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Über welche Strukturen zur Signalwahrnehmung verfügt die tierische Zelle?
Die für die Signalwahrnehmung beteiligten Oberflächenrezeptoren lassen sich in 3 Gruppen einteilen:
1. Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren
2. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
3. Rezeptoren mit enzymatischer Aktivität (Rezeptor-Tyrosinkinasen)
Wozu dienen typischerweise Oberflächenrezeptoren und wozu intrazelluläre Rezeptoren?
Oberflächenrezeptoren sind wichtig für Signalübertragung, Zellkommunikation und Regulation von Zellfunktionen. Oberflächenrezeptoren befinden sich in der Zellmembran und binden Liganden (z.B. Hormone, Neurotransmitter, Wachstumsfaktoren), die nicht in die Zelle eindringen können. Diese Bindung löst eine Kaskade von intrazellulären Signalen aus.
Intrazelluläre Rezeptoren dienen der Genregulation und der Stoffwechselregulation. Sie befinden sich im Zytoplasma oder im Zellkern und binden Lipid-soluble Liganden (z.B. Steroidhormone). Nach der Bindung translozieren sie in den Zellkern, wo sie als Transkriptionsfaktoren wirken und die Expression spezifischer Gene regulieren. Sie können auch direkt an metabolischen Prozessen beteiligt sein, indem sie Enzyme aktivieren oder hemmen.
Insgesamt dienen Oberflächenrezeptoren hauptsächlich der schnellen Signalübertragung und der Kommunikation zwischen Zellen, während intrazelluläre Rezeptoren oft langfristige Veränderungen in der Genexpression und Zellfunktion steuern.
Wie ist die pflanzliche Zellwände aufgebaut?
Von außen nach innen:
Mittellamelle aus Protopektin,
Primärwand aus Cellulose in Form von Cellulose-Mikrofibrillen, Glykane (Homo- und Heteroglykane) und Pektin (Poly-alpha-1,4-D-Galacturonsäure),
Sekundärwand aus Cellulose und Lignin
Evtl. Tertärwand aus Lignin, Pektin und Hemicellulose
(Plasmamembran)
Welches ist die wichtigste Klasse enzym-gekoppelter Rezeptoren?
Rezeptor-Tyrosinkinasen
Welches ist der charakteristische Aufbau von Flagellen, Geißeln und Cilien und wie unterscheidet er sich von prokaryotischen Flagellen?
Flagellen, Geißeln und Cilien bestehen aus Mikrotubuli, die in einer charakteristischen 9+2-Anordnung organisiert sind. Das bedeutet, dass es neun äußere Mikrotubuli gibt, die zwei zentrale Mikrotubuli umgeben. Sie sind von einer Plasmamembran umgeben.
Im Gegensatz dazu sind prokaryotische Flagellen, wie sie bei Bakterien vorkommen, ganz anders aufgebaut. Sie bestehen aus einem Protein namens Flagellin und sind nicht von einer Membran umgeben. Prokaryotische Flagellen sind in der Regel einfacher strukturiert und rotieren wie ein Propeller, während eukaryotische Flagellen und Cilien durch eine koordinierte Bewegung der Mikrotubuli angetrieben werden.
Das Motorproteine Dynein, welches entlang der Mikrotubuli wandert, fehlt nämlich in prokaryotischen Flagellen.
Eukaryotische Zellen haben einen Basalkörper, der als Ankerpunkt dient und die Mikrotubuli an der Zellmembran verankert.
Die Motorproteine sind in Speichen angeordnet und sorgen für eine Verschiebung der Mikrotubuli=> Bewegung
Welche Komponenten werden zur Extrazellulärmatrix gezählt, wie ist diese aufgebaut und welche Zellen produzieren sie?
Die Extrazellulärmatrix besteht aus Glycoproteinen wie Fibronektin und Laminin, Proteoglykanen und Glucosaminglykanen, sowie Zytokine und Wachstumsfaktoren. Sie besteht aus Proteinfasern, die in Proteoglykanen eingebettet sind und von Fibroplasten gebildet werden.
Kollagen ist das wichtigste ECM-Protein. Die versetzt angeordneten Helices bilden eine Trippelhelix, die über Disulfidbrücken stabilisiert wird. Mehrere Trippelhelices bilden eine Kollagenfibrille. Mehrere Fibrillen bilden eine Kollagenfaser.
Die Proteoglykane (z.B. Hyaluronan) bestehen aus Glykosaminglykanketten und einem Proteinkern. Fibronektin fungiert als Verbindungsmolekül.
Die Extrazellulärmatrix wird von den Fibroplasten gebildet.
Welche grundsätzlichen Möglichkeiten zu Zellkontakten gibt es bei eukaryotischen Zellen?
Haftkontakte (Anchoring junctions), Verschlusskontakte (Occluding/ Tight junctions), kanal-bildende Kontakte (Channel-forming junctions), signalübertragende Kontakte (Signal-relaying junctions)
Welche Funktionen hat die Oberfläche einer Zelle?
Zelloberflächen dienen als Barriere und Vermittler zur Außenwelt
Einige Moleküle dienen der Adhäsion (Haftkraft), der Signalperzeption oder der Zell-Zell-Erkennung
Welche charakteristischen Eigenschaften zeichnen das Kollagenmolekül aus?
Wichtigstes ECM-Molekül, Tripelhelix aus versetzt angeordneten Helices, über Disulfidbrücken stabilisiert, mehrere Tripelhelices bilden eine Kollagenfibrille, mehrere Fibrillen bilden eine Kollagenfaser, Kollagensynthese erfordert Vitamin C für die Hydroxylierung des Pro-Kollagens
Was versteht man unter Proteoglykanen?
Proteoglykane sind Bestandteile der Extrazellulärmatrix, die aus Glykosaminglykanketten und einem Proteinkern bestehen. Ein Beispiel dafür ist Hyaluronan
Was versteht man unter Mikrovilli und wie sind sie aufgebaut?
Mikrovilli sind kleine, fingerartige Ausstülpungen, die auf der Oberfläche von Zellen vorkommen, insbesondere in Epithelzellen, die für die Absorption zuständig sind, wie z.B. in den Darmzellen. Sie erhöhen die Oberfläche der Zelle erheblich, was die Effizienz der Nährstoffaufnahme verbessert.
Der Aufbau von Mikrovilli besteht hauptsächlich aus einer Ansammlung von Aktinfilamenten, die in einer Art Bündel angeordnet sind und die Struktur stabilisieren. Sie werden durch Crosslinker wie Villin oder Fimbrin zusammengehalten. Diese Aktinfilamenten sind in die Zellmembran eingebettet und werden von verschiedenen Proteinen unterstützt, die helfen die Mikrovilli in ihrer Form und Funktion zu erhalten. Die Mikrovilli sind von einer Zellmembran umgeben und enthalten auch Enzyme und Transportproteine, die für die Absorption von Nährstoffen wichtig sind
Was versteht man unter der Glykokalyx und welche Funktionen erfüllt sie?
Die Glykokalyx ist eine schützende, gelartige Schicht, die sich an der Außenseite von Zellen befindet. Sie besteht hauptsächlich aus Glycoproteinen und Glycolipiden.
Sie dient der Zell-Zell-Erkennung (Glycolipide der Blutgruppen-Antigene ABO oder MHC-Komplexe (Major Histocompatibility Complex, "Transplantation"), zur Ausbildung von Zellkontakten, der Signalperzeption (Signalwahrnehmung) und hat eine Schutzfunktion inne.
Nennen Sie Beispiele von Zelloberflächenstrukturen
Mikrovilli, Flagellen, Geißeln, Cilien, Glykokalyx (aus Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden)
Nennen sie Beispiele für Oberflächenrezeptoren
1. Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren:
Glutamat-Rezeptor (ZNS), GABA-Rezeptor (Gehirn), Acetylcholin-Rezeptor (Muskel)
2. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren:
Licht-, Geruchs- und Geschmackssinn
3. Rezeptoren mit enzymatischer Aktivität:
Rezeptor-Tyrosinkinasen (Tyrosinkinase-assoziierte Rezeptoren, Rezeptor-Serin/ Threonin-Kinasen, Histidinkinase-assoziierte Rezeptoren, Rezeptor-Guanylat-Zyklasen, Rezeptorartige Serin/ Threonin-Phosphatasen)
Für welche Signalübertragung sind G-Proteine verantwortlich?
Für die Übertragung von Signalen durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs)
-> ein Signalmolekül kann viele verschiedene GPCR-Familien aktivieren (Adrenalin: 9 verschiedene, Serotonin: 14 verschiedene)
-> wichtigste physiologische Funktion: Gs- und Gi- Funktion im Signalweg der Adenylat-Cyclase (ATP-> cAMP)
-> z.B. Licht-, Geruchs- und Geschmackssinn (Ausnahme: sauer), die Hälfte aller bekannten Arzneistoffe wirkt über GPCR oder deren Signalwege
Erläutern Sie den schematischen Ablauf einer hormonellen Signalwahrnehmung einer tierischen Zelle
1. Hormonfreisetzung: Hormone werden von spezialisierten Drüsen (z.B. endokrinen Drüsen) in den Blutkreislauf freigesetzt. Diese Hormone können verschiedene chemische Strukturen haben, wie Peptide, Steroide oder Aminosäurederivate.
2.Transport im Blut: Die Hormone zirkulieren im Blut und erreichen ihre Zielzellen, die spezifische Rezeptoren für das jeweilige Hormon besitzen.
3. Bindung an Rezeptoren:
->Membranrezeptoren: Wasserlösliche Hormone (z.B. Insulin) binden an spezifische Rezeptoren auf der Zellmembran. Diese Bindung aktiviert intrazelluläre Signalkaskaden.
->Intrazelluläre Rezeptoren: Lipophile Hormone (z.B. Steroidhormone wie Testosteron oder Östrogen) passieren die Zellmembran und binden an intrazelluläre Rezeptoren im Zytoplasma oder Zellkern.
4. Signaltransduktion:
Bei der Bindung an Membranrezeptoren wird oft eine Kaskade von biochemischen Reaktionen ausgelöst, die durch sekundäre Botenstoffe (z.B. cAMP, Ca²+) vermittelt wird.
Bei intrazellulären Rezeptoren führt die Hormon-Rezeptor-Bindung zur Aktivierung von Genen, was zu einer Veränderung der Proteinexpression führt.
5.Zelluläre Antwort:
Die aktivierten Signalwege führen zu spezifischen zellulären Antworten, wie z.B. Veränderungen im Stoffwechsel, Zellwachstum, Differenzierung oder Apoptose (programmierter Zelltod).
6.Regulation und Beendigung des Signals:
Der Signalweg wird reguliert, um sicherzustellen, dass die Antwort angemessen ist und nicht übermäßig lange anhält. Dies kann durch Abbau des Hormons, Deaktivierung der Rezeptoren oder durch negative Rückkopplungsmechanismen geschehen.
Erklären Sie den Aufbau von "Tight junctions" und "Gap junctions". Was sind "Desmosomen", was sind "Plasmodesmen"?
Tight junctions bestehen aus einem Netzwerk aus Transmembranproteinen, die wie Bänder um Epithelzellen herum gewunden sind. Die Membranproteine benachbarter Zellen sind in Form von Kopf-Kopf-Kontakten eng miteinander verbunden, um eine dichte Diffusionsbarriere zu bilden.
Gap junctions sind Kanäle, welche sich durch die Zellmembran ziehen und dafür sorgen, dass zwei benachbarte Zellen miteinander verbunden sind. Sie sind molekulare Tunnelproteine zum Austausch niedermolekularer Stoffe.
Desmosomen sind zelluläre Haftstrukturen, die eine Verbindung zweier Zellen generieren können. Sie sind intermediärfilament-verknüpfte Kontakte.
-> intrazellulär: IF-Filamente & Ankerproteine (Desmoplakin, Plakoglobin, Plakophilin)
-> extrazellulär: cadherin-Motiv-tragende Adhäsionsproteine für Zell-Zell-Verankerung
Ein Palsmodesmos ist ein dünner Strang aus Plasma mit einem Durchmesser von etwa 30-50 nm. Umgeben ist er von einer Plasmamembran. Er führt durch kleine Aussparungen (Tüpfel) in der Zellwand einer Pflanzenzellen zu einer Nachbarzelle und erschafft so eine Verbindung (Plasmabrücke). Das Plasmodesmos ist von einer Membran umgeben. Sie sind die einzigen Zell-Zell-Verbindungen von Pflanzengeweben, die dem interzellulären Stoffaustausch dienen, ähnlich den Gap junctions tierischer Gewebe.
Durch welches Molekül werden andere Extrazellulärmatrixkomponenten miteinander verknüpft?
Ein zentrales Bindemolekül ist Fibronectin, ein Glycoprotein.
Die Zelle verfügt über Zell-Zell-Adhäsionsmoleküle. Wie heißt das?
Cadherine sind calciumabhängige, transmembrane Glycoproteine. Sie können homophile und heterophile Verbindungen aufbauen. Cadherine vermitteln die Ca2+-abhängige Zell-Zell-Adhäsion in allen bekannten Tieren und Cyanoflagellaten. Einige besitzen neben der Adhäsions- auch Signalübertragungsfunktion (NFKbeta-, MAP-Kinase-, Wnt-Pathway, etc.
(Wichtige Cadherin- Typen: E-Cadherin im Epithel, N-Cadherin in Nerven, P-Cadherin in Placenta)
Die Zelle verfügt über Zell-Matrix-Adhäsionsmoleküle. Wie heißt das? Welches sind ihre wichtigsten Funktionen?
Integrine sind "Matrix-Rezeptoren", die Signale in beide Richtungen übertragen. Sie bestehen aus transmembranären Heterodimeren aus einer alpha- und einer beta-UE und können zwischen einer aktiven und einer inaktiven Form umschalten.
Integrine sind Proteine, die in allen tierischen Zellen vorkommen. Sie sind dauerhaft in der Zellmembran verankert und durchqueren diese. Damit zählen sie zu den Transmembranproteinen.
Integrine spielen eine wichtige Rolle z.B. bei der Proliferation von Zellen, da sie nicht nur die Menge, sondern auch die Verteilung von ECM-Proteinen detektieren. Integrine verbinden Zellen mit anderen Zellen, sowie mit der extrazellulären Matrix. Weiterhin sind sie für die Signalübermittlung zwischen Zellen und deren Umgebung bedeutsam. Integrine gehören zu der Gruppe der Adhäsionsmoleküle und sind Rezeptoren für extrazelluläre Proteine. Sie sind auch wichtig für die Immunantwort. Erst wenn die T-Zelle mit der Antigen-präsentierenden Zelle (APC) eine starke Integrin-ICAM-Verbindung eingegangen ist, kommt es zur T-Zell-Aktivierung.