Bio 2
ZHAW_BSc_BMLD22_FS23_Biologie 2
ZHAW_BSc_BMLD22_FS23_Biologie 2
329
0.0 (0)
Diese Lernkarten decken fortgeschrittene biologische Themen auf Universitätsniveau ab, mit Fokus auf Zellbiologie, Hormonsysteme und Leberfunktionen. Sie behandeln die Rolle von Rezeptoren, Neuronen und Proteinen, sowie die Produktion und Freisetzung von Hormonen. Besonders relevant sind die Auswirkungen auf das Gehirn, das ZNS und die Leber, einschließlich der Pathologien wie Leberzirrhose und Fibrose. Diese Karteikarten sind ideal für Medizinstudenten und Forscher, die ein tiefes Verständnis der zellulären und systemischen Prozesse im menschlichen Körper erlangen möchten.
Cartes-fiches
329
Utilisateurs
3
Langue
Allemand
Catégorie
Biologie
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
22.02.2023 / 23.06.2024
Fibrose
- Überwucherung
- Verhärtung &/ oder Vernarbung
- übermässige Ablagerung von extrazellulären Matrixbestandteile, inkl. Kollagen
- einzelne Gewebe/ Organe oder ganze Organsysteme
- auch ohne blutende Wunde
- Infektion (bakteriell, viral, pilzartig)
- Bestrahlung (UV, Röntgen, Ionisation)
- chemisch (Entzündungsreaktion)
- Fremdkörper
- Immunantwort
- Ischämie (Verminderung/ Unterbrechung der Durchblutung) /Nekrose (Myokardinfarkt)
Entstehung der Fibrose
- Aktivierung der Makrophagen bei Gewäbsschädigung
- Zytokine und Wachstumsfaktoren
- Proliferation der Fibroblasten bzw. Myofibroblasten
- Kollagen und Glykosaminoglykane Synthese
- Verdichtung der ECM
- keine Terminierung des Prozesses -> die Faservermehrung verdrängt und ersetzt immer mehr Parenchym
Lungenfibrose
- Sekundärfolge anderer Krankheiten
- Autoimmunerkrankung
- Infektionen (Tuberkulose)
- Einatmen von Schadstoffen, Quarzstaub, Asbestfasern
- Rauchen
- COVID-19 Erkrankung
- ohne bekannte Ursache -> idiopatische Lungenfibrose
- die meisten Fälle
- erschwerter Sauerstofftransport
- vernarbtes und verdicktes Gewebe zwischen den Lungenbäschen (Alveolen)
Leberfibrose
- entsteht durch chronische Leberschädigung
- Anhäufung ECM-Proteinen
- verzerrt Leberarchidektur -> faserige Narbe -> Knötchen (Zirrhose)
- aus sich regenerierenden Hepatozyten
- Anhäufung ECM-Proteinen
- Hauptursachen
- chronische Hepatitis-C-Virus-Infektionen
- Alkoholmissbrauch
- nichtalkoholische Steatohepatitis (NASH) [Fettleber mit Entzündung]
- entzündliche Lymphozyten infiltrieren hepatisches Parenchym
- Hepatozyten werden apoptotisch
- Kupffer Zellen werden aktiviert und setzen fibrogene Mediatoren frei
- HSC proliferieren & werden aktiviert -> sondern viel ECM Proteine ab
- erhöhter Widerstand gegen den Blutfluss im hepatischen Sinusoid
- sinusoidale Endothelzellen verlieren Fenestration
Hepatozyten (Wiederholung)
- Etwa 60-80 % der Leberzellen
- werden "parenchymale" Zellen genannt
- Erfüllen die meisten Funktionen der Leber
- Eiweißsynthese
- Stoffwechselgleichgewicht (Lipid und Glukose)
- Stoffwechsel
- Entgiftung (Amonium und Bilirubin)
Kupffer Zellen (Wiederholung)
- ca. 10-15 % der Leberzellen
- Nicht-"parenchymale" Zellen
- Kupfferzellen sind ansässige Makrophagen
- säumen die Thesinusoide
- Verschlucken Partikel und Erreger → sind eine primäre Verteidigung für die Leber
- Sekretion von Zytokinen (Entzündungsreaktion)
Hepatische Sternzellen (Wiederholung)
- ca. 5 % der Leberzellen
- Nicht-"parenchymale" Zellen
- Dendritische Zellen
- Funktionen:
- Vitamin-A-Speicher
- Antigenpräsentation
- Phagozytose
- Bildung von Narbengewebe (ECM)
Störung der Funktion
functio laesa
Einfluss der hepatischen Sternzellen (HSC)
- bei chronischer Entzündung werden HSC (hepatische Sternzellen) aktiviert
- durch lösliche Mediatoren von Kupfferzellen, Endothelzellen oder Lyphozyten begünstigt
- typischer Aktivierungsmarker; α-Smoothmuscle-Aktin
- kontraktile Eigenschaften
- pro-inflammatorische Zytokinsynthese erhöht (aktivieren entzündungsprozesse)
- gesteigerte Synthese von Wachstumsfaktoren
- gesteigerte Synthese von ECM Proteine => Kollagen
- Fibrozyten (aus dem Knochenmark) wandern in die Leber -> differenzieren Zellen zu ECM produzierenden hepatischen Zellen um
TGF-β
- stimuliert Aktivierung von HSC zu Myofibroblasten
- steigert Matrixexpression
- inhibiert Matrixmetalloproteinase (MMP) [baut ECM ab]
- Hepatozytenapoptose
- hemmt Leberzellprofileration (Neuaufbau des Lebergewebes)
PDGF
- Proliferation aktivierter HSC -> ECM Synthese
Beeinträchtigung der Leberfunktion
- Mangelhafte Synthese wichtiger hepatischer Biomoleküle (Transportproteine, Gerinnungsfaktoren, Globuline)
- Einschränkung der Detoxifikation von endogenen (Bilirubin, Ammoniak, Steroidhormone) und exogenen (Medikamente) Giftstoffen
- Unzulänglichkeiten bei der Regulierung des Vitamin- und Spurenelementstoffwechsels
Endstadium Leberfibrose
- Organverhärtung
- narbige Schrumpfung
- Zerstörung der Läppchenstruktur mit meist knotigen Regenerationsprozessen
- Störung der Blutzirkulation in der Leber
- portale Hypertension (Bluthochdruck in der Pfortader)
Leberzirrhose
- chronisch
- Lebergewebe wird zunehmend zerstört
- Funktionsverlust
Antifibrotische Angriffspunkte
INPUT
- Gegenagenten
- Antioxidant
- Entzündungshemmende Mittel
- TGF-β Signalweg Störrer (Antikörper)
- Antikörper gegen CTGF
- Rho-Rock-Kinase-Inhibitoren
- Faktoren
- Reaktive Sauerstoffspezies
- TGF-β, CtGF, PDFG
- Rho-Rock-Kinase
- Entzündliche Zytokine
- EMT
OUTPUT
- Gegenagenten
- siRNA
- Prolylhydroxylase-Inhibitoren
- BMP-1-Hemmer
- Lysyloxidase und Transglutaminase-Inhibitoren
- Faktoren
- Kollagen-Biosynthese-Maschinerie
- Intrazelluläre postranslationale enzyme (Hydroxylierung, Glykosylierung)
- Exrazelluläre postranslationale Enzyme Prokollagen-clipping, Vernetzung
Behandlung der Leberfibrose
Bestimmung des Quick-Werts
- Thromboplastinzeit
- Gerinnbarkeit des Bluts
- Bestimmung
- Venöses Blut wird durch Citratzusatz (=> Kalziumkomplex) ungerinnbar gemacht
- Zentrifugation
- Kalziumüberschuss wird zu Plasma gegeben
- Zeit wird gemessen bis zur Bildung von Fibrinfäden (ca. 11-16 sec.)
- Angegeben in Prozent der Norm
- als Prothrombinratio (INR) → der INR-Wert ist im Gegensatz zum Quick-Wert unabhängig vom verwendeten Reagenz
Bestimmung Cholinesterase CHE
- Die Cholinesterase wird in den Hepatozyten gebildet, ist sie im klinischen Alltag ein guter Marker, um den Verlauf einer Lebererkrankung bzw. Leberzirrhose zu bestimmen
- Gemessen wird die Aktivität der Butyrylcholinesterase, die auch Plasmacholinesterase genannt wird
- Referenzbereich: Butyrylcholinesterase: 4 bis 13 kU/l
- Sinkt die Cholinesterase-Aktivität, ist das ein Zeichen für eine verminderte Syntheseleistung der Leber Sie ist meist durch eine Schädigung der Hepatozyten bedingt → Leberzirrhose
Child-Pugh-Score
- Stadieneinteilung der Leberzirrhose
- anhand dieser Stadien lässt sich die Prognose des Patienten abschätzen
- Es wird anhand von fünf Kriterien (drei Laborwerte und zwei klinische Befunde) eine Gesamtpunktzahl erstellt, wobei jeweils 1-3 Punkte vergeben werden, so dass ein Score von 5 bis 15 erreicht werden kann
Übersicht der Labordiagnostik bei Leberzirrose
Metabotrope Rezeptoren
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Induktion einer Signalkaskade, welche über einen 7TM Rezeptor startet
- G-Protein gekoppelter Rezeptor
- Regulation und Amplifikation über Signalkaskade / metabotrop
- Wesentlich langsamer und variabler als direkte Signalweiterleitung, nicht
eindeutig hemmend oder erregend
Ionotrope Rezeptoren
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- schneller wie Metabotrope Rezeptoren, da keine biochemische Schritte notwendig sind
- Öffnen der Ionenkanäle und Einstrom bestimmter Ionen durch postsynaptische Membran
- De- oder Hyperpolarisation der postsynaptischen Zelle (EPSP oder IPSP)
- Enzymatischer Abbau der Neurotransmitter oder Resorption -> wichtig, da sonst Signal ständig weiter geleitet wird
Vorgänge an einer elektrischen Synapse
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Direkter Übergang des Aktionspotentials durch Gap Junctions
- Schnelle Signalübertragung für stereotype, synchrone Bewegungen (Herzmuskel) oder Fluchtreflexe
Vorgänge an einer chemischen Synapsen
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Chemische Umsetzung
- Vesikel mit Neurotransmittern diffundieren zum synaptischen Spalt und verschmelzen mit der Membran -> Exozytose (Dauer von Schritt 2-3 etwa 100 – 200 µs)
- Transmitter durchqueren synaptischen Spalt (30 nm in 0.6 µs)
- NT-Rezeptor-Interaktion an der postsynaptischen Membran
- Aktionspotential führt zu Depolarisation -> Ca2+ -Einstrom über spannungsabhängige Ca-Kanäle
- Exocytose der synaptischen Vesikel (enthalten Neurotransmitter)
- Ausschüttung von Neurotransmitter
- Diffusion der Neurotransmitter an postsynaptische Membran
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
Entstehung eines Aktionspotentials am Axon
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Da sich auf der Membran des Somas und der Dendriten nur Liganden-gesteuerte Ionenkanäle befinden, entstehen hier Potenziale, die aber über die Distanz abnehmen
- Nur, wenn genügend EPSPs am Axonhügel eintreffen und ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, entsteht ein
Aktionspotenzial
Was passiert an den Dentriten
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Transmitter 1 erzeugt ein exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP) durch
Nettoeinwärtsstrom (hauptsächlich Na+) ➔ positive Ladung ins Zellinnere - Transmitter 2 verursacht ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP), da der von ihm bewirkte Leitfähigkeitsanstieg primär auf K+ und Cl--Ionen zurückgeht, die einen Nettoauswärtsstrom bewirken➔negative Ladung ins Zellinnere
-> wenn die EPSP bis zum Axonhügel überwiegen, wird ein Aktionspotential ausgelöst
Geschwindigkeit des Signals
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Axone verschiedener Nervenzelltypen leiten das AP unterschiedlich schnell weiter (maximal 30 m/s – 120m/s)
- Selektionsvorteil z.B. bei Fluchtreaktionen oder Schutzreflexen
- Passive elektrische Eigenschaften: Je grösser der Durchmesser eines Axons, desto kleiner wird der Innenwiderstand im Vergleich zum Membranwiderstand (Ausbreitung des Stroms vorrangig im Inneren)
Refraktärzeit
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Während der Ladungsumkehrung an der Membran (nach dem öffnen der Na- und K-Kanälen, bis Ruhepotential wieder eingestellt ist) kann kein neuer Reiz beantwortet werden
- kann bis zu 300 ms andauern
Aktionspotential
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Ein Aktionspotential entsteht nur, wenn der Schwellenwert von -55mV erreicht
ist (Alles oder Nichts!!!) - Die Information kann daher nur über die Frequenz der Aktionspotentiale über das Axon, aber nicht über die Stärke der Aktionspotentiale kodiert werden
- Ruhepotential nur K-Hintergrundkanäle sind offen (K diffundiert aus dem Axon)
- Zellinneres ist negativ geladen
- Wenn Spannung -55 mV (genügend K-Kationen sind aus der Zelle diffundiert, Unterschied zur ECM wird kleiner)
- spannungsabhängige Na-Kanäle werden geöffnet
- Na-Kationen diffundieren in die Zelle
- Spannung nimmt stark ab -> Impuls
- -> Depolarisation
- abhängige K-Kanäle öffnen sich mit Verzögerung Na-Kanäle werden geschlossen
- Potential nimmt stark ab und fällt tiefer wie Ruhepotential
- -> Hyperpolarisation
- Die Na-Kanäle öffnen sich nacheinander in Richtung der Signalweiterleitung -> Impuls wird weitergeleitet
Spannungsabhängige K+-Kanäle
- Erfolgt eine Depolarisation der Membran, so öffnen sich die spannungsabhängigen Kaliumkanäle, aber verzögert (1-2ms)
Spannungsgesteuerter Natriumkanal
- Struktur: Transmembranprotein
- Öffnet sich, wenn die Membranspannung -50mV übersteigt -> Aktionspotential
- im Ruhepotential sind diese Kanäle geschlossen
- Durch Depolarisierung (Innenseite wird positiver) wird Schieberegler geöffnet
- Inaktivierungstor stoppt Na+-Einstrom
Ruhepotential
- 2 Strukturelemente der Zellmembran: Na+/K+-Pumpe, Ionenkanäle
- Die Zellmembran ist für Ionen unterschiedlich durchlässig (Tunnelproteine). Na+ Kanäle sind normalerweise geschlossen, K+ steht offen -> 3 Na+ raus/ 2 K+ rein
- Leckströme von Na+ in die Zelle: Na+/K+-Pumpen transportieren unter ATP-Verbrauch K+ Ionen in die Zelle und im Gegenzug Na+ aus der Zelle heraus → innerhalb der Zellen herrscht daher eine höhere K+ Konzentration.
- K+ diffundiert so lange nach außen, bis sich ein Gleichgewicht zwischen den osmotischen und den elektrischen Kräften einstellt
- Ladungsunterschied zwischen der Innen- und Außenseite der Zellmembran, erzeugt Ruhepotential, das beim Menschen zwischen -70 und -80 mV beträgt. Dabei ist die Innenseite der Zellmembran negativ, während die Außenseite positiv geladen ist
Molekulare Transportmechanismen
- Diffusion (Passiver Transport)
- Hydrophobe Moleküle und (sehr langsam) kleine, ungeladene, polare Moleküle können durch die Lipiddoppelschicht diffundieren
- Erleichterte Diffusion (Passiver Transport)
- Hydrophile Substanzen einschliesslich ders Wassers difundieren mithilfe von Transportproteinen durch die Membran
- Aktiver Transport
- Manche Transportproteine arbeiten als Pumpen und transportieren Sunbstanzen entgegen ihrem Konzentrationsgefälle durch die Membran. Die Energie für diese Arbeit liefert in der Regel das ATP
Unterschiedliche Formen der Neuronen
Neuronalle Zellen und ihre Aufgaben
- sensorische Zellen; leiten Signale von Sinnesorgane ans ZNS
- motorische Zellen; leiten Signale von ZNS an Muskelzellen weiter
- Interneuronen; verbinden Nervenzellen mit Nervenzellen und leiten Signale weiter
Gliazellen und ihre Aufgaben
Gliazellen sind nicht elektrish-erregbare Zellen des Nervensystems
- Astrozyten; strukturieren neuronale Netzwerke und schirmen Neuronen voneinander ab
- Oligodendrozyten; nur im ZNS umwickeln Axone von Nervenzellen
- Schwan'sche Zellen; ist eine Hüll- & Stützzelle um das Axon von peripheren Nervenzellen
- Mikroglia; Immunzellen des Gehirns sind im ganzen ZNS vorhanden
Funktion der Soma
- Genexpression und Proteinsynthese
- Aufrechterhalten des ionischen Gleichgewichts
- Lipid- und Membranproduktion
- Integration von Signal von anderen Neuronen
- Generieren des Aktionspotential am Axonhügel -> Ionensignal/ Ionenstrahl diffundiert durch Soma und wird am Axonhügel in ein elektrisches Aktionspotential umgewandelt
Aufbau der Soma (Bild von ganzer Nervenzelle)
Soma ist der Zellkörper der Nervenzelle
Funktion des Axon
- Aufrechterhaltung des ionischen Gleichgewichts
- Aufrechterhaltung der Struktur
- Signalweiterleitung
- Axonaler Transport (Retrograd -> Signal kommt zurück und Anterograd -> Signal geht weiter)
-
- 1 / 329
-
Cartes-fiches
endokrine Regulation
- Kalziumresorption aus dem Darm
- Kalziumausscheidung über die Nieren sowie
- Kalziumbewegungen zwischen den verschiedenen Kompartimenten, insbesondere dem Knochen und dem extrazellulären Milieu
Regulation des Kalziumgehaltes über Parathormon
- Parathormon (PTH) wird in Nebenschilddrüsenzellen synthetisiert und abhängig von der extrazellulären Kalziumkonzentration freigesetzt
- Kalziumkonzentration wird über Calzium-Sensing-Rezeptor (CaSR) (G-Protein gekoppelt)
- Bei Konzentrationszunahme wird CaSR zunehmend aktiviert -> PTH-Freisetzung wird gehemmt
- Tubuluszellen der Nieren haben CaSR
- aktivierte CaSR hemmt Kalziumrückresorption
Wikung Parathormon
Direkte Wirkung
- Niere: Fördert Kalziumrückresorption und hemmt die Phosphatrückresorption
- Knochen: Fördert bei intermittierender Gabe durch Stimulation der Osteoblasten die periostale und endostale
Knochenneubildung
Indirekte Wirkung
- Knochen: PTH bindet an die PTH-Rezeptoren der Osteoblasten, →↑RANKL exprimieren und Osteoprotegerin (OPG) ↓ sezernieren → Bildung neuer Osteoklasten, die den Knochen resorbieren
- Niere: Stimuliert Bildung von Calcitriol
- fördert Kalzium/Phosphatrückresorption im nierentubulus
- fördert Kalzium und Phosphat Resorption im Dünndarm
- Bei abfallendem Kalzium
- PTH führt zu Freisetzung von Kalzium und Phosphat aus Knochen -> Stimulation der Knochenresorption
- PTH stimuliert die renale Synthese von aktivem 1,25-OHVitamin-D, das ebenfalls die Freisetzung von Kalzium und Phosphat aus dem Knochen bewirkt und die Aufnahme von Kalzium und Phosphat aus
dem Darm fördert (Calciterol) - PTH erhöht die Reabsorption von Kalzium in der Niere und fördert die Ausscheidung von Phosphat, wodurch die freie Konzentration von Kalzium ansteigt
- Durch die Hemmung der PTH-Sekretion und die vermehrte Kalziumausscheidung im Urin sinkt die Kalziumkonzentration – der Regelkreis ist geschlossen
Vitamin D in der Regulation des Kalziumhaushaltes
- PTH bildet zusätzliches aktives Vitamin D -> Negatives Feedback -> Hemmung der PTH Freisetzung
- Kalzium und Vit. D hemmen 1-alpha-Hydroxylase -> Hemmung der Synthese von aktivem Vit. D
- aktives Vit. D stimuliert seine Degradierung durch 24-alpha-Hydroxylase-Synthese -> inaktiviert aktives Vitamin D
- komplexes endokrines Regelsystem -> hält freie extrazelluläre Kalziumkonzentration in Grenzen
Vitamin D Stoffwechsel
- in der Haut aufgrund der UVB-Strahlung synthetisiert
- 7-Dehydrocholesterin -> Prävitamin D (thermolabil) -> Cholecalciferol (D3) und Ergocalciferol (D2)
- Vitamin D wird in der Leber an Position 25 hydroxyliert -> Halbwertszeit wird auf mehrere Wochen verlängert
- in der Niere wird Vit. D an Position 1 Hydroxyliert -> 1,25-Hydroxy-Vitamin-D
- kann durch Hydroxylase inaktiviert werden (Gewebe)
- Transkription und Translation durch Steroidhormon geregelt
Vitamin D Stoffwechsel Schema
Übersicht Hormone des Kalziumstoffwechsels (4 Hormone)
- Normalwerte freies ionisiertes Kalzium: 1,1– 1,4 mmol/l (physiologisch relevanter Anteil)
- Normalwerte Gesamtkalzium im Serum: 2,2– 2,6 mmol/l
Kalzium-Homöostase (Zusammengefasst)
Parathormon (PTH) -> steigt
Vitamin D3/ Calcitriol -> steigt
Calcitonin -> sinkt
Calcitriol
- Vitamin D3
- reguliert langfristig Ca2+-Einbau in den Knoche -> erhöht Mineralisierung der Knochen
- positiver Einfluss auf Resorption im distalen Tubulus
- frisches Ca2+ wird nicht sofort wieder ausgeschieden
- Osteoblasten werden aktiviert
- Synthese von Kollagen und alkalische Phosphatase steigt
- Östrogene aktivieren Hydroxylierung in Leber
- postklimatischer Östrogenmangel -> Osteoporose
Vitamin D3 Mangel
- Rachitis bei Kindern -> Knochenverformung
- Osteomalazie (adulte Rachitis) bei Erwachsenen
- Erweichung durch fehlenden Mineralanteil
- Hypocalzämie und Hyperphosphatämie
- Osteoporose bei älteren
Rachitis
- Mineralisationsstörung an der Wachstumsfuge
- Kinder: Rachitis gemeinsam mit Hypomineralisation
- Erwachsene (geschlossene Wachstumsfuge): Osteomalazie
- Vit. D Hormon Mangel
- ungenügende Zufuhr über die Nahrung
- gestörte Resorption im Darm
- mangelnde UV-Licht Exposition
- ungenügende Resorption von kalzium und Phosphat aus dem Darm
- vermehrte Kalzium- und Phosphatausscheidung
- gesteigerte Ausschüttung von Parathormon
- Hyperparathyreoidismus -> gesteigerte Phosphatausscheidung über Niere
- Phosphatmangel -> Strukturstörung der Wachstumsfuge
- weicher Knochen -> Verbiegt bei mechanischer Belastung
Osteomalazie
- verminderter Mineralanteil
- vermehrter Osteoidanteil
- Knochen wird weich und verbiegt sich
- Entsteheung durch Vitamin-D-Mangel oder Störung des Vitamin-D-Stoffwechsels
Osteoporose
- als Folge von Krankheiten odeer Medikamenten (10%)
- negative Knochenbilanz
- verringerte Trabekeldicke
- geringere Anzahl an Trabekel
- Verlust der Trabekelvernetzung
- Mikrofrakturen (häufig nicht Wahrgenommen oder als Verspannungen/ Hexenschuss)
- Diffuser, nicht lokal beschränkter chronischer Schmerz
- Ursachen
- Hormonelle Änderungen -> Menopause, tiefes Testosteron, Mangel an D3
- Lebensführung -> Alkohol und Rauchen, Ca2+ arme Ernährung
- Medikamenteneinnahme -> Glucocortiodtherapie (Ca2+ sinkt), Abführmittel
Postmenopausale Osteoporose
- auf Östrogenmangel zurückzuführen
- Anstieg des Knochenumsatzes
- Auswirkung auf alle Knochenzellarten
- Das Ungleichgewicht zwischen Knochenbildung und -resorption hat Auswirkungen auf den trabekulären Knochen (Verlust der Vernetzung) und den kortikalen Knochen (Ausdünnung der Kortikalis und Porosität)
Cacitonin
- partieller Antagonist Parathormon
- in C-Zellen der Schilddrüse gebildet
- Wichtig für die Mineralisierung des fetalen und kindlichen Skeletts
- reagiert auf Kalziumgehalt des Blutes
- bei zu hohem Kalziumgehalt des Blutes werden Osteoblasten mobilisiert
- Einbau von Hydroxylapatit in die Knochen senkt den Kalziumspiegel
- niedriger Kalziumspiegel führt zu Ausschüttung von Parathormon
- hoher Kalziumspiegel führt zu Ausschüttung von Calcitonin
- Verhindert Hypercazämie nach Mahlzeit
Elektrophorese Grundprinzip
- Auftrennung von Verbindungen welche sich über Elektroden elektrisch aufladen lassen
- Teilchen wandern durch eine Lösung unter Einfluss eines äusseren elektrischen Feldes
- Ionen zwischen zwei Elektroden wandern zur entgegengesetzten Ladung
- Electro -> Elektrizität
- Phoresis -> Abtrennung
Mobilität
- Bestimmt durch 2 Faktoren
- Ladung
- Reibungskoeffizient
- Grösse und Form des Teilchens entscheiden über die Greschwindigkeit, mit der das Teilchen unter dem gegebenen elektrischen Feld und dem Medium wandert
Stärke des elektrischen Feldes
- Bestimmt durch Kraft, welche auf das Teilchen ausgeübt wird sowie dessen Ladung
- Treibende Kraft (F) wirkt auf ein Teilchen mit bestimmter Ladung (q) innerhalb eines elektrischen Feldes mit gegebener Feldstärke (E)
- F = q · E
- Wenn eine Kraft auf das Teilchen ausgeübt wird, beginnt es sich zu bewegen. Die Bewegung wird durch die Reibungskraft aufgrund der Viskosität des Mediums eingeschränkt
Auswirkung des pH-Werts auf Mobilität
- amphote Moleküle tragen ihre Ladung pH abhängig
- ihre Gesamt-Nettoladung inst neutral, wenn gleich viele negative sowie positive Inen vorhanden sind
- Mobilität auf Null reduziert
- Mobilität ist direkt proportional zur Grösse der Ladung
- pH-Wert wird durch Puffer stabilisiert
Abhängigkeit der Laufgeschwindigkeit
- Inhärente Faktoren
- Grösse der Ladung
- Ladungsdichte
- Molekulargewicht
- der tertiären oder quartären Struktur
- Äussere Umgebung
- Lösung pH-Wert
- Elektrisches Feld
- Viskosität der Lösung
- Temperatur
Vorteile der Elektrophorese
einfaches, schnelles und hochempfindliches Trennverfahren
Anwendungsgebiete der Elektrophorese
klinisches Labor
- Serum Protein-Elektrophorese
- Lipoprotein Analyse
- Diagnose von Hämoglobinopathien und Hämoglobin A1c
- Bestimmung von Serumproteinphänotypen
- Genotyping von Proteinen, z. B. ApoE-Analyse für die Alzheimer-Krankheit (polymorphes Protein)
- Überwachung von «Small Molecules» (Medikamente, Steroide)
- Zerebrospinal Flüssigkeitsanalyse
- Urinanalyse
- Nukleinsäuren: DNA, RNA
Zonenelektrophorese
- Wanderung der geladenen Teilchen auf dem Trägermedium
- Papier-Elektrophorese
- Gelelektrophorese
- Dünnschicht-Elektrophorese
- Zelluloseacetat-Elektrophorese
- Teilchen werden in diskrete Zonen (Banden) verteilt
- Trägermedium wird mit Pufferlösung gesättigt
- kleines Volumen der Probe wird als schmales Band aufgetragen
+ biochemische Untersuchungen
+ Geringe Probenmengen
+ Geringe Kosten
+ Einfache Bedienung/ Wartung
- keine genaue Bestimmung der Mobilität und des isoelektrischen Punktes
- technische Komplikationen wie Kapillarstörungen, Elektroosmose, Adsorption und Molekularsieb
Papierelektrophorese
- Filterpapier in 3 mm oder 5 cm Breite
- 12 - 14 h
+ Kostengünstig
+ Einfache Handhabung
- "tailing" und Verzerrung der Kompanentenbanden, da bestimmte Teilchen aufgrund adsorptiven und ionogenen Eigenschaften des Papiers nicht aufgetrennt werden können
- Elektroosmose
Gelelektrophorese
- Molekularsiebtechnik, beruhend auf der Molekülgrösse der Substanzen
- poröses Gel wirkt wie ein Sieb
- verzögert/ verhindert die Bewegung von Makromolekülen
- kleine Moleküle können frei wandern
- Gelmaterial als Molekularsieb
- Kolloid in fester Form (99% Wasser)
- elektrisch neutral
- Agar- & Agarosegel, Stärke, Sephadex, Polyacrylamidgel
vertikale Gelelektrophorese
horizontale Gelelektrophorese
Agarosegel
- Polysaccharid aus D-Galactose und 3,6-Anhydro-L-galactose mit glykosidischer Verbindung
- Porengrösse ist von der Agarosenkonzentration abhängig
- Hydrokolloide -> werden durch schwache Wasserstoff- und hydrophoben Bindungen zusammengehalten
- grosse Poren -> Trennung von Makromolekülen
- Nukleinsäuren
- grosse Proteine
- Proteinkomplexe
- In der Immuno-Elektrophorese weit verbreitet
+ einfache Herstellung
+ gute Auflössung (besser wie Filterpapier)
+ grosse Mengen an Proteinen können getrennt und zurückgehalten werden
+ Adsorption negativer Proteinmolekülen kann vernachlässigt werden -> wenig adsorbierte Proteine im Vergleich
+ scharfe Zonen (Banden)
+ gute Wiedergewinnung von Proteinen -> präparative Zwecke
- hoche elektrolytische Osmose
- geringere Auflösung wie mit Polyacrylamidgel
Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE)
- Polymer von Acrylamid
- hergestellt in wässriger Lösung durch radikalische Polymerisation
- thermostabil
- transparent
- fest
- inert
- ungeladen
- Vielzahl von Porengrössen
- Trennung aufgrund Ladungsverhältniss zu Masse und Molekülgrösse
+ stabil über weiten pH- und Temperaturbereich
+ Gele unterschiedlicher Porengrösse
+ einfach
+ gute Trenngeschwindigkeit
Native-PAGE
- Native Gele werden unter nicht denaturierenden Bedingungen durchgeführt, so dass die natürliche Struktur des Analyten erhalten bleibt
- Die Trennung basiert auf der Ladung, Größe und Form der Makromoleküle
- Nützlich für die Trennung oder Reinigung von Proteingemischen
- Dies war die ursprüngliche Form der Elektrophorese
Denaturierte PAGE oder SDS-PAGE
- Die Trennung basiert auf dem Molekulargewicht der Proteine
- Die gängige Methode zur Bestimmung des Molekulargewichts von Proteinen
- Sehr nützlich für die Überprüfung der Reinheit von Proteinproben
Sammel- und Trenngel
- Klassisch besteht das Polyacrylamidgel aus zwei Teilen: einem Sammelgel und einem Trenngel
- Die beiden Gele haben unterschiedliche Polyacrylamidkonzentrationen
- Sammelgel beträgt die Polyacrylamid-Konzentration in der Regel 5-6%
- Trenngel kann sie zwischen 7 und 20% liegen
- Die Konzentration kann je nach Probe und Fragestellung angepasst werden
- Je höher die Konzentration, desto kleiner sind die Poren im Gel und desto langsamer laufen die Proteine
- Im Sammelgel werden die Proteine aus der Probenlösung fokussiert, also in einer Ebene konzentriert, bevor sie im Trenngel separiert werden
- Die Fokussierung fördert die Abgrenzung der Proteinbanden
PAGE-Verfahren
- Polyacrylamid-Gel wird in eine Elektrophorese-Apparatur eingespannt
- In ausgesparten Taschen werden die Proben pipettiert. Eine Tasche wird meistens mit einer Referenz, z. B. einem Proteinstandard, der mehrere Proteine bekannter Größe beinhaltet, befüllt. Es wird zudem ein
sichtbarer, negativ geladener Farbstoff (z. B. Bromphenolblau) zugesetzt - die zu trennenden Moleküle werden sie Anlegen einer Spannung (10 bis 20 V/cm Gellänge bei 1 mm Dicke) durch das Polymer "gezogen" und abhängig von Ladung, Größe, Molmasse und Beschaffenheit des Trennmediums elektrophoretisch aufgetrennt
- Die Elektrophorese wird beendet, sobald der Farbstoff das Gel durchlaufen hat. Anschließend werden die Protein-Banden im Gel durch Färbung sichtbar gemacht →Coomassiefärbung
- Die Wanderungsgeschwindigkeit hängt vom Verhältnis zwischen Ladung und Masse ab
SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE)
- Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese
- verbreitete Technik zur Trennung von Proteinen entsprechend ihrer elektrophoretischen Mobilität
- Detergens (SDS) hinzugefügt
- SDS ist ein anionisches Detergens, das Sekundär- und nicht-Disulfid-gebundene Tertiärstrukturen denaturiert, indem es sich um das Polypeptidgerüst wickelt → auf diese Weise verleiht SDS dem Polypeptid eine negative Nettoladung im Verhältnis zu seiner Länge (Grosse Polypeptide binden mehr SDS)
- Moleküle weisen in einem breiten pH-Bereich eine negative Nettoladung auf
- Die negativen Ladungen von SDS zerstören den größten Teil der komplexen Struktur von Proteinen und werden in einem elektrischen Feld stark von einer Anode angezogen
- natives Protein wird durch Erhitzen in Gegenwart von Mercaptoethanol und SDS entfaltet
Dünnschichtelektrophorese
- dünne Schicht aus Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid
- Weit verbreitet in kombinierten elektrophoretisch-chromatographischen Studien zur zweidimensionalen Untersuchung von Proteinen und Nukleinsäurehydrolysaten
+ Geringer Zeitaufwand
+ gute Auflösung
Zelluläre Acetat-Elektrophorese
- enthält 2-3 Acetylgruppen pro Glukoseeinheit
- Adsorptionskapazität ist geringer als die von Papier -> schärfere Banden
- guter Hintergrund für die Färbung von Glykoproteinen
- Weit verbreitet in der Analyse von klinischen und biologischen Proteinproben (Albumin und Globuline)
- Alternative zur Papierelektrophorese
+ Kein Tailing von Proteinen oder hydrophilen Materialien
+ Erhältlich in einer breiten Palette von Partikelgrößen und Schichtdicken
+ Erzeugt scharfe Banden und bietet eine gute Auflösung
+ Es kann eine hohe Spannung angelegt werden, was die Auflösung verbessert
- Teuer
- Sulfon- und Carboxylresten verursacht induzierte Elektroosmose während der Elektrophorese
Moving Boundary-Elektrophorese
- Moving Boundary-Methode ermöglicht den geladenen Spezien, in einer sich frei bewegenden Lösung ohne Trägermedium zu wandern
- Untersuchung der Homogenität eines makromolekularen Systems
- Analyse komplexer biologischer Mischungen
+ Biologisch aktive Fraktionen können ohne den Einsatz von Denaturierungsmitteln zurückgewonnen werden
+ Referenzmethode zur Messung elektrophoretischer Bewegungen
- Kostenintensiv
- Aufwändige optische Systeme erforderlich
Kapillarelektrophorese
- hohe Spannungen über mit Puffer gefüllten Kapillaren werden angelegt
- mit Puffer gefüllten, engmaschigen Kapillaren
- die Elektrolytlösung leitet den Strom durch das Innere der Kapillare
- Die Enden der Kapillare werden in Behälter getaucht, die mit dem Elektrolyt gefüllt sind
- Aufgrund des elektroosmotischen Flusses wandern alle Probenbestandteile in Richtung der negativen Elektrode
- Die Kapillare kann auch mit einem Gel gefüllt werden, wodurch der elektroosmotische Fluss ausgeschaltet wird
- Trennung erfolgt wie bei der herkömmlichen Gelelektrophorese, aber die Kapillare ermöglicht eine höhere Auflösung, eine größere Empfindlichkeit und eine Online-Detektion
- Elektroden (Platin) werden in die Elektrolytbehälter eingesetzt, um den Stromkreis zu schließen
Elektroosmotischer Fluss
- Oberfläche der Silikatglaskapillare enthält negativ geladene funktionelle Gruppen, die positiv geladene Gegenionen anziehen
- Die positiv geladenen Ionen wandern in Richtung der negativen Elektrode und tragen Lösungsmittelmoleküle in die gleiche Richtung
- Gesamtbewegung des Lösungsmittels
- ungeladenen Moleküle mit der gleichen Geschwindigkeit wie der elektroosmotische Fluss (mit sehr geringer Trennung)
- Positiv geladene Ionen bewegen sich schneller
- negativ geladene Ionen langsamer
Serumeiweisselektrophorese
- Folie wird mit Trägerflüssigkeit getränkt
- Probe wird aufgetragen
- Spannung wird angelegt
- Auftrennung der Eiweisse anhand der Wanderungsgeschwindigkeit
- Färben der Eiweisse
