Molekulare Zellbiologie I (Schuler)

· Isoprenderivat (Terpene leiten sich aus dem C₅-Baustein Isopren ab)

· wichtige Terpene: β-Carotin (Provitamin A) / Tocopherole (Vitamin E) / Phyllochinone (Vitamin K)

· Vitamine A, D, E, K

  · Terpene: Vitamine A, E, K

  · Steroid:  Vitamin D

· Merkhilfe: EDEKA

· Fettsäurederivat (entstehen aus der vierfach ungesättigten, 20 C-Atome langen Arachidonsäure)

· eikos (griech.) = zwanzig

· wichtige Eikosanoide: Prostaglandine / Thromboxane / Leukotriene

  → Gewebshormone / wichtige Rolle für Überempfindlichkeits- und Entzündungsreaktionen

s. Bild

· haben als Grundstruktur eine 6-10 nm dicke, asymmetrische, dynamische Lipiddoppelschicht

· Lipiddoppelschicht verhindert Durchtritt polarer Stoffe (kleine polare Stoffe können langsam diffundieren)

· eingelagerte Membranproteine erzeugen regulierten Transport (selektive Permeabilität)

· v.a. an der Aussenseite sind Glykane mit Lipiden und Membranproteinen kovalent verknüpft (Glykokalyx)

· die meisten Membranen sind elektrisch polarisiert (Innenseite meistens negativ geladen / etwa -60 mV)

· besteht aus polaren Lipiden (v.a. Phospholipide / Glykolipide / Cholesterin)

· Lipide rotieren mit ca. 10² - 10⁶ Hz um ihre eigene Achse

· Lipide können sich mit ca. 10 nm/s - 1 µm/s lateral bewegen

· Lipide wechseln normalerweise nicht in die andere Lipidschicht

· sind in die Lipiddoppelschicht eingelagert

· wenn sie nicht an das Cytoskelett oder an Strukturen der ECM gebunden sind, können sie sich lateral frei bewegen

· Funktionen: Kanäle und Pumpen für Moleküle und Ionen / Rezeptoren für Hormone / Enzymfunktion

· integrale Membranproteine:    durchdringen Lipiddoppelschicht teilweise oder ganz

· periphere Membranproteine:  lose an der Aussenseite der Lipiddoppelschicht assoziiert

· GPI-verankerte Proteine:       durchdringen Lipiddoppelschicht nicht, sind aber kovalent daran gebunden

· sind fest mit der Membran verbunden

· Durchdringung der Lipiddoppelschicht mit α-Helices (häufig) und β-Faltblättern (selten)

· Die AS-Sequenz des die Membran durchdringenden Teils enthält besonders viele hydrophobe AS

Transmembranproteine:

 · es braucht ca. 20 AS um mit α-Helix Membran zu überspannen

 · häufig durchdringt ein Membranprotein mit mehreren α-Helices die Membran

 · Rezeptoren eukaryotischer Zellen haben häufig 7 Transmembranhelices

Einige Proteine durchdringen die Membran nicht ganz, sondern sind mit ihrer hydrophoben Domäne in der Membran eingebettet

· kommen selten vor

· Beispiel Porin: aussen hydrophob / innen hydrophil (s. Bild)

· Protein ist über ein Verbindungsstück (GPI-Anker) mit einem Lipidmolekül kovalent verknüpft

· GPI-Anker (Glykosylphosphatidylinositol-Anker) enthält verschiedene Zucker, Phosphat und Inosit

· GPI-Anker ist an C-Terminus des Proteins gebunden (oder an Seitenkette eines Cysteinrestes)

· viele Reaktionen sind von der Fluidität der Membranlipide abhängig

· Lipiddoppelschicht kann starr (geordnet) oder flüssig (ungeordnet) sein

· Übergang von starr zu flüssig wird Schmelztemperatur T_m genannt

· T_m hängt von der Lipidzusammensetzung ab:

  → polare, gesättigte Fettsäuren erhöhen T_m

  → ungesättigte Fettsäuren mit cis-Doppelbindungen erniedrigen T_m

· Kohlenhydrate (Synonym)

· bestehen aus Monosacchariden und Derivaten von Zuckermolekülen → Glykane sind Polysaccharide

· haben oft keine definierte Raumstruktur und manchmal auch keine konstante Molekülmasse

· es gibt viel komplexere Strukturen als bei Proteinen, da verzweigte Ketten und α- und β-Konfiguration vorkommen

· Unterteilung in:

  · Homoglykane (Homopolymere aus identischen MS)

  · Heteroglykane (Heteropolymere aus verschiedenen MS)

  · Glykokonjugate (mit Proteinen oder Lipiden verknüpfte Glykane)

· Unterteilung nach Funktion:

  · Reserveglykane (dienen als Energiereserve)

  · Strukturglykane (bilden strukturelle und informationstragende Elemente)

· besondere Isomere (Diastereomere) von Glykanen und Glykosiden (= R-O-Zucker)

· Anomeres Zentrum ist ein chirales C-Atom, das durch die Bildung eines cyclischen Voll-/Halbacetals entsteht

· Das Anomere Zentrum ist dem Ring-O-Atom des Zuckers (in der Pyranose- / Furanose-Form) benachbart

· Merkhilfe für α- und β-Konfiguration: Eine β-Version ist besser (Daumen hoch / OH-Gruppe oben) als eine α-Version

· Lactole (Halbacetale / Halbketale)

· Aldehyde und Ketone mit mindestens 2 OH-Gruppen

· Zucker mit Aldehydgruppe

· in Lösung Ringstruktur (Pyranoseform mit chiralem C₁-Atom)

· wichtige Aldosen im menschlichen Stoffwechsel:

  · D-Glycerinaldehyd

  · D-Ribose

  · D-Glucose

  · D-Mannose

  · D-Galactose

· Zucker mit Keto-Gruppe

· in Lösung Ringstruktur (Furanoseform mit chiralem C₂-Atom)

· wichtige Ketosen im menschlichen Stoffwechsel

  · Dihydroxyaceton

  · D-Ribulose

  · D-Fructose

Merkhilfe: C₃ wie Glycerin

Merkhilfe: Drei Ribbons, die nach unten hängen (alle OH-Gruppen sind auf der gleichen Seite)

Merkhilfe: Das dritte "C-Atom" nimmts gemütlich, lehnt sich zurück (Glu-cosy)

Merkhilfe: Gürtel des Mannes trennt L- und D-Konfiguration

Merkhilfe: OH-Verbindungslinie ist gekrümmt wie eine Galaxie

Merkhilfe: Aceton mit zwei OH-Gruppen

Merkhilfe: wie bei D-Ribose (Ribbons hängen nach unten)

Merkhilfe: wie bei D-Glucose (drittes C-Atom ist "cosy")

· Reaktionsprodukt der Aldehyd- bzw. Keto-Gruppe eines Zucker mit einer OH-Gruppe eines anderen Zuckers

  → O-glykosidische Bindung

→ so entstehen Disaccharide / Oligosaccharide / Polysaccharide (>10 Monosaccharideinheiten)

· Saccharose ("Zucker" der Nahrung / Fructose + Glucose)

· Lactose ("Milchzucker" / Galactose + Glucose)

· Maltose (entsteht im Darm aus Abbau der Stärke)

· Zucker, deren anomeres C-Atom nicht an einer glykosidischen Bindung beteiligt ist

  → liegen zu einem kleinen Anteil in geöffneter Form vor und können so milde Oxidationsmittel reduzieren

· Beispiele: Lactose / Maltose

· Bild: chemische Nachweisreaktion für reduzierende Zucker

· Homoglykane aus Glucose

· wichtigste Reserveglykane:

  · Stärke (in Pflanzenzellen)

  · Glykogen (in tierischen Zellen)

  · Dextran (in Pilzen und Bakterien / "Molekularsieb")
  · Inulin (in Pflanzen / Polyfructosan / Verwendung für Bestimmung des ECR-Volumen und Nierenfunktionstest)

· Glykogen ist ein riesiges, verzweigtes Glykan aus Glucoseeinheiten

  ^{(weil für den osmotischen Druck nur die Teilchenzahl und nicht die Teilchengrösse relevant ist,}

  ^{kann viel Energie in einer Zelle gespeichert werden, ohne dass der osmotische Druck stark ansteigt)}

  →  durch die grosse Verzweigung kann an mehreren Orten gleichzeitig enzymatisch Glucose abgebaut werden

· ~6000kJ (60-70% des Tagesbedarfs) ist in der Leber und in den Muskeln gespeichert (im Blut nur ca. 4,5g / 90kJ)