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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Cartes-fiches
Was sind Transmembranproteine und wie sind sie aufgebaut?
Beschrifte.
Struktur des Membransegments
eine oder mehrere "alpha"-Helices aus ca 20 hydrophoben AS
b-Barrel aus mehreren "beta"-sheets
Was sind Triglyceride?
- Synonym: Triacylglycerid, Neutralfett
- neutrales Lipid (enthält keine polaren Gruppen)
- (Tri-) Ester von Glycerin mit Fettsäuren
- Fettsäuren sind meist Palmitin-, Stearin-, oder Ölsäure
Was verbinden
a) adherens junctions
b) Demosomen
c) focal adhesions
d) und Hemidesmosomen
a & b verbinden Cytoskelette zweier benachbarter Zellen
(adherens j.: Actinfilamente
Desmosomen: Intermidiärfilamente)
c & d verbinden Cytoskelett einer Zelle mit extrazellulärer Matrix
(focal adhesions: mit Actinfilament verknüpft
Hemid. mit Intermediärfilament verknüpft)
Was wird als Primärstruktur bezeichnet?
Die Reihenfolge (Sequenz) der Aminosäuren im Peptid.
Was wird entlang der Mikrotubuli transportiert und wie?
Was:
- Organellen
- RNA-Partikel
- Vesikel
Wie:
- Motorproteine
- nutzen der ATP Hydrolyse für gerichtetten Transport
Was zeigen die jeweiligen Elektronenmikroskoparten? Beispiele
REM: 3- dimensionale Darstellung der Oberfläche von Strukturen (zB Cilien einer Haarzelle im Innenohr)
ESEM: nahezu unbehandelte Proben können angesehen werden (zB Pollen/Blattoberfläche)
TEM: Ultradünne Schnitte, hochauflösend zur Darstellung von subzellulären Strukturen, Immungold-Elektronen-Mikroskopie
Welche Aminosäuren sind basisch? Welche am stärksten und welche am schwächsten und wieso?
Welche Aminosäuren sind ungeladen polar und wieso?
Welche Aminosäuren sind unpolar und wieso? Skizziere ein Beispiel.
(Kann leider keine zwei Bilder bei Antwort hinzufügen, daher ist das Bild Teil der Antwort, nicht gleich vergößern!)
Welche Arten der Elektronenmikroskopie gibt es?
Rasterelektronenmikroskopie (REM/SEM)
Environmental scanning electron microscopy, Variante des REM (ESEM)
Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Welche Arten von Fettsäuren gibt es und wo liegt der Unterschied?
gesättigte Fettsäuren: haben keine Doppelbindungen
ungesättigte Fettsäuren: hat mindestens eine Doppelbindung, diese ist starr und bewirkt einen Knick in der Kette. Die anderen C-Atome sind frei drehbar.
Welche Funktion hat der Nukleus?
- Speicher der Erbinformation (DNA)
- Replikation der DNA
- Kernteilung bei der Zellteilung ( DNA kondensiert in Chromosomen)
- Ablesen der Erbinformation (RNA Synthes/Transkription)
- Assembly der robosomalen Untereinheiten (Nukleolus)
Welche Funktionen haben Membranproteine?
Ordne sie richtig zu.
Transportproteine
Ankerproteine
Rezeptoren
Enzyme
Orientierung immer festgelegt! Reinigung (also Herauslösen) und Untersuchung erfordert Solubilisierung mit Detergenzien.
Welche Ionenkanäle sind in der Plasmamembran für das Membranpotential verantwortlich?
K+ Ionenkanäle
gilt auch für Na+, K+ jedoch bedeutender und hat größere Auswirkungen auf das Ruhemembranpotential
deshalb Plasmamembran v. tier. Zellen innen negativ und außen positiv geladen (auf Membranpotential bezogen)
Welche Membranproteine gibt es? Ordne sie zu der Abbildung zu.
- Transmembranproteine
- Monolayer-assoziierte MP
- "Lipid-linked" MP
- "Protein-attached" MP
Welche Moleküle durchdringen leicht Lipid- bilayer?
Je kleiner Moleküle sind und (noch wichtiger) je weniger Interaktion diese mit H2O eingehen können, also weniger polar, desto desto leichter durchdringen diese einen Lipid-Bilayer
Die meisten Moleküle, die von der Zelle als Nährstoffe benötigt werden sind zu groß bzw zu polar
Welche Organellen sind einzelmembran-umschlossen und welche Funktion haben sie?
ER, Golgi-Apparat, Lysosomen, Endosomen, Peroxisomen, diverse Vesikel
Funktion: Protein- und Lipidmodifikation. Protein- und Lipidtransport zwischen Organellen und Plasmamembran (Sekretion), Intrazelluläre Verdauung, Entgiftung
Welche Phospholipidstrukturen im Wasser sind hier dargestellt?
Welche Reaktion ist bei Fettsäuren zu erwarten? Gib die Reaktionsgleichung an.
Esterbildung
Ester: Kondensationsprodukt von Alkohol und Säure
Welche Rolle spielen MT in der Zellteilung?
gegen Ende Interphase teilt sich das Centrosom (organisierendes Zentrum von MT)
in Prophase wandern Tochtercentrosomen zu Zellpolen
von beiden Tochtercentrosomen werden MT gebildet die sehr dynamisch sind (Astermikrotubuli)
Welche Struktur hat der Nukleus?
- Ca. 10 µm Durchmesser
- Doppelmembran
- Kernporen
- Nukleolus
- Chromatin
Welche tierischen Gewebetypen gibt es?
-Ephitelien (Sammelbegriff für Deckgewebe & Drüsengewebe)
-Muskelgewebe
-Bindegewebe (eigentlich verschiedene Gewebetypen haben aber alle gemeinsam dass sie reich an Zwischenzellmasse (extrazellulärer Matrix) sind
-Nervengewebe
Welche Typen von Zellverbindungen (Junctions) gibt es?
-occluding junctions (verschließende)
- tight junctions (vertebraten)
- septate junctions (Invertebraten)
-anchoring Junctions (haftende)
- adherens junctions & Desmosomen (Zell-Zell)
- focal adhesion & Hemidesmosomen (Zell-Matrix)
-communicating junctions (kommunizierende)
- gap junctions
- Synapsen
- Plasmodesmata (nur Pflanzen)
Welche verschiedenen Mikrotubulitypen gibt es?
-cytoplasmatische Mikrotubuli
-Mitosespindel
-in Cilien & Flagellen
entspringen immer einem organisierendem Zentrum:
- Cetrosom
- Spindelpol
- Basalkörper
Welche Zahlen stehen für das x?
1pm sind 4* 10^x m
30 µg sind 3*10^x mg
Wieviel pmol sind 0,2 mmol?
x= -12
x= -2
x= 2*10^8 pmol
Welche zwei Aminosäuren sind sauer?
Durch welchen Rest wird der saure Charakter ausgelöst?
Welches sind die drei Hauptbestandteile des Cytoskeletts?
-Mikrotubuli
-Intermediärfilamente
-Actinfilamente = Mikrofilamente
Wie entstehen Mitosespindel?
einige MT die von entgegengesetzten Centrosomen gebildet werden verbinden sich --> Grundgerüst der Mitosespindel (interploare MT weil sie von den Polen ausgehen)
Centrosomen der Mitosespindel = Spindelpole
Wie entsteht ein "beta"-Faltblatt ("beta"-sheet)?
H- Brückenbildung zwischen benachbarten Ketten.
Reste oberhalb und unterhalb der Kette
Wie entsteht einer "alpha"-Helix?
Sauerstoff der CO-Gruppe bildet mit der NH-Gruppe der viertnächsten AS eine H-Brücke -> rechtsgängige Helix, Seitenketten R zeigen alle nach außen
Wie erfolgt die eigentliche Cytokinese?
Actin & Myosin akkumulieren kontraktilen Ring
Zelle wird an dieser Stelle eingeschnürt bis nur mehr eine dünne Verbindung besteht (midbody)
Midbody enthält Reste der inetrpolaren Spindelmikrotubuli
Wie funktioniert das dynamische Gleichgewicht der Mikrotubuli?
- GTP-Tubulin bindet an MT --> gerades Protofilament
- Hydrolyse zu GDP mit gleichzeitigeer Konformationsänderung
- GDP-Tubulin ist weniger stark an MT gebunden als GTP-Tubulin -->gebogenes Protofilament
- GDP-Tubulin dissoziert
- GDP-Tubulin wird zu GTP-Tubulin --> neues GTP Tubulin kann binden
Wie funktioniert der Transport an Mikrotubuli mittels Motorproteinen?
2 Klassen von Motorproteinen: Kinesine & Dyneine
binden gleichzeitig an Fracht & Mikrotubuli
Motorkopf bindet an Mikrotubuli
Schwanz bindet an Fracht
Kinesine: Transport zum + Ende
Dyneine: Transport zum -Ende
Wie häften sich MT an Chromosomen?
Anhäftung findet in Prometaphase statt
Verbindung zwischen MT & Chromosom über Proteinkomplex (Kinetochor - eines pro Chromatid)
nach Auflösen der Kernmembran suchen MT nach Kinetochor und bindet daran (Kinetochormikrotubuli)
Wie ist die Beständigkeit von Actinfilamenten?
Lebensdauer eines Actinfilamentes nur einige Minuten
ständiger Auf- & Abbau (ähnliches Verhalten wie MT)
Actinmonomer hat ATP gebunden nach Polymerisation wird ATP zu ADP hydrolisiert --> Bindung an das Filament geschwächt --> Zerfall
Wie ist eine Kollagenfaser aufgebaut?
3 einzelne Kollagen Polypeptidketten sind umeinander gewunden und bilden helikale Struktur (Ø 1,5nm)
mehre dieser Moeküle fügen sich zu geordneten Polymeren zusammen - Kollagenfibrillen (Ø 100-300nm)
Zusammenlagerung von mehreren Kollaganfibrillen nennt man Kollagenfasern (Ø 0,5-3µm)
Wie kann der dynamische Auf- & Abbau von Mikrotubuli gestört werden und warum?
Colchicin: bindet an freie Monomere --> verhindert Polymerisation --> Mikrotubuli verschwinden
Taxol: stabilisiert Mikrotubuli
in beiden Fällen wird Zellteilung inhibiert
Derivate dienen der Krebsbehandlung
Wie kann man Zellen anschauen?
Lichtmikroskopie (Standbilder oder Videos)
- Durchlicht
- Phasenkontrast
- Differential-Interferenzkontrast
- Fluoreszenzmikroskopie
Elektronenmikroskopie
- Rasterelektronenm.
- Transmissionselektronenm.
Wie können die Permiabilität von gap junctions reguliert werden?
-pH
-Ca2+- Konzentration (hohe Ca2+ führt zur Schließung)
-Dopamin (bewirkt Schließung gap junction zwischen Neuronen der Retina)
Wie mobil sind Proteine in Membranen? Wie kann man die Beweglichkeit einschränken? Skizziere die Einschränkungsmöglichkeiten.
sind im Prinzip lateral frei beweglich, wie Lipide
A) Interaktion mit der Zellcortex
B) Interaktion mit extrazellulären Matrixproteinen
C) Interaktion mit Membranproteinen
D) Diffusionsbarrieren zB.: tight junction
