ausgewähle Problemeder Zellbiologie

• iInfo
• Scheinerwerb mittels Klausur
• Literatur
• & Albers - molekulare Zellbiologie
• Material online
• www.molekuelkueche.de
• uid: biomenschen
• pwd: biolehre06
• Gewebe
• Zusammenschluss "gleichartiger" Zellen
• untereinander verbunden oder
• mit extrazellulärer Matrix verbunden
• Zusammenhalt vermittelt durch
• Zelladhäsionsmoleküle
• Klassen
• Cadherine
• N-CAM
• haben Ig-Donänen
• gehören zur Ig-Superfamilie
• über 100 Mitglieder
• kommen als Dimere vor
• Funktionen
• vermitteln Ca²⁺-unabhängige Bindung
• homophil oder
• heterophil
• übernehmen auch Rezeptorfunktionen bei Zellkommunikation
• Mucin-like CAMs
• Zelladhäsionsmoleküle
• Integrin
• Selektine
• Funktion
• Ca²⁺-abhängige
• Zelladhäsionsmoleküle
• erkennen spezifische Zuckermoleküle
• spielen wichtige Rolle bei Migration/Invasion von Leukozyten ins Gewebe
• Aufbau
• sind über Ankerproteine an Cytoskelett gebunden
• Domänen:
• Lecin-Donäne
• EGF-like domain
• es gibt 4 Gewebearten:
• Epithel
• Bindegewebe
• Muskelgewebe
• Nervengewebe
• verschiedene Gewebe bilden die
• Organe
• sind Verbände von
• Gewebe
• Beispiel: Darm
• Aufbau
• Epithelzellschicht
• Fibroblasten-Schicht
• glatte Muskulatur
• Bindegewebe
• Epithelzell-Schicht
• Seneszenz
• Altern der Organismen
• Hypothesen
• Akkumulation von oxidativen Schäden an Makromolekülen ist eine Hauptursache für menschliches Altern
• ein Jungbrunnen ist unmöglich
• reaktiver Sauerstoff und Nervenzellen
• Gehirn braucht etwa 25% des Sauerstoffs
• Gehirn macht aber nur 5% der Körpermasse aus
• ein gesundes Gehirn produziert permenent Massenvon reaktiven Sauerstoff- und Stickstoff-Verbindungen (ROS)
• beschädigen Makromoleküle
• DNA
• Proteine
• Lipide
• zwischen 0.4 und 4% des aufgenommenen Sauerstoffswird von Mitochondrien in ROS verwandelt und können "entkommen"
• ® bei einem 80-jährigen Mann können bis zu 50% der Proteine oxidativ modifiziert sein
• je aktiver der Stoffwechsel einer Zelle, desto mehr Radikale werden gebildet
• im Laufe der Oxidation haben sich viele anti-oxidative Stoffe gebildet
• Enzyme, die ROS eliminieren
• Superoxid-Dismutase
• Katalase
• Alkylhydroxyperoxidase
• Heme Oxygenase
• kleine Substanzen, die ROS binden
• Glutathion
• Vitamin C
• Vitamin E
• Ubiquinon
• Melatonin
• Enzyme, die beschädigte Moleküle reparieren
• DNA-Reparatur-Moleküle
• Protein-Reparatur:
• Methionin Sulfoxid Reduktase (MSR)
• Oxidation erfolgt oft an nach außen präsentierten Methioninresten von Proteinen
• es gibt zwei Enantiomere des Methionin-Sulfoxides:
• L-Methionin-(R)-sulfoxid
• L-Methionin-(S)-sulfoxid
• die erste wird durch MsrB, die zweite durch MsrA zurück zu L-Methionin verwandelt
• Problem: aus Met-(R)-O gebildetes L-methionin-sulfon (MetO₂) kann nicht abgebaut werden
• ® es können fibrilläre Strukturen entstehen
• MSRA ist in fast allen Hirnzellen aktiv, mit verschiedener Intensität
• Zellzyklus
• unterteilt in Phasen
• Mitosephase
• G₁-Phase
• sehr unterschiedlich lang
• S-Phase
• Synthese-Phase
• oft etwa gleich lang wie
• Mitosephase
• G₂-Phase
• sehr unterschiedlich lang
• unterliegt bestimmten Kontrollpunkten
• M-Arrest
• sensibel für nicht ordentlich ausgebildeten Spindelapparat
• entscheidet, ob in G₁-Phase übergegangen wird
• G₁-Arrest
• sensibel für
• DNA-Beschädigung
• Umweltbedingungen
• entscheidet, ob in S-Phase übergegangen wird
• S-Arrest
• sensibel für nicht replizierte DNA
• G₂-Arrest
• sensibel für
• DNA-Beschädigung
• Umweltbedingungen
• Herzstück: Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen
• Cycline
• Ionenkanäle


• Lokalisation
• Plasmamembran
• Sarkoplasmatisches Retikulum
• Endoplasmatisches Retikulum
• Mitochindrium
• Voraussetzungen für (apssiven) Fluss durch Kanäle:
• Membranpotenzial
• Ionenkonzentrations-Gradient
• Typen
• spannungsgesteuerte Ionenkanäle
• Tetramere
• Beispiele
• spannungsgesteuerte Calciumkanäle
• ist ein einziges Protein (kein Tetramer im eigentlichen Sinne)
• hat vier Hauptdomänen
• Hauptdomänen bestehen aus je sechs membrandurchspannenden Helicies
• 4. trägt geladene AS
• bei Änderung des elektrischen Feldes Verändert sich die Konformation des Proteins Þ Öffnung des Kanals
• ausserhalb der 4 Hauptdomänen: accesorische Untereinheiten
• modifizieren bestimmte Eigenschaften
• können verschiedene Zustände haben
• Ruhestellung (geschlossen)
• geöffnet
• nach Depolarisierung des Membranpotentials
• verschlossen inaktiv
• selbst bei depolarisiertem Zustand schließt der Kanal
• Aufhebung nur durch Rückkehr zum Ruhepotenzial
• ligandengesteuerte Ionenkanäle
• ionotrope Rezeptoren
• Pentamere


• bestehen aus 4 Untereinheiten
• eine davon mit Ligand-Bindungsstelle
• Þ Konformationsänderung
• Aktivierung:
• durch Bindung von Transmitter an Liganden-Bindungsstelle am N-Terminus
• Kategorisierung nach Aktivierungs-Stimulus
• ligandengesteuert
• selektive Kationenkanäle
• Chloridknäle
• GABA_A-R
• Glycin-R
• Phosphorylierung
• spannungsgesteuert
• Kaliumkanäle
• tetramere Struktur
• Anlagerung von 4 distinkten Proteinen
• "Baukastenprinzip"
• einfachster Fall:
• 2 Transmembrandomänen
• Kalium-Einwärtsgleichrichter
• IRK, Kir
• läßt Ionen nur in einer Richtung passieren
• immer (blockiert nur bei stark positiven Spannungen)
• zuständig für Stabilisierung des Ruhe-Membranpotenzials
• Motiv: Glycin-Tyrosin-Glycin
• zuständig für Selektivität
• typisch in fast allen Kaliumknälen
• transportiert 1 bis 10e7 Ionen pro sekunden
• Tandemkanäle:
• 2 x 2 Transmembrandomänen
• bilden auch Einwärtsgleichrichter
• Shaker
• 6 Transmembrandomänen
• spannungsgesteuert nach dem ball-and-chain-Prinzip
• benannt nach Drosophila-Mutante, an der er erforscht wurde
• Natriumkanäle
• Calciumkanäle
• Chloridkanäle
• unselektive Kationenkanäle
• mechanische Wirkung
• Mechanorezeptoren: Dehnung
• Funktionen
• Generierung und Weiterleitung elektrischer Signale, z.B. in
• Neuronen
• Detektion des metabolischen Zustandes
• Beispiel:
• ATP-sensitive Kaliumkanäle
• Detektoren der intrazellulären Kalziumkonzentration
• Koinzidenzdetektion
• Beispiel:
• NMDA-Rezeptoren
• ionotroper Glutamatrezeptor
• vermitteln eine langsamere postsynaptische Stromkomponente
• spielen Rolle bei Lernvorgängen
• Regulation
• Modulation durch Bindung von Signalstoffen
• Transmitter
• Hormone
• Beispiel:
• Modulation der Aktivität von DUM-Neuronen
• Media:
• Video im Internet


• Zytoskelett
• 3 Protein-Filament-Systeme:
• Aktin-Filamente
• F-Aktin
• bilden eines von drei Protein-Filament-Systemen des
• Zytoskelett
• zusammengesetzt aus Monomeren:
• G-Aktin
• ist ein hochkonserviertes Protein
• hat eine ATP-Bindungsstelle
• hat in der Regel noch ein Metallion (Mg) gebunden
• bildet spontan Polymere
• Aktin-Filamente
• in 3 Schritten:
• Nukleation
• Bildung von Keimen
• ist relativ zeitintensiv
• Elongation
• steady state
• Fließgleichgewicht
• abhängig von
• Konzentration & Art der Ionen
• Konzentrationen von F-Aktin und G-Aktin
• Anlagerung von G-Aktin ist an den beiden Polen verschieden schnell
• Anlagerung am Plus-Ende des F-Aktins bevorzugt
• reguliert durch G-Aktin bindende Proteine
• Thymosin b₁
• Aktin ist in eukaryotischen Zellen in unterschiedlichen Mengen vorhanden
• sind lange helicale Polymere
• organisiert in
• Netzen
• Bündeln
• stabilisiert durch Cross-Linking-Proteine wie
• Filamin
• ist ein Cross-Linking-Protein
• verbindet
• Aktin-Filamente
• zu Netzen und Bündeln
• Fascin
• ist ein Cross-Linking-Protein
• verbindet
• Aktin-Filamente
• zu Netzen und Bündeln
• und Ankerproteine wie
• Dystrophin
• Aktin-bindendes Protein
• dient der Verankerung von Aktin-Filamenten in der Zellmembran
• haben eine funktionale Polarität (+ und -)
• wird bestimmt durch Zugabe von Myosinköpchen
• diese binden gerichtet an das Aktin
• "Pfeil"-ähnliche Anordnung
• Richtung in die der "Pfeil" zeigt: -
• Richtung, von der "Pfeil" wegzeigt: +
• Funktionen
• Kortikales Aktin
• bildet Netzwerke unter Zellmembranen und stabilisiert diese
• bindet an Glycophorin
• wichtig für Stabilität z.B. bei
• Erythrozyten
• Myosin
• Myosine sind Motorproteine
• allgemeiner Aufbau
• Kopf
• Hals
• Schwanz
• bestehen aus schweren und leichten Ketten
• Köpfe können entlang von Aktin-Filamenten wandern
• Wanderung erfolgt in diskreten Schritten
• bei jedem Schritt wird ein ATP hydrolysiert
• ® Umsetzen von chemischer Energie in mechanische