Eukaryoten Flashcards
Karl Popper (1902-1994) ist ein einflussreicher Wissenschaftsphilosoph. Welches Prinzip wird ihm zugeschrieben? Erläutern Sie dieses Prinzip.
Überprüfung durch Falsifikation: Noch so viele Beobachtungen können die Allgemeingültigkeit einer Behauptung nicht belegen. Eine einzige Beobachtung des Gegenteils einer Behauptung, die beansprucht allgemeine Gültigkeit zu haben, widerlegt diese jedoch. In der Naturwissenschaft macht man sich das zunutze, indem man versucht in Experimenten das logische Gegenteil einer Hypothese, die sogenannte Nullhypothese, zu widerlegen.
Wie heißt die kleinste Einheit der Muskelbewegung und wie ist diese Einheit aufgebaut?
Sarkomer, Aktin und Myosin-Komplexe:
– Aktindoppelhelix, durch Tropomyosinketten bedeckt und weist Tropomyosinkomplexe auf – Myosinkomplexe mit ATPase tragendem Kopf, einem Hals und Schwanz
– Z-Scheibe:verbindet Aktinfilamente zweier Sarkomere – A-Bande = Bereich mit Myosin
– I-Bande = Bereich ohne Myosin
- Erklären Sie die Muskelkontraktion nach der Gleitfilamenttheorie.
– aktive Bewegung von Myosinkomplexen entlang von Aktinfilamenten → chemische Energie liegt im ATP als Bindungsenergie vor
– Ruhezustand: Bindungsstellen der Myosinköpfchen bedeckt durch Tropomyosin
– Nervenimpuls → Ausschüttung Ca2+ → Myosinköpfchen lagert sich an das Aktinfilament an
– enzymatische Aktivität der Myosinköpfchen: ATP → ADP + P, Abknicken des Köpfchens = Bewegung – Myosinköpfchen bindet an das Aktinfilament
– chemische Energie aus ATP führt zur Konformationsänderung des Myosinköpfchens => zieht am Aktinfilament → Bewegungsenergie
– Anlagerung von ATP => alle Moleküle in Ausgangsstellung
Aktin- und Myosinfilamente gleiten aneinander vorbei, so dass benachbarte Z-Scheiben aufeinander zugleiten. Im Einzelnen sorgen Calcium-Ionen dafür, dass die Bindungsstellen für die Myosinköpfchen auf den Aktinfilamenten frei werden. Die Spaltung von ATP bewirkt die Bindung des Myosins an das Aktin. Sobald sich ADP und der Phosphatrest vom Myosinköpfchen lösen, knickt dieses ab. Aufgrund der Konformationsänderung gleiten die Z- Scheiben aufeinander zu und ein Sarkomer verkürzt sich. Das Myosinköpfchen löst sich bei Anwesenheit von ATP vom Aktinfilament. Die Anlagerung von ATP macht das Abknicken des Myosinköpfchens rückgängig. Es wird also chemische Energie in Form von ATP in Bewegungsenergie umgewandelt.
Muskeln können sich aktiv nur verkürzen. Wie gelangen sie wieder in die Ausgangslage?
erschlaffter Muskel muss durch Antagonist verlängert werden/ andere mechanische Vorgänge (z.B. Turgor bei Spinnen)
Wie kommt es zum Phänomen der Totenstarre?
ohne ATP keine Erschlaffung → nach Verbrauch des ATPs keine Erchlaffung mehr möglich → Starre
Was versteht man unter dem Auflösungsvermögen eines Mikroskops?
Kleinstmöglicher Abstand von zwei Strukturen, der durch das bestreffende optische System gerade noch erkannt werden kann
Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Auflösungsvermögen und der Wellenlänge des verwendeten Lichts?
Das Auflösungsvermögen ist abhängig von der eingestrahlten Wellenlänge des Lichts und von der numerischen Apertur
– je geringer die Wellenlänge, desto besser die optische Auflösung
– d=λ/2 NAobj = λ/2n*sin(α) ( λ: eingestrahlte Wellenlänge; d:Auflösungsvermögen, α: halber Einfallswinkel)
Was ist die extrazelluläre Matrix und wie ist sie aufgebaut?
Geflecht aus Makromolekülen,
- v.a. Im Interzellularraum der Bindegewebszellen, aber zwischen allen tierischen Zellen zu finden
- aus Protein (Kollagen, Elastin), Proteoglykanen, Glykoproteinen (Fibronectin, Laminin), Polysacchariden (Hyaluronsäure) und Wasser
Nennen Sie drei wesentliche Makromoleküle, die Bestandteile der pflanzlichen Zellwand sind.
Pektin, Cellulose, Glykan
Welches Auflösungsvermögen hat ein Objektiv mit der numerischen Apertur 0,10, das bei einer Wellenlänge von 500nm benutzt wird?
Na=0,10; λ=500nm, gesucht: d → d=500nm/2*0,10=2500nm=2,5μm
Welche Numerische Apertur sollte Ihr Objektiv bei einer verwendeten Wellenlänge von 500nm mindestens haben, um eine Auflösung von 250nm zu erreichen?
λ=500nm, d=250nm; gesucht: Na → d= λ/2Na <=> Na= λ/2d <=> Na=1
Wie unterscheiden sich mesenchymatische Zellen von epithelialen Zellen? Nennen Sie jeweils Beispiele für diese beiden Gewebesorten.
Mesenchymatische Zellen: unpolar, komplett von ECM umgeben
→ Muskelzellen, Bindegewebszellen, (Knochenzellen, Knorpelzellen)
Epithelzellle: polar (basale und apikale Seite), Basale Seite gebildet durch Basallamina, sind durch apikale Adhärenzzonen sowie meist apikale tight-junctions miteinander verknüpft, apikale Seite zeigt in Richtung der Epitheloberfläche, die wiederum nach außen (z.B. bei der Haut) oder zum Lumen hin weist (z.B. beim Darm oder Drüsen)
→ Epidermiszellen, Darmzellen
Geben Sie eine möglichst prägnante Definition für das Phänomen „Zelle“?
Eine Zelle ist die kleinste, autonome Einheit des Lebens, die zur Reproduktion und Selbsterhaltung fähig ist
Charakterisieren Sie kurz Struktur und Funktion der DNA. Wie findet die DNA- Vermehrung statt?
Desoxyrobonucleinsäure, Informationsspeicher der Zelle
Aufgebaut aus: Phosphat-Desoxyribose-Rückrad und DNA-Basen: Adenin, Cytosine, Guanin und Thymin → 2 Stränge über Wasserstoffbrücken
Semikonservative Replikation:
- DNA-Doppelhelix wird gespalten durch Helicase
- beide Einzelstränge dienen der DNA-Polymerase als Matrize zur Neusynthese der komplementären Stränge
- neue DNA-Stränge aus einem Strang der ursprünglichen DNA-Doppelhelix mit einem davon neusynthetisierten Strang
Was versteht man unter der sogenannten Endosymbiontenhypothese? Nennen Sie als Beispiel ein Organell in eukaryotischen Zellen, auf das die Endosymbiontenhypothese anwendbar ist. Nennen Sie drei Argumente, die die Endosymbiontenhypothese unterstützen.
Die Endosymbiontenhypothese beschreibt die Entstehung der Eukaryoten: Anaerobe, organellenfreie Prokaryoten haben frei lebende Prokaryoten phagozytiert, aber nicht verdaut. “Ureukaryoten” profitieren vom Stoffwechsel der Prokaryoten und bieten dafür Schutz. In späteren Schritten der Evolution entwickelte sich daraus die eukaryotische Zelle und die aufgenommenen Zellorganellen zu hochspezifischen Organellen.
- Zellorganellen: Mitochondrien und Plastiden (Chloroplasten) - Hypothese wird gestützt durch:
• Größe Organellen ≙ Größe Prokaryoten
• Doppelmembran: äußere Membran mit Cholesterin (typisch für Methazoa) besitzt eine andere Zusammensetzung als die innere (ohne Cholesterin)
• 70S statt 80S Ribosomen
• Eigene Proteinbiosynthese
• Eigene ringförmige DNA in Mitochondrien und Plastiden
• Eigene Vermehrung innerhalb der Zelle
• Einschnürungsprotein für Zellteilung bei Prokaryoten und Mitochondrien identisch (bei Metazoa nicht vorhanden)
Nennen Sie strukturelle Einheiten zur Fortbewegung bei eukaryotischen Einzellern.
Einzeller können zur Fortbewegung Schleimfüßchen (Pseudopodien → Aktinfilamente), Flagellen oder Cilien besitzen.
Beschreiben Sie die Osmoregulation bei eukaryotischen Einzellern wie etwa Paramecium caudatum.
Osmoseregulation durch eine oder mehrere kontraktile Vakuolen. Da das Cytoplasma eine höhere Salzkonzentration hat, als das extrazelluläre Medium dringt permanent Wasser per Diffusion in die Zelle. Um nicht zu platzen, sammeln zuführende Kanäle Wasser in der kontraktilen Vakuolen und diese wird regelmäßig nach Außen entleert.
Nennen Sie drei Unterschiede zwischen Tier- und Pflanzenzellen.
Zellwand, Plasmodesmen, Vakuole, Chloroplasten (Plastiden) kommen nur bei Pflanzenzellen vor
Füllen Sie den folgenden Lückentext. In jede Lücke kommt ein Wort und es soll ein zutreffender Text entstehen.
Eine Biomembran besteht aus einer Phosphorlipiddoppelschicht Ein Phospholipidmolekül ist ein amphiphiles Molekül, d.h. es besteht aus einem hydrophilen Kopf und einem hydrophoben Schwanz. Der Kopf besteht aus Phosphat und Cholin. Der Schwanz besteht aus zwei Fettsäuren Verbunden werden Kopf und Schwanz über ein Glycerin-Molekül. Amphiphile Moleküle bilden in Wasser bevorzugt Mizellen , Liposome oder Doppelschichten
Was versteht man unter dem Flüssigmosaikmodell? Welche Faktoren haben einen Einfluss auf die „Flüssigkeit“ der Biomembran?
• “Flüssig”→ Flüssigkeit; einzelne Phospholipidmoleküle können sich frei bewegen (rotieren) und ihren Standort wechseln → Membranproteine können mit verschoben werden
- Temperatureinfluss: je wärmer, desto beweglicher
- Cholesterin schränkt Bewegung der Moleküle in direkter Umgebung ein (lipid rafts)
→ bei sinkender Temperatur wirkt es der Verfestigung entgegen, da es dichtere Packung stört → Fluidität
• Mosaik:
- Biomembranen sind asymmetrisch
- Unterschied im Aufbau des Phosphollipidmolleküls
- integrale Membranproteine (nur einseitig) und periphere Membranproteine mit unterschiedlichem Aufbau → Extrazellulär meist Zuckerreste an Proteinen (=Glykoproteine oder Lipide [Glykolipid]
Welche Teilchen können durch eine Biomembran diffundieren, welche nicht? Wie kann Wasser eine Lipidmembran passieren?
- möglich: kleine ungeladene Moleküle (Gase [O2, CO2], EtOH)
- andere Moleküle benötigen spezifische Transporter (= Carrier oder spezifische Kanäle) - Wasser nur über Aquaporine durch Biomembran
Was versteht man unter Endo- bzw. Exocytose? Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Begriffe Pino- und Phagocytose.
- Endocytose: Aufnahme von extrazellulären Stoffen durch Einfaltung der Membran
- Exocytose: Abgabe von Stoffen aus der Zelle durch Verschmelzen von sekretorischen Vesikeln mit der Membran
- Pinocytose: Endocytose, bei der nur Flüssigkeit aufgenommen wird
- Phagocytose; Endocytose, bei der nur Feststoffe aufgenommen werden
Streichen Sie alle Kompartimente durch, die nicht von zwei Biomembranen umgeben sind:
-Golgi-Apparat-, Zellkern, -Lysosom-, Mitochondrium, -endoplasmatisches Retikulum-, Chloroplast, -Peroxisom-, -Vakuole-
Beschreiben Sie Funktion und Aufbau der Typen des Endoplasmatischen Retikulums.
• Typen: raues ER → Proteinsynthese
glattes ER → Entgiftungsfunktion, Lipidsynthese
• Aufbau:
- weitverzweigtes Membransystem aus Röhren und Zisternen, direkt mit Zellkernmembran verbunden
- ER-Lumen (Innenraum) steht in direktem Kontakt mit dem Inneren der Zellkernmembran - rER = rough ER: Ribosomen an Membran assoziiert
- sER = smooth ER, ohne Ribosomen
• rER:
- entstehendes Protein direkt in ER-Lumen
- in Lumen: Proteinfaltung, -kontrolle und posttranslationale Modifikation
- Synthese von Membranproteinen, sekretorischen und lysosomalen Proteinen - über exocytose können Vesikel überall hin transportiert werden
• sER: Entgiftung, Synthese von Phosphollipiden und sekretorische Lipide
Erklären Sie den Vorgang der Plasmolyse. Erläutern Sie dabei den Unterschied zwischen Diffusion und Osmose.
- Diffusion: passive Bewegung von Teilchen aufgrund ihrer Wärmebewegung, die zur leichmäßigen Verteilung der Teilchen führt
- Osmose: gerichtete Diffusionsvorgänge entlang einer semipermeablen Membran, die dem Konzentrationsausgleich dienen → meist Wasser oder anderes Lösungsmittel
- Plasmolyse: durch ein extrazelluläres hypertonisches Medium verursachter (bis zu einem gewissen Punkt reversibler) Wasserverlust aus Pflanzenzellen → dabei schrumpft der Protoplast durch Abgabe von Wasser zusammen und löst sich von der Zellwand ab
Erläutern Sie das Verhalten von Neutralrot bei pH 4,5 und pH 7,5 in Zellen von Allium cepa.
pH 4,5:
- sauer → viel H+-Protonen
- Protonen ionisieren Neutralrot (basischer Charakter), wodurch dieser nicht durch die Membran eindringen kann
- Neutralrot sammelt sich zwischen den Zellen , v.a. im Bereich der Mitellamelle
pH 7,5:
- basisch → wenig H+
- Farbstoff liegt ungeladen vor
- durch seine geringe Größe kann er die Cytoplasmamembran sowie den Tonoplast passieren
- pH-Wert in der Vakuole ist jedoch deutlich niedriger → Neutralrot liegt wieder ionisiert vor und kann nicht mehr aus der Vakuole gelangen → Vakuole als Ionenfalle
Erklären Sie den Begriff Vitalfärbung.
Färbung lebender Zellen oder Zellbestandteilen ohne deren Struktur oder Funktion zu beeinflussen
Erklären Sie den Begriff Vitalfärbung.
Färbung lebender Zellen oder Zellbestandteilen ohne deren Struktur oder Funktion zu beeinflussen
Was ist der Golgi-Apparat? Nennen Sie Funktionen des Golgi-Apparates.
- Gesamtheit aller Dictyosome einer Zelle: Golgi-Apparat
- Dictyosom besteht aus mehreren, stapelweise angeordneten Zysternen (=membranumschlossene, flache Räume)
- Zisterne werden immer wieder neu gebildet → Vesikel des ER lagern sich immer wieder am Dictyosom an
- Empfäng Vesikel, die aus dem sER und rER kommen
- Glykosyliereung der im ER synthetisierten Proteine → Glykoproteine
- Glykosylierung von Lipiden
- Synthese von Polysacchariden
- Addressierung der Vesikel
- Transport der modifizierten Stoffe über das TransGolgiNetzwerk (TGN) oder Fusion mit endocytierten Vesikeln zu einem Lysosom
Worin besteht die ‚Adressangabe‘ von am rER synthetisierten Proteinen?
Der Zielort wird durch eine bestimmte Aminosäuresequenz im enthaltenen Protein bestimmt. Meistens befindet sich diese Signalfrequenz am Aminoende des Proteins
Was versteht man unter Translokation eines Proteins? Erläutern Sie den Unterschied zwischen co- translationaler Translokation und post-translationaler Translokation
• Translokation = Überführung eines Proteins von einem Ort zum Anderen
• Unterscheidung bei der Überführung eines Proteins vom Cytoplasma ins ER-Lumen
- co-transnational: Translokation während der Synthese an Ribosomen des rER ins ER-Lumen (eher hydrophone Proteine)
- post-transnationale Translokation = Protein wird komplett synthetisiert und anschließend in ER transportiert (eher hydrophile Proteine)
Was ist das sarkoplasmatische Retikulum?
Besondere Form des glatten ER in der Muskulatur, dient als Ca-Speicher → ermöglicht schnelle Kontraktion entsprechend Gleitfilamenttheorie
Erläutern Sie den Transport innerhalb des Golgi-Apparates.
- Zisterne werden immer wieder neu gebildet → Vesikel des ER lagern sich immer wieder am Dictyosom an
- Innerhalb des Dictyosoms: Transport der Stoffe von der cis-Seite (ER-zugewandt) zur trans-Seite (ER- abgewandt); Vesikeltransport in entgegengesetzter Richtung → Enzyme können so in neu gebildeten Zisternen wiederverwendet werden
Erklären Sie die Rezeptor-vermittelte Endocytose am Beispiel der Clathrin- vermittelten Endocytose von Cholesterin.
- Clathrinmolekül aus dreiarmigen Einheiten = Triskelion
- extrazellulär: Ligand bindet an Rezeptor
→ intrazelluläre Anlagerung von Proteinen, dem Clathrin, an die Cytoplasmamembran
→ Plasmamembran sinkt ein - an dem sich eindellenden Bereich sammeln sich extrazellulär immer mehr Stoffe an
- Triskelione bilden einen Korb um das sich bildende Vesikel
- Korb wird stabilisiert durch Adaptine, die sowohl an Triskelione, als auch Rezeptor assoziiert sind
- Dynamin und andere Proteine lagern sich an die Abschnürungsstelle und sorgen für die Ablösung des Vesikels
- Clathrin löst sich und kann erneut an die Plasmamembran binden
- Rezeptorrückgewinnung: aufgenommener Vesikel fusioniert mit Vesikel des ER → erneute Teilung erfolgt so, dass ein loser Vesikel mit Rezeptor in Membran zurück zu Cytoplasmamembran wandern kann
- verbleibender Vesikel mit aufgenommenen Stoffen fusioniert mit einem Lysosom → Lyse des Inhalts (z.B. Freilegung von Cholesterol aus LDL-Transportvesikeln)
- Membranrecycling nach Freisetzung des Lysats
Erläutern Sie den Begriff Transcytose. Wo sind Trancytose und Endocytose im menschlichen Organismus besonders wichtig? Was ist in diesem Zusammenhang mit ‚Ernährungstyp‘ gemeint? Erklären Sie die Hypothese zur evolutionären Entstehung des Urdarms.
- Trancytose = Transport von Material durch die Zelle → z.B. Bei kontrollierten Transport von Stoffen aus oder im Blut (Blut-Hirn-Schranke, Plazenta)
- Endocytose = Aufnahme von Stoffen in eine Zelle → Immunabwehr: Makrophagen endocytieren z.B. Bakterien
- Ernährungstyp: Schwämme und Amöben ernähren sich über Phagozytose
- Hypothese (zur Entstehung des Urdarms): Verdauung gefährlicher Stoffe durch Phagocytose ist gefährlicher und mit mehr Energieverlust verbunden, als die Abgabe von Verdauungsenzymen mit anschließender Verdauung in separaten Reaktionsraum und anschließender Aufnahme verdauter Nahrung
Füllen Sie je ein Wort in die Lücken, so dass eine korrekte Aussage entsteht.
In der Zelle kommen drei Typen von speziellen Vesikeln vor: (1) Lysosom, (2) Endosom und (3) Peroxysom Der erste Vesikeltyp dient dem Abbau von Stoffen – sowohl zelleigenen, als auch endocytierten Materials. Dazu herrscht ein niedriger (saurer) pH-Wert und sie enthalten Verdauungsenzyme . Der zweite Vesikeltyp dient der Sortierung endocytierter Partikel: Entweder wird der Inhalt abgebaut (lysiert) oder recycled ([wieder-]verwertet) . Der dritte Vesikeltyp enthält Enzyme zur Oxidation . Dabei Entsteht Wasserstoffperoxid als Zwischenprodukt, welches gleich wieder abgebaut wird.
Definieren Sie den Begriff Cytosol und nennen Sie die wesentlichen Bestandteile.
- Cytosol = löslicher Bestandteil der Zelle, der sich außerhalb membranumschlossener Kompartimente befindet
- Bestandteile: 70% Wasser, gelöste Stoffe: Proteine, Aminosäuren und organelle Salze
Was ist ein Mitochondrium? Welchen Zweck erfüllt es? Nennen sie die Theorie der Entstehung von
Mitochondrien.
- Mitochondrium = Organell in eukaryotischen Zellen
- dient als Energieerzeuger in Form von ATP
- nach der Endosymbiontentheorie durch symbiotische Aufnahme aus aerobes Bakterien hervorgegangen
