BMZ Zusammenfassung PDF

**BMZ Zusammenfassung** 2. **Ethik** *Eigenschaften belebter Systeme:*\ Ordnung, Energieumwandlung, Regulation und Stoffwechsel, Reaktion auf die Umwelt, Wachstum und Entwicklung, Fortpflanzung, Evolutive Anpassung und Veränderung *Umwelt-Konzepte:* -*realistisch* - allgemeine physische und/ode...

**BMZ Zusammenfassung** 2. **Ethik** *Eigenschaften belebter Systeme:*\ Ordnung, Energieumwandlung, Regulation und Stoffwechsel, Reaktion auf die Umwelt, Wachstum und Entwicklung, Fortpflanzung, Evolutive Anpassung und Veränderung *Umwelt-Konzepte:* -*realistisch* - allgemeine physische und/oder soziale Wechselwirkungen auf verschiedenen Ebenen: Individuellen, Kollektive... Ökosysteme -*konstruktionistisch* -- spezifische kognitive, sinnesphysiologische Erschließung, aktive Konstruktion durch einen Organismus, also jeder Organismus hat seine eigene, andere Umwelt 3. **Grundlagen der Chemie** **Kovalente Bindung:** Zwei Atome teilen mindestens ein Valenzelektronenpaar (ein bindendes Elektronenpaar) **Passiert zwischen Nichtmetallen** **Molekül** -- zwei oder mehr Atome, die durch kovalente Bindungen zusammenhalten werden\ **Bindigkeit**: Zahl der erforderlichen Elektronen zum Erreichen einer vollständig gefüllten Valenzschale Изображение выглядит как текст, снимок экрана, Шрифт, линия Автоматически созданное описание **Ionenbindung**:\ Großer Unterschied in der Elektronenanziehung =\> elektronegativeres Atom zieht Elektron(en) vollständig von seinem Reaktionspartner ab **Ion** -- Atom oder Molekül mit einem oder mehreren Nettoladungen Wasserstoffbrückenbindung *Hydratisierung: Wassermoleküle lagern unter der Bildung von Hydraten an gelöste Ionen -\> Ion-Dipol-Wechselwirkung* **Van der Waals-Kräfte:** Bewegung von Elektronen in Molekülen =\> ständig wechselnde Ladungsverteilung **Van-Der-Waals-Bindung: elektrische Anziehung zwischen temporären Dipolen** *Hydrophober Effekt*\ Vermeidung von thermodynamisch ungünstigen Interaktionen von unpolaren Molekülen in einem polaren Medium\ Treibende Kraft bei der Bildung von Lipidmembranen, betragende Kraft zur Stabilisierung von Proteinen  4. **Biomoleküle 1** Die organische Chemie -- der Zweig der Chemie, der sich mit den Verbindungen des Kohlenstoffs befasst. Kohlenstoffatom geht 4 kovalente Bindungen ein -- Vierbindigkeit ermöglicht die Bildung größer Moleküle von komplexer Struktur. Ausbildung von vier Einfachbindungen zu vier anderen Atomen -- tetraedrische Gestalt (bei Methan), Bindungswinkel beträgt 109,5 Grad. Ausbildung einer Doppelbindung und zwei Einfachbindungen -- alle an diesen Bindungen beteiligten Atome liegen in einer Ebene, Bindungswinkel 120 Grad. *Kohlenwasserstoffe sind unpolare (hydrophobe) organische Verbindungen* Funktionelle Gruppe mit -SH Gruppe heißt eine Thiolgruppe Bedeutung funktioneller Gruppen bei Geschlechtshormonen:\ *Gehören zur Substanzgruppe der Steroide -- organische Verbindungen, die sich von Steran ableiten* **Synthese und Abbau von Polymeren:**\ Die Synthese erfolgt mittels wiederholender Kondensationsreaktionen (dehydratisierende Kondensationen), bei der die Monomere unter Freisetzung von Wassermolekülen kovalent miteinander verknüpft werden Der Abbau erfolgt durch Hydrolyse, bei der die Polymere durch Reaktion mit Wassermolekülen wieder in Monomere gespalten werdenИзображение выглядит как текст, снимок экрана, Шрифт, фиолетовый Автоматически созданное описание *Speicherpolysaccharide:*\ Stärke: -Pflanzen lagern Stärke in Form von Körnchen (Granula) in die Plastiden ein -**1-\>4 glykosidisch verknüpfte alpha-D-Glucose Einheiten** **-2 Formen: Amylose (unverzweigt) und Amylopektin (verzweigt)** Glykogen: -„tierische" Stärke, lagert bsw in Leber- und Muskelzellen **-1-\>4 glykosidisch verknüpfte alpha-D-Glucose Einheiten** **-stärker verzweigt als Amylopektin** Vorwiegend helikale (**альфа спираль**) Konformation *Strukturpolysaccharide:* Cellulose ist Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände -**1-\>4 glykosidisch verknüpfte beta-D-Glucose Einheiten** **=\> Glucosereste liegen relativ zu ihren Nachbarn gedreht vor** -gestreckte Konformation -parallel angeordnete Cellulosemoleküle lagern sich zu **Mikrofibrillen, stabilisiert durch Wasserstoffbrücken**  **Triacylglycerol**\ In einem Fettmolekül sind drei Fettsäuremoleküle mit einem Glycerolmolekül unter Ausbildung von drei Esterbindungen verbunden -Acylgruppe R-(C=O)- -**Ester entstehen durch Kondensationsreaktion zwischen Säuren und Alkoholen** -Die drei Fettsäurereste können identisch sein oder sich unterscheiden Изображение выглядит как текст, рукописный текст, диаграмма, линия Автоматически созданное описание  *Steroide sind eine Lipidgruppe, die ein Kohlenstoffgerüst aus vier kondensierten Ringen (Grundkörper: Steran) aufweisen* *Ein wichtiges Steroid ist Cholesterol und ist ein verbreiteter Bestandteil tierischer Zellmembranen. Cholesterol ist die Vorstufe vieler Steroide* 5. **Biomoleküle 2** Aminosäuren haben basische und sauere Eigenschaften: die liegen unter physiologischen Bedingungen als *Zwitterion* vor Изображение выглядит как диаграмма, зарисовка, линия, рисунок Автоматически созданное описание **Alle proteinogenen Aminosäuren sind alpha-Aminosäuren und außer Glycin alle sind chiral und L-Aminosäuren (L-Enantiomere)**  Изображение выглядит как текст, снимок экрана Автоматически созданное описание  Eine Peptidbindung entsteht durch Kondensation der Carboxylgruppe eines Aminosäuremoleküls mit der Aminogruppe eines anderen unter Wasserabspaltung Konsekutive Bildung von Peptidbindungen beginnend am N-Terminus Durchgehendes Polypeptidrückgrat (скелет, то есть основания без функциональных групп) von welchem die Aminosäureseitenketten abzweigen Peptidgruppe (-CONH) ist starr und planar, jede Polypeptidkette hat einen Richtungssinn: N-Terminus -\> C-Terminus Nukleinsäuren sind Polymere und werden auch als **Polynukleotide** bezeichnet. Nukleotide: stickstoffhaltige Base, Pentose (**Base+Pentose = Nukleosid**), Phosphatgruppe Adenin und Guanin sind *Derivate des Purins (ein aromatischer sechsgliedriger Ring aus vier Kohlenstoff- und zwei Stickstoffatomen, also das ist ein Heterozyklus), двойное кольцо* Thymin und Cytosin (Uracil auch) sind *Derivate des Pyrimidins (ein aus den Heterozyklen Pyrimidin und Imidazol kondensiertes Ringsystem), одинарное кольцо* Rückgrat aus (Desoxy)-Riboseeinheiten, die über Phosphatgruppen miteinander verknüpft sind (**Phosphodiesterbindungen**) Zuckerphosphatkette mit einem 5\`-Ende an einem freien Phosphat am 5\`-C-Atom des "ersten" Zuckerrestes und ein 3\`-Ende mit einer freien Hydroxylgruppe am 3\`-C des "letzten" Zuckerrestes: Richtungssinn 5´→ 3´ Entlang des Rückgrates sind etwa rechtwinklig zur Längsachse die Nukleinbasen gebunden  Die paarweisen angeordneten Nukleinbasen liegen im Inneren der Doppelhelix und stabilisieren diese durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken und Van-der-Waals-Kräften ("Stapelkräfte") zwischen übereinanderliegenden Basen: A=T, C=G 6. **Ein Rundgang durch die Zelle** Lichtmikroskop -- bis 200nm, Elektronenmikroskop -- bis 0,1nm Entdeckung von Zellorganellen: *Zellfraktionierung* (Zellen werden homogenisiert und zentrifugiert), *differenzielle Zentrifugation* (Pelletierung von Makromolekülen bzw Zellorganellen), *Dichtegradientenzentrifugation* (Trennung von Makromolekülen bzw Zellorganellen aufgrund ihrer Dichte) Die Zelle ist die fundamentale biologische Organisationseinheit aller Lebewesen, die Merkmale -- Kompartimentierung, Wachstum und Teilung, Informationsverarbeitung, Energieverwaltung und Adaption kennzeichnen alle Zellen Изображение выглядит как текст, снимок экрана Автоматически созданное описание Der Zellkern\ Die Kernhülle ist eine Doppelmembran, die beiden sind durch einen perinucleären Raum von 20-40nm voneinander entfernt. An den Rändern der Kernpore verbinden sich die beiden Kernmembranen. Ein Kernporenkomplex kleidet jede Kernpore aus.\ \ Die Kernhülle bildet ein Kontinuum mit dem ER. An der inneren Membran lagert sich das Chromatin und die Kernlamina an. Die Kernlamina verleiht der inneren Membran strukturellen Halt. Die Kernlamina ist ein Netzwerk aus Proteinfilamenten (A-, B- und C-Typ-Lamine).  *Kernporenkomplex* Die Kernporen vermitteln einen kontinuierlichen, geregelten und bidirektionalen Transport zwischen Cytoplasma und Zellkern*, jede Kernpore enthält offene Wasserkanäle für passive Diffusion kleiner, wasserlöslicher Moleküle. Der makromolekulare Transport wird über den Kernporenkomplex vermittelt: geregelter Transport von Proteinen oder Ribosomen (aktiver Transport)* Ribosomen sind katalytische Maschinen, die aus über 50 ribosomalen Proteinen und mehreren rRNA-Molekülen bestehen. Bei Eukaryoten bestehen sie aus einer kleinen (40S) und einer großen (60S) Untereinheit. Изображение выглядит как текст, диаграмма, карта Автоматически созданное описание **Die rRNA der 40S Untereinheit bindet die mRNA. Die 60S Untereinheit katalysiert die Bildung der Peptidbindung.\ **Mitoribosomen (Ribosomen in Mitochondrien) und Plastoribosomen (Ribosomen in Chloroplasten) ähneln sich den prokaryotischen Ribosomen (70S) **ER** ist ein Membrannetzwerk, bestehend aus tubulären und scheibenförmigen Abschnitten, das Zisternen bildet. Der Innenraum -- ER-Lumen (ist ein Speicherort für Ca2+-Ionen). Das rauhe ER ist für die Proteinbiosynthese verantwortlich. Das glatte ER -- der Ort der Lipidsynthese, Membranen von der tragen Enzyme, die Entgiftungsreaktionen ausführen. Der Golgi-Apparat besteht aus flachen, membranumhüllten Zisternen und besitzt 2 unterschiedliche Seiten -- cis- und trans-Seite. **Die cis-Seite ist der Eintrittsort für Material, das für den Golgi-Apparat bestimmt ist oder im Golgi-Apparat modifiziert wird. An der trans-Seite wird Material in Vesikel verpackt und zum Bestimmungsort verschickt. Membranstapel zwischen cis- und trans-Zisterne werden medial-Zisterne genannt.**  Proteine und Lipide aus dem ER werden in Vesikel verpackt und gelangen über vesikuläre tubuläre Cluster in das cis-Golgi Netzwerk. Diese Proteine und Lipide werden auf der trans-Seite über das trans-Golgi Netzwerk an ihren Bestimmungsort befördert\ **Proteine werden im Golgi-Apparat glykolisiert (Anheftung von Zuckerketten)** *Peroxisomen führen oxidative Reaktionen durch um Fettsäuremoleküle u.a (unter anderem) Verbindungen abzubauen (beta-Oxidation)* 7. **Cytoskellet** Drei unterschiedliche Cytoskellet-Gerüste: riboso, Intermeidiärfilamente, Mikrotubuli Die Cytoskellet kann man mithilfe von fluoriszierenden Farbstoffen oder Antikörpern markieren. Indirekte Immunfluoreszenz: Zellen wachsen in einer Zellkulturschale, werden nachfolgend fixiert und die Membranen der Zelle mit Detergenzien permeablilisiert (Tween-20).\ Primärantikörper bindet spezifisch an das Cytoskelett-Protein. Markierter Sekundärantikörper bindet den Primärantikörper und ist mit einem Fluoreszenzfarbstoff versehen. Изображение выглядит как текст, диаграмма, снимок экрана, дизайн Автоматически созданное описание Mittels Fluoresenzmikroskopie werden die Fluorochrome angeregt, Licht zu emmitieren, dieses Licht zeigt die Position des Cytoskellet-Proteins an. **Mikrofilamente** Zu den Hauptfunktionen gehören sowohl der Erhalt, als auch die regulierte Änderung der Zellgestalt, Zellteilung tierischer Zellen, Muskelkontraktion, **Cytoplasmaströmung** (Pflanzenzellen, ermöglicht Anheftung der Zelle an externe Strukturen, Formveränderung der Zelle und schließlich Fortbewegung der Zelle), Zellmotilität (Amöben) Actinpolymere bestehen aus zwei helikal miteinander verflochtenen Actinsträngen (2 вертикально переплетенные между собой актиновые нити). Sie bestehen aus Actin-Proteinuntereinheiten. Ein Actin-Monomer wird auch globuläres Actin oder G-Actin genannt wird, jedes besitzt eine Bindungsstelle für ATP, die monomeren Actinuntereinheiten bilden Polypeptidketten.\ Das G-Actin besitzt ein (+)-Ende und ein (-)-Ende.  Unter ATP-Spaltung kann G-Actin zu filamentären (F) Actin polymerisieren. F-Actin ist ein Doppelstrang mit struktureller Polarität*. Actinfilamente sind durch Hilfsproteine zu großförmigen Actinstrukturen quervernetzt*. Изображение выглядит как текст, линия, Шрифт, диаграмма Автоматически созданное описание In Pflanzenzellen kreist eine Cytoplasmaschicht in der Zelle. Die Bewegung erfolgt über einen Teppich aus parallelen Actinfilamenten (Bündel). Die Cytoplasmaströmung (движение цитоплазмы) bewirkt, dass Stoffe im Cytoplasma verteilt werden Bündelnde Proteine vernetzen Actinfilamente in paraleller Anordnung. **Fimbrin** ist ein Actin Quervernetzer und besitzt zwei Bindungsdomänen für Actin**. Die beiden Actin-Bindungdomänen sind nahe beieinander**, so dass die Actinfilamente geringe Abstände zueinander aufweisen.  **Mikrovilli (микроворсинка)** Hier steht Villin anstatt Fimbrin für ein Actin Quervernetzer, **es besitzt zwei Actin-Bindungsdomänen, die auch nahe beieinander sind**. Mikrovilli sind fingerartige Ausstülpungen der Plasmamembran auf der Oberfläche von Epithelzellen Изображение выглядит как текст, снимок экрана, линия, дизайн Автоматически созданное описание **Kontraktiles Bündel:** bündelnde Proteine vernetzen Actinfilamente in paralleler Anordnung. **Alpha-Actinin** ist ein Quervernetzter und besitzt zwei Bindungsdomänen für Actin.\ **Die beiden Actin-Bundungsdomänen sind weiter voneinander getrennt, so dass die Actinfilamente relativ lose quervernetzt werden.**  **Gel bildende Proteine** vernetzten die Actinfilamente so. dass diese in einem Winkel zueinanderstehen und ein Netzwerk bilden. **Filamine** besitzen Actin-Bindungsdomänden, die durch lange gebogene Stücke miteinander verbunden sind. Es entstehen 3D Actingele, wobei die Actinfilamente in einem Winkel von etwa 90 Grad zusammengehalten werden Изображение выглядит как диаграмма, линия, снимок экрана, текст Автоматически созданное описание **Actin Polymerisation**  **Cofilin** bindet an Actinunterein-\ heiten im F-Actin mit Stöchiometrie von 1:1. Dadurch wird F-Actin deformiert und er windet sich enger (die Klammer zeigt auf die Strecke von 2 Windungen) **Actin-Polymerisation ist eine Wanderung von G-Actin zu F-Actin** Die Verlängerung der Actinfilamente wird durch Actin-Bindungsproteine kontrolliert, die an die freie Actin-Untereinheit binden. Thymosin ist ein Inhibitor, es hindert ein Actin-Monomer daran, an das (+)-Ende eines Actinfilaments (F-Actin) zu binden.\ Profilin fördert die Bindung eines Actin-Monomers an das (+)-Ende von F-Actin *(Profilin und Thymosin können nicht gleichzeitig an Actin-Monomere binden)* Изображение выглядит как текст, снимок экрана, диаграмма, Шрифт Автоматически созданное описание **Tretmühlen-Mechanismus** Actinuntereinheiten können nicht nur Polymere bilden, sondern haben auch eine **enzymatische Aktivität**. Die beruht auf der ATP-Hydrolyse.\ Im G-Actin verläuft die ATP-Hydrolyse sehr langsam, aber sobald die Actin-Untereinheit im F-Actin eingebaut wird, beschleunigt sich die Geschwindigkeit der ATP-Hydrolyse *Nach Einbau von G-Actin erfolgt die ATP-Hydrolyse. Die freie Phosphatgruppe wird entlassen und ADP bleibt in den Actinuntereinheiten im F-Actin eingeschlossen, die freigesetze Energie wird im F-Actin gespeichert.* Polymerisation und Dissoziation erfolgt an beiden Enden, aber die Polymerisation erfolgt schneller am (+)-Ende.\ **Die Länge des Polymers bleibt konstant, aber die Untereinheiten wandern von einem Ende Anordnung zur anderen** **Tretmühlen-Mechanismus** **Verursacht dynamische Instabilität\ ** *Actinpolymere und Motorproteine* Hin- und Herbewegung der Myosinköpfe schiebt die parallelen Myosin- und Actinfilamante aneinander vorbei\ Die Actinfilamente bewegen sich aufeinander zu\ Dadurcht entsteht eine Kontraktion der Muskelzelle Motorprotein Myosin ist ein gestrecktes Protein aus 2 schweren Ketten (in grün) und leichten Ketten (in blau). Jede schwere Kette besitzt eine globuläre Kopfdomäne, die Kraft erzeugende Maschine, und eine Schwanzdomäne (Doppelwendel) (двойная спираль)  Die Doppelwendel der Schwanzregion lagert sich mit anderen Myosinmolekülen zu Bündeln.\ *Diese Wechselwirkungen ergeben die Bildung von Filamenten, die* *hunderte von Myosinköpfen aufweisen, die an beiden Enden in* *entgegengesetzte Richtungen weisen*. (эти взаимодействия приводят к образованию нитей, которые содержат сотни миозиновых головок, которые направлены в противоположные направления с обоих концов)\ Die „freie Zone" trägt keine Myosinköpfe Изображение выглядит как диаграмма, снимок экрана, линия, Шрифт Автоматически созданное описание *Jeder Myosinkopf* bindet und hydrolisiert ATP, die gewonnte Energie wird verwendet, um sich auf dem Actinfilament auf das (+)-Ende zu bewegen ATP-getriebenes Gleiten der Actin und Myosinfilamente bedingen die Muskelkontraktion.  **Intermediärfilamente** *Zu den Hauptfunktionen der Intemediärfilamenten gehört der Erhalt der Zellgestalt, Verankerung des Zellkerns und weitere Organellen und die Bildung der Zellkernlamina* Mehrere unterschiedliche Proteine, wie z.B. **Keratin**, **Vimentin, Desmin,** **Peripherin und Lamin-Proteine** bilden die Untereinheiten. **Struktur** Ein Paar paralleler Dimere lagern sich in anti-paralleler Weise zusammen und bilden ein gestaffeltes **Tetramer**, das die Untereinheit von Intermediärfilamenten bildet.\ Innerhalb eines Tetramers sind die beiden Dimere versetzt zueinander angeordnet, so verbinden sie sich mit weiteren Tetrameren (смещенные друг к другу) Изображение выглядит как текст, снимок экрана, Шрифт, дизайн Автоматически созданное описание **Mikrotubuli** bestehen aus Tubulinpolymeren und sind hohle Röhren. Die Tubulinpolymere sind aus den Proteinuntereinheiten *alpha-Tubulin und beta-Tubulin* aufgebaut  Untereinheit eines Protofilaments ist ein Tubulindimer, ein Heterodimer, der aus alpha- und beta\_tubulin besteht. Jedes Monomer besitzt eine Bindungsstelle für GTP (гуанозинтрифосфат) Das GTP im alpha-Tubulin sitzt an der Grenzfläche zum beta-Tubulin und *wird nicht hydrolisiert* oder ausgetauscht\ Beta-Tubulin kann GTP hydrolisieren, also entweder GTP oder GDP binden\ Die GTP-Hydrolyse hat Bedeutung in der Dynamik der Mikrotubuli Ein Mikrotubuli ist eine hohlzylindrische Struktue, die aus *13 parallele Protofilamente* besteht, jedes von den ist abwechselnd (попеременно) aus alpha- und beta-Tubulin aufgebaut. Protofilamente weisen die gleiche Ausrichtung auf und haben (+) und (-)-Ende Zwei unterschiedliche Motorproteine (**Kinesine und Dyneine**) bewegen Material auf Mikrotubuli. **Kinesine bewegen sich zum (+)-Ende der Mikrotibuli, Dyneine - zum (-)-Ende** Kinesine beinhalten eine konservierte Motordomäne (globulare Kopfdomäne) und besitzen zwei schwere und zwei leicht Ketten. Die Doppelwendel ist zuständig für die Dimerisierung. Am Ende der Schwanzregion befinden sich Bindungstellen für Zellorganelle.  **Centrosom** In Tierzellen entspringen (берут начало) die Mikrotubuli dem Centrosom, das daher auch Mikrotubuli organisierendes Zentrum (MTOC) genannt wird.\ Das Centrosom befindet sich in der Nähe des Zellkern (perinucleär) und von diesem Ort erstrecken sich die Mikrotubuli sternförmig in der Zelle. Ein Centrosom besteht aus der Centrosomenmatrix, der wiederum aus *50 gamma-Tubulin-Ringkomplex* Kopien besteht. Eingebettet in dem Centrosom sind die Centriole, die zwei zylindrische Strukturen sind, die am rechten Winkel zueinander angeordnet sind.\ Bei beweglichen Zellen bilden diese de Basalkörper der Cilien und Flagellen (жгутик) 8. **Zell-Zell-Wechselwirkungen** Die extrazelluläre Matrix besteht aus Kollagen, Fibronectin, Integrine und Protoglycankomplex (гликокаликс) **Interzelluläre Verbindungen:** **1)Tight Junction\ 2)Desmosom\ 3)Gap Junction** Prinzipen der Zellkommunkationen: Изображение выглядит как круг, Детское искусство, мультфильм Автоматически созданное описание 1)*Autokrine Kommunikation* bezieht sich auf intrazelluläre Kommunikation. Hierbei stellen Zellen Proteine her, die ausgeschleust (sezerniert) werden (секретированы) Die ausgeschleusten Proteune binden an dieselbe Zelle, um eine zelluläre Antwort auszulösen\ *Ligand-Rezeptor WW* 2*)Parakrine Zell-Zell Kommunkation* erfordert keinen Zell-Zell-Kontakt, die ist abhängig von der Diffusion von Proteinen von einer Zelle zu anderen, nachdem das Protein sekretiert wurde 3)*Juxtacrine bzw Kontaktabhängige Zellkomunkation* beruht auf Gap Junctions oder anderen ZZ-Verbindungen. Hierbei werden Moleküle direkt von einer Zelle zur anderen transportiert, also es erfolgt keine Sekretion in den extrazellulären Raum 4)*Endocrine ZZ-Komunikation* stelle eine interzelluläre Kommunikation dar. Hierbei werden Moleküle von einer Zelle sekretiert um danach über extrazellüläre Flussigkeiten wie das Blutplasma zur anderen Zellen zu wandern (Hormone) **ZZ-Verbindungen** **Undurchlässige Ankerverbindungen Kommunizierende\ Verbindungen Verbindungen** **Undurchlässige Verbindungen** sind tight junctions. Sie dichten Zellen in einem Epithel untereinander ab und bilden selektive Permeabilitätsbarrieren.\ Tight Junctions haben zwei Funktionen zwischen Epithelzellen:\ Sie dienen als Diffusionsbarrieren für Membranproteine und -Lipide und dichten benachbarte Zellen gegeneinander ab.  Als Beispiel: Glukosetransport im Dünndarmepithel Изображение выглядит как текст, снимок экрана, диаграмма Автоматически созданное описание Transportproteine sind auf bestimmten Bereichen der Plasmamembran beschränkt, das erlaubt einen gerichteten Transport von Nährstoffen aus dem Darmlumen über die Darmepithelzellen ins Blut Aktive Glukoseaufnahme durch Na+-getriebene Glykosesymporter an der apikalen Seite, erleichterte Diffusion über Glykosetransporter in der basolateralen Membran\ *Tight Junctions grenzen die Transportproteine ein und verhindern den Rückfluß von Glukose* **Aufbau:** Tight Junctions sind eine lange Reihe von Transmembranproteinen -- Claudine und Occludine. Die extrazelullären Domänen der Claudinen und Occludinen sind direkt miteinander verbunden und schließen den intrazellulären Raum aus **Ankerverbindungen** bilden starke, membrandurchspannende Strukturen (Ankerverbindung im Epithelgewebe)\ Die Ankerverbindungen verbinden Cytoskelettfilamente von Zelle zu Zelle bzw zur extrazellulären Matrix Изображение выглядит как зарисовка, дизайн Автоматически созданное описание *Die liegen in zwei funktionell unterschiedlichen Formen vor:\ Adhäsionsverbindungen und Desmosomen (Zellen miteinander) -- Cadherin-Proteinfamilie\ Fokaladhäsionen und Hemidesmosomen (Zellen mit der extrazellulären Matrix) -- Integrin-Proteinfamilie*  Adhäsionsverbindungen verbinden Zellen miteinander (Cadherin)\ Sie sind in der Art eines Adhäsionsgürtels zwischen Epithelzellen des Darms Der Gürtel besteht aus gebündelten Actinfilamenten, die über Cadherin-Proteine benachbarte Zellen verbinden Die Cadherine bilden in der Plasmamembran in den interagierenden Zellen *Homodimere*\ Extrazelluläre Domände der Cadherine -- Zellen miteinander\ Intrazelluläre Bereiche binden über Ankerproteine an Aktinfilamente *(Catenin, alpha-Actinin, Vinculin)* Изображение выглядит как текст, снимок экрана, калькулятор, счеты Автоматически созданное описание *Desmosomen verbinden Intermediärfilamente von Zelle zu Zelle*, die erscheinen wie ein dichter Fleck im Elektronenmikroskop\ Cadherine verbinden über Ankerproteine die Intermediärfilamente benachbarter Zellen\ Ankerproteine -- Desmoplakin, Plakoglobin **Desmosom** **Hemidesmosomen** -- Ankerverbindungen aus Integrinen, die Zellen über Intermediärfilamente (Keratin) an die extrazelluläre Matrix binden\ Ankerproteine -- Plectin **Kommunizierende Verbindungen -- Gap Junctions** Erlauben kleinen Molekülen direct von Zelle zu Zelle zu gelangen und bewirken wie eine chemische und elektrische Verbindung zwischen Zellen\ Durch die könne Moleküle \ Aminosäure 18. **Genaustausch** Austausch genetischer Information bei Prokaryoten: 1)horizontaler Gentransfer\ 2)Konjugation\ 3)Transformation\ 4)Transduktion horizontaler Gentransfer\ \ Erwerb genetischen Materials, dessen Übertragung vom normalen („vertikalen") Modus der Weitergabe von den Eltern auf die Nachkommen abweicht *Horizontaler oder auch lateraler Gen-Transfer kann über verschiedene Mechanismen zwischen Mitgliedern der gleichen Spezies oder zwischen Mitgliedern unterschiedlicher Taxa erfolgen* **Voraussetzungen für Gentransferexperimente:** Erzeugung von *Merkmalsunterschieden* 1)Ein verbbarer Merkmalsunterschied beruht auf einer Genmutation (Spontanmutanten oder Mutagenese) 2)Verwendung von unterschiedlichen Mutanten als Kreuzungspartner (bei Konjugation) bzw Wirt und Rezipient (хозяин и реципиент) für Phagenvermehrung bei Transduktion bzw DNA bei Transformation\ 3)Verwendung von **Auxotrophie**: als **auxotroph** bezeichnet man Organismen, die bestimmte essentielle Substanzen (häufig Aminosäure) nicht selbständig synthethisieren können und somit darauf angewiesen sind, diese Stoffe aus der Umwelt (Medium) aufzunehmen **Genaustausch durch Konjugation** Edward Tatum und Joshua Lederberg, 1947  *Суть эксперимента:* взяли два штама E.Coli, один не мог производить витамины группы А, другой -- группы Б, их культивировали в среде без добавления необходимых витаминов, роста не наблюдалось. После этого их инкубировали вместе, произошла бактериальная конъюгация посредством Sexpilus, после чего колония прототрофов выросла в среде без необходимых витаминов (прототроф -- организм, способный самостоятельно синтезировать необходимые для жизнедеятельности вещества) *Es gibt entweder eine Übertragung von Plasmid-DNA (F-Faktor), indem eine Bakterie das ganze Plasmid weitergibt (die wird neu für die andere Bakterie synthetisiert), also F+ Zelle übertragt das Plasmid, damit die andere Zelle aus F- auch F+ sein wird.* *\ Oder es gibt die Konjugation eines Hfr-Stamms (für genetische Diversität): Der F-Faktor wird in das bakterielle Chromosom eingefügt, also die Zelle wird eine Hfr Zelle sein, dann werden ein paar Gene vom Chromosom (nicht der F-Faktor) übertragen, so entsteht eine genetische Diversität* **Konjugation eines F'-Stammes** -- Übertragung von Plasmid-DNA mit eingebauter chromosomaler DNA Изображение выглядит как снимок экрана, текст Автоматически созданное описание **Transformationsprinzip**: 1)Übertragung von DNA 2)Stabilität der DNA in der Rezipientzelle: Integration ins Genom durch Rekombination; als eigenständiges Replikon z.B. Plasmid  *Bei E.Coli passiert es nur künstlich*, also gibt es kein natürliches Kompetenzstadium Calcium bindet an negative Ladungen an der Oberfläche der ansonsten negativ geladenen Membran\ \ Hitzeschock induziert Poren in der Oberfläche\ \ Plasmid DNA ist negativ geladen\ \ Gegensätzliche Ladungen an DNA und der Oberfläche begünstigen Aufnahme der DNA *Transduktion (bei Bakteriophagen)*\ Der Phage wird an die bakterielle Zelle absorbiert, die Phagen-DNA wird injiziert, die Wirts-DNA abgebaut; die Phagen-DNA wird repliziert, die Proteinkomponenten des Phagens werden synthetisiert. Reife Phagen werden zusammengebaut, die Wirtzelle wird lysiert, die Phagen freigesetzt.  Allgemeine Transduktion: beliebige chromosomale Gene können übertragen werden.\ Transduzierende „P1-Partikel" entstehen durch zufällige Verpackung von bakterieller DNA in die Phagenhülle\ Transduzierende Phagen sind infektiös, aber nicht mehr vermehrungsfähig **Genaustausch durch spezielle Transduktion:** **Sogenannte temperente Phagen können in bakterielle Genome integrieren wie z.B. beim Phagen Lambda** Изображение выглядит как текст, снимок экрана, диаграмма, круг Автоматически созданное описание 1.Lysogener Zyklus (Integration als Prophage) 2.Lytischer Zyklus (Wirtzelle wird lysiert) Bakteriophagen können auch manchmal fragmentierte Bakterien-DNA mitnehmen, somit wird der horizontale Genaustausch realisiert (wenn ein Bakteriophage sich in dem lysogenen Zyklus befindet) Seltene Bildung defekter aber transduzierender Lambda Genome\ \ \ \ \ \ \ *Таким образом, при общее трансдукции может случайно перенестись любой фрагмент бактериальной ДНК, а при специальной трансдукции только определенные гены,* **которые находятся рядом с местом интеграции профага** 19. **Einführung in die Mikrobiologie** Mikroorganismen -- lebende Organismen, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, weil die zu klein sind (Bakterien, Archaeen, Protozoen, Pilze, Algen) (\>1mm) Mikroorganismen: -vermehren sich selbsttätig -reagieren auf Reize -haben einen Stoffwechsel -sind oft (aber nicht notwendigerweise) Einzeller Viren sind keine Lebewesen im eigentlichen Sinn (die sind Nukleoproteinkomplexe, haben DNA oder RNA, können mit oder ohne Lipidmembran sein) Bakterienformen: Benennung und Diversität\ Изображение выглядит как шаблон Автоматически созданное описание **Färbetechniken** Prinzip Gramfärbung: Gram-positive Bakterien (haben ein dickes „Zellwandpolymer") halten den violetten Farblack zurück\ \ In Gram-negativen Bakterien (haben ein dünnes „Zellwandpolymer") wird er ausgewaschen Hans-Christian Gram Ein Mensch beherbergt mindestens so viel Mikroorganismen wie körpereigene Zellen („Mikrobiom")\ Besiedlung des menschlichen Körpers durch nicht-pathogene Bakterien schützt vor Krankheiten -- *Kommensalen* Mikroorganismen verfügen über einzigartige Stoffwechsel-Fähigkeiten, die bei Pflanzen und Tieren nicht vorhanden sind, z.B.:\ Stickstoff-Fixierung, Gärungsprozesse, anorganische Oxidations- und Reduktionsvorgänge, anaerobe Atmung, *anoxigene Photosynthese* *Bakterielle Endosymbiose:*\ Rhizobien (род бактерий) in Wurzelknöllchen (корневые клубеньки) der Hülsenfrüchlter (бобовые) Symbiose: Pflanze sendet chemische Signale aus, *Rhizobien dringen in die Wurzelhaare ein\ *Vorteil für die Pflanze: sie enthält *NH4+* (wächst auch ohne Kunstdünger)\ Vorteil fürs Bakterium: geschützter Raum, Nährstoffe N2-Fixierung erfolgt über ein bakterielles Enzym *Nitrogenase* (sehr O2-empfindlich) **Pflanze bildet in den Knöllchen Leghämoglobin, bindet O2 -\> Nitrogenase arbeitet besser** *Weiße Biotechnologie -- industrielle Biotechnologie; rote Biotechnologie -- medizinische Biotechnologie; grüne Biotechnologie -- der Zweig der Biotechnologie, der sich mit Pflanzen beschäftigt* Endosymbiotenhypothese:***\ ***\ *Die Mitochondrien sind den Proteobakterien ähnlich, die Chloroplasten den Cyanobakterien* Die Endosymbiontenhypothese besagt, dass chemotrophe und phototrophe Bakterien von anderen prokaryotischen Zellen (nämlich Archaea) durch Phagozytose aufgenommen und nicht verdaut worden sind. Diese sind die Vorläufer der heutigen Mitochondrien bzw. Chloroplasten. Damit werden unter anderem die prokaryoten-ähnlichen Eigenschaften der beiden Organellen erklärt. Bakterien haben also Zellatmung und Photosynthese „erfunden" **Klassifizierung der Lebensformen in drei Reiche** In den 1970ern studierte Carl Woese damals neu entdeckte Prokaryonten, die in heißen Quellen leben und Methan produzierien\ Analyse, der für die **16S rRNA kodierende DNA-Region** zeigte, dass es sich dabei um eine andersartige Lebensform handelte\ Er nannte sie **Archaea** RNA der kleinen ribosomalen Untereinheit = 16S rRNA in Prokaryoten bzw. 18S rRNA in Eukaryoten Diese DNA-Region eignet sich besonders für phylogenetische Analysen Eukarya und Archaea sind enger zusammen als bisher angenommen\ Bacteria decken bei weitem den größten Teil genetische Vielfalt ab *Mikrobielle Diversität -- Habitate* -Hohen und niedrigen Temperaturen: thermophil (bis 80 Grad), hyperthermophil (\>80 Grad), *psychrophil* (0\>x\>20 Grad) -Hohen Salzgehalten: *halophil* -Hohen Säuren- bzw. Basengehalten: acidophil bzw basophil -Hohen Drücken: *barophil* -Ohne Sauerstoff: anaerob, fakltativ anaerob *Archaea*\ Sie unterscheiden sich von Bacteria z.B. durch einen anderen Aufbau von Zellwand, Cytoplasmamembran und Ribosomen. Zusammen genommen sind sie den Eukarya ähnlicher als den Bacteria\ Bislang sind keine Krankheitserreger aus der Gruppe der Archaea bekannt. Nutzung z.B. zur Methangewinnung in Biogasanlagen 20. **Bau und Funktion Bakterienzelle** Unterschiede zu Eukarya:\ Zellwand (andersartiger Aufbau); Ribosomen vom 70S Typ; Nucleoid -- chromosomale DNA als ringförmiges Makromolekül (keine Kernhülle, Nucleoid dennoch strukturiert); kein Spindelapparat; *die Translation erfolgt bereits während die Transkription noch läuft* (zahlreiche Ribosomen synthetisieren am selben Transkript (*Polysomen*)); in der Regel ein Gen = ein Protein; *keine Organellen*  Cytoplasmamembran\ In Prokaryoten hat es auch eine Funktion als ein Ort der\ Atmungskette *Bacteria* *können* *verzweigte Fettsäuren besitzen.\ Eukarya nur unverzweigte* *Phosphatidylethanolamin* ist ein Beispiel für ein Phospholipid von Eukarya und Bacteria **Cardiolipin** (=Diphoaphatidylglycerin) kommt nur in Bacteria und Mitochondrien vor (in der inneren Mitochondrienmembran).\ Das ist das einzige Phospholipid, das in den Mitochondrien selbst synthetisiert wird (macht 20% der Mitochondrienmembran aus) -\>**stabilisierend für die Membran und Funktion als „Protonenfalle", hält H+ in Membrannähe; wichtige Rolle bei der Atmungskette** Изображение выглядит как диаграмма, линия, текст, снимок экрана Автоматически созданное описание **Cytoplasmamembran in Archaea\ -keine Lipide aus Fettsäure, sondern langkettige Isopren-Alkohole, die mittels Etherbindung mit Glycerin verknüpft sind** **-Bilayer aus Glycerin-Diether („Phytanyl") Verbindengen bzw Monolayer aus Diglycerin-tetraether („Biphytanyl") Verbindungen\ -keine Hopanoide**  **Peptidoglycan Struktur:** Das 3-dimensionale Molekül besteht aus langen Polymeren aus zwei alternierenden Zuckern: N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure, letzterer verknüpft mit einem Peptid aus ca. 5 Aminosäuren; die langen Zuckerstränge werden über die Peptidbrücken miteinander quervernetzt; das Peptidoglycannetzwerk ist ein einziges kovalent verknüpftes Makromolekül, das die gesamte Bakterienzelle umspannt **S-Layer**\ Zusätliche Zellhüllschicht. Besteht aus parakristallinen monomeren Proteinen und Glycoproteinen, die ein Netzwerk bilden. Den findet man bei vielen Archaea, aber auch bei Bacteria (dort oft bei frischen Umweltisolaten -\> liefert zusätzlichen Schutz gegenüber der Umwelt). Über stielartige Fortsätze mit der Zellwand bzw. der äußeren Membran fest verankert Изображение выглядит как черно-белый, Черно-белая фотография, искусство, монохромный Автоматически созданное описание *Schleime und Kapseln*\ Kapseln: der Zellwand aufgelagerte Kohlenhydrat-Polymere, fest mit der ZW verbunden\ Schleime: können in einen weiteren Bereich abgegeben werden\ wichtige Pathogenitätsfaktoren -\> Phagozytenschutz