Zellbiologie

Prokaryoten-archaea: Einzellig

Prokayoten-bacteria  :  Einzellig

Eukaryoten: ein oder mehrzellig, komplexer aufgebaut

• Cytoplasma - metabolische Stoffwechselwege, Ribosomen(proteinsynthese), intrazelluläre Bewegung
• nucleus - DNA Replikation, Transkription,         RNA prozessierung
• endoplasmatisches Reticulum(ER) - Sythese von Membranen, Export von Lysosomenproteinen, Lipidsynthese, Calciumspeicher
• Golgi Apperat - Modifizieren, Sortieren und Verpacken von Proteinen und Lipiden für die Sekretion oder den Transport zu anderen Organellen
• Lysosomen - Intrazelluläre Verdauung
• Endosomen - Sortieren des endocytrierten Materials
• Vakuolen - intrazelluläre Verdauung, Speicherung, Deponie, Tugor
• Mitochondrien - Atmung, beta Oxidation, Citratzyklus
• Plastiden - Photosynthese, Lipidsynthese, Speicherung(Stärke, Pigmente)
• Microbodies( Peroxisomen, Glykosomen, Glyoxisomen) - Spezialaufgaben(oxidation toxischer Verbindungen, Glyoxilatzyklus 

1. Zell-Zell-Erkennung mittels Bestimmter Oberflächenmoleküle und Kontakt (Zell-Zell-Kontakt oder zu extrazellulärer Matrix)
2. Kommunikation: Aufnahme und Übersetzung von Signalen
3. Stoffaufnahme und -abgabe
4. Schutz und Stabilität

• Polymere(Polynucleotide) aus einfachen Monomeren(Nucleotiden)
• DNA (Desoxyribonuleinsäure) und RNA (Ribonucleinsäure)
• Speicher und Überträger der genetischen Information
• dienen auch als Strukturelemente
• können enzymatische Funktionen haben

• Basenpaarung zwischen komplementären DNA-Strängen
• bewirkt Ausbildung einer rechtsgängigen Doppelhelix(BAsen nach innen gerichtet)
• beruht auf Wasserstoffbrückenbindungen zwischen eier Purinbase(A,G) und einer Pyrimidinbase(T,C)
• 2 Bindungen zwischen Adenin (Purin) und Thymin( Pyrimidin) bzw. Uracil(RNA)
• 3 Bindungen zwischen Guanin(Purin) und Cytosin(Pyrimidin)
• Chargaff-Regel: Mengenverhältnis von A zu T und G zu C = 1

• Verschlusskontakt: Abdichung gg. Aussenmedium
• Haftkontakt: mechanischer Zusammenhalt zw. Zellen
• Kommunikationskontakt: direkte Verbindung zw. Zellen

• Kreuzförmige DNA-Struktur: 
• entsteht durch basenpaarungen zw. koplementären DNA-Strängen
• in entspannter DNA energetisch ungünstigste Konformation
• inverted repeats:
• identische Basensequenzen, die in einiger Entfernung voneinander und in umgekehrter Orientierung zueinander in einem DNA-Doppelstrang auftreten
• Palindrom:
• identische Basensequenzen, die in umgekehrter Orientierung zueinander sehr nahe hintereinander in einem DNA-Doppelstrang auftreten
• Basenpaare bilden eine Kreuzspiegelsymetrische Anordnung bzw. sind zueinander komplementär
• Topoisomerasen:
• Enzyme die für die Bildung von topoisomerer Formen verantwortlich sind(z.B. Bildung von superhelikaler Konformationen)
•  

• VErdoppelung der DNA durch Erzeugung identischer Kopien
• erfolgt semikonservativ, semidiskontinuierlich und Simultan
• komplementäre Basenpaarungen müssen fehlerfrei erfolgen
• Enzyme arbeiten nur in eine Richtung entlang der Matrix und können Strang nur verlängern, nicht neu beginnen
• Stränge der DNA-Doppelhelix verlaufen antiparallel( entgegengesetzt der Leserichtung)
• entsprechend unterschiedliche Tochterstränge
• Replikation muss mit anderen Prozessen abgestimmt sein

• dispersives Modell:
• neue Doppelhelix entsteht aus zufälliger Abfolge von Eltern- und Tochterfragmenten
• Konservatives Modell:
• elterliche Helix bleibt unverändert erhalten und neue Helix wird vollkommen neu synthetisiert
• Semikonservatives Modell:
• Auftrennung des elterlichen DNA-Strangs in Zwei Matrizenstränge
• zu jedem Synthese eines komplementären Stranges
• replizierte DNA-Doppelstrang besteht aus jeweils einem Eltern- und einem Tochterstrang

• lesen nur in 3' -> 5' Richtung ab , desshalb ist nur bei Vorwärtssträngen eine kontinuierliche Verlängerung möglich ; Rückwärtsstrang wird diskontinuierlich aus Fragmenten sythetisiert (Polymerase benötigt Primer mit freiem 3'-OH-Ende)

• DNA-Sythese am RNA-Primer durch DNA-Polymerasen
• Verlängerung durch anknüpfen passender Nucleotide
• gleichzeitige und gleichgerichtete Synthese von Leit- und Folgestrang, wenn Rückwärtsstrang eine Schleife um Proteinkomplex bildet(Anpassung der Leserichtung)
• RNA-Primer-Abbau durch 5' - 3' Exonuclease und Auffüllen mit DNA-Nucleotiden
• Postsynthetisches Entfernen von Fehlpaarungen durch 3'-Exonucleasen(=Proofreading)
• Verknüpfung der Okazaki-Fragmente durch DNA-Ligasen

• Verantwortlich für Entwindung der DNA-Doppelhelix
• Öffnet Wasserstoffbrückenbindungen unter ATP-Verbrauch
• treibt Replikationsgabel voran
• abeitet in 3'-> 5' wie auch zu 5'->3' Richtung
• Einzelstrangbindende Proteine:
• stabilisieren einzelstängige DNA
• bei Prokaryoten: SSB = Single strand binding protein
• bei Eukaryoten: RPA = replication protein A

• Verändern Verdrillung der DNA über ihre Windungszahl (Durch brechen des Moleküls)
• haben Nuclease- und Ligasefunktionen
• bewirken Entspannung oder Supercoiling:
• Typ I: Einzelstrangbruch, Windungszahl +1 oder -1
• Typ II: Doppelstrangbruch, Windungszahl +2 oder -2 
• bei Prokaryoten und Eukaryoten
• Gyrase: Topoisomerase II von E.coli

Primasen:

• - an DNA-Synthese beteiligt (als Replikasen)
• - an DNA-Reparatur beteiligt    
•  - können nur vorhandene DNA- oder RNA-Moleküle verlängern  
•  -Synthese nur in 5'-> 3' Richtung
•   - arbeiten als Dimer                                                  - werden über Hilfsproteine an DNA "geklammert"          

- DNA-Polymerasen für die Replikationselongation

- 5'-> 3' Polymerase: polymerisiert DNA                                 - 3' -> 5' Exonuclease: beseitigt falsch gepaarte Nucleotide (Proofreading)                                                         - 5' -> 3' Exonuclease: entfernt Primer

- verknüpfen Ogazaki-Fragmente des Folgestrangs             - katalysieren Phosphordiesterbindung                                 - schliessen Einzelstrangbrüche                                             - Prokaryoten mit co-Faktor: NAD                                             - Eukaryoten mit co- Faktoren: ATP  

- funktionell: reverse Transkription                         - strukturell: Ribonucleoprotein                               - synthetisieren Wiederholungssequenzen am Telomer                                                                                     - verhindern so DNA-Verlust                                   - enthalten als Matrize komplementäre RNA-   Sequenz -Vorkommen: nur in dauerhaft teilungsfähigen eukaryotischen Zellen

• Operon: Funktionseinheit mehrerer Strukturgene, die für mehrere Proteine eines Stoffwechselweges codieren
• mit gemeinsamer Promotor/Operator-Region    -> gemeinsame Regulation
• Operator: Bindung von Repressorproteinen
• Operon wird als gesamte Einheit in eine Polycistronische mRNA transcribiert
• Unterscheidung von induzierbaren und reprimierbaren Operons
• Gegensatz: einzeln liegende Gene, die in monocistronische mRNA transcribiert werden.

• Untereinheiten der RNA-Polymerase:
• bilden zusammen mit Core-Enzym das Holoenzym
• erkennen Promotorsequenzen: verantwortlich für stabile Bindung der RNA-Polymerase
• Regulation der Erkennung:
• durch Sequenzspezifizität der Sigmafaktoren
• durch verhindern der Bindung an die DNA mittels Anti- Sigmafaktoren (neben generellen noch alternative Sigmafaktoren)

• aus 5 Untereinheiten bestehend
• genereller Sigmafaktor : bei E.coli, sigma 70
• gebildet während Vegetativer Wachstumsphase
• auch housekeeping- Sigmafaktor
• erkennt Promotor mit typischen Sequenzen: Startpunkt, 2 Konsensussequenzen: - 10- und 35-Region

• Nucleotidsequenzen, deren einzelnen Basenpaare in der Mehrheit aller untersuchten Sequenzen ähnlicher Funktion an einer bestimmten Position vorkommen
• dienen als Erkennungssignale für Proteine und Nucleinsäuren alternative Sigmafaktoren 
• gebildet als Antwort auf Umweltreize (z:B. Hitzeschock), aufgrund einer Infektion oder bestimmter Differenzierungsprozesse erkennen andere Promotoren