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
Strukturmotive
- Auch Supersekundärstruktur (z.B: Doppelwendel -> coiled coil) genannt. Sie besteht aus zwei oder mehr Alpha-Helixes die umeinander gewickelt sind. Diese besitzen auf einer Seite viele hydrophobe Seitenketten die sie durch aneinanderlagern verstecken können.
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Proteindomänen
- Die meisten Proteine besitzen Domänen, also Abschnitte die sich unabhängig zu einer kompakten stabilen Unterstruktur falten. Domänen besitzen eine bestimmte enzymatische Funktion oder Membranbindungsfunktion.
- Domänen wie Legosteine welche immer wieder neue Funktionskombinationen generieren.
Lipide
Lipid = Biomolekül welches in Wasser nicht löslich, aber in Fetten oder organischen Lösungsmitteln löslich ist.
Typische Lipide enthalten lange C-Ketten (Fettsäuren, Isoprene) oder vielfach kondensierte Ringsysteme (Steroide)
Bisher über 30'000 Sorten bekannt.
Sie sind nicht genetisch kodiert.
Fettsäuren
Sie sind:
- In Form von Phospholipiden (Hauptbestandteile der Zell- und Organellmembran)
- in Form von Triglyceriden (Energiequelle)
Es sind Carbonsäuren die aus langen C-Ketten (hydrophob) mit einem Carboxyl-Ende (hydrophil) bestehen. -> Amphipatisch
Doppelbindungen in cis: Knick, in trans: gerade.
Mit Doppelbindung: Ungesättigt
Triacylglycerin
Drei Fettsäuren mit einem Glycerol verbunden. Gesamtes Molekül hydrophob.
In Zellen: Fettsäuren als Energiereserve in Form von Triaglycerintröpfchen gespeichert. Beim Abbau werden die Fettsäuren gespalten und zu zwei Kohlenstoffeinheiten hydrolisiert, welche denen vom Zuckerabbau identisch sind. Triacylglycerine liefern im Schnitt etwa 6x mehr brauchbare Energie als Glucose.
Triacylglycerine in der Medizin
Triglyceridwerte unter 150mg/dl
-> Darüber: Thrombosen- und Artheriosklerosegefahr
-> Fettleber durch Alkohol, Überernährung, Medikamente etc. -> Leberzirrhose
Phospholipide
Phospholipide sind der Hauptbestandteil der Membranen von Zellen. Phosphoglyceride und Sphingomyelin sind die wichtigsten.
Wegen ihrer amphipatischen Natur haben sie eine starke Grenzflächenaktivität -> organisieren sich an Grenzflächen. Sie isolieren auch Triacylglycerintröpfchen.
Abhängig von Fettsäuren können auch spontan Mizellen oder Doppellipidschichten ,die sich zu Liposomen schliessen, entstehen.
Phosphoglyceride
Glycerol + zwei Fettsäuren + hydrophile Phosphatgruppe mit weiterem hydrophilen Molekül (z.B. Cholin)
Häufigste Kombination: Phosphatdylcholin, Phosphatidylserin, Phosphatidylethanolamin
Sphingomyelin
Sphingosin + eine Fettsäure + Phosphocholin
Ein polares -OH bleibt frei und kann Wasserstoff-bindungen mit Proteinen oder den Köpfen von Nachbarlipiden eingehen. Sphingomyelin ist in hoher Konzentration in den Membranen, welche die Myelinschicht um die Axone der Nervenzellen bilden. (MS: Diese Myelinschicht wird angegriffen)
Steroide
Wirken in der Natur als wichtige Lipidkomponente von Membranen, als Vitamine, Hormone oder auch als Gifte.
Grundgerüst: Steran
Cholesterin
Wichtiges Lipid! Sie ist ein Steroid und besitzt daher eine starre Steroidringfläche. Sie stabilisiert die Membran, verhindert aber auch die Kristallisierung.
Neben Hormonherstellung auch wichtig als Komponente von Membranen.
Flip-Flop: Cholesterin kann spontan von einer Membranseite (leaflet) auf die anderer hüpfen.
Steroidhormone
Bekannteste Vertreter sind Corticosteroide und Geschlechtshormone:
- Männer (und Frauen): Testosteron
- Frauen (und Männer): Estrogene
- Steroidhormone werden in verschiedenen Geweben aus Cholesterin hergestellt.
Membranen
Hauptaufgabe der Lipide: Bildung von Membranen
Membranen bestehen aus einer Phospholipiddoppelschicht von ca. 5nm Durchmesser. Hydrophile Köpfe aussen und hydrophobe Kohlenstoffketten innen. Sie wirken als Barrieren v.a. für wasserlösliche Moleküle. Membranen in wässriger Lösung versuchen immer in sich geschlossen zu sein -> Konsequenz: Schliessen sich von selbst.
Sie werden vorwiegend durch nicht-kovalente Bindungen zusammengehalten und sind daher "flüssig", Phospholipide "schwimmen" in der Membranebene. Phospholipide mit cis-Doppelbindung "Knick" in der Fettsäure ecken bei Nachbarn an was zu Unruhe und Verflüssigung führt. Lipide mit kürzeren Fettsäuren bieten weniger Widerstand und erhöhren die Fluidität.
Die laterale Diffusion beträgt 2 Mikrometer/sec (Länge einer Bakterienzelle)
Die Plasmamembran
Sie begrenzt alle Zellen und isoliert den Inhalt vor den zerstörerischen äusseren Einflüssen.
Sub-zelluläre Membranen
Im inneren von Eukaryoten generieren Membranen zusätzlich Organellen. Organellmembranen sind Barrieren die chemische Prozesse vom Rest der Zelle abschirmen. Dies erlaubt neue Funktionen zu etablieren.
Asymmetrie der Membranen
Phospholipide besitzen keinen selbstständigen Flip-Flop.
Phospholipidtranslokatoren katalysieren den Flip-Flop.
Flippasen verschieben vor allem PE und PS von aussen nach innen. Floppasen befördert Phospholipide von inner nach aussen. Scramblase befördert Lipide in beide Richtungen. Lipidkomposition von innerem und äusserem leaflet unterscheidet sich meist erheblich.
Membranen und Signaltrandsduktion
Membranasymmetrie wichtig für die Signaltransduktion
Nach Stimulation von aussen werden bestimmte Proteine aus dem Cytoplasma an die Membran rekrutiert wo sie oft an die Lipidkopfgruppen binden müssen um zu funktionieren.
Beispiel: Proteinkinase C (PKC) wird bei versch. Signalprozessen an die Membran rekrutiert und braucht für seine Aktivität die negative Ladung der Phosphatidylserine (und Diacylglycerol)
Auch Lipidmodifikation wichtig!
Lipidmodifikation
Sehr wichtig für die Signaltransduktion.
Beispiel: Phosphorylierungsvarianten von Phosphatidylinsositol. (Von Lipidkinasen phosphoryliert und von Phosphatasen dephosphoryliert.)
Membrandomänen
Zellmembran bestehen aus 500 bis 1000 verschiedenen Lipidarten welche sich zu Domänen organisieren. Membranständige Proteine bevorzugen bestimmte Lipidzusammensetzung.
Beispiel: Lipidflösse (Hoher Anteil von: Sphingolipiden und Cholesterin)
-> Sphingolipide besitzen lange und gerade Kohlenwasserstoffschwänze)
Wie organisieren sich Lipidflösse? In vitro? in vivo?
In vitro: Selbstständige Zusammensetzung
In vivo: Werden zusätzlich durch Proteine stabilisiert
Glycolipide
Sind auf der Aussenseite der Lipidflösse angereichert, sie werden im Golgi Apparat hergestellt.
In Darmepithelzellen: Glycolipide an der exponierten apikalen Membran präsent -> Schützen vor Verdauungsenzymen und niedrigem pH-Wert. (Glycokalix)
Membranproteine
30% Aller Proteine in Membran.
In durchschnittlicher Zelle sind 50% der Membrantrockenmasse -> Proteine. Auf ein Protein etwa 50 Lipide.
Aufgaben: Transport, Katalytische Proteine, Rezeptorproteine, Zelladhesionsmoleküle
Verschiedene Assoziationen von Proteinen mit Membranen.
Rot: Intetralge Membranproteine (Extraktion durch verschieden starke Detergenzien)
Grün: Periphere Membranproteine (Milde Extraktion möglich)
Wie sind die meisten Plasmamembranproteine tierischer Zellen modifizert?
Sie sind meist glycosyliert. Dadurch entsteht eine Art Zellmantel aus Oligosacchariden -> Glycokalix.
Verhalten der Membranproteinen
Membranproteine sind in etwa in Lipiden "gelöst", Sie diffundieren in der Membranebene (Vorstellbar in 2D).
Membranproteine brauchen sehr oft bestimmte Lipide um zu funktionieren und zum lokalisieren. Auch arbeiten MP in grossen Komplexen.
Funktion von Membranproteinen
Die Diffusionsgeschwindigkeit, hängt von Grösse und Ladung ab, von Molekülen durch Lipidmembranen variiert enorm.
Geladene Moleküle diffundieren kaum. Obwohl sie klein sind. Ungeladene Moleküle diffundieren leichter. Nukleotide, Aminosäuren und Zucker diffundieren kaum und müssen aktiv durchgeschleust werden.
Bis zu 30% der Membranproteine dienen zur Durchschleusung von Ionen oder kleiner wasserlöslichen Moleküle.
Membrantransportproteine sind Mehrpfadproteine.
Aquaporine
Wasser kann bidirektional durch die engen Kanäle der Aquaporine wandern -> Unterstützt durch speziellen Bau der Pore.
Es werden ca. 3 Mia Moleküle pro Sekunde durch eine Pore wandern.
Ionen dringen nicht durch, weil sie eine Wasserhülle besitzen und somit zu gross sind.
Unterscheidung von Membrantransportproteinen
Transporter (Bewegliche Bereiche die transportieren) -> Oftmals passiver, bergab Transport
Kanäle (Kleine Poren die, wenn geöffnet, passive Passage erlauben) -> Alle passiver, bergab Transport entlang des Konzentrationsgradienten
Weitere Transportmethoden neben Membrantransportproteinen?
Sekretion
Endozytose
Warum sind viele Erbkrankheiten mit Mutationen in Transportproteinen verbunden?
Sie transportieren of nur bestimmte nicht-essentielle Faktoren.
Wie ist dieser bergab Transport möglich?
Spannungsunterschied der Plasmamembran verantwortlich. Innen negativ, aussen positiv. -> Sehr wichtig, da sonst kein passiver Transport möglich ist.
Speicherung von Energie durch Membrantransportproteine
Durch Aufbau unterschiedlicher Ionenkonzentration an Membraninnen- und Membranaussenseite.
Transportprozesse werdern damit angetrieben, elektrische Signale erzeugt und ATP hergestellt.
Für den Aufbau von Konzentrationsgradienten wird ein aktiver Transport benötigt.
Aktiver Membrantransport
Bergauf Transport: Transport gegen den Konzentrations- oder Ladungsgradienten durch angekoppelte Energiequelle.
Drei Möglichkeiten:
Gekoppelter Transport
ATP getriebene Pumpen
Licht getriebene Pumpen
Gekoppelter Transport
Eine Molekülart wird bergauf transportiert indem es als blinder Passagier mit einem bergab transportierten Solut mitläuft
ATP getriebene Pumpen
ATP Hydrolyse liefert die Energie
Licht getriebene Pumpen
Vor allem Bakterien und Archaeen die damit z.B H+ nach aussen pumpen und so einen Ionengradienten als Energiespeicher generieren.
Primär aktiver Transport (Beispiel: P-Typ Pumpen)
Erst muss mit Energieverbrauch einen Ionenunterschied innen/aussen hergestellt
P-Typ Pumpen machen dies, welche einer von drei ATP getriebenen Pumpenklassen ist.
Beispiel: Na+/K+ ATPase: Mehrpfad Alpha-Helix Protein das sich selber phosphoryliert (Deshalb P-Typ) -> Natrium-Kalium Pumpe: Pro hydrolysiertem ATP gehen 3 Na+ Ionen raus und 2 K+ Ionen rein.
Weitere Pumpen wie P-Typ?
F-Typ Pumpen (Bakterien/Mitochondrien/H+-Gradienten)
ABC Transporter
Sekundär aktiver Transport
Beispiel: Symporter
Sie werden nicht direkt von ATP angetrieben sondern vom Na+ Gradienten der unter ATP Verbrauch hergestellt wurde. Dabei wird Na+ in die Zelle geschleust und mit ihm ein Exemplar eines Zuckers oder eine Aminosäure. Sehr viele Symporter sind spezialisiert.
Die Filamentgrössen des Cytoskeletts
Miktrotubuli: Kommen in allen Eukaryotenzellen vor, ca 25nm Dicke
Aktinfilamente: "Microfilamente", Kommen in allen Eukaryotenzellen vor, can 7nm Dicke
Intermediärfilamente: Kommen nur in tierischen Zellen vor, ca 10nm Dicke
