Molekulare Zellbiologie II (Zytologie)

Molekulare Zellbiologie für 2. Semester Medizin UZH

Molekulare Zellbiologie für 2. Semester Medizin UZH


F. M.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die molekulare Zellbiologie auf Universitätsniveau, mit Fokus auf Proteine, Membranen und Vesikelverkehr. Sie decken Themen wie Endozytose, Exozytose, den sekretorischen Weg und die Rolle des Golgi-Apparats ab. Besonders behandelt werden Prozesse wie die Aufnahme und Abgabe von Vesikeln, die Funktion von Rezeptoren und die Modifikation von Proteinen. Ideal für Studierende der Medizin, die sich auf Zytologie spezialisieren möchten.
Flashcards
58
Students
4
Language
German
Category
Medical
Level
University
Created / Updated
19.03.2016 / 01.06.2018

Cartes-fiches

Lernziele "Zellmorphologie"

Auflösung von Auge - LM - EM

· \(^{\space \mathrm{Auge}}_{0.2 \space mm} \space \xrightarrow{\mathrm{x} \space 1000} \space ^{\space \space \space \mathrm{LM}}_{200 \space nm} \space \xrightarrow{\mathrm{x} \space 1000} \space ^{\space \space \space \mathrm{EM}}_{0.2 \space nm} \)

 

· sichtbar im LM: Pflanzenzelle > Tierzelle > Bakterium

· sichtbar im EM: Virus > Ribosom > globuläres Protein > kleines Molekül (> Atom)

Vergrösserung vs Auflösung

· Vergrösserung: um wieviel ein Bild vergrössert wurde

· Auflösung: Mass, wie gut kleinste Details eines Bildes unterschieden werden können

· Solange die Auflösung eines Bildes begrenzt ist, gibt eine Vergrösserung des Bildes keine neue Information

maximale Auflösung des LM

· Objekte, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge des sichtbaren Lichts, sind nicht sichbar im LM

· praktisch ist die Auflösung auch durch die Linsenqualität limitiert

→ mit dem LM sind keine Objekte < 200nm sichtbar

maximale Auflösung des EM

· Objekte, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge der Elektronen, sind nicht sichbar im EM

· Elektronen haben eine 1000x kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht

→ mit dem EM sind keine Objekte < 0.2 nm sichtbar

Elemente des Lichtmikroskops

· helle Lichtquelle, die mit einer Sammellinse auf die Probe gebündelt wird

· sehr dünne Probe, die lichtdurchlässig ist

· Optik um das Bild auf das Auge zu fokussieren

Herstellung einer Probe

· Gewebe entnehmen → fixieren → dehydrieren → clearing → in Paraffin einschliessen → zerschneiden → einfärben

· Fixation: alle biochemischen Reaktionen stoppen / Probe vor Zerfall schützen / normalerweise mit Aldehyden

· Dehydratation: Alkoholbäder um Wasser zu entziehen

· Clearing: Xylolbad um Alkohol zu entfernen

· Einbettung in Paraffin: Härten des Gewebes / ermöglicht die Probe in dünne Scheibe zu zerschneiden

· Zerschneidung: mittels Microtom / 2 - 10 µm für LM / 40 - 100 nm für EM

· Einfärbung: Rehydratation in verdünnten Alkoholbädern / Zugeben von Färblösungen

Immunfärbung

· erste Antikörper binden an Mikrotubuli

· zweite Antikörper, die mit Fluoreszenzfarbstoff verbunden sind, können an erste Antikörper binden

Fluoreszenzmikroskop

· Filter vor der Probe lässt nur die Wellenlänge durch, die den Fluoreszenzfarbstoff anregt

· Filter vor dem Okular lässt nur die Wellenlänge durch, die vom Fluoreszenzfarbtoff emittiert wird

Konfokalmikroskop

· eine Lochblende ermöglicht das Verschieben der Fokusebene

Elektronenmikroskop

· im Bild ist der Vergleich vom LM zum EM zu sehen

· die Schnittdicke der Probe im EM beträgt 40 - 100nm ≈ 1000 Schnitte / Zelle

Rasterelektronenmikroskop

· Scanning Electron Microscope (SEM)

· Vorgehen: Probe mit Schwermetall beschichten → mit Kohlenstoff beschichten → mit Säure Probe wegätzen

Gefrierbruch

· Probe wird eingefroren und danach gespalten

· es gibt mehrere mögliche Gefrierbrüche:

  · konvexer Bruch

  · konkaver Bruch

  · Querbruch

Definition der Zelle

· Eine Zelle ist die strukturelle, funktionelle und biologische Grundeinheit aller bekannten lebenden Organismen

· automone Grundeinheit mit Selbstreplikationsmöglichkeit / es gibt Einzeller und mehrzellige Organismen

Prokaryoten vs Eukaryoten

· sphärische, stabförmige oder spirale Form    /   viele verschiedene Formen

· klein (wenige µm lang)    /    grösser als Prokaryoten

· ein Kompartiment mit Cytoplasma und DNA    /    Cytoplasma mit Zellkern und Zellorganellen

· Zellwand um die Plasmamembran    /    weiter entwickelt als Prokaryoten

Grössenvergleich von Zellen / Bakterien / Viren

Zelle            ~    Haus

Bakterium    ~    Velo

Virus            ~    Maus

Zellmembran

· besteht aus einer 5nm (6-10nm) dicken Lipiddoppelschicht (enthält Proteine)

· bildet Barriere zwischen Cytoplasma und Extrazellulärraum

· Prokaryoten besitzen im Gegensatz zu den Eukaryoten nur eine Plasmamembran (Zellmembran)

· Lipide werden immer von der Cytosol-Seite in die Membran eingefügt

    → Flippasen transferieren Lipide auf die andere Seite der Lipiddoppelschicht

Arten von Membranproteinen

· Transportproteine (Stofftransport zwischen Cytoplasma und ECR)

· Ankerproteine (mit Zytoskelett verbunden / wichtig für die Zellform)

· Rezeptorproteine (Bindung von extrazellulären Botenstoffen erzeugt intrazelluläres Signal)

· Enzyme (katalysieren Produktion von intrazellulären Molekülen aufgrund von spezifischen Signalen)

Glykokalyx

· fusselige Schicht auf der Aussenseite der Zelle

· besteht aus hydrophilen Polysacchariden, die an Lipide oder Proteine gebunden sind

· beteiligt an der Interzellulären Erkennung / Kommunikation / Zelladhäsion

Einfluss von Alkohol auf die Zellmembran

· die Fluidität der Lipiddoppelschicht wird durch Alkohol erhöht

  → es werden Cholesterin-Moleküle eingebaut, damit die Fluidität konstant bleibt

  → damit die Membran weiterhin funktioniert und nicht steif wird, muss regelmässige Alkohol konsumiert werden

Cytoskelett

· komplexes Netzwerk aus Proteinfilamenten

· beeinflusst Form und Bewegung der Zelle / Anordnung der Zellorganellen

· Intermediärfilamente / Aktinfilamente (Mikrofilamente) / Microtubuli

Intermediärfilamente

· Durchmesser: 10nm

· Form: seilartige Fasern / aus Tetrameren aufgebaut

· Lage: durchspannen das Cytoplasma von einer Zell-Verbindung zur anderen

· mechanische Eigenschaften: fibrös / Scherkraft-resistent

· Funktion: machen Zellen resistent gegen mechanische Belastung

· Weiteres: besitzen keine Polarität / binden keine Nukleotide

 

· Pathologie: Schmetterlingskinder (Epidermolysis bullosa / die Zellen haften nicht mehr aneinander)

Aktinfilamente (Mikrofilamente)

· Durchmesser: 7-9nm

· Form: doppelsträngige / helikale Polymere (aus globulären Aktin-Monomeren)

· Lage: an der Zellperipherie konzentriert

· Funktion: sind hauptsächlich an der Zellbewegung beteiligt

· Weiteres: besitzen Polarität / binden ATP und ADP

Mikrotubuli

· Durchmesser: 25nm

· Form: Hohlzylinder aus 13 Protofilamenten / aus α- und β-tubulin Heterodimeren aufgebaut

· Lage: sind meistens mit dem (-)-Ende am Zentrosom befestigt

· Funktion: ermöglichen die intrazelluläre Organisation

· Weiteres: besitzen Polarität / binden GTP und GDP

 

· Pathologie: Alzheimer (Bindung von Tau in NeuroFibrillaryTangles destabilisiert Mikrotubuli)

Zellkern

· Form und Grösse variiert je nach Zellart

· Aufbau: Kernhülle (Lipiddoppelschicht) mit Kernporen / Nucleolus / Chromatin

   · Kernhülle: äussere Membran geht ins ER über / innere Membran ist mit einer Lamina bedeckt

   · Kernporen: Proteinkomplex mit ~100 Proteinen / 3000-4000 Poren pro Kern / aktiver und passiver Transport

   · Nucleolus: 1-2 Nucleoli pro Zellkern / Ort der Ribosomsynthese / gut sichtbar in Zellen mit hoher Synth.-aktivität

   · Chromatin: DNA + RNA + Proteine (Histone + nicht-Histone)

Membrantransport (Zellkern)

· passiver Transport (für Moleküle < 9nm / 60 kDa)

· aktiver Transport

Chromatin

· DNA + RNA + Proteine (Histone + nicht-Histone)

  · Histone: Beinflussen die 3D-Struktur der DNA

  · nicht-Histone: Proteine für die Replikation, Reparation und Transkription der DNA

· Euchromatin: aktives Chromatin (im EM hell)

· Heterochromatin: inaktives Chromatin (im EM dunkel)

Ribosom

· Protein-Synthese-Komplex

 

· Aufbau: besteht aus ~80 Proteinen und 4 rRNAs

   · grosse Untereinheit: ~49 Proteine und 3 rRNAs

   · kleine Untereinheit: ~33 Proteine und 1 rRNA

 

· Arten von Ribosomen:

  · frei im Zytoplasma (cytosolische Proteinsynthese)

  · an die ER-Membran / Zellkern gebunden (Membransynthese / Sekret-Protein-Synthese)

Endoplasmatisches Retikulum

· enthält 50% der gesamten Zellmembranen

· besteht aus zwei separaten Membrannetzwerken:

  · plattes rauhes ER (Produktion / Faltung / Qualitätskontrolle von Proteinen) mit Ribosomen

  · röhrenartiges glattes ER (Produktion von Lipiden (Fett) und Steroidhormone / Entgiftung) ohne Ribosomen

Golgi-Apparat

· befindet sich in der Nähe des ER

· erhält Proteine und Lipide vom ER und modifiziert / sortiert / konzentriert diese und verpackt sie in Vesikel

· konvexe cis - Seite ist dem rER zugewandt

· trans - Seite ist konkav

 

· Einfärbung:

  · cis - Seite: Osmiumtetroxid

  · trans - Seite: Dinucleotide Polyphosphate

  · zentrales Netzwerk: saure Phosphatase

Lysosom

· mit hydrolytischen Enzymen* gefüllte Vesikel (ø 0.5µm), die Zellkomponenten und extrazelluläre Materialen abbauen

· Digestion (Verdauung) findet unter sauren Bedingungen (pH ~5) statt

· Enzyme sind stark glykosyliert → Schutz vor Denaturierung

· zwei Arten: konventionelle Lysosomen (ubiquitär) / sekretorische Lysosomen (in T-Lymphozyten)

 

* Phosphatasen / Nucleasen / Proteasen / Kollagenasen / Esterasen (für Fette) / Glycosidase / ... (~40 Typen)

  → werden im ER produziert und im Golgi-Apparat modifiziert

Mitochondrium

· Energie produzierendes, wurmartiges Zellorganell (0.5 x 1 µm)

· besteht aus 4 Kompartimenten:

  · Matrix: enthält Proteine, mitochondriale DNA und Enzyme

  · innere Membran: gefaltet (bildet Cristae) / enthält Enzyme für ATP-Synthese

  · äussere Membran: die vielen Porine erlauben Permeabilität für Moleküle < 5000 Da

  · Intermembranraum: Ort der H+ - Anreicherung für die ATP-Synthese / enthält Cytochrom C + Adenylat-Kinase

· können sich innert 6 Sekunden teilen oder miteinander verschmelzen

· zeigen viele Ähnlichkeiten mit Bakterien

· der Mensch besitzt nur mtDNA der Mutter (wichtig in der forensischen Medizin)

· mtDNA enthält nur 37 Gene (Genom eines Bakteriums enthält ~1000 Gene)

  · 13 Gene für Proteine / 22 für tRNA / 2 für rRNA

Peroxisom

· baut mit Hilfe von Enzymen Wasserstoffperoxid zu Wasser ab

Volumen und Anzahl von Zellorganellen in einer Zelle

s. Bild

Lernziele "Proteinsortierung"

Proteinsortierung

· die Destination von synthetisierten Proteinen hängt von der AS-Sequenz ab

  → Signalsequenzen weisen Proteine dem Nucleus, den Organellen oder dem ER zu

  → Proteine ohne Signalsequenzen bleiben im Zytosol

 

· Auswahl von Signalsequenzen:

  · Blöcke aus neutralen AS (durch saure AS getrennt) am N-Terminus → Mitochondrium-Import

  · Block aus hydrophoben AS am N-Terminus → ER-Import

  · Block aus sauren AS → Zellkern-Import

  · -Ser-Lys-Leu- → Peroxisom-Import

  · -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- → Retention im ER-Lumen ("KDEL-Sequenz")

Proteinsortierung (zytosolische Proteine)

· ohne Signalsequenz

· Lokalisation im Zytoplasma ist abhängig von Interaktionen / posttranslationalen Modifikationen*

 

* postranslationale Modifikationen (Beispiele):

   · Prenylierung (Addition eines hydrophoben Moleküls / erleichtert Bindung an Zellmembranen)

   · Acylierung von Fettsäuren (Addition von Fettsäuren an bestimmte Aminosäuren)

   → Proteine können als Membranproteine fungieren

Proteinsortierung (mitochondriale Proteine)

· mitochondriale Signal-Sequenz

· Ablauf des Proteinimports:

  · Sekundärstruktur des Proteins wird durch Hitzeschockprotein (Hsc70 / ähnlich wie Chaperone) geschützt

    → Proteine werden ungefaltet importiert

  · Importrezeptor bindet an Importpore (Tom 40 / Translocase of the Outer Mitochondrial membrane)

  · Importpore bindet an Pore der inneren Membran (Tim 23 / Translocase of the Inner Mitochondrial membrane)

  · Protein (ohne cytosolisches Hsc70) wird importiert und mit Hsc70 der mitochondrialen Matrix geschützt

  · Signal-Sequenz wird abgeschnitten

 

Proteinsortierung (peroxisomale Proteine)

· peroxisomale Signal-Sequenz

· Ablauf des Proteinimports:

  · Protein bindet an cytosolischen Rezeptor (→ Unterschied zum mitochondrialen Import)

  · Rezeptor bindet mit Protein an ein peroxisomales Membranprotein

  · Protein wird über ein Translokationskomplex in das Peroxisom eingeschleust

 

→ bei einer Fehlfunktion kommt es zum "Zellweger Syndrom" → Fettsäuren werden nicht mehr abgebaut

  → Multi-Organ-Versagen

Proteinsortierung (nukleäre Proteine)

· nukleäre Signal-Sequenz

· Ablauf des Proteinimports:

  1.  Protein bindet an Rezeptor

  2.  aktiver Transport von Protein + Rezeptor durch die Kernporen

  3.  Ran-GTP bindet an Rezeptor → Protein dissoziiert vom Rezeptor

  4.  Rezeptor-GTP-Komplex verlässt Zellkern

  5.  GTP wird hydrolisiert und GDP dissoziiert vom Rezeptor

Étudier