Zellbiologie
Zytologie, Zellkultur, DNA-/RNA- Regulation, Transkription (spleißen), Regulation
Zytologie, Zellkultur, DNA-/RNA- Regulation, Transkription (spleißen), Regulation
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Cartes-fiches
Zellorganisationen im Vergleich:
Prokaryoten Eukaryoten
(archaea bacteria)
Zusammesetzung der Cytoplasmamembran.
Prokaryoten - Archaea : etherlipide
Prokaryot en- Bacteria: esterlipide, Hopanoide
Eukaryoten: Esterlipide , Sterole
Zellorganisationen im Vergleich:
Prokaryoten Eukaryoten
(archaea bacteria)
Beschreibung der Organisationsform.
Prokaryoten-archaea: Einzellig
Prokayoten-bacteria : Einzellig
Eukaryoten: ein oder mehrzellig, komplexer aufgebaut
Kompartimente und ihre wichtigsten Funktionen
- 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
Aufgaben der Zell-Oberfläche
- Zell-Zell-Erkennung mittels Bestimmter Oberflächenmoleküle und Kontakt (Zell-Zell-Kontakt oder zu extrazellulärer Matrix)
- Kommunikation: Aufnahme und Übersetzung von Signalen
- Stoffaufnahme und -abgabe
- Schutz und Stabilität
Nukleinsäuren Allgemein
- 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
Watson-Crick-Basenpaarung
- 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
Haupttypen von Zell-Zell-Kontakten
- Verschlusskontakt: Abdichung gg. Aussenmedium
- Haftkontakt: mechanischer Zusammenhalt zw. Zellen
- Kommunikationskontakt: direkte Verbindung zw. Zellen
DNA-Strukturen
- 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)
DNA-Replikation
- 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
Modelle für DNA-Replikation
- 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
DNA-Polymerasen
- 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)
Replikationselogation
- 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
DNA-Helicase
- 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
DNA- Topoisomerasen
- 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
DNA-Replikation (Allg.)
Primasen:
Primasen:
- RNA-Polymerasen - synthetisieren Primer an DNA-MatrizeDNA-Replikation (Allg.)
DNA-Polymerasen:
- - 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-Replikation (Allg.)
DNA-Replikasen:
- DNA-Polymerasen für die Replikationselongation
DNA-Replikation (Allg.)
DNA-Polymerasen-aktivitäten:
- 5'-> 3' Polymerase: polymerisiert DNA - 3' -> 5' Exonuclease: beseitigt falsch gepaarte Nucleotide (Proofreading) - 5' -> 3' Exonuclease: entfernt Primer
DNA-Replikation (Allg.)
DNA-Ligasen:
- verknüpfen Ogazaki-Fragmente des Folgestrangs - katalysieren Phosphordiesterbindung - schliessen Einzelstrangbrüche - Prokaryoten mit co-Faktor: NAD - Eukaryoten mit co- Faktoren: ATP
DNA-Replikation (Allg.)
Telomerasen
- 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
Transkriptionsregulation: Operon
- 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.
Transkriptionsregulation: Sigmafaktoren
- 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)
Transkriptionsregulation: RNA-Polymerase von E.coli
- 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
Transkriptionsregulation: Konsensussequenzen
- 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