Zellbio Altklausuren at Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

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Natrium Kalium Pumpe

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Gramnegative Bakterien

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Grampositive Bakterien

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Peptidoglycan oder auch Murein

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Stammzellnische

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Carcinogene

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Tumorpromotoren

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In Krebszellen ist die Regulation
wichtiger Zellprozesse defekt

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(Proto-)Oncogen Ras

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Chromatin

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Kernporenkomplex

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Proteinsynthese Weg Richtung ER

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Zellbio Altklausuren

Natrium Kalium Pumpe
- primär, aktiver Transport: Konzentrationsgradient
- Antiporter
- in Zellmembran verankertes Transmembranprotein
- Das Enzym katalysiert unter Hydrolyse von ATP (ATPase) den Transport von Natrium-Ionen aus der Zelle und den Transport von Kalium-Ionen in die Zelle gegen die elektrochemischen Gradienten und dient so ihrer Aufrechterhaltung
- Der gegenläufige Transport (Antiport) von 3 Na+ gegen 2 K+ gegen die Konzentrationsgefälle und gegen elektrisches Ruhemembranpotential (elektrogen)
- Transport ist also zweifach Energie abhängig: energieabhängiger / aktiver Transport
- Beide Kationen sind in Zellen ungleich verteilt:
Die Na+-Konzentration im Inneren der Zelle ist gering (7–11 mmol/l);
die K+-Konzentration im Inneren ist hoch (120–150 mmol/l).
Dieser lebenswichtige Konzentrationsgradient wird einerseits durch Kalium-Kanäle bewirkt (siehe Blutzucker-Sensorsystem), andererseits durch die elektrogene Natrium-Kalium-ATPase.

- sekundär aktiver Tranport: aussen hohe Na+, niedrige K+, ......

Zellbio Altklausuren

Gramnegative Bakterien
- Bakterien die sich in der Gram Färbung rot färben
- Gramnegative Bakterien besitzen nur eine dünne Peptidoglykanschicht aus Murein + eine zusätzliche äußere Lipidmembran. Die während der Gramfärbung in der dünnen Mureinhülle gebildeten Farbstoff-Iod-Komplexe werden duch die anschließende Behandlung des Präparats mit Ethanol wieder ausgewaschen, d.h. die Bakterien teilweise entfärbt.

Zellbio Altklausuren

Grampositive Bakterien
- Bakterien, die sich in der Gram-Färbung blau anfärben.
- Grampositive Bakterien besitzen eine dicke Peptidoglykanschicht aus Murein ("Mureinhülle")
- keine zusätzliche äußere Lipidmembran
- Zellwand enthält zwischen 20 und 40 % Lipoteichonsäuren
- Gram-Färbung: in den Zwischenräumen der Mureinhülle sammeln sich Farbstoff-Iod-Komplexe an, da mehrere Mureinschichten vorhanden, wenn die Bakterien nun mit Ethanol ausgewaschen werden bleiben Farbkomplexe in den Schichten - Bakterien erhalten eine dunkelblaue Farbe

Zellbio Altklausuren

Peptidoglycan oder auch Murein
- Peptidoglycan (PGN) ist ein aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetztes Makromolekül, welches in der Zellwand von Bakterien vorkommt. Sowohl grampositive als auch gramnegative (siehe Gramfärbung) Bakterien besitzen in ihrer Zellwand eine Festigkeit verleihende Schicht aus Murein, einem Peptidoglycan. Der Unterschied besteht lediglich in der Dicke der Hülle: bei grampositiven 20–80 nm, bei gramnegativen < 10 nm.
-  Peptidoglykan besteht aus Strängen der zwei miteinander verknüpften Zuckerderivatmoleküle N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure, die das Rückgrat bilden. Von jedem N-Acetylmuraminsäure-Molekül geht – an dessen Pyruvatgruppe gebunden – eine Oligopeptidkette zu einem N-Acetylmuraminsäure-Molekül eines benachbarten Stranges. Die parallel angeordneten Stränge sind auf diese Weise quervernetzt - Ein Bakterium ist also von einem einzigen Murein-Makromolekül umgeben. Es können mehrere Mureinnetze übereinander angeordnet sein. Dann sind die Murein-Schichten durch Oligopeptide verbunden

Zellbio Altklausuren

Stammzellnische
Mikroumgebung von Stammzellen, die den Erhaltder Zellen ermöglicht und Signaleaussendet, die Selbsterneuerung und Differenzierung steuern.
Ist oftmals abhängig von der Unterstützung von (spezialisierten) somatischen Zellen (support cells) in der Umgebung, die durch durch gelöste Faktoren, Zelladhäsion und Produktion von ECM das proliferative und Selbsterneuerungspotential der Stammzelle erhalten (permissive zone).
Wenn Zellen diese Mikroumgebung verlassen, lässt der Einfluss der Nische nach und die Zellen differenzieren.

2 fundamentale Nischenfunktionen sind Regulation der Nischenbesetzung und der Differenzierung
• Nischenbesetzung(occupancy) wird durch Stimulation von Zelladhäsion mit Nischenzellen bestimmt.
• Stammzellpotential, Selbsterneuerungund Differenzierung(Fate) wird durch Repression von Differenzierungsgenen in der Nische erhalten.



Eine besondere Rolle bei der Ausbildung der Nische können benachbarte, unterstützende Zellen spielen, die den Stammzellen bestimmte Oberflächenmoleküle präsentieren (z. B. Cadherine, Catenine und Integrine) oder die Signalmoleküle in die Umgebung abgeben. Signale aus der Nische regulieren die Selbsterneuerung, das Überleben und damit die Erhaltung der Stammzellen. Die Adhäsion zwischen Stammzellen und unterstützenden Stroma-Zellen oder der extrazellulären Matrix verankert die Stammzellen in der Stammzellnische und somit in der Nähe der stammzell-erhaltenden Signale. Die speziellen räumlichen Beziehungen der Stammzellen mit den unterstützenden Zellen kann zu einer Polarisierung der Stammzelle und somit zu einer asymmetrischen Zellteilung führen. Dabei entsteht neben einer bleibenden Stammzelle eine Vorläuferzelle, die sich häufiger teilt und deren Tochterzellen sich weiter differenzieren. Die Vermehrung und/oder Differenzierung der Stammzellen kann auch durch systemische Faktoren reguliert werden

Zellbio Altklausuren

Carcinogene
Substanzen, die Krebs auslösen können, i.d.R. durch Schädigung / Mutationen
der DNA, z.B.:
• Strahlung (UV, Röntgen)
• Viren (mit tumorigenem Potential, z.B. für Leber- und Zervix-Karzinom)
• Chemikalien

Zellbio Altklausuren

Tumorpromotoren
begünstigen Krebsentwicklung, bewirken aber selber keine Mutationen z.B.:
• Hormone, die die Zellproliferation anregen, insbes. Östrogene
• einige Viren, die z.B. chronische Entzündungen auslösen
• Bakterium Helicobacter pylori

Zellbio Altklausuren

In Krebszellen ist die Regulation
wichtiger Zellprozesse defekt
- Regulation des Zellzyklus, Zellteilung und Zellwachstums
- Regulation von Apoptose (programmierter Zelltod), viele Krebszellen unterlassen Eintritt in programmierten Zelltod
- Regulation der Differenzierung (Fähigkeit zur normalen bzw. vollständigen Differenzierung ist verloren gegangen, hohes Telomerase Expressionslevel für unendliches replikatives Potential, Fähigkeit in Abwesenheit von Wachstumsfaktoren zu überleben, autokrine Wachstumsstimulation)
- Regulation der Adhäsion einer Zelle an Nachbarzellen - Viele Krebszellen überleben und teilen
sich ohne Zell Matrix Adhäsion, Fähigkeit in Abwesenheit von Wachstumsfaktoren (wie Zell-Matrix Interaktionen) zu
überleben
- Regulation der genomischen Stabilität durch DNA-Reparatur, Hohes mutagenes Potential durch Verlust von DNA Reperaturmechanismen (veränderte Chromosomenausstattung)
- Krebszellen erschaffen eine Umgebung die die Bildung neuer Blutgefäße (Angiogense)
fördern

Zellbio Altklausuren

(Proto-)Oncogen Ras
- zentrales Glied verschiedener Signaltransduktionswege, die Wachstums- und Differenzierungsprozesse regulieren
- Als monomeres GTP-bindendes Protein: regulierter molekularen Schalter, mit dem zelluläre Prozesse an- oder abgeschaltet werden können
- Ras wechselt dabei zwischen zwei Zuständen, in denen es entweder GTP gebunden hat (RasG) oder das GTP zu GDP hydrolysiert ist (Ras)
- Die Grundlage dieser molekularen Schalterfunktion basiert auf unterschiedlichen Proteinkonformationen bei der Bindung von GTP oder GDP. Ras kann nur im GTP-gebundenen Zustand mit weiteren Signal-Proteinen (sogenannten Effektoren) interagieren, die dann ihrerseits die Signalweiterleitung vermitteln
- Ras ist das am häufigsten mutierte Proto-/Oncogen bei menschlichen Tumoren
- Punktmutationen konvertieren das ras ProtoOncogen in eine Oncogen
- Ein konstitutiv aktives Ras wird dadurch permanent exprimiert (Verlust der ‘aus‘ Funktion)
- Der Wachtums- und Zellteilungssignalweg ist dadurch permanent angeschaltet

Zellbio Altklausuren

Chromatin
- geformt durch Condensine
- Grösse 500-750 nm
- um Histone gewickelt (8 Untereinheiten, je 2x H2A, H2B, H3, H4)
- DNA und Histone bilden die Nucleosomen
- Formen Euchromatin (aktiv), Heterochromatin (inaktiv)

Zellbio Altklausuren

Kernporenkomplex
- Nuclear Pore Complex (NPC)
- kleine Moleküle und Proteine, die kleiner als 20-40 kDA sind können frei durch diffundieren (passiv)
- die meisten/großen Proteine passieren den NPC über Bindung an spez. Proteine, die das Protein durch den NPC schleusen (v.a. Karyopherine (z.B. Importine, Exportine) = nukleäre Transport Rezeptoren)
- Dieser Prozess erfordert spez. Erkennungssequenzen (NLS: nuclear localisationsignal NES: nuclear export signal), mit Hilfe von Ran-GTP
- Kernpore: Kernporenkorb (innenseite, Stabilität durch Kernlamina) - cytosolische Kernfibrille
-alle RNAs werden als Ribonucleoprotein Komplexe (RNPs) durch den NPC transportiert (rRNAs, tRNAs, miRNAsund smallnuclear RNAs (snRNAs) werden RanGTP abhängigvon Karyopherinen aus dem Zellkern transportiert)

Zellbio Altklausuren

Proteinsynthese Weg Richtung ER
N-terminale Region als Lokalisationssequenz für das ER (Proteine die diese Sequenz nicht besitzen bleiben im Cytosol)

- bsp. Transmembranprotein
- Kinase domäne intrazellulär (Phosphoryliert)
- leucinreiche Domäne ist extrazellulär
- Signal bestimmt den Weg des Proteins
- Polypeptidkette des transmembranproteins werden ins ER rein synthetisiert - mRNA kommt an N-terminale Region wird an transmembranprotein gebunden, und polypeptidkette wird ins ER-Lumen über Translokationskanal rein synthetisiert, Signalpeptid wird abgespalten, reifes lösliches Protein ist nun im ER-Lumen
- transmembrandomäne muss hydrophob sein, wird im Translokationskanal erkannt und bleibt in Peptidschicht 
- Modifikation der Proteine in ER: Glykosyliert (Zuckerketten drangeheftet)
- Qualitätskontrolle über Chaperone (Faltungshelfer)
- Wenn Protein fertig, Transport in Golgi Apparat (Sortierung, Verpackung, End Glykolysierung)

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