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Welche 3 Domänen gibt es in der Systematik der Lebewesen?
Bacteria -> Bakterien
Archaea -> Urbakterien
Eukaryoten -> Pilze, Tiere, Pflanzen, Einzeller,...
Wie werden Bacteria und Archaea zusammenfassend noch genannt?
Prokaryoten
Welche Unterschiede besitzen Eukaryoten zu Prokaryoten?
- haben Zellkern
- keine Zellhülle
- besitzen ein Cytoskellet
- membranbegrenzte Organellen
- ...
-> sehr viel höhere Komplexität
Erkläre den horizontalen Gentransfer.
Welchem Nutzen dient dieser?
= Austausch von Genen über z.B. Konjugation
-> Kann zur Resistenzentwicklung führen
Erkläre die Theorie der Entstehung des Endomembransystem.
1. Die Plasmamembran einer fühen prokaryotischen Zelle beginnt
sich nach innen zu falten
2. Die weitere Einstülpung führt zur Formung des ER, ein abgetrenntes
Kompartiment ensteht
3. Das ER umgibt das Nucleoid (Kernäquivalent) und bildet die
Zellkernhülle -> Zellkern entsteht
Erkläre die Endosymbiontentheorie.
1. Durch Endozytose wird ein Proteobakterium aufgenommen
2. Das Proteobakterium verliert einen Großteil seines genetischen
Materials an den Zellkern -> Erhält seine Funktion als Aerobier aber
und bildet somit ein Mitochondrium
-> Bei Pflanzenzellen = Aufnahme Cyanobakterium -> Entstehung der
Chloroplastiden
Vergleiche pflanzliche und tierische Zellen. Welche Unterschiede gibt es?
Pflanzenzellen:
- Chloroplasten
- Zellsaftvakuolen
- Zellwand
- Plasmodesmen
Tierzellen:
- Lysosomen
- Centrosomen (mit Centriolen)
- Flagellen
Wie ist die Zellmembran einer tierischen Zelle aufgebaut?
- Phospholipiddoppelschicht (7-10nm) mit eigelagertem Cholesterol
-> Phospholipide = Hydrophiler Kopf, lipophiler Schwanz;
- verschiedene eigelagerte oder transmembrane Proteine
- Glykoproteine an der extrazellulären Membranseite
Welche Funktionen erfüllt die Zellmembran?
- Abgrenzung der Zelle zum extrazellulärem Raum
- kontrollierter Stofftransport
- Signaltransport
- enzymatische Reaktion
- Anker für Cytoskelett
- Zellverbindungen
Welche Arten von Zellverbindungen gibt es? Erläutere diese genauer.
Thight Junctions:
- Verschlusskontakte, die Durchsickern von Gewebeflüssigkeiten
verhindern
- Ordnen sich Gürtelförmig um die Zelle an
- kommen in Epithelzellen von Darm, Niere und Blase vor
Desmosomen:
- Haftkontakte zwischen Zellen oder Zelle und extrazellulärer Matrix
- machen Gewebe belastbar
- kommen in stark beanspruchtem Gewebe wie Herz und Haut vor
Gap Junctions:
- Kommunikationskontakte für chemische Kommunikation zwischen
benachbarten Zellen
- Bsp.: Transmembranprotein Connexon bildet ringförmigen Kanal
Welche Funktionen erfüllt der Zellkern?
- Kommandozentrale der Zelle; Steuerungszelle
- Träger genetischer Information
- Informationsspeicher
Besitzen alle menschliche Zellen einen Zellkern?
Alle mit Ausnahme von reifen, roten Erythrozyten
Erkläre den Aufbau des Zellkerns. Erkläre die einzelnen Elemente genauer.
1. doppelte Kernmembran
- innere und äußere Kernmembran -> dazwischen perinukleärer Spalt
- Kernlamina an der inneren Kernmembran
- Risosomen an der äußeren Kernmembran
2. Nukleoplasma
- bestehend aus Chromatin und Nukleolus
3. Kernporen
- dienen Austausch zwischen Cytoplasma und Zellkern
- Bausteine für DNA und RNA Synthese, Enzyme und Hormone werden
druch Kernporen in den Zellkern transportiert
- RNA wird durch Kernporen in das Cytoplasma transportiert
Welche Aufgabe erfüllt der Nukleolus im Nukleoplasma?
Es ist der Ort des Zusammenbaus ribosomaler Untereinheiten aus ribosomalen Proteinen und rRNA
Was besteht aus Chromatin und wie ist es aufgebaut?
Chromosomen bestehen aus Chromatin
1. DNA gebunden an Histone (basische Proteine) bildet eine
Nukleosomenstruktur - "Perlschnur" (10nm)
2. Nukleosomen bilden komprimierte Spirale, die sich immer weiter
verdrillt - Chromatin-Faser (30nm)
3. Chromatin-Fasern werfen Schlaufen und verdrillen sich so weiter -
Schlaufendomäne (300nm)
4. Bei sehr starker Verdrillung entstehen Chromatiden (700nm)
5. Zwei Chromatiden bilden ein Chromosom (1400nm)
Den Verbindungspunkt an dem sich die zwei Chromatiden kreuzen, nennt man Centromere.
Heterochromatin: dichtes Chromatin
Euchromatin: für die Transkription gelockertes Chromatin
Welche zwei Arten des endoplasmatischen Retikulum gibt es? Was sind die Unterschiede?
raues ER:
- viele Ribosomen damit verbunden -> intensive Proteinbiosynthese
- Bildung von Proteinen für Membranen, Lysosomen oder Exozytose
- geht im Bereich des Zellkerns in äußere Kernmembran über
glattes ER:
- Synthese von Lipiden oder Steroidhormonen
- membran-gebundene Enzyme könnenn Biotransformation
beeinflussen
- Ca-Ionen Speicher
Wie werden Ribosomen gebildet und welche Funktion erfüllen sie in der Proteinbiosynthese?
1. Transkription der DNA zu tRNA, mRNA und rRNA
2. Im Nukleolus werden aus ribosomalen Proteinen und rRNA große
und kleine ribosomalen Untereinheiten gebildet und ins
Cytoplasma transportiert
3. Zwei ribosomale Untereinheiten bilden ein Ribosom um einen
mRNA-Strang -> mRNA = "Bauplan" für Proteine
4. Ribosomen entweder als freie Ketten oder gebunden an raues ER
5. tRNA bringt Aminosäuren die in der Translation zu Proteinen
aneinandergehangen werden
Welche Funktionen erfüllt der Golgi-Apparat? Wie ist er aufgebaut?
- polarer Aufbau
-> cis-Seite (konvex): Empfangsseite
-> trans-Seite (konkav): Versandseite
- besitzt doppelte Membran
- Dictyosom = Membranstapel -> Gesamtheit bildet Golgi
- Zisternen -> enstehendes Vesikel
- "Verschiebebahnhof" der Zelle
- Fertigung, Sortierung und Verpackung von ER-Produkten
- Posttranslationale Modifikation -> Proteine werden verändert und
mit neuen "Versandetiketten" ausgestattet
- Versand in Vesikeln zu z.B. Membran oder Lysosom
Erkläre Aufbau und Funktion der Lysosomen. Welche Unterscheidungen gibt es?
- Magen der Zelle
- Verdauungskompartimente mit Enzyme (Hydrolasen,
Phosphatasen,...)
- bauen Makromoleküle ab
- pH-Optimum = sauer 4,5-5,0
Primäres Lysosom -> vom Golgi-Apparat
Sekundäres Lysosom -> prim. Lysosom mit Phagosom verschmolzen
Verdauungsprodukte werden ins Cytosol abgegeben, unverdautes wird über Exocytose ausgeschieden
- Heterophagosomen - Verdauung von Fremdmaterial
- Autophagosomen - Verdauung von Eigenmaterial
Erkläre Aufbau und Funktion der Peroxisomen.
- Entgiftungskompartimente für H2O2 Zellgift
- Variable Enzymaustattung
-> Katalase: Spaltet 2 H2O2 -----> 2 H2O + O2
-> Peroxidasen: Reduktion H2O2 + AH -----> 2 H2O + A
- v.a. in Leber- und Nierenzellen
Wie sind Mitochondrien aufgebaut?
- doppelte Membran (innere und äußere)
- Intermembranraum
- Cristae: Enthält ATP-Synthasen (Proteine)
- Matrix: Raum zwischen Cristaen im Mitochondrium (enzhält DNA,
Ribosomen,...)
Erkläre die Funktion von Mitochondrien.
- Kraftwerk der Zelle
- Umwandlung energiereicher Substanzen in Energie
- Ca-Ionen Speicher
- Protonen (H+) werden über die Elektronentransportkette
(Atmungskette) in den Intermembranraum transportiert
- Durch enstandenen Konzentrationsgradienten strömen Protonen
über die ATP-Synthase wieder ein -> ADP + Pi -----> ATP
Aus welchen 3 Gruppen ist das Cytoskelett aufgebaut? Aus was bestehen sie jeweils?
- Mikrofilamente (6-8 nm): Aktin
- Intermediärfilamente (ca. 10 nm): verschiedenartige Proteine
- Mikrotubuli (ca. 25 nm): Tubulin
Welche Aufgaben erfüllt unser Cytoskelett?
- Formgebung der Zelle
- innere Festigung
- Festlegung von Oberflächenkomponenten
- Fortbewegung
- Kontraktilität
- Ausbildung der Kernteilungsspindel
- intrazellulärer Transport
Wie sind Mikrotubuli aufgebaut?
- alpha-Tubulin und beta-Tubulin bilden nach dem Kopf-Schwanz-
Prinzip die Protofilamente
- ca. 13 Protofilamente bilden ein zylindrisches Mikrotubuli
- polare Struktur -> stabile (-) Seite = alpha-Tubulin Ende
-> instabile (+) Seite = beta-Tubulin Ende
- polymere Form (Mikrotubuli) und Heterodimeres Tubulin (alpha-beta
Tubulin als Einzelform) im ständigen Gleichgewicht
- Polymerisation und Depolymerisation erfolgen bevorzugt am (+)-
Ende
- (-)-Ende geht meist von einem Microtubulin-Organizing-Center
(MTOC) aus
Welchen Angriffspunkt bieten Mikrotubuli bei Therapien?
z.B. bei Chemotherapien durch Vinca-Alkaloide oder Taxane
Erkläre den vesikulären Transport entlang des Mikrotubulis.
- Kinesin hat Kopfregion und Schwanzregion mit zwei Schwänzen
- Kinesin bindet mit Kopf an Vesikel
- durch abwechselndes Lösen von einem der beiden Schwänze,
wandert das Kinesin am Mikrotubuli entlang
Was ist ein Centrosom? Welche Aufgabe erfüllt es?
Centrosom = MTOC aus zwei Centriolen
Centriole = Zentralkörperchen aus 9x3 Mikrotubuli
-> Vor der Zellteilung ist das Centrosom in der Nähe des Zellkerns
-> Bei der Zellteilung bildet es die entgegengesetzten Pole des
Spindelapparats
Welche Aufgaben erfüllen die Cilien?
- Antennen und Motoren der Zelle
- Verantwortlich für:
-> Bewegung der Zelle
-> Transport von extrazellulärem Material (z.B. Atemwegs-Schleim)
-> Sinneswahrnehmung (Photorezeptorzelle)
- Mutationen von Cilien können zu schweren Erkrankungen führen
Wie sind Cilien aufgebaut?
- radiales Bündel aus 9 Axonen (Axon = Mikrotubulinpaar)
- zentrales Bündel aus 2 Mikrotubuli, verbunden durch eine zentrale
Brücke
- radiales Bündel durch Motorprotein Dynein und
Quervernetzungsproteine verbunden
- gesamtes Sytem von Zellmembran umgeben bildet Cilie
Wie kommt die Bewegung der Cilien zustande?
- Motorproteine Dynein werden durch ATP aktiviert
- schieben eine Seite des Doppeltubulus (Axon) nach oben
- quervernetztende Proteine verhindern ein Vorbeigleiten -> Cilie
beginnt sich zu biegen -> Bewegung kommt zustande
Erkläre den Aufbau der Mikrofilamente. Nenne ein Beispiel, wo sie eine wichtige Rolle spielen.
- G-Aktin -> Monomer
- Unter Spaltung von ATP werden G-Aktine verkettet -> Polymerisation
- Diese G-Aktinkette nennt man F-Aktin
- Ein Mikrofilament besteht aus zwei helikal angeordneten F-Aktinen
- G-Aktin und F-Aktin liegen im Gelichgewicht vor
- Mikrofilamente spielen eine wichtige Rolle bei der Kontraktion der
Muskulatur
Welche Funktion haben die Intermediärfilamente? Welche Typen von Filamenten gibt es?
- variabelste Komponente des Zytoskelettes
- mechanische Festigung der Zelle -> gewebespezifisch in vielen
Varianten
Typen von Filamenten:
- Keratin Filamente (Keratin) -> in Epithelzellen
- Neurofilamente (variabel) -> Neuronen
- Vimentin-Filamente (Vimentin) -> Bindegewebe, Muskelzellen,
Gliazellen
- Kernlamina (Lamine) -> Zellkernrand, alle Zellen
Wie ist eine Pflanzenzelle aufgebaut?
- Zellwand
- Plasmamembran
- Plasmodesmen -> Pore in Zellwand für Stofftransport und
Informationsaustausch miz Nachbarzelle
- Endomembransystem
o ER (rau/glatt)
o Golgi-Apparat
o Vakuolen
- Peroxisomen
- Zellkern
- Mitochondrien
- Plastiden (Chloro-, Chromo-, Leukoplasten)
- Ribosomen (Cyto-, Mito-, Plastoribosomen)
- Reservestoffe (Stärke, Fette, Proteine)
- Cytosol und Cytoskelett (Mikrotubuli und Aktinfilamente)
Aus welchen drei Schichten besteht die Pflanzenzellwand? Wie bildet sie sich?
- sekundäre Zellwand
- primäre Zellwand
- Pektinlamelle (=Mittellamelle)
- Am Ende der Cytokinese -> Zwei Zellen durch Zellplatte getrennt
- Tochterzellen sezernieren Cellulose, Hemicellulose und Pektin ->
Primärwand bildet sich
- Zelle dehnt sich aus -> Primärwand wird dünner
- Nach Zellausdehung wird Sekundärwand gebildet
Was beschreibt der Begriff Protoplast?
Beschreibt den von der Zellwand eingeschlossene Teil der Zelle.
Beschreibe den Aufbau der Mittellamelle.
- Mittellamelle wird von benachbarten Zellenbei der Zellteilung
gemeinsam gebildet
- besteht aus Pektinsäure (Pektin)
- Pektin = Heteropolymer aus Galacturonsäure, vernetzt über Ca 2+
und Mg 2+
Beschreibe die Struktur der primären Zellwand.
- Besteht zu 20-30% aus Cellulose
- 70-80% aus Polyosen (Pektine + Hemicellulosen)
Beschreibe die Struktur der sekundären Zellwand. Wann wird sie gebildet?
Bildung nach Ende des Zellwachstums
Cellulose-Mikrofibrillen mit eingelagerten Mineralsubstanzen und Lignin
- besteht zu 80% aus Cellulose
- 20% aus Polyosen
Wie ist die Cellulose aufgebaut?
- Homopolymer aus beta-Glucose-Monomeren zu Cellulose
- Cellulose über Wasserstoffbrückenbindung zu Mikrofibrillen
gebündelt
Was passiert bei der Verholzung?
- Absterben der Zelle (Sklerenchym) führt zur Festigkeitszunahme der
Pflanze
Erkläre den Aufbau eines Laubblattes.
- Cuticula: Wachsschicht auf Epidermis -> stabilisiert und schützt
vor Wasserverlust
- Epidermis: schützt Blatt vor äußeren Einflüssen
- Palisadenparenchymzellen: mit vielen Chloroplasten für
Phostosynthese zuständig
- Schwammparenchymzellen: für Gasaustausch bei Photosynthese
zuständig
- Blattadern (Leitbündel): aus Bündelscheidezelle, Xylem und Phloem
Erkläre die Funktion der Vakuole:
- regelt den Turgor (=Druck in der Pflanzenzelle) über großes Volumen
-> bis zu 90% des Zellvolumens = Vakuole
- enthält Sekundärstoffe die als Fressschutz dienen
- enthalten Anthocyane (=Pflanzenfarbstoff) -> sorgt für visuellen Reiz
und Samenverbreitung durch Bestäubung
- enthalten Enzyme für den Abbau von komplexer Moleküle
Was sind Plastiden? Welche Formen gibt es?
- semiautonomes Organell, in denen viele Stoffwechselwege
lokalisiert sind
- verschiedene Formen je nach Funktion
- Chromoplasten
- Leukoplasten
- Chloroplasten
Erkläre die Chloroplasten genauer.
- Thylakoidmembran:
Chlorophyll in Thylakoid benutzt Lichtenergie zur Bildung von ATP
- Granum
Stapel von Thylakoiden
- Stroma
flüssiges Medium
umgibt Thylakoide im inneren Membransystem
enthält Enzyme, Ribosomen und DNA des Organells
Erkläre grob den Begriff der Mitose ohne genauer auf die Phasen einzugehen.
- asexuelle Vermehrung von Eukaryonten
- Mitose bezeichnet die Teilung des Zellkerns, während die Cytokinese
die Teilung des Cytoplasmas beschreibt
- am Ende enstehen 2 diploide, genetisch ident Tochterzellen
Welche Phasen der Mitose gibt es?
1. Prophase
2. Prometaphase
3. Metaphase
4. Anaphase
5. Telophase
6. Cytokinese
Ausgehend von der G2-Interphase, erkläre zusätzlich noch die Prophase und Pometaphase.
1. G2-Interphase:
- rascher Zellwachstum und intensive Proteinbiosynthese
- keine zwingende Phase bei embryonalen und Krebszellen
2. Prophase:
- Chromatin kondensiert und bildet Chromosomen
- Centrosom teilt sich in zwei Centriolen
- Centriolen wandern an entgegengesetzte Zellpole
- Centriolen beginnen Spindelapparat zu bilden
3. Prometaphase:
- Kernhülle beginnt zu verschwinden
- Spindel-Mikrotubuli können an Centromere der Chromosomen
anheften
Erkläre die Metaphase, Anaphase, Telophase und Cytokinese
1. Metaphase:
- Kernhülle und Nukleolus bilden sich vollständig zurück
- Chromosomen sind maximal verdrillt und können nach Größe und
Form unterschieden werden
- Spindelapparat ist vollständig ausgebildet
- Chromosomen bewegen sich an die Metaphasenplatte (="Äquator"
der Zelle zwischen den beiden Centriolen)
2. Anaphase:
- Chromosomen werden in zwei Tocherchromosen getrennt
- Chromatiden werden zu den zwei Polen gezogen
3. Telophase:
- Spindelapparat zerfällt
- Tochterchromosomen dekondensieren an Polen
- zwei neue Kernhüllen (an jeweils einem Pol) beginnen sich zu bilden
4. Cytokinese:
- Teilung des Cytoplasmas -> Entstehung von zwei Tochterzellen
- bei tierischen Zellen:
-> kontraktiler Ring entsteht der das Cytoplasma vollständig trennt,
aber an der Oberfläche noch in Kontakt mit der anderen
Tochterzelle steht
- bei pflanzlichen Zellen:
-> Reihe von Vesikel bilden Zellplatte
Wie unterscheidet sich die Meiose von der Mitose?
- gibt 2 große Phasen: Meiose I und Meiose II
- sexuelle Vermehrung von Eukaryonten (Bildung von
Geschlechtszellen -> Spermien und Eizellen)
- Prophase I: zwei homologene (sich entsprechende) Chromosomen
väterlicher und mütterlicher Seits legen sich übereinander (=crossing
over) -> rekonstruierte Chromosmen entstehen
- Anaphase I: rekonstruierte Chromosomen werden mit beiden
Chromatiden zu den Polen gezogen (-> genetische Vielfalt ensteht)
- zwischen Meiose I und Meiose II wird kein Genmaterial verdoppelt
- Meiose II ist nahezu ident mit dem Ablauf der Mitose
- am Ende der Meiose II entstehen 4 haploide, genitisch unidentische
Tochterzellen
Welche Phasen des Zellzyklus gibt es?
Mitose-Phase: Zellteilung
Interphase: G1-, S-, G2-Phase
Ruhephase: G0-Phase
Was passiert in der Interphase?
- Zelle wächst
- Mehr Organellen durch verstärkte Proteinbiosynthese
- bereitet sich auf Zellteilung druch Proteinsynthese und DNA
Replikation vor
Wie funktionieren die Zellzyklus-Kontrollpunkte und welche gibt es?
- kontollieren, ob die vorhergehende Phase richtig abgeschlossen
wurde
- ist dies nicht der Fall, stoppen sie den Zellzyklus und schicken die
Zelle entweder in die Ruhephase oder lösen den Zelltod (Apoptose
oder Nekrose aus)
Kontrollpunkte:
-> G1 zu S: Eintrittskontrolle in die S-Phase (Hauptkontrollpunkt)
- ungünstige äußere Bedingungen
- kritische Zellgröße nicht erreicht
- DNA geschädigt
-> G2 zu M: Eintrittskontrolle in die Mitose
- kritische Zellgröße nicht erreicht
- DNA geschädigt
- DNA nicht vollständig repliziert
-> M: Kontrolle während der Mitose
- Spindelapparat nicht richtig ausgebildet