1. die Proteinsynthese wird räumlich und zeitlich kontrolliert 2. Gene und Chromosomen haben eine Struktur, die in der Evolution weiter beibehalten wird 3. Mitose und Meiose sind perfektioniert worden 4. Sexuelle Reproduktion existiert
• Volvox Gattung mehrzelliger Grünalgen, Beispiel für Interzelluläre Kooperation, Geordnete Ansammlung von Chlamydomonas ähnlichen Zellen Sexuelle Reproduktion: Geschlechter sind genetisch festgelegt: Bei Trockenheit werden Zygoten als resistente Sporen gebildet.
• Unterschied koloniale Spezies und echte Mehrzeller: Koloniale Spezies: Jede Zelle kann alleine überleben und sich vermehren Echte Mehrzeller: Mindestens zwei distinkte Zelltypen, die voneinander abhängig sind: → somatische und reproduktive Zellen
• Prolifera-Schwämme 8 verschiedene Zelltypen, spezialisierte Zellen in der Embryonalentwicklung entsteht eine Art Ektoderm und Endoderm durch Einstülpung Geschlossener epithelähnlicher Zellverband (Pinakoderm = Ektoderm) Pinakocyten sind durch desmosomenähnliche Zellkontakte verbunden Choanocyten sorgen für den Wasserstrom durch die Poren Bindegewebe mit speziellen Zellen, die u.a. Kalknadeln (Spicula) produzieren Mesogloea: einfaches Bindegewebe ohne Muskeln und Nerven Totipotente Archeodyten können reaggregieren und neue Schwämme bilden Sexuelle Reproduktion möglich: Aus Archeodyten entstehen Eizellen und aus Choanodyten Spermien, aus Zygoten entstehen Larven → Embryonalentwicklung

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