Biologische Membranen Flashcards
Definition Lipide?
-Klasse biol. Substanzen, die stark hydrophob und schwer löslich sind -zeichnen sich nicht durch bestimmte funktionelle Gruppen aus
Definition Fettsäuren? Wie lassen sich diese unterscheiden? Was lässt sich zur Anzahl der Kohlenstoffatome sagen?
- Carbonsäuren mit langkettigen Kohlenwasserstoffen -gesättigte-> keine Doppelbindungen
- ungesättigte-> mind. eine Doppelbindung
- Anzahl Kohlenstoffattome gradzahlig im Bereich 12-24 -> typisch 16-18
Was lässt sich zum Schmelzpunkt von Fettsäuren sagen?
- ungesättigte Fettsäuren besitzen einen weitaus niedrigeren Schmelzpunkt als gesättigte Fettsäuren gleicher Länge
- Kettenlänge: umso länger die Kette, desto höher der Schmelzpunkt bei gleichem Sättigungsgrad ->kurze Ketten und Doppelbindung erhöhen Fluidität der Fettsäuren und ihrer Derivate
Nomenklatur Regeln?
- Anzahl Kohlenstoffe +säure-> C18-Fettsäure ->Octadecansäure
- 1 Doppelbindungan Stelle 9: cis-Δ9-Octadecensäure(decen->Alken)
- 2 Doppelbindungenan C9 und C12: cis,cis-Δ9,Δ12-Octadecadiensäure(-di-, da zwei Doppelbindungen)
- 3 Doppelbindungen C9,C12,C15
Was bedeutet cis bzw. trans-Isomerie? Wozu führt die cis-Konfiguration bei Doppelbindungen in Fettsäuren?
- cis: auf gleicher Seite der Referenzebene
- trans: auf unterschiedlichen Seiten der Referenzebene
- cis-Kofiguraration führt zu einem starken Knick in der Kohlenwasserstoffkette
Was ist die ω-Nomenklatur?
- wird bei essenziellen Fettsäuren benutzt
- man geht vom ω-Kohlenstoffatom (Methylkohlenstoff) aus als nummer 1 und zählt die Kohlenstoffatome bis zur Doppelbindung
Was ist Glycerin? Was sind Triacylglycerine? Wo kommen diese vor?
- Glycerin: 3-facher Alkohol-> Triol
- Triacylglycerine: Fettsäure-triester der Glycerols
- werden zur Energiespeicherung in Adipocyten gelagert
- stark reduziert und benötigen keine Hydratisierung
Was ist ein Glycerophospholipid? Woher kommt der amphiphile Charaker?
- Glycerin-rückgrat gebunden an zwei Fettsäuren und einen Phosphorylierten Alkohol
- zwitterionische Kopfgruppe-> polarer Alkohol und deprotonierte Phosphatgruppe
- hydrophober Alkylrest
Welche Alkohole können in der Kopfgrupper von Phosphoglyceriden vor?
.
Wie unterscheiden sich die Membranen der Archaeen von Eukaryoten und Bakterien? Warum?
- unpolare Ketten durch Etherbindungen an Glycerinrückgrat geknüpft-> resistenter gegen Hydrolyse
- Alkylketten verzweigte gesättige Fettsäuren-> stabil gegenüber Oxidation
D-Konfiguration des Glycerols
-> hilft Organismen extreme Bedingungen zu überstehen
Was sind Phospholipasen?Warum werden diese in Schlangen oder Bienengift genutzt?
- katalysieren Spaltung(Hydrolyse) Esterbindung der Phospholipide
- die daraus entstehende Lysophospholipide wirken als Detergenzien die Membran auflösen
Was ist Sphingosin? Was ist ein Ceramid?
- Sphingosin: ein C18-Aminoalkohol mit Aminogruppe
- Ceramid: Fettsäurerest an Aminogruppe des Sphingosins(N-Acyl-Derivat)
Was sind Sphingomyeline? Wo findet man diese häufig?
- Ceramid mit Phosphocholin-Kopfgruppe
- zweite große Klasse der Phospholipide
- häufig in Myelinscheide
Was ist ein Cerebrosid?
- Glykolipide
- bestehen aus Ceramid mit Glucose oder Galactose#
- ist unpolar, da es keine zwitterionsiche Kopfgruppe enthält
Was ist Cholesterin? Welche wichtigen Derivate?
- Steroid aus vier miteinander verbundenen Kohlenwasserstoffringen?
- ein Ende Kohlenwasserstoff-Schwanz, anderes Ende Hydroxylgruppe
- Cortisol,Aldosteron,Testosteron, beta-Estradiol(ein Östrogen)
Eigenschaften einer biolog. Membran?
- schichtartige Struktur Durchmesser 60-100 A
- größtenteils aus Lipiden und Proteinen-> Verhältnis 1:4 bis 4:1
- Membranlipide hydrophobe und hydrophile Anteile
- > spontan Doppelschichten
- Membranproteine verleihen Membran charakterisctische Funktion
- asymmetrisch(exponierte Moleküle)
- zweidimensionale Lösungen mit spezifisch orientierten Proteinen und Lipiden
- elektrisch poarisiert
-
Warum haben Phospholipide 2 Fettsäureschwänze?
- bei nur einem Fettsäureschwanz-> Hohlräume mit Wasser bei Membranen
- energetisch sehr ungünstig-> können keine Membranen ausbilden
Wie kann man die Permeabilität einer Membran bestimmen?
- über Liposomen->Doppelschichtmembran mit Wasser gefüllt->Moleküle in Liposomen eingeschlossen-> wie schnell treten diese aus?
- Doppelkammerexperiment: Scheibe zwischen Zwei wässrigen Kompartimenten mit Doppelschichtmembran in Loch-> Anode und Kathode in je einem Kompartiment-> Permeabilität für Ionen durch Membran kann gemessen werden
Was lässt sich über die Permeabilität von Lipiddoppelschchten für unterschiedliche Moleküle sagen?
Warum ist der Durchtritt von Membranen für Ionen so schwer?
- Ion ist in Hydrathülle-> Wassermoleküle müssen bei Durchtritt durch Membran abgegeben werden (Dehydratisierung)
- in unpolaren Bereich schlecht solubilisiere
- beide Schritte energetisch ungünstig und daher sehr langsamer Prozess
Was ist FRAP?Was wurde herausgefunden?
- flourescence recovery after photobleaching
- Lipide mit Flourophoren makiert-> gebleicht durch Laser-> Floureszenz regenereiert-> Einwanderung in gebleichten Bereich
=> Schnelligkeit Regeneration-> Schnelligkeit Lipide in D-Lösung
-Ergebnis: lateraldiffusion 1-2μm/s->1 E.Coli Zelle
Was besagt das Flüssigmosaik-modell?
-Membran als 2-dimensionale Flüssigkeit mit freier Beweglichkeit für Proteine und Lipide
Was lässt sich zur Schelztemperatur bei Membranen sagen?
- Membran 2 Zustände-> starr und flüssig
- oberhalb TM-> wirr und beweglich
- unterhalb TM-> van der Waals-kräfte überwiegen-> starr
Wie wird die Fluidität der Membranen gesteuert?
- einmal über Doppelbindungen in Fettsäuren(bei Bakterien der Hauptweg)
- bei Tieren über Cholesterin, das in Doppelschichten einlagert-> erhöht Fluidität bei vielen gesättigten Alkylresten, indem es intermolekulare WW stört
- > erniedrigt Fluidität, durch starre ringstruktur bei vielen ungesättigten Fettsäuren
Was ist das Membranskelett?
- langkettige periphere Membran-Proteine(Aktin,Tropomyosin) schränken Diffusion in Membran ein
- >sowohl bewegliche als auch unbewegliche Membranproteine
- gibt Membran und somit Zelle eine Form
Was zeichnet Aminosäuren von Transmembrandomänen aus?
- hauptsächlich unpolare Reste
- wenige polare Reste, die mit anderen Helices in WW gehen können
Was ist die Besonderheit von Porinen?
- Kanäle mit antiparallelen β-Faltblättern
- außen hydrophob/innen hydrophil->daher alternierende AS-reste
Was ist die Prostaglandin-H2-Synthase? Wo befindet es sich bezüglich dr Membran?
- peripheres Membranprotein mit gebrochener unpolarer Helix in Membran steckt
- es setzt Arachidonsäure in Prostaglandine um
- >Vorläufer Zentrale Botenstoffe für Fieber und Schmerzentwicklung
Wie wirkt Aspirin?
- an Prostaglandin-H2-Synthase
- tritt in hydrophoben Kanal ein und blockiert diesen durch acetylierung eines Serinrestes
Welche Arten von Lipidproteinen gibt es?
-Lipid-anker und Methylester
Wie lassen sich aus der Aminosäuresequenz Membranproteine vorhersagen?
- Aminosäuren-> wie groß Transferenergie, wenn aus Membran in wässrige Lösung
- für 20 Rest(entspricht einer alpha-Helix so lang wie hydrophober Kern Membran) wird freie Enthalpie vorhergesagt->über 84kj/mol Transmembrandomäne
Welche Arten gibt es für Moleküle die Membran zu durchqueren? Für welche Moleküle gilt was?
- lipophile Moleküle in Membran eindringen und entlang Konentrationsgradient durchqueren -> einfache Diffusion
- polare Moleküle durch spezifische Kanäle Membranen entlang Konzentrationsgradienten durchqueren(vermittelte Diffusion/passiver Transport)
- >Membrankanäle
- polare Moleküle entgegen Konzentrationsgradienten Membran->aktiver Transport über Membranpumpen
WIe kann die freie Enthalpie für ein Molekül beim Transport über eine Membran ermittelt werden?ungeladene und geladene Moleküle
Wann muss ein Transportprozess aktiv sein?
- c1->Konzentration des Stoffes auf der Seite wo sich das Molekül zuerst befindet
- c2-> Konzentration des Stoffes zu der Seite wohin es transportiert wird
- bei polar-> zusätzlich muss elektrisches Potential berücksichtigt werden->Summe Konzentration und elektrischen Terme-> elektrochemisches Potential
z=elektrische Ladung des transportierten Molekülx
F=Faraday-konstante
- ΔV=Potential Membran in Volt
- >aktiv, wenn ΔG>0
Ganz einfach: Wie funktioniert aktiver Transport?
- Ionenbindungsstelle einmal zu einer Seite geöffnet->Ion kann Binden
- >Energiezufuhr->Konformationsänderung: Ionenbindungsstelle zur anderen Seite geöffnet Ion kann entweichen
Was macht die Na/K-Pumpe? Wofür ist diese wichtig?
- Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle
- Gradienten für Transportprozesse(Zucker Aminosäuren)
- elektrische Stimulierung(Neuronen,Muskelzellen)
- Kontrolle Zellvoulumens
Welche 3 Klassen von ATPasen gibt es?
1) F-Typ-ATPasen->F1/F0-ATPase
2) P-Typ-ATPasen
3) ABC-Transporter
Was macht die sarkoplasmatische Calcium ATPase(SERCA)?
- Pumpt Ca2+-Ionen aus Sarkoplasma in sarkoplamatische Retikulum
- Muskelkontraktion wird durch schnellen Anstieg der Calcium-Konzentration im Sarkoplasma ausgelöst
Wie ist die sarkoplasmatische Calcium-ATPase aufgebaut? Wo bindet Calcium und wo bindet ATP?
- Transmembranregion: Ca2+ durch Glu und Asp koordiniert(Gegenladung)
- A-Domäne(Auslöser)
- P-Domäne->konservierter Aspartatest, der phosphoryliert wird
- N-Domäne-> ATP-Bindestelle
Was passiert wenn das Aspartat in SERC phosphoryliert wird?
-Region der Calcium-bindestelle gestört und Ca2+ verlässt Protein auf Seite des Lumen
Beschreiben
1) E1:Bindung Ca2+ im Cytoplasma
2) ATP-Bindung
3) Spaltung von ATP-> Übertragung Phosphorylgruppe auf Asp
4) Freisetzung von ADP und Umstülpung Protein(E2)-> Calcium raus
5) Hydrolyse Phosphoryl und jetzt instabil
6) zurück zu E1
Wie sieht ein ABC-Transporter aus? Wie funktioniert er?
- 2 Mmebrandurchspannende Untereinheiten und 2 Untereinheiten mit ATP-bindenden Kasseten
- offene und geschl. Konformation->Ligand kann an offener binden->geschlossene stailisiert->2ATP binden und Konformationswechsel->ATP Hydrolyse
Welche Arten von Sekundärtransportern gibt es?
Was macht die Lactose Permease?
-Symporter, der Lactose über Protonengradienten transportiert
Was zeichnet Ionenkanäle aus?
1) Selektivität für bestimmte Ionen
2) offene/geschlossene Konformationen
3) Übergang offen/geschlossen->reguliert durch Liganden oder Spannung
4) offener Zustand wandelt häufig in inaktiven Zustand
Wie funktioniert ein Kaliumkanals? Energetik? Wieso ist er impermeabel für Natrium
- 2 Bereiche-> einer 10 A und einer 3 A-> 3 A zu eng für Ion mit Hydrathülle
- es desolvatistiert von Hydrathülle und resolvatisiert im K+-Kanal mit Carbonyl-Sauerstoffen
- kompensiert Kosten für Dehydratisierung wird mit günstiger WW des Selektivitätsfilters kompensiert
- Natrium kleiner und daher kann höherer Energieaufwand für Dehydratisierung nicht aufgebracht werden, da Hauptkette wenig flexibel ist und für günstigere WW kürzere Abstände benötigen würde
Wieso kann Kalium den Kanal verlassen und bleibt nicht stecken?
-weitere resolvatisierende Kaliumionen ``schieben´´ K+, die sich bereits im Transporter befinden durch elektrostatische WW weiter
Was sind Aquaporine?
-Kanäle, die innen hydrophil Sind und für Wasser permeabel sind
