Semester 1

Interphase vs Mitosephase:
Interphase:
G1: Wachstum -> G0 Differenzierung
S: DNA-Replikation
G2: Kontrollmechanismen und Reperaturmechanismen

Mitosephase:
Prophase: Kondensation der Chromosomen und bildung Spindelapperat
Metaphase: Ordnung Chromosomen in Äquatorialebene
Anaphase: Ziehen der Chromosomen Richtung Pole
Telophase: Bildung neuer Membranen (Kernmembran) und Cytoplasmateilung
(Cytokinese: Bildung zwei Tochterzellen)

Autosomal rezessiv: Generationen werden ausgelassen, Inzest
Autosomal dominant: Jede Generation betroffen, Homozygot hat 100% kranke Kinder
X-rezessiv: Kranke Väter haben gesunde Kinder, kranke Mütter 50% kranke Jungen
X-dominant: Kranker Vater hat kranke Töchter, Kranke Mutter 50% kranke Kinder (Heterozygot)

Präperation: Isolierung von Satellites (Hoch repitive Sequenzen ohne Aussage über Phänotyp)
Mikro STR oder Mini VNTR

Gezielte Isolation und Präperation: Zelle entnehmen, Zentrifugieren, Erhitzen, lysieren mit Detergenz
Denaturierte Proteine lösen sich von DNA, DNA mit Alkohol fällen und mit Niedrigsalzpuffer wieder lösen -> Stabilisierung der DNA durch Mg2+

PCR:
Zutaten: Primer, DNA, Puffer, Hitzestabile Polymerase, dNTPs

1. Denaturierung/ Smelting: Erhitzen auf ca 95° -> DNA Stränge lösen sich

2. Annealing/ Hybridisierung: 5° Unter Primerschmelzpunkt (ca 50-60°C) -> Primer lagern sich an

3. Synthese/ Elongination: ca 70°C -> DNA Replikation

Wiederholung des Zyklusses um die 30 Mal

Globulär: Rund, Korrelierung mit speziellen Gruppen, Konfirmationsänderung möglich, flexibel
-> Funktionsausüben (Enzym) und Löslichkeit

Fibrilär: Strang, Fest, Stabil, Verwunden, Elastisch, belastbar
-> Struktur und Unlöslichkeit

Primärstruktur -> Sekundärstruktur -> Tertiärstruktur -> Quartiärstruktur

Peptidbindung = Amid = Bindung Aminogruppe und Carboxylgruppe
=> Mesomere Grenzstruktur, Planarität -> Eingeschränkte/ Nicht vorhandene Drehbarkeit, keine Rotationsfreiheit
(sterische Grenzen der Bindungswinkel)
-> Cis und Trans Konfiguration

=> Auswirkung auf Primär und Sekundärstruktur

Anämiezeichen: Hb < 12/13mg/dl, Blässe

Schmerzkrisen: Knocheninfarkte, Finger, Zehen
-> Infektionen, Fieber

Hypoxämie: Sauerstoffunterversorgung
-> Leistungsabfall, Ermüdung, Konzentrationsschwäche, Kopfschmerzen, Ohnmacht

=> Besondere Infektionsgefahr durch bekapselte Bakterien! Autosplenektomie
 

Hämoglobin: Heterotetramer 2xbeta 2xalpha UE
Punktmutation im HBB-Gen -> A -> T (Punktmutation), Homozygotie

-> AS-Austausch (Glutamat (hydrophil) -> Valin (hydrophob))
Ohne O2 keine Auswirkung auf Struktur (AS liegt innen)

Bei O2 Aufnahme -> Konfirmationsänderung -> Valin gelangt nach außen
Leu und Val interagieren -> Sichelform
=> Verstopfen der Gefäß und Verklumpen der Moleküle und Abbau der Erythrozyten

=> Verkürzte Lebensdauer, geringere Löslichkeit, verringerte O2 Affinität, Instabilität

Chemisches Gleichgewicht -> Massenwirkungsgesetz

K = [C]*[D]/[A]*[B] für A + B <-> C + D

Wenn: Protein + Ligand <-> Proteinligand
dann: K = [Proteinligand] / [Protein] * [Ligand] = Bindungskonstante

Kehrwert, da schönere Werte = 1/Bindungskonstante = Kd = Dissotiationskonstante und damit Maß für Substrataffinität (je niedriger desto affiner)

Enzym: E + S <-> ES <-> EP <-> E + P
Michaelis Menten Kinetik: E + S <-> ES -> P
daraus folgt v = (Vmax * [S])/(Km + S)

=> Die maximale Geschwindigkeit hängt von der Konzentration des Enzyms und der katalytischen Geschwindigkeitskonstanten ab (kcat) => Wann Vmax erreicht wird von Substratkonzentration abhängig
=> Km = [S] bei 1/2 Vmax
=> Maß für Substrataffinität (je kleiner desto affiner) => geringere Affinität -> Langsamere Reaktion

Aminosäuren besitzen eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe, sind somit sowohl sauer als auch basisch, und somit Zwitterionen und liegen entweder als Anion oder Kation vor.
Somit besitzen sie mindestens zwei pKs-Werte (Gleichgewicht zweier Formen (K = Z; Z = A)) und einen Isoelektrischen Punkt (pHip, an dem das Molekül neutral vorliegt)

der pHip ist dabei der Mittelwert der relevanten pKs Werte

Somit besitzt jede AS/ Peptid/ Protein spezielle pKs und pHip Werte

Weiterhin liegen Aminosäuren in der L-Konfiguration am chiralen C vor (Chiralitätszentrum)
Und es sind alpha-Aminosäuren (Amingruppe hängt am alpha C von der Carboxylgruppe aus gezählt)

Unpolare Seitenketten: Keine funktionelle Gruppe
Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Prolin

Polare Seitenketten: Hydroxy, Amid
Serin, Threonin, Asparagin, Glutamin

Saure Seitenketten (Carboxylgruppe):
Aspartat, Glutamat

Basische Seitenkette (Aminogruppe)
Arginin, Lysin, Histidin

Aromatische Seitenketten:
Phenylalanin, Tryptophane, Tyrosin

Schwefelhaltig Seitenkette: Thiol, Thioester
Cystein, Methionin

Rest: Glycin (keine Seitenkette)
 

Bildung von Polypeptiden/ Proteinen (Struktur, Katalyse etc...)
Energiequelle
Stoffwechsel (Transaminierung) -> Citratzyklus, Stickstoffwechsel (Glutamin / Glutamat)
Neurotransmitter (Glutamat)
Synthesevorstufen von Hormonen, biogenen Aminen (Neurotransmitter) und Purin- / Pyrimidinbasen)

Reaktion Carboxylgruppe und Aminogruppe -> Kondensation ( - H2O) zu Amid
Dementsprechend Spaltung durch Hydrolyse (Spaltung durch Wasser)

Eigenschaften: Mesomere Grenzstrutkur -> Planar
-> Keine Rotationsfreiheit -> Stabilität -> Sekundärstruktur (Unter H-Brücken Bindung)

=> Faktoren, die Aktivität von Proteinen regulieren
Kovalente / Nicht kovalente Bindung (Ligand)

Temporär (Bsp ATP, NAD+) => Cosubstrat
Metallion (Bsp Mg2+)

Permanent (Kovalent an aktives Zentrum gebunden) (Bsp Häm, Biotin, FAD) => Prosthetische Gruppe

=> Hilfsproteine, die zur Funktion des Proteins benötigt werden in Fkt und Struktur
Übertragungsbeteilung
Entfaltung
Aktivität
Chemische Reaktionen, die nicht durch AS im aktiven Zentrum katalysiert werden können

Kovalente Bndung: Atombindung, gemeinsames Elektronenpaar:
Peptidbindung, Sulfatbrücken
Nicht Kovalente Bindungen: H Brücken, Dipole, Van der Waals Kräfte, Ionenbindungen, Hydrophobe Wechselwirkungen

Ionische Wechselwirkungen. Elektronegativität größer 1,7 => Ionenbindung
Wechselwirkung (dissoziierter) Ionen + Säure / Basen (Ionen) + Hydrathülle
=> Elektrostatische Anziehungskraft

Hydrophobe Wechselwirkungen: Möglichst kleine Oberfläche zwischen Polaren und Unpolaren Molekülen
(Entropiegetrieben!)
H2O bildet Gitterstrukturen mit polaren Molekülen aus, was durch unpolare gestört wird, vgl. Oberflächenspannung
-> Kugelform Globulärer Proteine (Zusammenlagerung hydrophober Seitenketten im Kern)

Van der Waals Kräfte: Induzierte/ Temporäre Dipole durch zufällige Elektronenbewegung in großen, meist unpolaren Molekülen => Wechselwirkungen

H-Brücken: Nutzung eines "gemeinsamen" H-Atoms
Akzeptor und Donor: H Atom, das seine Elektronen weitesgehend abgegeben hat (Donor) nähert sich freiem Elektronenpaar (Akzeptor) => Gitterstrukturen

pH-Wert: Isolektrischer Punkt (Geringere Löslichkeit ungeladenere Moleküle)

Ionenstärke: Salze interagieren mit H2O (Hydrathülle) und auch den polaren AS-Resten

Einsalzen: Erhöhung der Wasserlöslichkeit durch Unterbinden der Protein - Protein Interkation und durch Protein - Salz - Interaktion => Verstärkung der Hydrathülle
Aussalzen: Zu hohe Salzkonzentrationen konkurrieren um Hydrathülle (Wassersättigung) => Protein fällt aus

Proteinstruktur: Globulär gut löslich (hydrophiler Rand) <-> Fibrillär eher unlöslich (Hydrophobe Seitenketten)
=> Konfirmation entscheidet über Löslichkeit (und andersrum?)

Proteinkonzentration: Wassersättigung

Temperatur: Teilchengeschwindigkeit (Verbesserung der Löslichkeit), aber Denaturierung

Denaturierung ist eine Strutkurveränderung von Proteinen die mit dem Verlust spezifischer Funktion einhergeht ohne Änderung der AS-Sequenz
=> Entfaltung => Zufallsknäuelung

Ursachen: Stören der nicht kovalenten Wechselwirkungen (Temperatur, pH, Lösungsmittel, Detergenz, Schwermetalle
 

Instabilität: Stoppcodon (relativ früh) => Syntheseabbruch
=> Instabilität wird von Chaperonen erkannt => Vorzeitigen Abbau des Proteins
Oder: Einbau, aber nicht funktionierend
=> Quantitative Änderung
Bsp: beta Globulin des Hämoglobins

Aggregation: Verklumpung durch Zusammenlagerung hydrophober Partikel (Unlöslichkeit)
Bsp: Thalassämie: Heterozygote Mutation des beta Globulins am Ende des Gens
=> Synthese und stabil => Einbau
Aber: Erworbene Hydrophobe Seitenkette führt zu Aggregation und das Protein fällt aus

Veränderte räumliche Struktur: Protein wird zwar synthetisiert, besitzt aber eine veränderte Räumlliche Struktur (trotz Faltkontrollen?)
Bsp Sichelzellanämie: Glu => Val, bei O2 Konfirmationsänderung => Val interagiert mit Leu -> Sichelform und Aggregation

Energiebedarf fast aller Lebewesen wird über die Solarenergie über Glukose gedeckt und ist im Kohlenhydratstoffwechsel der essenzielle Kohlenhydrat (Alle anderen Monosaccharide müssen in Glukose umgewandelt werden)
Metabolit: Ausgangsstoff für Zellbausteine, Ribose etc...
Baustein: Di-/Polysaccharide (Glykogen, Zellulose), Glykokalix

DMI:
genetisch, Autoimmunerkrankung der beta Zellen der Langhanschen Inseln im Pankreas => Keine Insulinbildung, betroffen sind vorallem eher Kinder, Jugendliche und Erwachsene unter 40, virale Auslöser, lange Latenzzeit aber ein dann rascher und merklicher Beginn der Symptome (Durst, Handrang, Infektionen, Gewichtsabnahme) schlanke Patienten,
Pathomechanismus: Autoimmunerkrankung + Trigger (Viral, Stress...) -> T-Lymphozyten + dendritische Zellen + Makrophagen greifen beta Zellen der Langahnschen Inseln an -> Keine Insulinsekretion -> Keine Zuckeraufnahme in den Organen (Muskel, Fett) -> Ketonkörpersynthese -> Hyperglykämie -> Hemmung Proteinbiosynthese (Aminoacidämie), Hemmung Harnstoffzyklus, Glukosämie (Ausscheidung Glukose im Urin, Osmose -> Wasserverlust) und metabolische Azidose

Typ II: Erworbene Diabetes, Insulin Sekretions Starre => Stoffwechsel vermindert Ausschüttung von Insulin in den beta Zellen, Ursache: Adipositas und genetische Disposition, Patient idR älter als 30, schleichender, eher unmerksamer Eintritt, Fat-Overflow-Hypothesis (Fetteinlagerung Pankreas verringern Insulinsekretion, in Leber und Muskel erhöht Glukoseresistenz) und ist chronisch progredient
Resistenz periphere Insulinrezeptoren, Amylineinlagerung in Langhansche Zellen, Defekte Sekretionsregulation, Hyperglykämie -> Gluko-Lipo-Toxizität / Glyko-Protein-Toxizität (HbA1c) + metabolisches Syndrom
=> pAVK, Ulcus crusis, Wundheilungsstörungen, Makro (Arterioskleorse)/ Mikrovaskuläre Störungen (die folgenden Pathien:), Neuropathien, Rektinopathiie, Nephropatien

Verhalten Glukose im Blut: DMI: Keine Senkung des Glukosespiegels, DMII: Verzögerte Senkung des Glukosespielgels
 

DM I : Ernährung / Bewegung irrelevant -> Insulingabe (Spritzen) und Umrechnen des Essens in Broteinheiten (BE)
(Schulung)

DM II: Bekämpfung Insulinresistenz: Gewichtsreduktion, Reduzierte Energieaufnahme, Nährstoffkomponenten und Ausgewogene Ernährung, Sport --> prandriale Glukoseregulation -> Sulfonylharnstoffe, Metformin
Insulinmangel: Insulin spritzen

Wichtig: Schulungen!

Kernprophylaxe BZ unter 400mg/dl, Beschwerdefrei unter 200 mg/dl, Spätfolgenprophylaxe Normwerte

Prandrial / Resorptionsphase:
Langhansche Inseln der Pankreas (endokrin), beta Zellen: Glukoseaufnahme -> Erhöhung ATP -> Depoleristation -> Ca2+ Einstrom -> Insulinausschüttung

Hoher Blutglukosewert: Resorption in Leber (Insulinunabhängig) aber Insulin -> Glykogensynthese
Insulin -> Resorption und Muskel und Fettgewebe und zu Glykolyse
(Insulinrezeptor bindet Insulin -> Signalkaskade -> Transport Glut4-Transporter an Zelloberfläche -> Glukoseresorption)

Hemmt: Lipolyse, Gluconeogenese, Glukogenolyse
Fördert: Proteinbiosynthese und Glykolyse

=> Verringerter Blutglukosespiegel

Postresorptionsphase / Postpandrial: Sekretion von Glukagon in den alpha Zellen der endokrinen Pankreas
-> Glukgenolyse und Glukoneogenese

=> Erhöht Blutglukosespiegel

Stress >>>>> Cortisol
-> fördert Glukoneogenese (auch AS) und Lipolyse
hemmt Glut4 Translokation, Proteinbiosynthese,
 

Redoxreaktion: Elektronenübertragung
Ox - ab, Red - auf
Oxidationsmittel nimmt Elektronen auf (Oxidiert einen Stoff) und ein Reduktionsmittel gibt Elektronen ab (reduziert einen Stoff)

In der Biochemie ist eine Oxidation meistens eine Dehydrierung (Elektronenübertragung über H-Atome)
Und eine Reduktion eine Hydrierung

Alkohol (mit Reduktionsmittel) -> Aldehyd + 2 [H]

[H] = H+ + e-

Aldehyd + H20 => Methadiol (mit Reduktionsmittel) -> Carbonsäure + 2 [H]

-> Aufnahme der 2 H durch O -> H2O, NAD+ -> NADH+H+ oder FAD -> FADH2

Oxidiert ein Mehrwertiger Alkohol am C 1 oder am letzen C Atom entsteht eine Aldose, oxidiert einer der sekundären Alkohole entsteht eine Ketose

D-Sorbit -> D-Glucose -> D-Gluconsäure

D-Glucose C1 -> D-Gluconsäure; C2 -> Glucuronsäure

Glucose: Funktion: Wichtigstes MS, Nahrungsbestandteil (Stärke, Maltose, Saccharose, Lactose)
=> Energiequelle
Glkygenbestandteil
Metabolit (Hexosen, Ribose) + Glykokalixbaustein

Galaktose: Bestandteil von Glukose, C4 Epimer von Glukose, Energiequelle (Nach Umwandlung in Glukose) und Baustein von Heteroglykomeren + Glykokalix

Fructose: Als Monosaccharid in Obst oder in Saccharose, wird in der Leber abgebaut und über die Aldolase B in die Glykolyse eingeschleust + ist ein insulinunabhängiger Zucker
Fructose ist ein Strutkurisomer von Glucose

Aktivierung:
1. Phosphorilierung von Glukose durch die Hexokinase unter ATP-Verbrauch zu Glukose-6-Pi
-> Mutase zu Glukose-1-Pi
2. MS-1-Pi + NTP -> MS-1-NDP + PPi

Glukose-1-Pi + UTP -> Glukose-1-UDP + PPi
Hohe Spaltungs/Hydrolyseenergie in der Bindung
 

Glucose: Funktion: Wichtigstes MS, Nahrungsbestandteil (Stärke, Maltose, Saccharose, Lactose)
=> Energiequelle
Glkygenbestandteil
Metabolit (Hexosen, Ribose) + Glykokalixbaustein

Galaktose: Bestandteil von Glukose, C4 Epimer von Glukose, Energiequelle (Nach Umwandlung in Glukose) und Baustein von Heteroglykomeren + Glykokalix

Fructose: Als Monosaccharid in Obst oder in Saccharose, wird in der Leber abgebaut und über die Aldolase B in die Glykolyse eingeschleust + ist ein insulinunabhängiger Zucker
Fructose ist ein Strutkurisomer von Glucose

Aktivierung:
1. Phosphorilierung von Glukose durch die Hexokinase unter ATP-Verbrauch zu Glukose-6-Pi
-> Mutase zu Glukose-1-Pi
2. MS-1-Pi + NTP -> MS-1-NDP + PPi

Glukose-1-Pi + UTP -> Glukose-1-UDP + PPi
Hohe Spaltungs/Hydrolyseenergie in der Bindung
 

Maltose: Glucose alpha 1 - 4 Glucose Bindung
Geringere Süßkraft als Saccharose
Stärke (Amylase) -> Maltose (Maltase) -> Glukose
Bestandteil von Stärke, Amylose, Glykogen und Malz

Isomaltose: Glucose alpha 1 - 6 Glucose Bindung
Stärke -> Isomaltose (Isomaltase) -> Glucose
Bestandteil von Amylopektin, sorgt für Verzweigungen in Stärke und Glykogen

Saccharose: Glucose alpha 1 - 2 beta Fructose Bindung
Rohrzucker, Industriezucker
Hohe Süßkraft, wichtigster pflanzlicher Zucker, Energiequelle
(Spaltung durch Saccharase) + kein reduzierender Zucker

Lactose. Galaktose beta 1 - 4 Glukose Bindung
Geringe Süßkraft, Milchbestandteil
Nahrungsmittel für Säuglinge, Spaltung durch Lactase
=> Energielieferant während der Besiedlung des kalten Nordeuropas + Laxanstropfen
 

Glykogen <-> Glukose-1-Pi <-> Glukose-6-Pi <-> Stoffwechsel
Glokygenphosphorylase: Spaltung der Glukosebindungen durch Phosphorylytische Spaltung
Glykogensynthase: Aktivierung von Glu-1-Pi zu Glu-1-UDP -> Kondensation + Acetalbindung zu Glykogen
Hexokinase: Phosphorylierung von Glukose zu Glukose-6-Pi
Phosphoglucomutase: Glukose-6-Pi zu Glukose-1-Pi
Glucose-1,6-Transferase: Bildet Isomaltose und somit Verzweigungen durch Transferieren des Glykogenendes auf 6' Ende eines Glukosemoleküls
Debranching durch Transferase: Transferiert Seitenkette ans Ende der Glykogenkette
+ Glucosidase: Katalysiert hydrolytische Spaltung zwischen 1.6 Verzweigungsstellen
 

Im Blut durch Sticksen
Hände waschen/ desinfizieren (Selbst und Patient), BZ Geräut vorbereiten
Sticksen, 1. Tropfen verwerfen, Tropfen auffangen

Amperometrisches Verfahren:
Glucose wird durch Glukoosedehydrogenause zu Gluconolaceton oxidiert, PQQQ zu PQQH2 reduziert
-> Goldelektrode misst Elektronenfluss

Glucose im Harn. Teststreifen in den Harn geben und Farbe mit Skala überprüfen
Glucose wird durch die Glucoseoxidase zu Gluconsäure oxididiert,
Wasserstoffperoxid durch die Peroxidase zu Wasser und dem Farbprodukt -> Redoxindikator

Blut: Normal 3,3 mmol/l -> 5,5 mmol/l entspricht 60-100mg/dl (nüchtern)
DM liegt nach WHO vor, wenn:
Nüchtern BZ größer 7mmol/l (126mg/gl)
Zwei Stunden nach Gabe von 75g Glukose noch über 11,2mmol/l (200mg/dl)
oder bei einer zufälligen Blutentnahme größer als 11,2mmol/l
ist

Urin: Der Urin eines gesunden Menschen ist Glukosefrei
Ausscheidung von Glucose durch die Nieren erst ab 180mg/dl (Rückresorptionsschwelle)
 

3 Tage normale Ernährung, 10-16h Fasten, morgens Zuckertest:
Gabe 75mg Glucose in 300 ml in weniger als 5 Minuten
Messung nüchtern, nach 60 und 120 Minuten:

Nüchtern: Normal: 3,3-5,5; gestörter oGTT: 5,5-6,7; DM: größer 6,7
60 Minuten: Normal: 8-10 mmol/l
120 Minuten: Normal: kleiner 7 mmol/l; gestörter oGTT: 7,8-11,1mmol/l und DM größer 11,1mmol/l

Internationale Lipidklassifizierung:
Fettsäuren, Glyzerolipide, Glyzerophospholipide, Sphingolipide, Sterole, Prenole, Saccherolipide, Polyketide

Oder:

Lipide: Polyketidderivate (Aromatische / Nicht aromatische Ketonkörperpolymerisationen)
Isoprenderivate (Isoprenpolymere) => Steroide / Terpene : Cholesterol (Östron, Testosteron, Cortisol)
Fettsäurederivate: Freie Fettsäuren, Glyzerolipide, Sphingolipide, Saccharolipide, Wachse
 

Triacylglyzeride:
Glyzerol verbunden über Esterbindungen an drei FS
DIacylglyzeride:
Glyzerol + 2 FS

Phospholipide:
Esterlipide:
Glyzerol, C1 ungesättigte FS, C2 gesättigte FS, C3 Pi + polare Kopfgruppe
Etherlipide:
Glyzerol, C1 Fettalkohol, C2 gesättigte FS, C3 Pi + polare Kopfgruppe

Sphingolipide:
Sphingosin + FS -> Ceramid + polare Kopfgruppe -> Sphingolipid

Plasmalogene:
Etherlipide mit C2 mehrfachungesättigte FS

Isoprenoide:
Isoprenderivate (=> Malveronsäure => Cholesterol)
 

Triacylglyzeride:
Hoher Energiegehalt (Unoxidiert, C6 FS besitzt 320 mol ATP (Vergleich Glukose 170))
Schnell mobilisierbar
Gut speicherbar und kein Osmotischer Druck

Diacylglyzeride:
Gewinnung aus Membran => Intrazellulärer Botenstoff (second messanger)

Phospholipide / Sphingolipide: Bilden Zellmembran durch hydrophobe WW und können zu Botenstoffen metabolisiert werden

Cholesterolderivate: Steroide => Hormone + Transport