Molekulare Zellbiologie I (Schuler)

Molekulare Zellbiologie für 2. Semester Medizin UZH

Molekulare Zellbiologie für 2. Semester Medizin UZH


F. M.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Grundlagen der molekularen Zellbiologie auf Universitätsniveau. Sie konzentrieren sich auf die Struktur und Funktion von Proteinen, Enzymkinetik, sowie verschiedene Mechanismen der Enzymregulation, einschließlich allosterischer Regulation, Kooperativität und chemischer Modifikationen. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Studierende der Biologie, die sich auf Prüfungen vorbereiten oder ihr Verständnis der molekularen Prozesse in Zellen vertiefen möchten.
Flashcards
186
Students
23
Language
German
Category
Biology
Level
University
Created / Updated
08.02.2016 / 13.10.2025

Flashcards

Lernziele "Vom Molekül zur Zelle"

Die vier grossen Klassen der biologischen Makromeluküle

· Proteine

· Nukleinsäuren (DNA / RNA)

· Glykane (Polysaccharide)

· Lipide

maximales Auflösungsvermögen des menschlichen Auges

0.1 mm

Anzahl biologischer Strukturen pro 0.1mm

(rote Blutkörperchen / Mitochondrien / Viren / Ribosomen / Hämoglobinmoleküle / Wassermoleküle)

·      15 rote Blutkörperchen (Erythrocyten)

·      50 Mitochondrien (grosse Zellorganellen)

·   1'000 Viren 

·   5'000 Ribosomen (kleine Zellorganellen)

·  15'000 Hämoglobinmoleküle (Proteine)

· 250'000 Wassermoleküle

Chemische Elemente in der belebten Materie

(Hauptelemente)

· C, H, O, N, P, S

· machen 95% der Masse aus

 

· Merkhilfe: Knospen (C-H-N-O-S-P)

Chemische Elemente in der belebten Materie

(Ionische Elemente)

· Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-

Chemische Elemente in der belebten Materie

(Spurenelemente)

· Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Ni, Mo, Cr, Sn, V, I, F, Se

· haben oft Katalysator-Funktion

Hierarchie der molekularen Strukturen in lebender Materie

· fliessende Übergänge

Molare Masse

· M

· Einheit: g/mol

Molekülmasse

· m (molekulare Masse)

· Einheit: Da (Dalton)

· 1 Da = 1 u 

Lernziele "Wasser"

Wasser (M / c)

M(H2O) = 18 g/mol

c(H2O) = 55.5 mol/L

Dielektrizitätskonstante von Wasser

· D = 78 (bei 20°)

· Vergleich:

  · Vakuum = 1

  · Hexan   = 1.9

  · Ethanol = 24

Eigenschaften von Wasser

· polares Molekül

· asymmetrische Ladungsverteilung

· hohe Dielektrizitätskonstante

· bildet Wasserstoffbrücken

· erniedrigt elektrostatische Wechselwirkungen und löst dadurch polare (hydrophile) Moleküle

Amphiphile Verbindungen

· haben sowohl polare als auch apolare Gruppen

· nur geringe Wasserlöslichkeit

· Beispiel: Salze von Fettsäuren

supramolekulare Strukturen durch amphiphile Verbindungen

· Mizelle / Lipiddoppelschicht / Liposom (Lipidvesikel)

· Art der amphiphilen Bausteine entscheidet, welche Strukturen entstehen

Lernziele "Proteine"

Lernziele "Proteine"

Lernziele "Proteine"

Definition "Protein"

Unverzweigte Polymere aus den 20 proteinogenen Aminosäuren

Eigenschaften von Proteinen

· Jedes Protein hat genetisch definierte spezifische AS-Sequenz

· Biologisch aktive Proteine haben fast immer eine definierte Raumstruktur

· Kettenlängen von einigen Dutzend bis über zehntausend Aminosäuren (i. d. R > 30)

· Werden am Ribosom synthetisiert

Funktion von Proteinen

· Katalyse

· Transport

· Speicherung

· Strukturbildung

· Molekulare Erkennung

· Übertragung von chemischen Signalen

· Formveränderung und Bewegung

Eigenschaften von Peptiden

· Oft keine definierte Raumstruktur

· Mit / Ohne biologischer Funktion

· Synthese auch chemisch möglich

· Peptidkette ist gerichtet: N-Terminus (freie α-Aminogruppe) und C-Terminus (freie α-Carboxylgruppe)

 

AS → Dipeptid → Tripeptid → Oligopeptid → Polypeptid

Elementare Zusammensetzung der Proteine

Chemische Zusammensetzung in Massenprozenten (Die Werte der meisten Proteine unterscheiden sich kaum):

C: 50%

O: 20%

N: 16% (sehr konstant → wird zur quantitativen Bestimmung der Proteinmenge benutzt)

H: 7%

S: 0-3%

Durchschnittsgewicht einer Aminosäure

· 112 Da

· Abschätzung für Anzahl Aminosäuren eines Proteins: m/112

→ Die hohe Molekülmasse von Proteinen führt dazu, dass sie von kleinen Molekülen mittels Dialyse leicht getrennt werden können

Einteilung der Proteine

· nach Form

· nach Zusammensetzung

· nach Anzahl Peptidketten

· nach biologischer Funktion

Einteilung der Proteine nach der Form

· globuläre Proteine: annähernd kugelige Form / meist gut wasserlöslich / die meisten Enzyme und Proteine im Blutplasma

· fibrilläre Proteine: langgestrecke Form / meist nicht wasserlöslich / bilden oft Strukturen aus*

 

* Beispiele:

  · Keratin (Haare / Nägel / Horn)

  · Elastin (Sehnen / Knorpel)

  · Kollagen (organische Substanz des Knochens / Bindegewebe / Knorpel / Haut)

    → molekularer Fehler bei Glasknochen (Glycin im Kollagen ist gegen grössere AS ausgetauscht → Destabilisation)

Einteilung in einfache und zusammengesetzte Proteine

· einfache Proteine: ausschliesslich aus Aminosäuren zusammengesetzt

· zusammengesetzte Proteine: enthalten neben AS auch noch prosthetische Gruppe(n)*

 

* z.B. Metallionen / kleine organische Moleküle / Lipide / Zucker / Nukleinsäuren

 

· einfache Proteine sind farblos, weil sie nur Licht im UV-Bereich absorbieren

· zusammengesetzte Proteine sind farbig, wenn der Nichtproteinteil im sichtbaren Spektrum absorbiert

Einteilung der Proteine nach der Anzahl der Polypeptidketten

· monomere Proteine: Proteine mit nur einer einzigen Polypetidkette

· oligomere Proteine: Proteine mit mehreren Untereinheiten*

 

· Polypetidketten sind meistens nicht-kovalent assoziiert und seltener über Disulfidbrücken (Cystin) kovalent verbunden

 

* Eine Polypedidkette nennt man eine Untereinheit 

  → homooligomere Proteine: Untereinheiten haben identische AS-Sequenz

  → heterooligomere Proteine: Untereinheiten haben verschiedene AS-Sequenz

Einteilung der Proteine nach ihrer biologischen Funktion

· Enzyme (Trypsin / Aldolase / ...)

· Hormone (Insulin / Wachstumshormon / ...)

· Strukturproteine (Kollagen / Elastin / ...)

· Speicherproteine (Myoglobin / Ferritin / ...)

· Kontraktile Proteine (Myosin / Actin / ...)

· Transportproteine des Blutes (Hämoglobin / Serumalbumin / ...)

· Schutzproteine des Blutes (Immunoglobulin / Fibrinogen / ...)

· Toxine (Schlangengift / Ricin / ...)

· Membranproteine (Calciumtransportproteine / Vitamin-D-Transportprotein / ...)

· Proteine der Enzymregulation (Trypsininhibitoren / α-Lactalbumin / ...)

· Proteine der Proteinsynthese (Ribosomale Proteine / ...)

· Proteine des genetischen Apparates (Histone / Transkriptionsfaktoren / ...)

 

Einteilung von Hämoglobin in die vier Gruppen

· globuläres Protein (Form)

· zusammengesetztes Protein (Zusammensetzung)

· Heterotetrameres Protein (Anzahl Polypeptidketten)

· Transportprotein (Biologische Funktion)

Eigenschaften der Aminosäuren

· 9 / 20 Aminosäuren sind essentiell

· alle Aminosäuren (ausser Glycin) haben ein chirales Zentrum (Ile + Thr haben zwei)

· Ausser Cystein haben alle L-Aminosäuren die S-Konfiguration

· AS mit apolarem Charakter liegen häufig im Inneren eines Proteins

· Aromatische AS sind für Lichtabsorption (Max. bei 280nm) verantworlich

Ionisationszustände der freien Aminosäuren

· in wässriger Lösung haben AS stets mindestens eine Ladung

· AS sind Ampholyte

· AS ohne ionisierbare Seitenketten nennt man neutrale oder zweiprotonige AS (Ladung -1 / 0 / +1)

· pKa1 - Wert: α-Carboxylgruppe (im sauren pH-Bereich)

· pKa2 - Wert: α-Aminogruppe (im basischen pH-Bereich)

Isoelektrischer Punkt

· pH - Wert an dem die AS neutral vorliegt

· \(pI = {pK_{a1} + pK_{a2} \over 2}\)

Dreiprotonige Aminosäuren

· AS mit ionisierbarer Gruppe in der Seitenkette

· besitzen 3 pKa Werte

· vier Ladungszustände:

  · His / Lys / Arg:            -1 / 0 / +1 / +2     (Berechnung von pI mit pKa2 und pKa3)

  · Asp / Glu / Cys / Tyr:   -2 / -1 / 0 / 1       (Berechnung von pI mit pKa1 und pKa2)

Ionisationszustände der Aminosäuren in Proteinen

· in Proteinen haben nur die erste und letzte AS eine freie α-Aminogruppe bzw. α-Carboxylgruppe

· pKa-Wert ist nicht eindeutig, da von Umgebung abhängig:

  · pKa-Wert der N-Terminalen Aminogruppe zwischen pH 8 und 9

  · pKa-Wert der C-terminalen Aminogruppe um pH 4

  · gilt auch für ionisierbare Seitenketten

 

pKa-Wert von ionisierbaren AS-Seitenketten in Proteinen

(Asp / Glu / Cys / Tyr)

pKa der Seitenkette sinkt, wenn:

  · Umgebung stark polar

  · Umgebung positiv (z.B. räumlich benachbarte basische AS) → elektrostatische Bindung möglich

 

pKa der Seitenkette steigt, wenn:

  · Umgebung wenig polar

  · Umgebung negativ (z.B. räumlich benachbarte saure AS)

pKa-Wert von ionisierbaren AS-Seitenketten in Proteinen

(His / Lys / Arg)

pKa der Seitenkette sinkt, wenn:

  · Umgebung wenig polar

  · Umgebung positiv (z.B. räumlich benachbarte basische AS)

 

pKa der Seitenkette steigt, wenn:

  · Umgebung stark polar

  · Umgebung negativ (z.B. räumlich benachbarte saure AS) → elektrostatische Bindung möglich

Berechnung der Ladung von Proteinen

· pH < pKa  →  deprotonierte Form   <   protonierte Form

· pH > pKa  →  deprotonierte Form  >   protonierte Form

pH-Titrationskurve eines Proteins

· entspricht der Summe der Titrationskurven seiner ionisierbaren Gruppen

· Pufferung vorallem durch Imidazolseitenkette des Histidin

Study