Zellbiologie der Eukaryoten
Prüfungsvorbereitung
Prüfungsvorbereitung
Was ist eine präsynaptische und was eine postsynaptische Zelle?
prä: jene, die die Botschaft absendet
post: jene, die die Botschaft empfängt
Wie erfolgt die Umwandlung eines chemischen Signals in ein elektrisches?
Neurotransmitter befinden sich in einem Vesikel. Durch einen Reiz öffnet sich der Calciumkanal und Calciumionen strömen ein, wodurch das Vesikel mit der Membran verschmilzt und die Neurotransmitter freigesetzt werden. Die Neurotransmitter binden an den Rezeptor der postsynaptischen Zelle, der Ionenkanal der posts. Zelle öffnet sich, Ionen strömen ein und das Membranpotential ändert sich (elektrisches Signal)
Was sind Neurotransmitter?
kleine Moleküle (zB Acetylcholin, GABA, Serotonin,...)
binden an Ionenkanäle der Zielzelle (Rezeptoren der Neurotransmitter): Ionenkanäle der Zielzellen sind ligandenregulierte Na+ oder Cl- Ionenekanäle
wirken erregend (=lösen Aktionspotential aus) oder hemmend (verhindern Aktionspotential)
werden rasch wieder abgebaut
viele Psychopharmaka modulieren die Wirkung von Neurotransmittern
Welche Typen von Neurotransmittern gibt es? Gib Beispiele an.
erregend: Acetylcholin, Glutamat
hemmend: GABA (Barbiturate und Beruhigungsmittel binden an GABA, regulierte Rezeptoren erhöhen die hemmende Wirkung von GABA), Glycin
Was ist Acetylcholin?
Neurotransmitter der Wirbeltier-Motoneuronen und einiger neuronaler Bahnen im Gehirn.
Wird in der Synapse von Acetylcholinesterase gespalten.
Wirkt an verschiedenen Rezeptoren
Manche dieser Rezeptoren werden auch durch Nikotin stimuliert, dh nikotinische Acetylcholinrezeptoren. Nikotinwirkung wird durch sie vermittelt. Andere Acetylcholinrezeptoren werden durch Pilzgift Muskarin stimuliert -> muskarinische Acetylcholinrezeptoren
Was ist Glutamat?
L-Glutamat: wichtigster erregender Neurotransmitter im ZNS der Wirbeltiere
synaptisch freigesetzt und bindet an spezifische Glutamat-Rezeptoren
Unterscheidung zwischen ionotrope und metabotrope Glutamatrezeptoren
Ionotrop: bestehen aus membranständigen Proteinuntereinheiten, die extrazelluläre Bindungsdomänen für ihre Liganden besitzen und einen Ionenkanal bilden.
Metabotrop: G-Protein-gekoppelter Rezeptor, leiten Signale über GTP- bindende Proteine ins Zellinnere weiter
Was ist GABA?
g-Amino-Buttersäure
wichtigster inhibitorischer Neurotransmitter im ZNS
GABA a Rezeptor ist ein ligandengesteuerter Chloridionenkanal (ionotrop), der sich öffnet und ein inhibitorisches Signal auslöst sobald GABA an ihn bindet
Dieser Rezeptor gehört zu den g-Protein-gekoppelten Rezeptoren (metabotrop), vermittelt eine erhöhte Öffnungswahrscheinlichkeit von Kaliumkanälen
GABA c Rezeptor ist ein ionotroper Rezeptor
Was ist Glycin?
inhibitorischer Neurotransmitter im ZNS
bindet an spezifische Rezeptoren (GlyR)
gehört wie GABA a und nikotinischer Acetylcholinrezeptor zur Klasse der liganden-gesteuerten Ionenkanäle (ionotroper Rezeptor)
Was sind Kompartimente und woru dienen sie?
Kompartimente= Organellen
von Einfach- oder Doppelmembran begrenzt
dienen räumlicher Trennung verschiedener Prozesse (störende Wechselwirkungen sollen vermieden werden)
Warum erfolgt ein Proteintransport in Organellen?
fast alle Proteine werden im Cytosol hergestellt
Organellen vermehren sich durch Vergrößerung und Teilung, um zu wachsen müssen Proteine nachgeliefert werden
Proteine werden zur Modifikation bzw zur Sekretion in Organellen transportiert
einige Enzyme kommen nur in bestimmten Organellen vor
Gib einen Überblick über den Transport zwischen den Zellorganellen
Welche Transportmechanismen gibt es und wo erfolgen sie?
durch Poren: Transport durch Kernporen
durch Membranen: in Chloroplasten Mitos, ER, Peroxisomen
über Vesikel: in/vom Golgi Apparat, Plasamembran, Endosome, Lysosome
Wie sind Kernporen aufgebaut?
durchdringen die Doppelmembran des Kerns
3000-4000 Poren in tier. Zellen
bestehen aus großem Proteinkomplex, ca 50 Proteine (Nukleoporine)
oktagonale Symmetrie
enthalten einen/mehrere Transportkanäle
Wo und wie erfolgt der Kerntransport?
durch den Kanal/die Kanäle der Poren
Proteine und Protein/RNA Komplexe: Proteine mit Mr<60 000 können frei diffundieren, größere werden aktiv transportiert
sowohl Import als auch Export möglich: manche Proteine werden cyclisch importiert und exportiert "nuclear shuttle protein"
Proteine enthalten ein Import- (NLS) bzw. Exportsignal (NES)
Was ist das Importsignal?
nuclear-localisation-signal (NLS)
von vielen Proteinen bereits ermittelt
häufig kurze Sequenz, reich an basischen AS
kann an irgendeiner Stelle der Primäsequenz im Protein sein, muss aber an der Oberfläche liegen
Was ist ein Exportsignal?
nuclear-export signal (NES)
bei wesentlich weniger Proteinen charakterisiert als Imports.
enthält häufig Leucine; eher hydrophob
Erkläre den Transportmechanismus
Import und Export im Prinzip gleicher Mechanismus aber in entgegengesetzte Richtung
verläuft über Import- und Exportrezeptoren "Karyopherine"
Rezeptoren binden an NLS oder NES des zu transportierenden Proteins "Cargo" und an Nucleoporine
Transportenergie aus Hydrolyso von GTP
Welche Moleküle werden importiert?
Histone, DNA und RNA Polymerasen, Transkriptionsfaktoren, ribosomale Proteine, Spleißfaktoren, snRNPs
Welche Moleküle werden exportiert?
ribosomale Untereinheiten, snRNA, tRNA, mRNA als “hnRNP-Partikel” (hnRNPs = heterogenounuclear ribonucleoproteins)
Was passiert mit der Kernmembran wenn sich die Zelle teilt?
Sie löst sich auf.
Aufbau eines Peptids/ Proteins?
Peptide haben in der Regel eine frei NH2 Gruppe und eine feie COOH- Gruppe
Richtung des Peptids wird immer vom Aminoende zum Carboxyende angegeben.
Beschreibe den Aufbau der Fettsäuren.
hydrophiler Karbonsäurekopf
hydrophober Kohlenwasserstoff "tail"
Beschreibe den Transportmechanismus von Motorproteinen an Mikrotubuli:
Motorproteine "wandern" Mikrotubuli entlang
ATP Hydrolyse bewirkt Konformationsablösung --> Ablösen des Kopfes vom Mikrotubuli --> der nächste Schritt kann gemacht werden
Bild zum besseren Verständnis:
Beschreibe die Funktionsweise des Fluoreszenzmikroskops
Aus weißem Licht aus Xenon- oder Quecksilberdampflampe wird durch Anregungsfilter für das Fluorochrom geeignete Wellenlänge herausgefiltert -> dichroischer Spiegel lässt nur Licht mit langer Wellenlänge durch, kurze WL wird reflektiert, Spielgel so wählen, dass kritische Wellenlänge zwischen Anregungs- und Emissionsmaximum des Fluorochroms liegt -> Anregungslicht wird durch das Objektiv zum Präparat gelenkt, während langwelligeres Fluoreszenzlicht (rot) Spiegel passiert und durch Okular zum Auge gelangt.
Beschreibe die Trennung der Chromatide in der Anaphase:
Chromosomen ordnen sich in Metaphasenplatte an
Verbindung Schwesterchromatide proteolitisch geteilt
Anaphase A: Chromatide werden zu Spindelpole gezogen (Mitosemikrotubuli werden durch MT Abbau verkürzt)
Anaphase B: Spindelpole rücken auseinander
Beschreibe Lipidaggregate. Welche Formen gibt es und wie bilden diese das Aggregat?
Fettsäuren haben einen hydrophilen Kopf und einen hydrophoben Schwanz und können im Wasser Oberflächenfilme oder kleine Micelle bilden.
- Triacylglyceride: bilden große runde Fetttröpfchen im Cytoplasma
- Phospholipide und Glycolipide: bilden geschlossene Lipid-Doppelschichten und sind Basis für alle Zellmembranen
Beschreibe Struktur und Funktion der Cloroplasten.
Struktur:
Doppelmembran, Thylakoide, Grana, Stoma
Funktion:
Energiegewinneun, Speicher der Chloroplasten-DNA
Beschreibe Struktur und Funktion der Mitochondrien.
Struktur:
Doppelmembran, innere Membran vielfach gefaltet (Cristae), Matrix - Innenraum, Intermembranraum
Funktion:
Energiegewinnung, Speicher der mitochondrialen DNA
Beschreibe Struktur und Funktion des Cytoskeletts.
Struktur:
Keine Membran! Aktinfilamente, Mikrotubuli,Intermediärfilamente
Funktion:
Zellbewegung und Zellform, Transportvorgänge innerhalb der Zelle, Zellteilung: koordiniert die Trennung der Chromosomen
Beschreibe Struktur und Funktion des Cytosols= Cytoplasmas
Struktur:
wässriges Gel, in das die Organellen und das Cytoskelett eingebettet sind, umschlossen von der Plasmamembran
Funktion:
Stoffabbau und -Synthese (zB. Proteinbiosynthese an den Ribosomen)
Beschrifte die Bestandteile der Membran
Beschrifte die Bestandteile des Fluoreszenzmikroskops
Beschrifte die Pfeile und bestimme die Art der Mikroskopie!
Beschrifte die Pfeile.
Wo befindet sich das "alpha"-C-Atom und welche Eigenschaften hat es?
Welche zwei Formen des Moleküls sind dargestellt?
Zwei Formen: non-ionized und ionized
Beschrifte!
Beschrifte!
Beschrifte!
Beschrifte.
Beschrifte.
Beschrifte.
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Flashcards
Welche Bedeutung hat die Natrium-Kalium-Pumpe?
Na+- Gradient wird für Transport anderer Moleküle benutzt: Symport Glukose/ Na+ aus Darm in Darmepithelzellen, Antiport: Na+/H+ Abgabe nach außen zur Konstanthaltung des pHs im Cytosol
Aufrechterhaltung des osmotischen Gleichgewichts, Na+ muss draußen bleiben, damit osm. Gleichgewicht erhalten bleibt.
Na+/K+ Gradient wird für die Weiterleitung von Aktionspotentialen in Nerven und Muskeln verwendet.
Wie wird das Membranpotential beeinflusst?
Durch Aktivität der Na+K+Pumpe entsteht kein elektrischer Ladungsunterschied zwischen Innen und Außen.
Membran der ruhenden Zelle für K+ über passive Ionenkanäle besser zugänglich als für Na+, daher diffundieren K+ Ionen wegen großem Konzentrationsunterschied von Innen nach Außen.
Diese passive Rückdiffusion führt wegen positiver Ladung zu Ladungsverzerrung bzw Potentialdifferenz wobei das Innere negativer als das Äußere wird.
Erkläre den Glukose-Na+-Symport.
aktiver Transport von Glukose gegen den Konzentrationsgradienten
Energie kommt aus elektrochemischen Na+-Gradienten
kooperative Bindung sorgt dafür, dass Glukose nur dann transportiert wird, wenn Na+ gebunden hat -> daher Glukosetransport von außen ins Cytosol häufiger als umgekehrt
Wie funktionieren Ionenkanäle?
Selektivität kommt durch Form und Größe des Kanals zustande
Öffnen und Schließen ist ein Zufallsprozess, wird aber reguliert, durch Patch-clamp-Technik messbar
Selektivität von Ionenkanälen beruht auf Größe der Ionen
Ionen sind in wässriger Lösung von Hydrathülle umgeben, Ionenkanäle transportieren Ionen ohne Hydrathülle (Beispiel K+-Kanal: Kanal simuliert Hydrathülle durch bereitstellen von Carbonylgruppen)
Wie erfolgt die Regulierung von Ionenkanälen?
die Zeit die der Kanal offen bzw. geschlossen ist wird beeinflusst.
Regulation durch Spannung (Membranpotential), Liganden und Druck
Welche Funktionen haben Ionenkanäle?
Spannungsreguliert: Membranpotential, Nervenleitung, Blattschließreaktion in Mimose
Ligandenreguliert: Nervenleitung
Druckreguliert: Wahrnehmung von Schallwellen
Was sind Ionophore?
kleine hydrophobe Moleküle, die bestimmte Ionen durch die Membran schleußen
Mobile carriers: Valinomycin (K+)
Channel-forming: Gramicidin (K+, H+, Na+)
werden von Prokaryonten synthetisiert (als biolog. Waffen)
für experimentelle Zwecke nützlich
Wie erfolgt die Nervenleitung?
Erfolgt über Neuronen
Neuronen haben die Funktion des Empfangens, Weiterleitens und Übertragens von Signalen
Signal= elektrische Potentialänderung der Plasmamembran= Aktionspotential
Woraus bestehen typische Säugerneuronen?
Beschrifte die Abbildung.
Dendriten, Zellkörper, Axon (meist 1/Neuron, 1mm-1m lang), Zielzellen: Muskelzellen, andere Neuronen
Beschrifte die Abbildung
Was ist ein Aktionspotential?
- elektrische Erregungswelle= Nervenimpuls:
lokale Änderung des Membranpotentials durch spannungsregulierte Na+ und K+ Kanäle
wird in der Regel am Zellkörper oder Dendriten gestartet
wird durch Verstärkung entlang des Axons propagiert
kann chemisch auf andere Zellen übertragen werden
Mechanismus wurde um 1940-1950 am Riesenaxon des Tintenfisches geklärt
- Aktionspotential setzt sich aus zeitlicher und örtlicher Komponente zusammen
Skizzieren Sie ein Aktionspotential (Kurve inkl. Beschriftung)
Ruhepotential von -60 - -70 mv. Schwellenspannung von -55 mV muss überwunden werden (nach dem alles-oder-nichts-Prinzip), durch den Reiz wird das Membranpotential um 20 mV verschoben -> dadurch wird der Schwellenwert erreicht. Es kommt zur Ausbildung des Aktionspotentials welches nach einer Hyperpolarisationsphase wieder das Ruhepotential erreicht.
Depolarisierung der Membran breitet sich auch auf benachbarte Membranregionen aus
Wie erfolgt die Übertragung des Signals vom Axon auf die Zielzelle?
erfogt an speziellen Kontaktstellen "Synapsen"
Plasmamembran von Axon und Zielzellen sind durch schmalen Spalt getrennt "synaptischer Spalt": elektrisches Signal kann sich nicht über diesen Spalt ausbreiten, Übertragung des Signals chemisch durch Neurotransmitter
Was ist eine Synapse?
Spezialisierte Kontaktstrukturen
chemisch (häufiger) oder elektrische Botschaftsübermittlung
Was ist eine präsynaptische und was eine postsynaptische Zelle?
prä: jene, die die Botschaft absendet
post: jene, die die Botschaft empfängt
Wie erfolgt die Umwandlung eines chemischen Signals in ein elektrisches?
Neurotransmitter befinden sich in einem Vesikel. Durch einen Reiz öffnet sich der Calciumkanal und Calciumionen strömen ein, wodurch das Vesikel mit der Membran verschmilzt und die Neurotransmitter freigesetzt werden. Die Neurotransmitter binden an den Rezeptor der postsynaptischen Zelle, der Ionenkanal der posts. Zelle öffnet sich, Ionen strömen ein und das Membranpotential ändert sich (elektrisches Signal)
Was sind Neurotransmitter?
kleine Moleküle (zB Acetylcholin, GABA, Serotonin,...)
binden an Ionenkanäle der Zielzelle (Rezeptoren der Neurotransmitter): Ionenkanäle der Zielzellen sind ligandenregulierte Na+ oder Cl- Ionenekanäle
wirken erregend (=lösen Aktionspotential aus) oder hemmend (verhindern Aktionspotential)
werden rasch wieder abgebaut
viele Psychopharmaka modulieren die Wirkung von Neurotransmittern
Welche Typen von Neurotransmittern gibt es? Gib Beispiele an.
erregend: Acetylcholin, Glutamat
hemmend: GABA (Barbiturate und Beruhigungsmittel binden an GABA, regulierte Rezeptoren erhöhen die hemmende Wirkung von GABA), Glycin
Was ist Acetylcholin?
Neurotransmitter der Wirbeltier-Motoneuronen und einiger neuronaler Bahnen im Gehirn.
Wird in der Synapse von Acetylcholinesterase gespalten.
Wirkt an verschiedenen Rezeptoren
Manche dieser Rezeptoren werden auch durch Nikotin stimuliert, dh nikotinische Acetylcholinrezeptoren. Nikotinwirkung wird durch sie vermittelt. Andere Acetylcholinrezeptoren werden durch Pilzgift Muskarin stimuliert -> muskarinische Acetylcholinrezeptoren
Was ist Glutamat?
L-Glutamat: wichtigster erregender Neurotransmitter im ZNS der Wirbeltiere
synaptisch freigesetzt und bindet an spezifische Glutamat-Rezeptoren
Unterscheidung zwischen ionotrope und metabotrope Glutamatrezeptoren
Ionotrop: bestehen aus membranständigen Proteinuntereinheiten, die extrazelluläre Bindungsdomänen für ihre Liganden besitzen und einen Ionenkanal bilden.
Metabotrop: G-Protein-gekoppelter Rezeptor, leiten Signale über GTP- bindende Proteine ins Zellinnere weiter
Was ist GABA?
g-Amino-Buttersäure
wichtigster inhibitorischer Neurotransmitter im ZNS
GABA a Rezeptor ist ein ligandengesteuerter Chloridionenkanal (ionotrop), der sich öffnet und ein inhibitorisches Signal auslöst sobald GABA an ihn bindet
Dieser Rezeptor gehört zu den g-Protein-gekoppelten Rezeptoren (metabotrop), vermittelt eine erhöhte Öffnungswahrscheinlichkeit von Kaliumkanälen
GABA c Rezeptor ist ein ionotroper Rezeptor
Was ist Glycin?
inhibitorischer Neurotransmitter im ZNS
bindet an spezifische Rezeptoren (GlyR)
gehört wie GABA a und nikotinischer Acetylcholinrezeptor zur Klasse der liganden-gesteuerten Ionenkanäle (ionotroper Rezeptor)
Was sind Kompartimente und woru dienen sie?
Kompartimente= Organellen
von Einfach- oder Doppelmembran begrenzt
dienen räumlicher Trennung verschiedener Prozesse (störende Wechselwirkungen sollen vermieden werden)
Warum erfolgt ein Proteintransport in Organellen?
fast alle Proteine werden im Cytosol hergestellt
Organellen vermehren sich durch Vergrößerung und Teilung, um zu wachsen müssen Proteine nachgeliefert werden
Proteine werden zur Modifikation bzw zur Sekretion in Organellen transportiert
einige Enzyme kommen nur in bestimmten Organellen vor
Gib einen Überblick über den Transport zwischen den Zellorganellen
Welche Transportmechanismen gibt es und wo erfolgen sie?
durch Poren: Transport durch Kernporen
durch Membranen: in Chloroplasten Mitos, ER, Peroxisomen
über Vesikel: in/vom Golgi Apparat, Plasamembran, Endosome, Lysosome
Wie sind Kernporen aufgebaut?
durchdringen die Doppelmembran des Kerns
3000-4000 Poren in tier. Zellen
bestehen aus großem Proteinkomplex, ca 50 Proteine (Nukleoporine)
oktagonale Symmetrie
enthalten einen/mehrere Transportkanäle
Wo und wie erfolgt der Kerntransport?
durch den Kanal/die Kanäle der Poren
Proteine und Protein/RNA Komplexe: Proteine mit Mr<60 000 können frei diffundieren, größere werden aktiv transportiert
sowohl Import als auch Export möglich: manche Proteine werden cyclisch importiert und exportiert "nuclear shuttle protein"
Proteine enthalten ein Import- (NLS) bzw. Exportsignal (NES)
Was ist das Importsignal?
nuclear-localisation-signal (NLS)
von vielen Proteinen bereits ermittelt
häufig kurze Sequenz, reich an basischen AS
kann an irgendeiner Stelle der Primäsequenz im Protein sein, muss aber an der Oberfläche liegen
Was ist ein Exportsignal?
nuclear-export signal (NES)
bei wesentlich weniger Proteinen charakterisiert als Imports.
enthält häufig Leucine; eher hydrophob
Erkläre den Transportmechanismus
Import und Export im Prinzip gleicher Mechanismus aber in entgegengesetzte Richtung
verläuft über Import- und Exportrezeptoren "Karyopherine"
Rezeptoren binden an NLS oder NES des zu transportierenden Proteins "Cargo" und an Nucleoporine
Transportenergie aus Hydrolyso von GTP
Welche Moleküle werden importiert?
Histone, DNA und RNA Polymerasen, Transkriptionsfaktoren, ribosomale Proteine, Spleißfaktoren, snRNPs
Welche Moleküle werden exportiert?
ribosomale Untereinheiten, snRNA, tRNA, mRNA als “hnRNP-Partikel” (hnRNPs = heterogenounuclear ribonucleoproteins)
Was passiert mit der Kernmembran wenn sich die Zelle teilt?
Sie löst sich auf.
