BIO112 - Zellbiologie

Besteht vor allem aus: 

- Prozessierter und nicht prozessierter rRNA

- RNA prozessierenden Enzymen und deren Leit-RNAs

- Den entsprechenden DNA Regionen

- Transkriptionsmaschinerie

- Ribosomalen Proteinen

- Im Bau befindliche Ribosomen

Man geht davon aus, dass dies an der enormen Zahl von rRNAs liegt, die die Zelle benötigt, weshalb sich eine dafür spezialisierte Region entwickelt hat. 

- Nucleolus

Weitere Bereiche die sichtbar gemacht werden können, denen aber noch keine genaue Funktion zugewiesen werden konnte: 

- Fibrillarin Protein

- Cajal-Körperchen

- Granuläre Cluster

Die meisten dieser Strukturen sind sehr dynamsich und ändern sich je nach Zellzyklusstadium. Dies sind alles Bereiche, keine Kompartimente (keine Membran!!!)

Da der Zellkern vom Rest der Zelle abgeschrimt ist, muss der Import/Export von Material und Kommunikation mit der Umgebung ermöglicht werden. 

Hierbei werden, ungleich zu den Plasmamembranen, Kernporen benutzt (hoch spezifische Transportstrukturen).

Die äussere Kernmembran ist mit dem ER verbunden, was, wenn nötig, eine Vergrösserung der Kernmembran erlaubt. Ausserdem bindet sie Ribosmen. 

Die innere Kernmembran ist mit einem Laminanetzwerk, mit intranukleären Proteinkomplexen und mit Chromosomen verbunden.

Lassen rein: Proteine, Transkriptionsfaktoren, DNA-/RNA-Polymerasen, Nucleotide, Histone, ATP, usw. 

Lassen raus: mRNA, tRNA, Ribosomale Untereinheiten, usw. 

Müssen deshalb in beide Richtungen kontrollierbaren Transport ermöglichen. 

Menschliche Zellkerne haben bis zu 4000 Kernporen, die pro Sekunde bis zu 500 Makromoleküle hindurchlassen können.

Gebildet von den NPCs (nuclear pore complex, bestehen aus ca. 30 Proteinen, die in mehreren Kopien vorliegen. Im Ganzen ca. 450 Proteine)

NPC Proteine sind verschieden stabil mit der Kernpore verbunden. Gewisse Proteine werden im Sekundentakt ausgewechselt, während andere bis zu 100 Stunden eingebaut bleiben. Defekte Proteine können relativ schnell ausgetauscht werden. 

Während der Mitose (dem Zerfall der Kernmembran), zerfallen auch die NPCs. Ein Teil davon diffundiert in die Membran des ER, andere ins Cytosol.

Kernlamina verbindet Kernmembran und Chromosomen und stabilisert NPCs. Nicht alle Eukaryoten haben diese Kernlamina (Hefe z.B.)

Phosphorylierung der Lamine führt zu ihrer Depolymerisierung (besonders während Mitose, wo sie von CDK phosphoryliert werden, wichtig)

Position des Zellkerns ist meist direkt mit Mikrotubuliorganisation verbunden. Eine spezielle Position des Zellkerns ist oft für spezielle Funktionen wichtig: z. B. mRNA und Definition der Hauptachsen in der Drosophila Eikammer. 

Durch Interaktion und Kommunikation untereinander, bilden Zellen komplexe, mehrzellige und sehr robuste Systeme. Bei Mehrzellern sind Zellen normalerweise schon von der ersten Zellteilung an miteinander verbunden. Die Komplexität geschieht hierbei durch Musterung und schrittweiser Differenzierung. 

Es gibt auch Organismen, die nur bei Bedarf mehrzellig werden. So z. B. der Schleimpilz Dictysteium discoideum, welcher bei Futterknappheit Zellkollektive bildet. 

Bezeichnet die Beeinflussung der Fortbewegungsrichtung von Lebewesen oder Zellen durch Stoffkonzentrationsgradienten.

Hierbei ist das Hauptproblem, den relativ kleinen Unterschied in der Anzahl Moleküle, die vorne und hinten auf Zelle treffen, zu lesen. 

Zellen laufen in Richtung der höchsten Zelldichte, also dorthin wo zufällig am meisten Zellen hinlaufen. So entstehen spiralförmige Wellen, die von Zentrum ausgehen. 

Die Reaktionen der Zellen auf das sekretierte cAMP (welches die Signalkaskaden zur Zusammenschliessung auslöst) sind nicht konstant, sondern werden in Pulsen abgegeben. 

Sind genügend Zellen zusammengelagert, entsteht das Pseudoplasodium ("slug"), welches sich wie eine Schnecke fortbewegt. 

Bindegewebe 40% -> Robustheit durch extrazelluläre Matrix (v. a. Kollagen)

Epithelgewebe 60% -> Robustheit Oberflächen (v. a. Cytoskelett)

Ankerverbindungen: verbinden Zellen untereinander oder mit extrazellulärer Matrix

Undurchlässige Verbindungen: verbinden Zellen so eng, dass nichts mehr durchgehen kann -> Isolation

Kanalbildende Verbindungen: verbinden Zellen so, dass Information ausgetauscht werden kann

Signalübertragende Verbindungen: v. a. in Nervenzellen

Bestehen zwischen Nachbarzellen, sowie zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix. Intrazellulär durch die Verbindung mit dem Actin Cytoskelett oder mit Intermediärfilamenten stabilisiert. 

Zell-Zell-Verbindungen werden durch Cadherine (Ca2+ abhängig) vermitellt

Zell-Matrix-Verbindungen werden durch Integrine vermittelt

Zelladhäsionsmoleküle können auch als Signalmoleküle fungieren. 

Sind wie Adhäsionsverbindungen intrazellulär über Ankerproteine, aber mit Intermediärfilamenten, nicht mit Actin, verbunden. 

Verleihen Gewebe mechanische Festigkeit. 

In Hautzellen verbinden Keratine die Desmosomen und Hemidesmosomen.

Prozess der Phosphorylierung bei welchem Kinasen durch andere Kinasen phosphoryliert und so aktiviert (oder umgekehrt) werden. 

Gegenspieler der Kinasen. Entfernen Phosphat. 

Binden und hydrolisieren GTP, was die Proteinkonformation verändert und so das Protein inaktiviert. 

Modifizierung von Proteinen nach der Translation. Beispiele sind: 

- Glykosylierung

- Phosphorylierung

- Methylierung

- Acetylierung

- Sumolyierung (Verbindung mit anderen Proteinen)

Müssen Proteine abgebaut werden, (zu alt, falsch gefaltet, etc.) geschieht dies:

- durch sog. Proteasome. Betreffende Proteine werden durch Ubiquitinierung markiert und danach vom Proteasome     zerschnipselt. 

- durch die "N-Regel", welche besagt, dass die erste Aminosäure (nach dem ersten Methionin) eines Proteins seine Halbwertszeit festlegt. 

Fettsäuren bilden Lipide, Fette und Membranen. Sie sind höhere Oxidationsstufen der Alkane: 

Alkane -> Alkohole -> Aldehyde -> Carbonsäuren

Klasse organischer Verbindungen welche sich schlecht in Wasser, dafür aber gut in unpolaren Lösungsmitteln lösen. Ihr grundlegenster Baustein sind Kohlenwasserstoffketten, meist in der Form von Fettsäuren im Lipid eingebaut. Lipide können auch in der Form von cyklischen (ringförmigen) Verbindungen wie in den Steroiden vorliegen. 

Gerade Fettsäuren werden auch als gesättigt oder saturiert bezeichnet. 

Ungesättigte Fettsäuren (desaturiert) werden durch die Einführung einer Doppelbindung durch das Enzym Desaturase erzeugt und werden dadurch ungerade. 

Das Carboxylende von Fettsäuren ist im Vergleich zur Kohlenwasserstoffkette relativ reaktionsfreudig. Es kann mit Alkoholen (wie Glycerin) Esterverbindungen bilden. So können auch Proteine mit Fettsäuren verknüpft werden (Lipidierung). 

Fette und Öle bestehen aus sog. Triacylglyceriden. 

Wenn drei Fettsäuren mit einem Gylcerol verknüpft sind, spricht man von einem Tracycerid (TAG) oder Triacylglycerinen. TAG sind Neutrallipide, weil sie keine Nettungladung tragen. 

Der Schmelzpunkt dieser Neutrallipide bestimmt, ob sie als Öl oder als Fett bezeichnet werden. Je höher die Zahl an ungesättigten Fettsäuren, umso tiefer der Schmelzpunkt. 

TAGs sind die häufigsten Bestandteile in Körperfett und werden in Form von Fett-Tropfen eingelagert. 

Der Abbau einer Palmitinsäure ergibt 3x mehr ATP als einer Glucose. Im Mitochondrium werden Fettsäuren zu Acetyl-CoA oxidiert, welches im Citratcyklus und der Atmungskette zu ATP verstoffwechselt wird. 

Tragen zwei Fettsäuren am Glycerin, meist mit unterschiedlicher Staurierung.

Haben eine polare Kopfgruppe (meist aus Phosphaten und Alkoholen) welche mit Wasser intergagieren kann (hydrophil) . 

Sind amphiphil (haben einen hydrophilen und hydrophoben Anteil)

Phospholipide formen lamellare (blattartige) Phasen in Wasser, sind aber nur Flüssigkeiten, die sich aufgrund chemischer Eigenschaften zu geordneten Strukturen anordnen. (extrem stabil, können ständig Position wechseln. 

Enthalten Transmembranproteine

Es gibt zwei verschiedene Lipidklassen in biologischen Membranen: 

- Sphingolipide, enthalten oft längere und gesättigte Kohlenwasserstoffketten

- Glycosphingolipide: Sphingolipide mit Kopfgruppe aus Zucker (dient z. B. zur Erkennung)

Besteht neben dem unpolaren Kohlenwasserstoffschwanz und der polaren Kopfgruppe auch aus unpolaren strarren Steroidringen. Eingebaut in die Membran führt dies zu erhöhter Ordnung/Versteifung. 

Die Membran wird fester und stabiler und die Verfestigung wird verhindert, indem die Lipidpackung gestört wird.