BIO112 - Zusatz
Zusätzliche Begriffe zu BIO112 UZH
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Sinneszellen - Gehör
Die Tektorialmembran ist keine Lipidmembran sondern eine gallenartige extrazelluläre Matrix. Sie besteht aus Collagen und Glycoproteinen. Die Sinneszellen im Ohr, die Haarzellen, werden bei Säugetieren nur einmal im Leben gebildet. Bei anderen Vertebraten werden sie erneuert.
Was besitzen die Haarzellen im Gehör an der apikalen Membran?
Die Haarzellen besitzen an der apikalen Membran spezialisierte Zellfortsätze, die Mikrovilli (Auch Sinneshärchen oder Stereocilien genannt). Mikrovilli sind Actin-basiert, ähnlich Filopodien aber stabil. Dienen auch zur Vergrösserung der Darmepithelzelloberfläche. Nicht verwechseln mit Mikrotubuli-basierten Flagellen und Cilien. Schallwellen bewegen die Basilarmembran -> Bewegung der Mikrovilli relativ zur Tektorialmembran -> Mikrovilli kippen seitlich ab. Abkippen öffnet via spezialisierte Cadherin mechanisch gelenkte Ionenkanäle. Ioneninflux verändert das Membranpotential und setzt an der basalen Synapse der Haarzelle Neurotransmitter frei. Jede Tonlage, hat eigene Dimensionen der Basalmembran- und Mikrovillistruktur. Das System muss extrem präzise gebaut sein!
Sinneszellen - Sehen
Im Auge ist die lichtempfindliche Schicht, die Retina (Netzhaut), aus mehreren Neuronenschichten gebaut. Das Licht muss erst durch zwei Neuronenschichten passieren, bevor es auf die sensorische Zellen, die Photorezeptoren trifft. Die äusseren Ganglionenzellen sind mit dem Gehirn verbunden, die darunterliegenden Interneuronen kontrollieren und koordinieren die Reize. Die Photorezeptoren werden nach ihrer Form in Stäbchen und Zapfen eingeteilt. Zapfen-Photorezeptoren reagieren entweder auf rote, grüne oder blaue Wellenlängen. Stäbchen-Photorezeptoren sind besonders lichtempfindlich, sehen aber nur schwarz/weiss.
Aufbau der Photorezeptorzellen
Die hochspezialisierten Photorezeptorzellen = Photorezeptoren haben mehrere Hauptbereiche. Der photosensitive Teil ist das äussere Segment. Ist wohl ein spezialisiertes Cilium da dessen Basis die typische 9+2 Mikrotubuliorganisation zeigt. Das "Cilium" ist gefüllt mit Membranscheiben, welche die photosensitiven Moleküle enthalten. Das innere Segment besitzt viele Mitochondrien und ist die Fabrik wo die photosensitiven Moleküle hergestellt werden. Am anderen Ende der Zelle ist eine Synapse die ein Signal an die Interneuronen weitergibt. Die Photorezeptorzellen sind nicht erneuerbar wohl aber die lichtsensitiven Moleküle welche laufend erneuert werden müssen. In Stäbchen ist die Erneuerung linear geordnet: ER - Golgi - proximale Scheiben - distale Scheiben.
Die Membranscheiben der Photorezeptorzellen
Die Membranscheiben enthalten die Sehpigmente aus dem lichtabsorbierenden Retinal und einem Opsin Protein, welches die spektrale Empfindlichkeit steuert, bestehen.
Im Dunkeln hält cyklisches GMP Kationenkanäle in der Plasmamembran offen. Dies bewirkt eine Sekretion hemmender Neurotransmitter.
Im Lichteinfall geht der Retinal von cis- in trans-Form. cGMP Hemmung, Ioneninflux stoppt, Plasmamembran hyperpolarisiert. Die Neurotransmittersekretion wird gehemmt -> Aktivierung.
Der Verdauungstrakt
Das Endoderm ist der Ursprung verschiedener Zellsysteme wie z.B dem Verdauungstrakt. Der Verdauungstrakt verdaut und absorbiert Nahrung ohne sich selber zu verdauen.
Trick 1: Viel Schleim (Mucus) sekretieren um die Zellen zu schützen.
Trick 2: Zellen fortwährend und schnell ersetzen.
Zuerst wird die Nahrung in einem spezialisierten Teil, dem Magen, verkleinert. Der Magen ist ebenfalls aus mehreren Zellschichten aufgebaut. Aussen Muskelzellschicht, dann Bindegewebeschicht, dann Schleimhaut. Die Magensäure (pH 1-5) aktiviert Verdauungsenzyme und tötet Krankheitserreger. Die Magenschleimhaut enthält v.a. Zellen die proteolytische Enzyme, Säure und Mucine (Proteine mit langen Polysaccharidketten) sekretieren.
Beim Austritt aus dem Magen wird von den Zellen der Bauchspeicheldrüse und der Brunner'schen Drüse Bicarbonat sekretiert -> neutralisiert Säure. Im Dünndarm geschieht die eigentliche Verdauung und die Nahrungsaufnahme. Das Gewebe ist stark gefaltet -> Oberflächenvergrösserung. Die gefaltete Oberfläche besteht aus zusätzlich gefaltetem Gewebe wobei die Berge Zotten und die Täler Krypten heissen. Zusätzlich haben die Zellen an ihrer apikalen Oberfläche Mikrovilli
Die 5 Zelltypen des Darms
Saumzelle (Enterocyt): Absorption von Nahrtung und Enzymsekretion
Becherzelle: Sekretion von Mucus
Panett-Zelle: Sekretion von Enzymen und anti-bakteriellen Proteinen
Enteroendokrine Darmzelle: Hormonsekretion zur Regulation der Verdauung
Der 5. Zelltyp des Darms
Stammzellen sind der 5. Zelltyp des Darms.
Wegen des Darmkrebses ist die Zellerneuerung des Darmepithels durch Stammzellen recht gut studiert. Der Umsatz der gesamten Schleimhaut dauert etwa 3-5 Tage! Die Stammzellen liegen gut geschützt in den Krypten. Amplifikation via Übergangszellen, welche sie schnell, aber limitiert teilen. Durch die Zellteilungen wandern die Zellen nach und nach in Richtung Zottenspitze. Auf dem Weg differenzieren die Zellen. Nicht alle neu generierten Zellen wandern gleich weit. Einige Zellen, beispielsweise die Paneth-Zellen, bleiben in den Krypten und differenzieren da.
Die Zellen der Leber
Die Leber stülpt sich, neben einer Hauptvene, vom Urdarm aus. Sie ist so direkt mit dem Blutstrom aus dem Darmsystem verbunden und verarbeitet die aufgenommene Nahrung weiter. Dabei wird eine riesige Anzahl Substanzen abgebaut, aufgebaut, umgebaut und gespeichert. Die Leber ist so wichtig für den Lipid- und den Kohlenhydratstoffwechsel und sie sekretiert die meisten Blutplasmaproteine.
Alkoholmissbrauch, Überernährung und Medikamente erhöht Anzahl Triacylglyceridtröpfchen in den Leberzellen. Dies führt mit der Zeit zu Entzündungen und in 10% der Fälle zu einer Leberzirrhose. Wir kennen das auch von der Gänseleber. Die Leber besteht vorwiegend aus Hepatocyten, einem Zelltyp der alles kann!
Hepatocyten in der Leber
Hepatocyten sind grosse, polyploide Zellen, die unregelmässig in Platten und Balken angeordnet sind. Die Hohlräume zwischen den Hepatocyten sind Blutgefüllt und werden Sinusoide genannt. Das Blut ist durch eine dünne Schicht poröser "gefensteter" Endothelzellen von den Hepatocyten getrennt. Zusätzlich kleine Kanäle, die Caniculi sind direkt mit dem Darm verbunden. -> Entledigen Abfallstoffe und liefern Galle, die der Fettaufnahme im Darm dient.
Die Spezielle Gabe der Leber
Sie kann die Grösse des Organs auch im adulten Zustand flexibel anpassen. Es kann ein Teil der Leber entfernt werden, welche nach gewisser Zeit wieder nachwächst.
Die Zellen der Lunge
Die Lunge ist ein stark verzweigtes Röhrensystem. Die Röhren enden in mehreren hundert Millionen Luftbläschen, den Alveoli.
Damit die exponierten Zellen nicht austrocknen, aber gleich genug Raum besitzen, damit wieder Luft "refillt" werden kann müssen zwei Zelltypen zusammen arbeiten: Ein Plattenepithel aus dünnen TypI-Alveolus-Epithelzellen bildet die Alveolioberfläche und ist verantwortlich für den Gasaustausch. Dazwischenliegende TypII-Alveolus-Epithelzellen sezernieren eine phospholipidreiche Substanz, das Surfactant. Dies erniedrigt die Oberflächenspannung des Wassers, dies verhindert das Zusammenkleben und Austrocknen.
Das Surfactant wird erst nach dem 5. Schwangerschaftsmonat sezerniert. Früher geborene Embryonen können ihre Lungen noch nicht mit Luft füllen.
Wie filtert die Lunge den Schmutz und die Keime aus?
Ein dickes Respirationsepithel kleidet die grösseren, äusseren Atemwege aus. Darin arbeiten Becherzellen und Cilienzellen zusammen. Die Becherzellen sekretieren Schleim, der Luftpartikel bindet. Cilienzellen transportieren Schleim und Luftpartikel raus. Makrophagen fressen was trotzem in die Alveoli gelangt.
Stündlich werden mehrere Millionen tote, mit Fremdstoffen beladene Makrophagen mit dem Schleim ausgestossen! Endokrine Zellen regulieren Schleimproduktion, Cilienschlagfrequenz und Muskeln zur Atemverengung.
Die Blutzellen
Es bestehen viele verschiedene Blutzellen mit verschiedenen Funktionen. Sie alle werden aus einer Art von endodermalen Stammzellen hergestellt. Die Determinierung geschieht stufenweise. Alle Blutzellen werden im Knochen-mark hergestellt, ausser T-Zellen die erst im Thymus reifen.
Funktion der Extrazellulären Matrix
Verankerung und Polaritätsvorgabe für Zellen, Regeneration
Signaltransduktion in Geweben
Formgebung von Geweben und Organen
Wassergehalt der Gewebe
Elastizität der Gewebe
Zugfestigkeit und Stabilität der Knochen, Sehnen und Bänder
Form, Gestalt und Polarität der Pflanzenzellen
Die Basallamina
Die Basallamina ist ein dünner (40-120nm) aber wichtiger Teil aller Epithelien und einiger nicht-epithaler Gewebe (Beispiel: Muskeln).
Evolutionär konserviert in allen Metazoen (Laminin, Kollagen IV, Nidogen, Perlecan)
Bestimmt Zellpolarität, beeinflusst den Metabolismus, reguliert Zellteilung, -differenzierung und -migration
Modell der Basallamina
Chemische Komponenten der Extrazellulären Matrix
Kollagen I-III: Zugfestigkeit der Gewebe (Fibrillen -> Fasern)
Kollagen IV,VII: Bildet Netzwerke, e.g in Basallamina
Fibrillin/Elastin: Bildet elastische Fibrillen (Beispiel: In Bindegewebe und Knorpel)
Glycosaminoglycane (GAGs): Lange, unverzweigte Polysaccharide, die ein Gel bilden (Druckresistenz)
Proteoglycane: Proteine mit GAGs
Glycosaminoglycane (GAGs) - Heparansulfat
Glycosaminoglycane (GAGs) - Hyaluronsäure
Ubiquintierung
Posttranslationale Modifikation bestimmter Proteine bei Eukaryoten. Besitzt verschiedene Funktionen, Bsp: Selektive Degradation
Cholesterin (Zusammensetzung)
- apolarer Schwanz
- polarer Kopf (OH)
- apolare Steroidringe
Mikrotubuli
Sind aus Alpha- und Beta-Proteinen aufgebaut und brauchen Chaperone für die richtige Faltung und Zusammensetzung. Beta-Tubuli kann GTP hydrolisieren, Alpha nicht. Es entsteht eine Krümmung bei der Bildung des Tubulus. Sie sind polar -> Das Beta-Ende ist positiv (wächst hauptsächlich hier, kann aber auch am minus-Ende wachsen.)
- Dynamische Stabilität -> Wachsen und schrumpfen fast gleichzeitig
- Dient zum intrazellulären Transport mit Motorproteinen
Auf ihnen findet der Transport der
Chaperone
Protein welches bei der Faltung der Proteine extern mithilft.
Aktinfilamente
Besteht aus Aktin, welches ATP bindet (G-Aktin). Diese binden aneinander und bilden ein F-Aktin.
- Das Plus-Ende wächst schnell, während das Minus-Ende sehr langsam wächst.
-> Dynamisches Gleichgewicht: ATP wird mit der Zeit hydrolisiert -> Filament wird labil und fällt auseinander -> am Plus-Ende wird weiterhin Aktin mit ATP angebunden.
Intermediärfilamente
Organisieren sich ohne Hilfe von ATP -> Besitzen eine Doppelwendel.
- Polypeptide welche ein NH3 und COOH Ende besitzen und sich immer zu zweit parallel anordnen.
Transmembranproteine und Periphere Membranproteine
Lipidanker
Bindet das Protein peripher an die Membran.
DNA Replikation
DNA -> DNA
- Bestandteil des Central Dogma und wird in der Vermehrung von Zellen (Mitose) gebraucht, um das Genmaterial zu replizieren.
Was haben alle Zellen gemeinsam?
- Alle Zellen speichern ihre Erbinformation im gleichen, linearen, chemischen Code
Desoxyribonukleinsäure (DNS/DNA)
- Alle Zellen replizieren ihre Erbinformation durch matrizengesteuerte Polymerisation
- Alle Zellen transkribieren Teile ihrer Erbinformation in die gleiche Zwischenform
Ribonukleinsäure (RNS/RNA)
- Alle Zellen übersetzen RNA auf die gleiche Weise in Protein
- Alle Zellen verwenden Proteine als Katalysatoren
- Alle Zellen arbeiten als (bio)chemische Fabriken, die die gleichen Grundbausteine
handhaben
- Alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben durch die Nährstoffe und
Abfallstoffe passieren
- Alle Zellen haben Gene, die Abschnitte der Erbinformation, die jeweils einem Protein
entsprechen (zum leben braucht es weniger als 500 Gene!)
- Alle Zellen brauchen (viel) freie Energie
Wieso braucht es Kompartimente in den eukaryotischen Zellen?
Kompartimente ermöglichen die intrazelluläre Arbeitsteilung. Dies ermöglicht eine enorme Differenzierung und Leistungssteigerung. Kompartimentierung ist Voraussetzung für die Entstehung komplexer,
differenzierter Organismen.
Typische Kompartimente einer Eukaryotenzelle
Cytoplasma
Zellkern (Nukleus)
Nukleolus
Golgi Apparat
Centrosom (nur tierische
Zellen und niedere Pflanzen)
Endoplasmatisches Reticulum
Verschiedenste Vesikelarten
Mitochondrien
Zilien/Microvilli
Vakuolen (Pflanzen, Pilze)
Plastiden (Pflanzen)
Was sind Organellen?
Intrazelluläre, membranumhüllte Kompartimente. Sie besitzen eine bestimmte Struktur und Funktion.
Weitere Komponenten der einer typischen Eukaryotenzelle?
Zytoskelett (Aktin, Mikrotubuli, Intermediärfilamente)
Zentriolen
Spindelpolkörper (Pilze)
Extrazelluläre Matrix (Tierische Zellen)
Zellwand (Pflanzen und Pilze)
Chromosomen/DNA
RNA
Lipide
verschiedenste Proteine/
Proteinkomplexe (z.B. Ribosomen)
Nährstoffe/Mineralien/Salze
Wasser!
Eigenschaften von Wasser
- In festem Zustand leichter als in flüssigem
- Netzwerk von Wasser extrem dynamisch
- Es ist polar
- Ionen lösen sich in Wasser
Organische Moleküle in der Zelle
Bausteine:
- Zucker -> Polysaccharide
- Nukleotide -> Nukleinsäuren DNA/RNA
- Aminosäuren -> Proteine
- Lipide/Fettsäuren -> Fette/Membranen
Oligosaccharide
Kurze Zuckerketten welche meist an andere Biomoleküle (Proteine, Lipide) angehängt werden. Dies ist wichtig für die Zell-Zell-Erkennung. Wichtig für die Zell-Zell-Erkennung, wird aber auch von Viren missbraucht.
- Beispiel: Blutgruppensystem (A und B-Typen exprimieren verschiedene Glycosyltransferasen welche die Zuckeranhängsel Proteinen verschieden modifizieren. Das Immunsystem bekämpft uinbekannte Zuckeranhängsel.
Polysaccharide
Lange Zuckerketten.In tierischen und Pilzen als Glykogen bezeichnet (Pflanze: Stärke -> andere Verzweigung). Glykogen wird in den Muskel- und Leberzellen gespeichert.
Lange Zuckerketten -> Kohlenhydrate
Kohlenhydrate
- Lange Zuckerketten welche als natürliches Produkt in der Photosynthese hergestellt werden. Die Ketten (Disaccharide, Oligosaccharide, Stärke) werden bei der Verdauung in Monosaccharide zerteilt.
- Sie sind der Hauptlieferant der meisten Zellen, weil sie anaerob über die Glycolyse abgebaut werden können. Das Endprodukt (Pyruvat) wird dann noch in den Mitochondrien durch Oxidierung noch in 15x Energie verwertet.
Nucleotide als Energielieferanten
ATP -> Adenosintriphosphat, entsteht in der Glycolyse und Oxidation
GTP -> Guanintriphosphat, entsteht während dem Citratzyklus
- Sie binden nicht kovalent an ihre Zielenzyme und generieren durch Abostossung eines Phosphates Energie. (Hydrolyse)
- Die Anhydridbindungen bei den Triphosphaten zwischen den Phosphaten kann sehr leicht hydrolisiert werden und generiert viel Energie.
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Lernkarten
Ist der Abstand ziwschen Membranen und der Ankerverbindung definiert? Und von was ist er abhängig?
Der Abstand zwischen Membranen einer Ankerverbindung ist genau definiert und abhängig vom involvierten Cadherin. Die Verbindung ist Ca2+ abhängig. Viele Cadherine zusammen bilden einen Klettverschluss. Ein Cadherinmolekül bindet mit Molekülen der gegenüberliegenden Membran und mit Nachbarn in der gleichen Membran. Wieso Klettverschluss? Weil die einzelnen Verbindungen sehr schwach sind.
Für was werden Cadherine auch noch genutzt?
Die Cadherine werden auch von der Natur benutzt um Zellen zu sortieren. Homophile Interaktionen der Cadherine ermöglichen eine selektive Zell-Zell-Adhäsion. Sowohl Art wie auch Menge der Cadherine ist entscheidend. In der Embryonalentwicklung wird dies ausgenutzt indem verschiedene Cadherinen zelltypspezifisch exprimiert werden.
Klassisches Experiment: "Gemixte" Zellen -> Embryonale Zellverteilung: Typisch relative Anordnung der Zellen erinnert wieder an einen Embryo.
Verbindung zwischen Cadherine und Ankerproteine
Intrazellulär sind die Cadherine über Ankerproteine mit dem Cytoskelett verbunden. Die Verbindung zum Actin-Cytoskelett wird durch Catenine vermittelt. Epithelzellen bilden Adhäsionsgürtel (zona adherens). Darunter ist ein Actin-Filamentbündel befestigt.
Adhäsionsgürtel aus Epithelzellen
Cadherine und das Aktinnetzwerk
Durch die Aktivität von MyosinII ist das Zelladhäsions-/Actinbündelnetzwerk kontraktil. Über Cadherinverbindungen werden Aktinnetzwerke zwischen den Zellen im Gewebe koordiniert.
Bild: Ziehen an einer Verbindung bewirkt deren Stärkung
Desmosomverbindungen
Desmosomverbindungen sind wie Adhäsionsverbindungen.
Hauptaufgabe: Sie geben dem Gewebe mechanische Festigkeit. Desmosomen sind über Ankerproteine mit Intermediärfilamenten verbunden. In Haut- und Darmzellen verbinden Keratine die Desmosomen und Hemidesmosomen. Nicht alle Tiere haben Intermediärfilamente und folglich Desmosomen oder Hemidesmosomen.
Integrine
Integrine stellen die Verbindung zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix her. Integrine sind Proteindimere bestehend aus Alpha- und Beta-Untereinheiten. (Wir haben 18-Alpha und 8 Beta-Untereinheiten). Intrazellulär binden Integrine über Ankerproteine vorwiegend an das Actincytoskelett. Ausnahme ist ein bestimmtes Integrin welches in den Hemidesmosomen an Intermediärfilamente bindet.
Ausnahme: Bestimmtes Integrin welches in den Hemidesmosomen an Intermediärfilamente bindet.
Integrinverbindungen
Integrinverbindungen müssen dynamisch sein. Integrine haben deshalb eine "aktive" und eine "inaktive" Konformation. Beispielsweise bewirkt das Binden eines Matrixproteins eine Konformationsänderung was automatisch eine Änderung auch des intrazellulären Zustandes bewirkt. Das funktioniert auch umgekehrt was allosterische Kopplung genannt wird. Integrine werden so benutzt um Signale von innen nach aussen, oder von aussen nach innen zu vermitteln.
Beispiel Integrine: Inside-out-Aktivierung
Blutplättchen benutzen sie um mit Fibrinogen den Bluttropfen zum schliessen von Verletzungen zu bilden. Menschen mit defektem Integrin Beta3 habe verschiedenste Schweregrade von Blutungen. Auch die T-Lymphozyten interagieren mit einer antigenpräsentierenden Zelle mit Hilfe von Integrinen.
Fokale Adhäsion
In migrierenden Zellen sind Integrine zentral für die Bildung und Funktion von fokalen Adhäsionen. Auch diese müssen sehr dynamisch sein. In Lamellipodien bilden sich zuerst instabile Fokalkomplexe. Wichtig falls das Lamellipodium sich wieder zurückziehen soll. Soll der Kontakt stabilisiert werden, maturiert der Fokalkomplex zur Fokaladhäsion (Rekrutierung weiterer Proteine). Die Fokaladhäsion gibt auch Rückmeldung über die mechanische Stabilität der Umgebung.
Tight Junctions
Tight Junctions verbinden Epithelzellen untereinander. Sie bilden die Dichtung zwischen innen (basale Zellseite) und aussen (apikale Zellseite) und ermöglichen so die Barrierefunktion der Epithelien. Da Tight Junctions apikale und basale Membranen trennen, erhalten sie so auch die Zellpolarität.
Darmepithelzelle
Wie werden Tight Junctions geformt?
Die Tight Junctions sind eine Art Netzwerk von ganz engen Membranverbindungen. Geformt werden sie vor allem von den Claudinen, aber es sind auch noch andere Transmembranproteine involviert. Tight Junctions haben Poren die je nach Epithel andere kleine Moleküle durchlassen (Beispiel: Mg2+ in Nierenzellen für die Resorption, oder Monosaccharide im Darmepithel bei hoher Konzentration.) Erreicht wird das durch Verwendung unterschiedlicher Claudine.
Tricellular Junctions
Tricellular Junctions sind eine Spezialform der Tight Junctions und bilden sich wo drei Zellen aufeinander treffen. Sie benötigen Tricellulin, ein spezielles Transmembranprotein, welches sich an den Tight Junctions anlagert, und weitere Komponenten.
Gap Junctions
Siebartige Ansammlungen von Kanälen die benachbarte Zellen direkt verbinden. Sie lassen kleine Moleküle passieren (Ionen, Aminosäuren, Zucker) und koppeln somit Zellen metabolisch und elektrisch. Sie werden von Connexinen oder Innexinen gebildet und werden relativ schnell umgesetzt. (Halbwertszeit: Wenige Stunden) Die genauen Aufgaben der Gap Junctions unterscheiden sich je nach Gewebe und den verwendeten Connexinen. Es gibt verschiedene Mechanismen zum öffne und schliessen (chemisch/mechanisch)
Gap Junction (Veranschaulichung)
Plasmodesmata
In Pflanzen wird die Funktion der Gap Junctions von den Plasmodesmata übernommen. Plasmodesmata sind keine Proteinkanäle, sondern mit Plasmamembran ausgekleidete Kanäle. Im Zentrum ist eine Verbindung zwischen den glatten Endoplasmatischen Reticuli der Nachbarzellen, der Desmotubulus. Anders als bei den Gap Junctions können Pflanzenzellen auch grössere Moleküle durch die Plasmodesmata schleusen.
Immunoglobine
Immunoglobine gehören zu alter Proteinsuperfamilie (ICAMs/VCAMs/NCAMs). Sie sind charakterisiert durch repetitive Ig-ähnliche Domänen (wie in Antikörpern). Ig-ähnliche Domänen haben Disulfidbrücken.
Wo werden die gemacht? Im ER.
Sind die einzigen Adhäsionsmoleküle, die nicht Ca2+ abhängig sind.
ICAMs/VCAMs haben multiple Funktionen vor allem in Endothelzellen, wo sie heterophil an Integrine binden.
Die NCAMs machen homophile Interaktionen und sind in der Neurogenese an Zielfindung und Zielerkennung der axonaler Wachstumskegel beteiligt.
Bildung und Funktion von Synapsen
Im weiteren sind Immunoglobuline an der Bildung und Funktion von Synapsen beteiligt.
Selectine
Selectine bilden transiente Adhäsion im Blutstrom und binden an Kohlenhydrate. Selectine sind wichtig bei der Steuerung von Leukozyten bei Entzündungen. Selectine binden Leukozyten um diese dann auf die andere Seite der Membran zu stülpen, damit diese auf der verletzten Seite die Infektion, Verletzung angreifen.
Podosomen und Invadopodien
Leukozyten müssen auch durch die extra-zelluläre Matrix, welche die Blutgefässe mechanisch stabilisiert und nach aussen abdichtet. Podosomen und Invadopodien sind erst seit ein paar Jahren als echte und wichtige Strukturen anerkannt.
Podosomen
Podosomen bestehen aus einer relativ stabilen Ringstruktur welche Integrine mit dem Actincytoskelett verbindet. Im Zentrum sitzt ein sehr dynamisches Geflecht aus Actinfilamenten.
Invadopodia
Wenn nötig entwickeln Zellen Invadopodien welche sich wohl direkt aus Podosomen entwickeln. Sekretieren Metalloprotease welche extrazelluläre Matrix verdaut und so ein Loch macht durch das die Zelle wandern kann. Metastasierende Krebszellen die über den Blutstrom im Körper verteilt werden gelangen so wieder ins Gewebe.
Die Apoptose
Apoptose bezeichnet die häufigste Form des programmierten Zelltodes. Anders als bei der Zellnekrose bleiben die Zellen Intakt was eine Entzündungsreaktion verhindert. Die Apoptose eliminiert falsch lokalisierte oder falsch programmierte Zellen. Alleine im Darm und im Knochenmark sterben stündlich Milliarden von Zellen. Krebszellen können die Apoptose meist unterdrücken. Die Apoptose wird durch eine Kaskade von Caspasen, welche als Proteasen wirken vermittelt.
Extrinsischer Apoptoseweg
Extrinsische Aktivierung der Apoptose erfolgt über Todesrezeptoren. Beispielsweise: Aktivierung durch einen cytotoxischen Killerlymphozyt.
Bild: DISC = Death-inducing signaling complex
Intrinsischer Apoptoseweg
Mangelerscheinung, defekte DNA und Verletzungen können zellautonome Apoptose auslösen - intrinsischer Apoptoseweg. Wird durch die Freisetzung von Cytochrom c aus dem Membranzwischenraum der Mitochondrien ausgelöst. Die intinsische Aktivierung verstärkt auch die extrinsische Aktivierung.
Wie wird die Apoptose reguliert?
Viele regulatorische Proteine verhindern, dass zuviel oder zuwenig Apoptose stattfindet. Wichtig sind die Mitglieder der Bcl2 Proteinfamilie, die entweder pro- oder anti-apoptotisch wirken (Cytochrom c Regulation), sowie die IAPs (Inhibitors of Apoptosis) welche Caspasen inhibieren.
Wie werden apoptotische Zellen erkannt und eliminiert?
Wichtiger Schritt: Verlust der Plasmamembranpolarität. Dadurch wird Phosphatidylserin von aussen sichtbar. Dies ist das Fresssignal für Makrophagen.
Zelltypen
Unser Körper beherbergt über 200 Zelltypen mit spezialisierter Form und Funktion. Dazu kommen "vorübergehende" Zelltypen z.B. während der Wundheilung, oder der Zellteilung.
Das Grundprinzip zum Erfolg eines Organismus
Erfolgreiche Vermehrung und Überstehen von Extremsituationen.
Spezialisierte Zelltypen ermöglichen:
Optimierte Nutzung bestehender Energiequellen, Erschliessen neuer Energiequellen, Anpassung an extreme oder stark wechselnde Umgebung, Flucht vor und Bekämpfung von Feinden (Fortbewegung).
Nachteil: Spezialisierte "Hilfszellen" können sich meist nicht vermehren und sterben (werden geopfert).
Mortalität
Es gibt Organismen die nicht altern: Sterblichkeitsrate ist immer gleich unabhängig vom Alter -> Tod vor allem durch Feinde, Unfall und Krankheit.
Spezialisierte Zellen altern und haben auch eine Sterblichkeitsrate Lebenserwartung auch abhängig von der Erneuerung bestehender Zellen durch Stammzellen.
Stammzellen
Stammzellen haben die Fähigkeit sich selber zu erneuern und sich gleichzeitig auch in einen spezialisierten Zelltyp zu verwandeln.
Adulte Stammzellen können sich nur noch in eine bestimmte Anzahl verschiedener Zelltypen ausdifferenzieren. Beide Zellarten besitzen aber die gesamte Erbinformation.
Klonierung
Theorie: Mindestsens 50% der Nachkommen einer Stammzelle müssen Stammzellen sein um die Population zu erhalten -> Rest kann differenzieren.
Praxis: Bei 50% dürfen keine Stammzellen verloren gehen! -> Regulation ist notwendig und es wird nicht 50:50 geteilt.
Ausserdem: Bei der Wundheilung müssen Zellen in die Wunde einwandern und dort eine neue Stammzellpopulation aufbauen.
Entscheidung wer Stammzelle bleibt und wer differenziert
Das Zellsystem "Haut"
Die Haut entsteht in der Embryogenese aus dem äusseren Keimblatt, dem Ektoderm. Sie ist Schutzbarriere zur Aussenwelt. Sie besteht aus vielen Zelltypen und hat sehr viele Aufgaben (Schutz vor Austrocknung und Infektion, VitD Produktion). Abnutzung und Verletzungen: Stammzellen erneuern die Haut fortlaufend.
Die Haut ist mehrschichtig aufgebaut:
Die Epidermis (Oberhaut): Äusserste, wasserdichte, eigentliche Schutzschicht. Erneuert sich fortlaufend und heilt sich selbst.
Die Dermis (Lederhaut): Dicke Bindegewebeschicht, welche mechanische Stabilität verleiht. Ist von Nerven und Blutgefässen durchgezogen und unterstützt so die Epidermis.
Hypodermis (Unterhaut): Weitere Bindegewebeschicht, welche die Fettzellen enthält.
Die Epidermis
Die Epidermis ist ein verhorntes Plattenepithel, welches ebenfalls mehrschichtig aufgebaut ist. Ganz aussen sind keratinisierte Hautschuppen. -> Fallen bei mechanischer Beanspruchung ab (Beispiel: Kratzen). Nachschub kommt von den Keratinocyten. Die Hauptaufgabe der Keratinocyten besteht darin, Keratin zu produzieren.
Stachelzellschicht: Junge Keratinocyten haben massenhaft Desmosomen -> Stacheliges Aussehen.
Körnerschicht: Zellen sind voll mit vernetzten Keratinen und wasserdicht zusammengeschweisst.
Beginn der Differenzierung bei der Epidermis
Zu Beginn der Differenzierung lösen sich die Epidermiszellen von der Basalschicht. Dabei beginnen sie eine Abfolge verschiedener Gene zu exprimieren. In der Stachelzellschicht sind das keratinocytenspezifische Gene (unter anderem Keratin, Desmosomenkomponente etc.)
Beim erreichen der Körnerschicht werden nach und nach der Zellkern und die anderen Organellen eliminiert. Bei diesem Abbauschritt wird die Apoptose teilweise aktiviert. Zellen sterben und werden so zu Hautschuppen, bestehend aus Keratin und quervernetztenden Proteine und Lipiden. Keratinocyten selbst bilden sich durch asymmetrische Zellteilung von Stammzellen in der Basalzellschicht.
Sind alle Zellen der Basalschicht Stammzellen und teilen sich nur Stammzellen?
Nicht alle Zellen der Basalschicht sind Stammzellen und nicht nur die Stammzellen teilen sich.
Übergangszellen: Teilen sich schnell aber die Anzahl Zellteilungen ist begrenzt. Die Übergangszellen bilden einen Amplifikationsschritt der genügend Nachwuchs generiert während die Anzahl Stammzellen und Stammzellteilungen gering gehalten werden können. Übergangszellen sind typisch für Stammzellsysteme. Sie spielen wohl auch an der Gewebegrössenkontrolle eine Rolle. Zudem ermöglichen sie eine schnelle Reaktion bei Verletzungen.
Bild: Stammzellen (weiss, viel Beta1-Integrin) teilen sich langsam.
