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
Gib die Größenordnungen an
Zwei Beispiele für Größenordnungen für eukaryontische und prokaryontische Zellen
eukaryontisch: Hautzelle: 30-50 µm, Hefezelle ca. 10µm
prokaryontisch: Escherichia coli: 2 µm
Gib zu den jeweiligen Basisgrößen die Basiseinheit und das Symbol an
Länge
Masse
Stoffmenge
Länge - Meter - m
Masse - Kilogramm - kg
Stoffmenge - Mol - mol
Inwieweit funktioniert Energiegewinnung in Chloroplasten gleich wie in Mittochondrien und wo sind die Unterschiede?
ähnliche Mechanismen:
-Elektronentransport in der Thylakoidmembran
-Erzeugung eines Protonengradienten
-ATP-Synthase erzeugt ATP
Unterschiede:
-energiereiche e- werden durch Absorption von Licht erzeugt
-Produkte sind ATP & NADPH
Mitochondrien 1
Wo werden hier Proteine transportiert?
Proteine werden transportiert in
- Matrix (=Innenraum)
- Intermembranraum
- innerer und äußerer Membran
(=Transport durch Membranen)
Mitochondrien 2
Beschreibe den Proteintransport in die Matrix!
Die zu transportierenden Proteine tragen eine N-terminale Signalsequenz (=“Precursor-Protein”)
-
cytosolische Proteine binden an “Precursor-Protein” & verhindern dessen Faltung
-
Signalsequenz wird von einem Rezeptor in der äußeren Mitochondrienmembran erkannt
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Transport findet an Kontaktstellen zwischen den beiden Membranen durch Translokator-Komplexe statt
(Proteine werden entfaltet transportiert) -
Signalsequenz wird nach dem Transport in der Matrix von einem Enzym abgespalten
Zum Schluss werden Proteine mit Hilfe von Chaperonen wieder gefaltet.
Mitochondrien 3
Was sind Transport-Komponenten?
Nenne Transport-Komponenten in Mitochondrien
Translokator-Komplexe sind multi-subunit Proteinkomplexe
– Transport verbraucht Energie, die aus der ATP-Hydrolyse und dem H+-Gradient stammt
- TOM: Translocator of outer membrane
- wird für den Transport aller kerncodierter mitochondrialer Proteine gebraucht
- Transport in den Intermembranraum & Einbau von Transmembranproteine in die äußere Membran
- TIM: Translocator of inner membrane
- Transport in die Matrix & Einbau von Transmembranproteine in die innere Membran
- OXA: in der inneren Membran
- transportiert von der Matrix in die innere Membran
- SAM: Sorting and Assembly Machinery
- für den Einbau in die äußere Mito-membran verantworlich
Mitochondrien 4
Beschreibe den Proteintransport in den Intermembranraum o. die innere Mito-membran!
- Transport in die Matrix + Abspalten der N-terminalen Signalsequenz (*)
- hydrophobe Signalsequenz wird exponiert
- Einfügen in innere Membran über OXA complex
Bei Intermembranraum-Proteinen wird durch Spaltung nach der hydrophoben Signalsequenz das Protein freigesetzt
(*) Diese Proteine tragen zwei Signalsequenzen:
- N-terminale Signalsequenz
- hydrophobe Signalsequenz, kommt nach der N-terminalen Signalsequenz
Nenne Eigenschaften der Lipide.
von gr. "lipos"= Fett
strukturell sehr heterogene Stoffklasse
charakteristische Eigenschaften: unlöslich in Wasser, löslich in organischen (apolaren) Lösungsmitteln (Hexan, Benzol, Chloroform,...)
Nenne Eigenschaften von Phospholipiden.
bilden spontan unilammelare Mycellen und bilammelare Membranen
bauen biologische Membranen auf
Nenne Fakten über die Plasmamembran
25 fache Oberflächenvergrößerung durch Mikrovilli
Flüssigkeitsaufnahme: -25% des Zellvolumens pro Stunde
200% der Plasmamembran wird pro Stunde internalisiert
3000 Vesikel/min.
laterale Diffusion: 2µm/sec
Nenne und beschreibe ein Beispiel des passiven Transports.
Glukosecarrier in der Plasmamembran der meisten tier. Zellen
zumindest 2 Konformationen, Glukosebindungsstellen können entweder zum Zellinneren oder nach außen zeigen
der aktuelle Glukosegradient bestimmt die Transportrichtung
zB.: Leberzelle: nach Mahlzeit viel Glukose im Blut -> Transport in Leberzellen, bei Hunger: wenig Glukose im Blut, viel in der Zelle -> Transport ins Blut
Peroxisomen 1
Nenne verschiedene (chem.) Reaktionen, die hier ablaufen können!
- Oxidationen
- Fettsäureabbau
- Synthese von einigen Phospholipiden (
- In Pflanzen: Umwandlung von Fetten in Zucker durch den Glyoxylat-Zyklus
Dazu müssen viele verschiedene Enzyme in die Peroxisomen transportiert werden!
Peroxisomen 2
Nenne Charakteristika des Transport in Peroxisomen!
- kurzes, Carboxy-terminales Importsignal
(-S-K-L-CO2H) - Importsignal wird nicht abgespalten
- Proteine werden in gefalteter From transportiert (ähnlich - Kerntransport)
- Transportmechanismus noch schlecht charakterisiert
- shuttling ist möglich
(= Ein- & Austransport möglich)
Peroxisomen 3
Warum wird Katalase in Peroxisomen transportiert?
Katalase ist ein Enzym, das Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff umwandeln kann.
Im Peroxisom bei Oxidationsreaktionen Wasserstoffperoxid erzeugt wird → giftig!
Katalase zerlegt Wasserstoffperoxid
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Peroxisomen 4
Was sind Katalasen?
Die menschlichen Katalasen sind Tetramere aus identischen Untereinheiten.
Das aktive Zentrum dieses Enzyms enthält einen Porphyrin-Ring mit Eisen und ist damit ähnlich aufgebaut wie das Häm im Hämoglobin.
Katalasen können das giftige H2O2 in Wasser und Sauerstoff zerlegen.
Proteintransport
Wo in der Zellle (Organellen) erfolgt der Transport auf welche Art?
- Im Zellkern
→ Transport durch Poren
- In den Mitochondrien, Chloroplasten und Peroxisomen
→ Transport durch Membranen
- Im ER
→ über Vesikel
Signalsequenzen
Was sind Signalsequenzen?
Welche Aufgabe haben sie?
Signalsequenzen sind charakteristische Abfolgen von Aminosäuren, die von Rezeptoren erkannt werden.
Sie signalisieren, wohin das entsprechende Protein Transportiert werden soll.
Skizziere 3 Phospholipidstrukturen im Wasser
Skizziere ein: - Transportprotein, - Enzym, -Rezeptor, -Ankerprotein
Wann werden Mikrotubuli stablisiert?
Wenn das wachsende Ende eine Zellstruktur oder ein Molekül findet das es binden kann (z.B.: Capping Proteine) - stabile Verbindung zum Cetrosom entsteht --> Mikrotubuli stabilisiert
wenn keine Verbindung entsteht schrumpft der Mikrotubuli
Warum ist das Wachstum bei cytoplasmatischen Mikrotubuli nur am + Ende möglich?
Gamma Tubulin ist Keimbildungsstelle
und blokiert das - Ende
Was bauen Zellen auf?
Zellen bauen Gewebe und Organe auf.
Was bedeuted "Tertiärstruktur"?
Polypeptidketten falten sich in eine räumliche Struktur
z.B.: Cytochrom B, Antikörper
Was bewirken Cadherinmoleküle in Desmosomen?
Cadherine sind an Intermediärfilamente befestigt (Gegensatz zu adhesions junctions -Actinfilament/Microfilament)
bewirken eine verschweißung der Intermediärfilamente benachbarter Zellen
verleihen Zellverband hohe Zugfestigkeit
Was ist "size exclusion limit" (SEL)
Plasmodesmen ermöglichen Diffusion kleiner Moleküle zwischen Pflanzenzellen (H2O, Ionen, Metabolite, Proteine, RNA, Pflanzenviren)
hydrodynamischer Radius ist ausschlaggebend ob Molekül difundieren kann
SEL deffiniert die tatsächliche Transportkapazität
(ca1 kDa)
Was ist abgebildet?
Was ist bei allen Ephitelgeweben gleich?
wie unterscheidet man hinsichtlich der Lage im Bezug auf die Umgebung?
Alle Ephithelgewebe sind immer von einer Basallamina zum unteren Gewebe begrenzt.
man unterscheidet zwischen der apikalen (außen, der Umgebung zugewandt) & der basalen (innen, zu weiteren GEwebeschichten hin) Seite
Was ist bei septate junctions anders als bei tight junctions?
biede gehören zu der Klasse der occluding junctions
septate junctions nur in invertebraten (z.B.: zwischen zwei Ephitelzellen eines Mollusken)
-andere Morphologie (kontinuierliches Band)
-andere Proteine
Was ist Cholesterin? Nenne zwei Beispiele.
Ist ein Steroid
Lipid, bestehend aus Grundgerüst mit Mehrfachringen
Beispiel: Cholesterol: in vielen Membranen, Testosteron: männliches Steroidhormon
Was ist das Membranpotential?
- elektrische Potentialdifferenz= Spannung
- beruht auf Konzentrationsgradient von Ionen zB.: Na+, K+, Cl-
- normalerweise Innenseite der Cytoplasmamembran negativer geladen als Außenseite
- bei tier. Zellen: vor allem K+ Ionen und zwischen -20 und -200 mV
Was ist das Prinzip der Fluoreszenz?
Verschiebung zwischen Anregungs- und Emissionswellenlänge "Stokes-Shift"
Emissionslicht: langwelliger und energieärmer als Anregungslicht
Was ist der adhesions belt?
In adherens junctions sind cadherinmoleküle über mehrere Linkerproteine an Actinfilament gebunden
Actinfilamente werden so von Zelle zu Zelle über das gesamte Epithel verknüpft -->Bildung eines kontraktilen Gürtels am apikalen Ende der Zelle
dadurch wird die Formveränderung des gesamten Epithels ermöglicht - aus einer Zellreihe kann eine Röhre werden z.B.: Bildung des Neuralrohrs bei Vertebraten
Was ist der elektrochemische Gradient?
gilt für geladene Stoffe, vor allem Ionen
kein Membranpotential: chem. Gradient
Membranpotential: elektrochem. Gradient
z.B.: Protonengradient über die Mitochondrienmembran, K+ Gradient an Membran von Nervenzellen
Was ist der Unterschied zwischen aktivem und passivem Transport?
passiv: entlang eines Konzentrationsgradienten ohne Energieaufwand
aktiv: gegen den Konzentrationsgradienten mit Energieaufwand
Was ist die Aufgabe von Mikrotubuli?
hohle Proeinröhre die dynamischen Wechsel zwischen Polymerisation & Depolimerisation erlaubt
Aufrechterhaltung der intrazellulären Verteilung determiniert die Lage von membranumhüllten Organellen in der Zelle
-ER wird von Kinesinen entlang MT nach außen gezogen
-Golgi wird von Dyneinen zum Zentrum der Zelle gezogen
Was ist die Function von tight junctions?
versiegelt benachbarte Zellen in einer Ephitelzellschicht, um das Austreten von Molekülen zwischenihnen zu verhindern
errichtung einer Permiabilitätsbarriere und Diffusionsbarriere für größere Moleküle & viele kleine
verhindert Diffusion von Membranproteinen --> aufrechterhaltung von Unterschied zwischen apikale & basale Plasmamembran Domäne
z.B.: Ephitelzellen im Darm
Was ist die Funktion von Cileien & Flagellen
Cilien: bewegen Flüssigkeiten über Zelloberflächen z.B.: Schleimschichten in Lunge
Flagellen: bwegen Spermien & Protozoen voran
Was ist die Funktion von Intermediärfilamenten?
durchziehen das Cytoplasma der Zelle
häufigbei Zell-Zell-Verbindungen in Zellmembran verankert
bilden Kernlamina
verleihen der Zelle Stabilität
Was ist ein asymetrisches C-Atom und welche Eigenschaften leiten sich davon ab?
Ein C-Atom an das 4 verschiedene Reste gebunden sind
Molekül mit asymetrischem C-Atom ist "chiral" (dh Bild und Spiegelbild können nicht zur Deckung gebracht werden)
Chirale Moleküle drehen die Polarisationsebene des Lichtes
Was ist ein Ruhe-Membranpotential?
befindet sich in allen lebenden Zellen
elektrische Potentialdifferenz wegen ungleicher Ionenverteilung zwischen Zellinnerem und -äußerem
dafür verantwortliche Ionen v.a.: Na+, K+ und Cl-
bei Muskel- und Nervenzellen je nach Zelltyp 50-100 mV
ungleiche Ionenverteilung zwischen Innen- und Außenseite weil nur wenige Kationen und Anionen Membranlipidschicht ungehindert passiv passieren können, weil Lipiddoppelschicht für meisten Ionen impermeabel
allerdings durch aktiven Transport (Energieverbrauch) Na+ aus und K+ durch Transportproteine (Carrier) in die Zelle gepumpt (Natrium-Kalium-Pumpe)
